基因工程及其应用教学设计

第2节  基因工程及其应用
（一）教学目标
1、  知识方面：
（1）简述基因工程的基本原理。
（2）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
（3）收集基因工程所取得的成果以及发展前景。
2、能力方面：
（1）利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。
（2） 通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身体会基因工程的主要过程。
（3）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
3、情感态度和价值观方面：
(1) 关注转基因生物和转基因食品的安全性。
(2)  进行角色扮演，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。
（3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对于生物知识的兴趣，开阔学生的思路，养成学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。
（二）教学重点和难点
重点：(1)基因工程的基本原理。(2)基因工程的安全性问题。
难点：(1)基因工程的基本原理。(2)转基因生物与转基因食品的安全性。
（三）教学设计思路
本节内容计划用1课时。基因工程知识内容比较抽象和复杂，属于生物科学中的前沿科学。学生理解和接受起来都十分困难。因此本节的侧重点是基因工程的原理和大致过程上，在教学深度的把握上应定位在学生了解基因工程的过程和方法，而不必引入过多的专业术语和详细的操作技术，语言力求形象生动，避免不适当的扩展，增加深度和难度。教师用制作的电脑动画来表现基因工程这一动态过程。使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。对于第二课时基因工程的应用的教学，重在列举基因工程各种应用的基础上，引导学生讨论基因工程应用的利与弊。在进行教学的过程中，布置学生在课前浏览相应的信息资料，搜集有关资料并分析、归纳、整理，提出相应的问题或自主探究的课题，提交组内讨论；各小组讨论归纳， 在课堂上进行全体同学的交流和讨论。
最后，通过对本章进行小结，进一步突出从杂交育种到基因工程这条技术发展的主线。同时，教师也应强调科学技术是一把双刃剑，既可以为人类造福，又可能造成一些负面影响。身为现代公民，应该关注科学技术的发展和影响。
（四）教学过程
教学过程
教学内容
教学手段
新课引入
选育、杂交、诱变，实践、理论、实践，几多辉煌，几多遗憾。基因工程异军突起，朝阳产业，光明无限。基因工程的诞生，使人们能按照所设计的蓝图，进行跨越种间鸿沟的基因转移，从而定向的改变生物的遗传特性，创造出新的生物类型。或者说杂交育种有哪些局限性？人类是否可以按照自己的意愿直接定向改变生物呢？
结合课件与实例演示
问题探究
为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上？
你能推测这种“嫁接”怎样才能实现的吗？
这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？
利用“问题探讨”，提出问题组织学生讨论、交流。
基因工程的原理
基因工程的工具
基因工程的步骤
基因工程把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上。
用什么样的方法才能实现实现这种“嫁接”呢？
基因工程所需要的工具是怎样的呢？
基因的“剪刀”是什么？EcoRI限制酶在DNA分子内部“下剪刀”的部位是怎样的？要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性未端？
基因的针线是什么？其作用部位在哪？
什么是运载体？常用的运载体有哪些？是否要用同一种限制性内切酶来处理运载体呢？
基因工程的四个步骤
举例说明什么是目的基因。
如何从供体细胞DNA中直接分离目的基因？
将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合，用DNA连接酶处理会出现几种结果？
在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？
学生思考基因工程的大致步骤和所需要的工具，然后教师演示课件加深印象
课件演示基因工程的步骤
归纳小结
基因工程的应用
首先请各小组汇报课前收集到的有关基因工程应用的事例资料。
基因工程在农业上的应用主要表现在哪些方面？
（1）通过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。
（2）用基因工程的方法可培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
（3）基因工程在畜牧养殖业的应用
基因工程在医药卫生领域的应用主要在哪些方面？
（1） 用于生产基因工程药品
（2）用于基因诊断和基因治疗
基因工程应用于环保（环境监测与净化环境）
学生课件或资料演示
教师通过课件向学生展示基因工程的成就
转基因生物和转基因食品的安全性
转基因作物已在美国、阿根廷及加拿大等国大面积种植，转基因微生物已被大量用于商品化生产各种药品，转基因动物的研究也取得令人瞩目的进展。这些基因工程生物对经济发展、农业生产、医药卫生及社会伦理等方面产生了巨大的影响，在解决人类面临的环境恶化、资源匮乏、效益衰退和疾病健康等问题方面，显示了巨大的作用。
关于转基因生物的争论主要表现在如下几个方面：
（1）转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响。（2）转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他遗传病。（3）基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。
可以组织学生收集资料，进行正反两方面的辩论或角色扮演或出版报等方式进行教学
反馈与巩固
学生完成练习
布置学生课后完成：搜集基因工程应用的事例及其价值的资料；搜集有关基因工程技术安全性方面的报道、法规等的资料。
精选习题
五、本章课堂教学效果评价检测
教学评价1
1．运用不同生物学原理，可培育出各种符合人类需要的生物品种。下列叙述错误的是（ B  ）
A．培育青霉素高产菌株是利用基因突变的原理
B．培育无子西瓜是利用基因重组的原理
C．培育八倍体小黑麦利用的是染色体变异的原理．
D．培育无子番茄利用的是生长素促进果实发育的原理
2．育种科学家将一些作物种子搭载神舟五号飞船进入太空，经过宇宙射线、微重力等综合因素的作用，使作物种子内的DNA发生变化，进而培育出优质高产的新品种。这种方法属（C ）
A.杂交育种    B.单倍体育种     C.诱变育种      D.多倍体育种
3、下列关于育种优点的叙述，不正确的是（　C　）
A.多倍体较二倍体茎秆粗壮，果实种子大
B.人工诱变育种能提高变异频率
C.杂交育种能产生新基因
D.利用单倍体育种可明显缩短育种年限
解析：生物可遗传的变异有三个来源：基因重组、基因突变和染色体变异。基因重组和染色体变异不能产生新基因，能产生新基因型。基因突变可以产生前所未有的新基因。基因重组是杂交育种的基础，染色体变异是多倍体和单倍体育种的基础，基因突变是诱变育种的基础。只有诱变育种才能产生新基因。答案：C
4、下列各育种措施中，能产生新基因的是（　C　）
A.高秆抗锈病小麦和矮秆易染锈病小麦杂交获矮秆抗锈病优良品种
B.用秋水仙素诱导二倍体西瓜获无籽西瓜
C.用X射线、紫外线处理青霉菌获高产青霉株
D.用离体花药培育小麦植株
解析：A属于基因重组，不能产生新基因，只能形成新基因型；B属于染色体变异，也无新基因产生；D属于单性生殖；C经过处理后，可使青霉菌产生新的基因，以致产生新的青霉株。答案：C
5、已知水稻高秆（T）对矮秆（t）为显性，抗病（R）对感病（r）为显性，这两对基因在非同源染色体上。现将一株表现型为高秆抗病的植株的花粉授给另一株表现型相同的植株，所得后代表现型是高秆∶矮秆=3∶1，抗病∶感病=3∶1，根据以上实验结果，判断下列叙述错误的是（　D　）
A.以上后代群体的表现型有4种
B.以上后代群体的基因型有9种
C.以上两株亲本可以分别通过不同杂交组合获得
D.以上两株表现型相同的亲本，基因型不相同
解析：由题意知，表现型相同的两亲本基因型为TtRr×TtRr，其子代表现型有4种，基因型有9种，亲本基因型可以通过不同杂交组合获得。答案：D
6、良种对于提高农作物产量、品质和抗病性等具有重要作用。目前培养良种有多种途径。其一是具有不同优点的亲本杂交，从其后代中选择理想的变异类型，此变异来源于_____________，选育过程中性状的遗传遵循              、            规律。其二是通过射线处理，改变已有品种的个别重要性状，变异来源于          ，实质上是细胞中DNA分子上的碱基发生改变。其三是改变染色体数目，例如用秋水仙素处理植物的分生组织，经过培育和选择能得到                     植株。
6答案：基因重组  基因分离规律、基因自由组合规律  基因突变  多倍体
教学评价2
1、科学家经过多年的努力，创立了一种新兴的生物技术――基因工程，实施该工程的最终目的是（   ）
A定向提取生物体的DNA分子
B定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C在生物体外对DNA分子进行改造
D定向地改造生物的遗传性状
解析：基因工程是通过对生物体的基因进行修饰改造，使之按照人们的意思表现出人们所需的性状，产生人类所需要的基因产物，可见，基因工程的目的是要定向改造生物的遗传性状。答案：D
2、不同物种之间存在生殖隔离，可以打破物种界线进行育种的方式是（  D ）
A 诱变育种  B杂交育种   C单倍体育种   D转基因育种
3. 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是                                               （  C   ）
A人工合成目的基因                B目的基因与运载体结合
C将目的基因导入受体细胞          D、目的基因的检测和表达
4、遗传工程技术中常用的质粒其本质是什么分子？一般取自何类生物？ （  C ）
A．蛋白质   噬菌体               B．蛋白质   动物细胞
C．DNA    细菌细胞              D．DNA    植物细胞
5、基因工程的设计施工是在什么水平上进行的？            （ C   ）
A．细胞    B．细胞器    C．分子     D．原子
7.用基因工程生产胰岛素的主要原因是                         （  B  ）
A.工艺简单，容易操作          B.生产量大，价格较低
C.所生产的胰岛素可以用于口服  D.所生产的胰岛素疗效大大提高
8、1978年，美国科学家利用工程技术，将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出了人类胰岛素。请回答：
（1）上述人类胰岛素的合成是在　　　　处进行的，其决定氨基酸排列顺序的mRNA模板是由　　　　基因转录而成的。
（2）合成的该胰岛素含51个氨基酸，由2条多肽链组成，那么决定它合成的基因中至少应含有碱基　　　　个。
（3）不同种生物之间的基因移植成功，说明了生物共用的是一套　　　　。
解析：将人的胰岛素基因转接到大肠杆菌DNA分子上，由于各种生物共用一套密码子，所以人的胰岛素基因通过转录和翻译在大肠杆菌的核糖体上合成人的胰岛素。人的胰岛素由51个氨基酸组成，所以人的胰岛素基因中有51×6=306个碱基。
答案：（1）大肠杆菌核糖体  人类胰岛素  （2）306   （3）密码子