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第2节 基因工程及其应用三维目标知识与技能简述基因工程的基本原理举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用收集基因工程所取得的成果以及发展前景通过对书中插图、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。过程与方法利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习的能力。通过观看动画以及教具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。情感态度与价值观关注转基因生物和转基因食品的安全性。通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对生物知识的兴趣，开拓学生的思路，树立在学习上努力刻苦的决心。教学重点基因工程的基本原理。基因工程的安全性问题。教学难点基因工程的基本原理。转基因生物与转基因食品的安全性。教具准备教师精美课件自制教具教学过程【课前准备】教师收集有关基因工程的音像图片资料，并制作成课件。教师制作片段DNA模型、剪刀、针、线教具（纸板），让学生更加直观地体会基因的剪切、拼接和缝合的道理。写好板书：第2节 基因工程及其应用基因工程原理【情景创设】演示多媒体课件，展示一些各种动物的恶搞拼接图片。教师：人类的创造力是无止境的，以上这些天马行空的图片更是把人的想象力发挥到了极致，比如绵羊身上长满花菜，狗头鸟身，牛头猩猩的身体等等各种各样的奇思妙想，在这里想问问同学你们觉得这想法在将来，能不能成为现实呢？学生：能！OR 不能！教师：关于能和不能这点大家也是见仁见智！但是大家要对我们人类有信心，从人类诞生到了现在，我们都已经创造了一个又一个的奇迹，这些当然不在话下！学完了今天这节“基因工程”以后，没准不久的将来创造这个奇迹的就是在座的陈君，煜翔或者丽婷！【师生互动】一、基因工程的原理教师展示课件“从大肠杆菌说起”教师：知道这是什么吗？如果我告诉你这是专门寄生于大肠里的一种细菌，你能告诉我这是？学生：大肠杆菌！教师：那么普通的大肠杆菌能不能合成胰岛素？胰岛素是动物体内特殊的分泌器官分泌的，可以调教体内血糖的浓度，很多糖尿病患者得病的原因就是因为体内器官病变不能正常合成胰岛素。那想问问大家，人胰岛细胞能够合成胰岛素根本原因在于？学生：有相应的基因，而基因决定了性状的产生。因为大肠杆菌里不具有该基因所以就不能合成胰岛素。教师：图中的大肠杆菌可不是一般的大肠杆菌，而是“嫁接”了人胰岛素基因的大肠杆菌，它能够大量合成人胰岛素，大家想想为什么人的基因能够“嫁接”到细菌上呢？学生：虽然是不同物种，但是它们的基因都是由脱氧核苷酸连接而成的，遗传物质的结构和组成成分一致。教师：对，非常好，这就是我们基因工程的用途所在，利用它就能够把我们想要的基因给拼接到某种特定的生物上，按照我们自己的意愿直接地定向改变生物，培育新品种。大家想想这就好比陈君今天看到我这件的衬衫特别绚丽，想把这其中一部分拼接到他的校服上，让他的校服看起来和大家与众不同！我可以先粗略的来看看要合成这样一种新品种的大肠杆菌我们要做些什么：胰岛素基因从人体细胞内提取出来 胰岛素基因与运载体DNA连接胰岛素基因导入受体(大肠杆菌)细胞。我们做的这些步骤都是在细胞内完成的，还是将基因等提取出来完成改造后再导入到细胞中？学生：体外！因为在细胞内无法完成操作。教师：要实现这些操作必然要用到很多工具，就像陈君要把我的衣服拼接到他的校服上首先要做什么？学生：需要剪刀来剪切，针线来缝合。教师：行走江湖的离不开两把刷子，讲的是义气；我们搞基因工程的离不开两把剪子，玩的技术！(展示一段DNA片段以及剪刀)，而我们基因工程里的剪刀就是我们这限定性内切酶。它在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。这把剪刀在这里是要把什么东西剪下来？基因！那么这样，大家看，这是一段DNA，我想把其中的一小段有遗传效应的基因剪下来，是应该怎么剪？学生：竖着剪。教师：那么它剪开的就是什么键？学生：磷酸二酯键。教师：如果这把剪刀在我们体内只要看到磷酸二酯键都将它剪断行不行？学生：当然不行！ 要不这样体内的基因就七零八落了！教师：要不就是“一剪梅”，整个基因都会被剪得七零八落。所以每一种限定性内切酶就只能够识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定的切点上切割DNA分子，这刚好反映了上一本书我们学过的酶的特性，是什么？学生：专一性！教师：在微生物体内有各种比如大肠杆菌里就有种酶EcoRI，它就能够识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开！教师展示幻灯片！教师：有没有发现用限定性内切酶剪完以后两边各有一个突出来的末端？学生：是。教师：被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？学生：会产生相同的黏性末端。教师：对！会产生相同的黏性末端，如果让两者的黏性末端黏合起来，就可以合成重组的DNA分子。这就像裁剪我和君爷衣服的时候，剪的缺口要刚好互相吻合，这样才能实现我和君爷的无缝连接。教师：当我们把这段基因切下来以后，需要把它和其它的DNA重新连接起来，也就是需要“针线”来缝合他们，这个针线就是DNA连接酶，黏性末端的氢键可以重新形成，但DNA“骨架”末端的连接要靠DNA连接酶,（展示DNA连接酶的作用动画）这个连接酶就能够将骨架上的磷酸二酯键连接起来。连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”,大家能不能想到它的作用和刚才说的什么东西相反？限定型内切酶。它们之间作用位点相同但作用相反。特定的基因要进入到另外一种细胞中表达，在普通情况下这段基因不能自由进出细胞，因为细胞膜具有什么性质？学生：选择透过性！教师：那么一般来说基因都要通过特殊的运输载体运载到人的细胞中，谁来承担这搬运工的任务呢？大家看书中有没找到答案？可以用噬菌体、动植物病毒或者质粒。这个质粒大家以前可能都没接触过，但这个小小的环状DNA的发现给基因工程带来了极大的便利。（展示PPT）其中质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.它与我们想要的目的基因重组后，能够很轻易地携带该基因进出细胞。HAHA，有了这些工具以后，我们就可放开手脚来大展身手，充分发挥人类的想象力。展示图片“猫头鲨”，咩哈哈哈，你知道它是怎么来的吗？主要分为四步即提取目的基因；目的基因与运载的结合；将目的基因导入受体细胞；目的基因的表达检测。【教具】+【板书】导入的细胞应该是成体鲨鱼的细胞，还是幼年，OR受精卵？大家在这里有没有想过：XX和XX是属于不同的物种，为什么XX的基因在XX的细胞中依然能够表达同一种蛋白质呢？学生：基因编码mRNA的合成，而所有的生物公用一套密码子，所以都能够表达。我们再一起来看段精美的视频，一起再把基因工程的各个步骤串起来看看。【教师展示动画】二、基因工程的应用1、基因工程与作物育种教师：基因工程自从上个实际70年代兴起，一直到现在都是大踏步地向前进，而科学家们讲它巧妙的运用到作物育种上，成功按照自己的意愿创造出了高产、稳定和具有高品质的农作物。请大家阅读课本P104第三段，想想看，课本中说的要培育出抗虫的棉花我们应该怎么做？（提问某位同学）学生阅读课本，教师在黑板上板书：二、基因工程与作物育种。教师：大家可能从小都是城里长大，没有见过棉花，棉花最害怕的害虫是棉铃虫，造成受害的蕾、花、大量脱落，对棉花产量影响很大。以往人们传统的防虫方法是什么啊？喷洒农药，但是农药用多了会极大的造成环境污染。但是我们将目光投向基因工程技术！科学家发现苏云金杆菌中含有一种抗虫基因，这种基因亚霸，能够编码形成一种叫做伴胞晶体的蛋白质，这对棉铃从有致命的毒性，可以专治各类不腐。我们来看看黑板，我们要如何培育出这抗虫病的棉花。用依法炮制，我们还可以培育出各种抗虫的水稻，棉，玉米等等！教师展示PPT图片简要介绍下我国转基因育种的成果：图片中我们看到的就是我国首次培育成功的淀粉品质改良的转基因甘薯。淀粉含量可扩展到0%70%之间，淀粉可以用来干什么？如果认为它只能在炒菜的时候做勾芡用，或者作为其他食物的辅料，那就有些落伍了。改良淀粉作为胶粘剂代替甲醛系合成树脂为胶粘剂，无毒无害，健康。金色大米，类胡萝卜素含量高，如果不爱吃胡萝卜，没关系，吃咱们这种金色的大米，不要再担心小孩偏食问题。转基因的高杆植物；转入了抗寒基因的油菜，如果不久的将来把这抗寒基因能够转入我们的体内，那些什么羽绒服，保暖内衣，脱掉！清清爽爽迎接每一个寒冷的冬天！最早的蓝色妖姬怎么种出来的？白玫瑰（或白月季）快到花期时，开始用染料浇灌花卉，让花像吸水一样，将色剂吸入进行染色。现在有了转基因 技术，不用这么原始的方法，将其它花五颜六色的基因转入到花中，想什么颜色，由你选择！三、转基因生物和转基因食品的安全性教师：刚才已经介绍了很多转基因技术的好处，比如：转基因技术能够解决人类面临的食物短缺、能源危机和资源匮乏等难题，这些在这就毋庸赘言！ 转基因技术究竟是天使还是魔鬼？转基因食品安全吗？已经在各种技术逐渐泛滥的今天发人深省！转基因技术面临的第一次信任危机是98年，英国的一位生物学家在电视节目中宣布老鼠使用转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重器官等重量减轻，虽然随后证明了这一实验是在危言耸听，但是转基因技术已经无法消除人们的疑虑！大家开动脑子想想，你认为转基因技术对于我们有哪些方面的危害？学生：积极思考，踊跃发言！教师：刚才几位同学的发言相当好，很敏锐！转基因生物可能对人体健康、环境以及生态系统造成不良的影响：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疾病。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。基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。这点很可怕，你想想如果有天你带着老婆，出了城，吃着火锅，还哼着歌儿，突然就被麻匪扔了转基因武器，那你只能祈祷让你人生再飞一会儿啦！所以如果该技术被战争狂人用于制造基因武器，那就会有毁灭性的危害！还有就是如果从道德的领域出发：人类是否有权按照自已的意愿操纵地球上的生命？人类创造的转基因生物、转基因食品是否会危害整个生物圈，包括人类自身？当人类拥有了只有大自然才拥有的改造生物、创造生物的能力时，我们是否感到很坦然呢？ 但就像硬币有它的双面性一样，转基因技术也是把双刃剑，用的好，造福人类，用于不法活动时，它就是致命的，所以我们在基因工程的开发以及利用上任重而道远！请相信我们的明天会更好！
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