2019-2020年高中生物《6.2 基因工程及其应用》教学设计 新人教版必修2.doc

2019-2020年高中生物6.2 基因工程及其应用教学设计 新人教版必修2【从容说课】 本节内容包括两个主要方面：一是基因工程的基本原理，二是基因工程的应用。分别用一个课时完成。对于基因工程的基本原理而言，既是学生进入高中以来第一次接触到的生物工程方面的有关内容，又是生物工程中四大主要工程的重点和难点，其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。有兴趣的学生可以在生物选修3现代生物科技专题中进一步学习。教学时从对杂交育种及诱变育种的特点总结人手，结合“问题探讨”，引入基因工程的概念。教学中，教师先结合学生熟悉的具体事例通过类比的方法来讲述基因工程的基本工具，然后安排学生制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。最后教师用制作的电脑动画来表现这一动态过程。通过第一课时的学习，学生应该了解达到能简述基因工程所用到的“工具”和基因工程的大致过程的教学目标。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。在课堂上通过模拟一次听证会，让学生进行角色扮演，要求学生采用思考、分析、想像、推断和辩论相结合的方法，围绕基因工程的利与弊，分析讨论是否需要关注转基因食品和转基因生物。对于这个问题，教师不必刻意将学生的争论引向一致的结论，争辩的过程本身就是对学生思维的训练，能够给予学生不少启发。教师要注意引导学生摆事实、讲道理，做出合乎逻辑的推断，鼓励学生积极参与。还可设计合适的情境，组织学生制作公益广告、撰写咨询报告等多种活动，让学生站在不同角度思考问题并做出判断，使学生体会到参与社会问题的讨论和决策的方法。最后，教师可以组织学生对本章进行小结，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。 【三维目标】1、 知识与技能：（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。（4）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。2、过程与方法（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）通过模拟听证会的活动，引导学生主动参与，乐于辩论、积极进行交流与合作，从而培养学生对团结、互助和协调的合作精神，训练学生思维的敏捷性、逻辑性、广阔性及创造性，开阔学生的视野，提高学生的自学能力和良好的语言表达能力。3、情感态度和价值观(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。【教学重点】(1)基因工程的基本原理。(2)基因工程的安全性问题。【教学难点】(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。【教具准备】 教师课件【课时安排】2课时。第1课时：基因工程的原理，第2课时：基因工程的应用。第1课时 【教学过程】一、课前准备1、教师收集有关基因工程的音像图片资料和实物，并制作成课件。2、教师参考选修3现代生物科技专题P6“重组DNA分子的模拟操作”编辑成构建重组DNA模型的文字指导，复印后发给各组。3、学生以EcoRI为例，根据教师下发的指导构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。二、情境创设演示多媒体课件列举几种生物的不同性状，如下： （1）青霉菌能产生对人类有用的抗生素青霉素。 （2）豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。 （3）人的胰岛素细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。 教师： 以上几种生物各自有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果，但是人类能不能改造基因呢？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术基因工程。 教师通过课件图片和音像资料展示基因工程产品，如种子、水果、疫苗或药物等。同时引出本节课题：基因工程的原理。 三、师生互动教师：利用“问题探讨”，提出问题组织学生讨论、交流看法。（1）为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？（2）推测这种“嫁接”怎样才能实现？（3）这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？学生：分组讨论。学生设想用类似的方法来“改造”某种生物，使其符合人们某种特定需要，说出具体设想。各小组选派代表陈述观点。教师：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。学生：杂交育种方法简单，容易操作的优点，但是，杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程繁琐。我们可以利用基因工程的办法解决。即把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上。教师：肯定学生合理的想法，引发思考。“你的想法很好，可是用什么样的方法才能实现你的设想呢？”学生：头脑中设想“嫁接”的过程。教师：用类比的方法引导学生思考基因工程的大致步骤和所需要的工具：剪刀、针线、运载体等。并用问题启发学生：“你能想像这种剪刀加浆糊式的嫁接工作在分子水平的操作，其难度会有多大吗？”学生：头脑中设想“嫁接”的过程。并跟随教师的引导，思考基因工程的大致步骤：找到目的基因、剪切、拼接、缝合、表达、检测，所用到的工具：基因剪刀、基因针线、基因的运载体。教师：下面以EcoRI为例，构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。 EcoRI是已发现的500多种限制性内切酶中的一种，它是一种从细菌中发现的能在特定位置上切割DNA分子的酶。它的特殊性在于，它在DNA分子内部“下剪刀”，专门识别DNA分子中含有的“GAATTC”这样的序列，一旦找到就从G和A之间剪断（参考教科书插图6-3）。同学们来试一试，动手做一个重组DNA模型吧。在动手做之前，先要明白“分子剪刀”和“分子针线”的用途和使用方法。用同一种限制性内切酶切割后的DNA片断其末端可以用连接酶来缝合（参考教科书插图6-4）。这样“剪切拼接”就可以形成重组的DNA分子。学生：4个人一组，再次阅读课前教师下发的“构建DNA分子模型的文字指导”。教师：提出问题：（1）制作模型时用到的(剪刀和针线)各代表什么?比较剪切后的DNA片断的末端切片，你发现有什么特点呢 ?（2）回顾在模型构建过程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“产品”，你对重组DNA的操作有什么新的理解？学生：讨论模型构建的具体方法，按“指导”的方法步骤、依次完成模拟制作过程。并思考教师提出的问题。回答并交流对重组DNA技术的理解。学生：剪刀限制性内切酶（简称限制酶）。它的作用具有特异性特点，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。例如大肠杆菌的EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。剪切的结果是：产生黏性未端（碱基互补配对）。 教师：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？ 学生：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切2个切口。可产生2个黏性未端。学生：针线DNA连接酶。连接的部位：磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。结果是：把两个来源不同却有相同的黏性未端的DNA连接。 教师; 用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯键)？用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯键)？学生：2个、2个。教师：现在同学们分组各做一个重组DNA模型，看一看哪个组的最科学。学生：分组做重组DNA模型，并分别在实物投影仪上演示，其他同学点评。教师：重组后的DNA分子还需要特殊的搬运工具运载到受体细胞（如大肠杆菌、动植物细胞）中。哪么谁能承担这个任务呢？教师：用图片或课件动画展示质粒的结构及特点。学生：观看图片或课件，了解质粒的特点及其运载体功能。质粒的特点：细胞拟核之外的小的环状DNA分子。借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎没有影响。质粒能够自主复制，而且复制只能在宿主细胞内完成。可以容易地从细胞中取出或放入。这些特点使它能够胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。教师：有了基因工程操作的工具后，哪么基因工程具体是如何进行操作的呢，教师：用多媒体课件或与教科书插图6-6示意图类似的基因操作步骤的有关录像资料。思考问题如下：（可以利用幻灯或多媒体课件演示） （1）举例说明什么是目的基因。 （2）从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？简要说出该方法的过程是什么。 （3）人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是什么？ （4）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？（只考虑两两结合） （5）将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？其作用是什么？ （6）在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？ 学生：观看录像资料，想像科学家在分子水平上进行这一操作的精确性。然后思考、讨论、回答。（通过观看录像资料学生对基因工程的步骤能够大体了解，对以上的问题能基本回答，但是对具体的操作步骤还不能从生物学角度上很透彻地理解。）教师：现在请同学们阅读教材内容，从理论上理解有关知识，同学们可从生物学的专业知识角度出发，用生物学的专业术语准确地解答有关问题。简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。学生和教师一起归纳基因工程操作的几个步骤：第一步：提取目的基因、第二步：目的基因与运载体的结合、第三步：将目的基因导入受体细胞、第四步：目的基因的检测和表达。四、教师精讲1、基因工程的概念：基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们地意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。2、基因操作的工具：基因的剪刀限制性内切酶。分布：主要在微生物中。 作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。 基因的针线DNA连接酶。 连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。 结果：两个相同的黏性未端的连接。 基因的运输工具运载体。 作用：将外源基因送入受体细胞。 具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。 具有多个限制酶切点。 具有某些标记基因。 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。 质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体。 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。 存在于许多细菌及酵母菌等生物中。 质粒的存在对宿主细胞无影响。 质粒的复制只能在宿主细胞内完成。 细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。 3、基因操作的基本步骤。 （1）提取目的基因 目的基因的提取途径：两条，一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一种是人工合成基因。 （2）目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。目的基因与运载体结合的结果可能有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。 （3）将目的基因导入受体细胞。 导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。 导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌。 （4）目的基因的检测和表达检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。 五、评价反馈1、 下列关于基因工程技术的叙述，正确的是（）A. 重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B. 所有限制酶都只能识别同一种按规定的核苷酸序列C. 选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细胞繁殖快D. 只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达2、以下说法正确的是 （ ） A. 所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B质粒是基因工程中惟一的运载体 C运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 D基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复 3、实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。一种限制性内切酶能识别DNA子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的（） A高效性 B.专一性 C多样性 D.催化活性受外界条件影响 4、上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍，转基因动物是指（ ） A.提供基因的动物 B.基因组中增加外源基因的动物 C.能产生白蛋白的动物 D.能表达基因信息的动物 5、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步骤是 （） A人工合成基因 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 解析：1、考察对基因工程原理的理解运用，只要理解基因工程的工具、步骤，即可正确的作出判断。2、考察对基因工程原理的理解运用，只要理解基因工程的工具、步骤，即可正确的作出判断。3、将基因工程的工具与酶的特性结合起来，考察学生的学科内综合运用的能力。4、考察对基因工程的灵活运用的能力。5、从遗传原理的角度，考察学生对基因工程的理解。【答案】1.C 2.C 3.B 4.B 5.C六、课堂小结基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平操作工具基因的剪刀、针线、运载体基本过程剪切拼接导入表达结果人类需要的基因产物七、布置作业P106：基础题1、2、3；拓展题1。八、课后拓展1、 学生搜集基因工程应用的事例及其价值的资料；2、 搜集有关基因工程技术安全性方面的报道、法规等的资料。【板书设计】基因的剪刀限制性内切酶。基因的针线DNA连接酶。 基因的运输工具运载体。第一步：提取目的基因第二步：目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。第三步：将目的基因导入受体细胞。第四步：目的基因的检测和表达基因工程的概念基因操作的工具基因操作的基本步骤基因工程的原理 【习题详解】一、练习（P106）（一）基础题1基因工程的操作通常包括以下4步： (1)获得目的基因(外源基因)；(2)目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子； (3)将重组DNA分子导人受体细胞；(4)目的基因的检测与表达。2ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGATAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT3常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。 （二）拓展题1提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。 二、问题探讨 （P102）提示：此节“问题探讨”以基因工程菌的实例，引导学生思考基因工程的原理。为启发学生思考，教师可弓I导学生回忆前面学过的遗传学知识，如不同生物的DNA在结构上的统一性、几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。三、本节聚焦 （P102）（一）什么是基因工程？基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们地意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。（二）基因工程的原理是什么？基因重组。 【备课资料】1限制性内切酶及其特点在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自身的DNA却无损害。科学家还注意到，这种酶是从DNA分子内部切断DNA的，因此，这种酶称做限制性内切酶。美国生物学家内森斯和史密斯因发现了限制性内切酶而获得1978年度的诺贝尔生理学或医学奖。限制性内切酶通常能识别46个碱基长度的特定DNA序列，并能以特定的模式剪切DNA链。一般来说，被识别的DNA序列是回文序列。这种序列的特点是，当从左右两端分别阅读这段双链DNA的碱基序列时，双链上的碱基序列是相同的。按照切割的方式，限制性内切酶可以分为错位切和平切两种，它们分别产生黏性末端和平末端。目前大约已有500种限制性内切酶，这些酶的命名方式与EcoRI一样遵循统一的规则。第一个字母是分离出此酶的细菌属名的第一个字母，后两个字母为种名的前两个字母，小写，株系数字通常都省略，罗马数字用来表示从同一个细菌中分离出的不同的限制性内切酶。如HpaI和Hpa就是从同一种细菌中分离出来的第一种和第二种内切酶。几种常用的限制性内切酶及其酶切位点如下表： 几种常用限制性内切酶及其酶切位点限制性内切酶识别位点限制性内切酶识别位点EcoRIXbaIXhoINdeIGAATTCTCTAGACTCGAGCATATGApaIBgClaISmaIGGGCCCAGATCTATCGATCCCGGG3、 基因工程中的运载体 在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制（称为克隆）。现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌细胞质的质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA（一般有1200 kb左右，kb为千碱基对），有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。质粒能通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以独立复制，也可整合到细菌染色体DNA中，随着染色体DNA的复制而复制。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也有可能成为运载体。作为运载体必须具有三个条件：在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR322就有多种限制酶的单一识别位点，可适于多种限制酶切割的DNA插入；有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌的pBR322质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改建。现在所使用的质粒载体几乎都是经过改建的。3、质粒质粒习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中染色体(或拟核)以外的DNA分子，它们在细菌中以独立于染色体或拟核之外的方式存在。即使细菌细胞不含质粒，也可以正常地生活。质粒的存在通常不会对寄主细胞产生不利影响，有时还会为寄主细胞提供新的遗传特性。例如，有些质粒携带帮助自身从一个细胞转入另一个细胞的信息；有些质粒含有对某种抗生素具有抗性的基因；还有一些携带的是参与或控制一些不同寻常的代谢途径的基因，即降解质粒。质粒的大小不定，小的不到1 kb，大的超过500 kb。每个质粒都包括与DNA复制起始有关的一段序列，使质粒DNA能够在宿主细胞中复制。每个细胞中的质粒数主要决定于质粒本身的复制特性。按照复制性质，可以把质粒分为两类：一类是严紧型质粒，当细胞染色体复制一次时，质粒也复制一次，每个细胞内有l一2个质粒；另一类是松弛型质粒，当染色体复制停止后仍然能继续复制，每个细胞内一般有20个左右的质粒。在基因工程中，常用人工构建的质粒作为载体。人工构建的质粒可以集多种有用的特征于一体，如含多种单一酶切位点、抗生素耐药性等。常用的人工质粒运载体有pBR322、pSCl01等。作为载体的质粒通常需要具有以下特点：第一，能够在细菌细胞内自主复制，并以多拷贝形式存在，以便于实验操作；第二，要有一个或多个选择标记，用于转化细菌的筛选。在基因工程操作中，用肉眼无法看到载有目的基因的载体是否真正进入细胞，这时，标记基因就为鉴别和筛选提供了标记。所谓的选择标记指的就是抗生素抗性基因，如抗四环素或抗氨苄青霉素基因。只要在培养基中加入四环素或氨苄青霉素就能够筛选已转化的细胞。当质粒存在于细菌细胞时，细菌便获得了抗生素抗性，用来区别未转化的细胞；第三，质粒的相对分子质量要小，以便于操作；最后，需要有适于外源DNA片段插入的限制性内切酶识别位点。4、农杆菌用来作为植物遗传工程载体的主要是根瘤农杆菌和发根农杆菌。根瘤农杆菌和发根农杆菌同属于根瘤菌科，革兰氏阴性菌。它们可以将自己的一部分DNA转移给植物，进而转化植物细胞，同时农杆菌能从植物细胞中获得营养物质。这两种农杆菌之所以能够转化植物基因，主要是因为它们携带有诱瘤质粒，简称丁i质粒。该质粒上有一段DNA，称为T-DNA，它能转移并整合进植物基因组中，并导致植物冠瘿瘤的形成。近年来应用丁i质粒介导植物基因转移已获得一些转化突变体。实验结果表明，外源基因不但能在转化的组织和再生植株中表达，而且能在有性世代中稳定地遗传。5、目的基因的制备 所谓目的基因就是人们所需要转移或改造的基因。获取目的基因的方法很多，可以归纳为以下几种。鸟枪法 这种方法类似于鸟枪发射散弹。具体的做法是：用若干个合适的限制酶处理一个DNA分子，将它切成若干个DNA片段。这些片段的长度相当于或略大于一个基因。然后，将这些不同的DNA片段分别与适当的载体结合，形成重组DNA，再将它导入到相应的营养缺陷型细菌中。例如，当我们要提取维生素B1合成酶基因时，就要采用维生素B1的营养缺陷型细菌（它在不含维生素B1的培养基上不能生长）。把整合了不同DNA片段的营养缺陷型细菌分别接种到不含维生素B1的培养基上进行培养，只有那些整合了含有维生素B1合成酶基因的DNA片段的细菌才能正常生长。最后，把这些细菌中的这段DNA分离出来，再进行一系列的操作，就可以获得维生素B1合成酶基因。这种方法的缺点是专一性较差，分离出来的有时并非一个基因，但由于这种方法操作简便，所以现在仍然广泛采用。反转录法 这种方法是在核糖体合成多肽的旺盛时期，首先把含有目的基因的mRNA的多聚核糖体提取出来，分离出mRNA，然后以mRNA为模板，用反转录酶合成一个互补的DNA，即cDNA单链，再以此单链为模板合成出互补链，就成为双链DNA分子。这种方法专一性强，但是操作过程比较麻烦，特别是mRNA很不稳定、生存时间短，所以要求的技术条件较高。根据已知的氨基酸序列合成DNA 这种方法是建立在DNA序列分析基础上的。当把一个基因的核苷酸序列搞清楚后，可以按图纸先合成一个个含少量（1015个）核苷酸的DNA片段，再利用碱基对互补的关系使它们形成双链片段，然后用连接酶把双链片段逐个按顺序连接起来，使双链逐渐加长，最后得到一个完整的基因。这种方法专一性最强，现在用计算机自动控制的DNA合成仪，进行基因合成，使基因合成的效率大大提高。但是这种方法目前仅限于合成核苷酸对较少的一些简单基因，而且必须事先把它们的核苷酸序列搞清楚。对于许多复杂的、目前尚不知道核苷酸序列的基因就不能用这种方法合成，只能用前两种方法或其他方法分离或合成。这种合成基因的方法还有一个很大的优点，就是可以人工合成自然界不存在的新基因，使生物产生新的性状以满足人类需求。因此，这一方法今后将随着技术的不断改进而得到越来越广泛的应用。6、转化 把纯化的DNA导入细菌细胞的过程称为转化。原核细胞的转化过程就是导入外源DNA的过程。对于大肠杆菌来说，人们一般采用先用冰冷的CaCl2处理，然后置于42 0C高温下帮助其吸收外源的DNA，这种方法的最大转化频率为10-3，其效率是每微克DNA一般可以转化107108个细胞。目前CaCl2转化方法的机制尚不清楚，可能是细胞壁被打了一些孔，DNA分子从这些孔洞中进入细胞，而这些孔洞随后又可以被宿主细胞修复。可以接受DNA的细胞称为感受态细胞。大肠杆菌需要诱导才能变成感受态细胞，而有些细菌细胞则在自然条件下，或是在改变培养基和其他培养条件下就可变成感受态细胞。第2课时【教学过程】一、课前准备1教师准备： （1）教师将听证会规则、程序；角色扮演的程序和具体要求以及评价标准复印好，分发给各学习小组；（2）教师整理转基因生物和转基因食品利弊争论的要点，印发给各学习小组；（3）收集转基因生物和转基因食品安全性的资料信息，转基因生物技术的利弊关系的资料，请有关专家学者到学校做有关基因工程知识的讲座； （4）教师设计并参与制作计算机教学课件，在校园网上制作网页，查找大量资料，完善网页内容，建立内容丰富的“基因工程知识资源库”。（5）教师根据学生的资料准备状况、知识的准确性、抢答的积极性、讲述的条理性、姿态的自然性、课件的美观性编制学生听课记录和评价表。（6）教师编制研究性学习课题研究开题报告。 2学生准备： （1）学生预习教材，对教材中的内容做宏观的了解； （2）利用课余时间，通过看书、看报及看电视，收集有关基因工程的成果与发展前景的资料或信息并制成课件，也可以走访有关的专家学者了解该内容；(3) 分组预习并完成教师下发的有关资料。（4）按听证会的要求摆好课桌椅，根据各小组的选择按辩论的正方和反方分成左右两个大组。二、情境创设教师：通过课件向学生展示基因工程给人类带来巨大成就的图片。同时述说如下：基因工程自1973年诞生后，由于基因工程技术具有可以直接控制基因，将基因从一个物种转移至另一个物种，创造出新的物种或新的品种的显著特点。也就是说，可按照人们的主观愿望，创造出自然界中原先并不存在的新的生物类型，使人类从单纯地认识生物和利用生物的传统模式跳跃到随心所欲改造生物和创造生物的新时代。经过30多年的发展历程，取得了惊人的成绩，特别是近10年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基因扩增多技术的应用，不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域中，为农牧业、食品工业、医药卫生、环境保护等方面开拓了广阔的发展前景。今天就由同学们来阐述自己的认识和看法。三、师生互动教师： 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。学生分组汇报并交流课前收集资料的情况。学生1：基因工程在农业上的应用主要表现在两方面：（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。现在已培育出一批分别具有抗病、抗虫、抗除草剂、抗盐碱、抗病毒、抗干旱等性状的转基因农作物。1996至xx年的短短五年，全球转基因作物从170104hm2发展到4420104hm2，其推广速度使前所未有的。学生2：基因工程在畜牧养殖业的应用基因工程在畜牧养殖业上的应用也具有广阔的前景，科学家将某种特定基因与病毒DNA构成重组DNA，然后，通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到动物受精卵中，并由这种受精卵发育成新个体，这就是我们在前面提到的转基因动物。通过转基因动物人们可以获得所需要的各种优良品质。1982年，美国科学家将人的生长基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中，借腹怀胎后，产下的小白鼠比一般的大一倍，出现了前所未有的超级鼠，这是世界上第一只转基因动物。人们还用同样的方法，陆续获得自然界中从来就不曾有过的超级绵羊和超级鱼等动物。例如：转基因绵羊，比一般绵羊生长快30，体型大0.5倍；又如，澳大利亚科学家培育的转基因猪，4个月后可达 90 kg，生长速度比普通家猪提高100。学生3：基因工程与医药卫生 基因工程在医药卫生领域的应用主要可概括为两个方面：（1） 用于生产基因工程药品所谓基因工程药物就是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或药物。基因工程的方法由于不受原料的限制，可以高效率的生产出各种高质量、低成本的药物，如胰岛素、抗生素等。（2）用于基因诊断和基因治疗基因诊断 （展示DNA分子杂交过程的动画效果）基因诊断：运用基因分析对疾病作出诊断的方法，是遗传病最准确的诊断手段，也是一种威力强大的高新技术。传统诊断方法是通过表现型来推测基因型，而基因诊断是从基因着手来推断表现型，即绕过基因产物，通过直接探查基因进行诊断，不受细胞类型和发病年龄的限制，可用于一切遗传病的诊断。基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。用放射性同位素（如P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。癌细胞的病变过程，主要是由于基因调节控制失灵，通过基因诊断，将发生紊乱的基因加以修复，有希望根治癌症。半乳糖血症是一种先天性糖代谢缺陷症，通过基因诊断，发现病人缺少一个合成半乳糖转移酶的基因。若把半乳糖转移酶的基因转入缺乏这种基因的人体中，治疗这种先天性疾病将成为可能。基因诊断已用于镰刀状红细胞贫血症和地中海贫血症的诊断；对肠道病毒、疱疹病毒、腺病毒、肝炎病毒等引起的疾病，基因诊断技术已用于临床实践。 基因治疗 基因治疗，顾名思义，是指在基因水平上对人类疾病进行治疗。具体地说，它是利用基因转移或基因调控的手段，将正常基因转人疾病患者机体细胞内，取代致病的突变基因，表达所缺乏的基因产物。或者是通过基因调控的手段，有目的地抑制异常基因表达或重新开启已关闭的基因，达到治疗遗传病、肿瘤、艾滋病、心血管等疾病的目的。学生4：基因工程在食品工业中的应用随着人类社会的发展，粮食危机越来越威胁着人类的生存与发展，利用基因工程可以为人类开辟新的食物来源。如鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达成功，表明人们有希望从发酵罐里生产出人类需要的卵清蛋白。同样的，不久的将来，人们还可以从微生物中获得人们所需要的各种营养物质。学生5：基因工程应用于环保基因工程应用于环保，一方面基因工程方法可用于环境监测。据报道，用DNA探针可以检测饮用水病毒的含量。具体方法：用一个特定的DNA片段制成探针，与被测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。与传统方法相比具有快速、灵敏的特点。传统的检测一次，需几天或几个星期的时间，精确度不高，而用DNA探针只需一天。据报道，能从1t水中检测出 10个病毒来，精确度大大提高。基因工程还可用于净化环境。随着石油工业的迅速发展，石油这种含有多种烃类的物质对环境造成很大的污染。自然界中，假单相杆菌的细菌能够分解石油，但是，每一种假单抱杆菌只能分解石油中的某一种成分。1975年，科学家用基因工程的方法，把能分解三种焊类的基因都转到能分解另一种烃类的假单抱杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的超级细菌。学生6：展望21世纪，将是基因工程迅速发展和日臻完善的世纪，它将为人类带来巨大的效益，人们不光在基因工程的技术上取得突破，还将加速其产业化的进程。基因工程将在人类生活的方方面面发挥它举足轻重的作用。教师：同学们的陈述为我们展示了基因工程的美好前景。现在请同学们看我摘录的一则消息：xx年英国的研究人员普斯陶伊通过新闻媒体向人展示了他的研究成果：实验鼠在食用转基因土豆十天后，其肾、脾和消化道都出现了不同程度的损伤。你们怎样看待转基因生物和转基因食品的安全性呢？学生：阅读教科书P105的内容。学生：四人一组，根据课前教师整理印发给各组的转基因生物和转基因食品利弊争论的要点，对教科书P105资料分析中的两种观点进行思考、讨论，找出支持某一观点的有力论据。学生：分组讨论，教师强调支持某一观点的论据要充分，要注意科学性、客观性和逻辑性。教师：将听证会将角色扮演的程序、规则和具体要求以及评价标准，分发给各组，引导学生以小组为单位讨论并形成陈述报告要点。学生：在讨论的基础上，协商或小组指派某个角色，安排角色扮演活动。教师：角色扮演包括：A. 基因工程研发人员B. 转基因生物农场主或转基因食品生产商代表C. 环保志愿者D. 消费者E. 食品与药品检测监督部门的代表F. 决策部门主管G. 法律专家代表学生：站在所扮演角色的立场上，收集证据，按规定程序陈述。模拟听证会议题：近来，一些市民和媒体纷纷向市政府反映了他们对转基因农产品或转基因安全性的担忧，呼吁市政府制定条例对转基因生物及转基因食品的生产和销售加以控制。请你作为上述AF的任一角色参加听证会，就是否应当对转基因生物与转基因食品加以限制发表你的看法。要求：观点正确，论据充分，注意科学性，客观性和逻辑性。听证会程序：1 决策部门的主管陈述听证会议题及议程（规则）；2 控辩双方分别陈述各自的主张；3 辩论阶段；4 法律专家代表陈述我国和世界各主要国家和地区的有关法律法规；5 表决有关条例议案。学生：每个小组选择其中一个角色，准备陈述提纲和辩论材料，做到尊重科学、体察民意、以理服人、客观公正、民主决策。学生：根据教师下发的评价表，认真听取控辨双方的陈述，评出最佳辩论手。四、教师精讲自20世纪70年代以来，以基因工程为代表的生物技术的发展突飞猛进。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。但是，由于基因工程是一门新兴的高新技术，通过基因重组，可将动、植物和微生物的基因相互转移，打破了传统育种之间的界限，能把一种生物体的基因转移至毫不相关的另一种生物体中，创造出新的物种或新的品种，这必然使人们对这些产品产生不安和担忧，由此引发了转基因生物及其产品的安全性的争论。目前，转基因生物技术可能引起的生物安全问题，特别是自由研究、制造、引入（环境）、投放（如市场）和排放转基因有机物或转基因生物可能产生的环境风险和安全问题，已经引起许多国家的关注和学术界的争论。最初对生物技术安全性的争论来源于美国和一些工业发达的国家的学术界，后来逐渐扩展到工业、农业及商业等部门和文化。道德社会生活领域。多数学者认为，因转基因生物技术而造成的影响，其中既有积极的也有消极的；既有正面的推动作用，也有负面的风险；既有可以为人类带来巨大的利益，也可能因管理或处置不当而对人类和环境造成很大的不利影响，有些科学家认为，转基因生物技术里大于弊，对现代生物技术的担心是多余的，人类既然可以创造转基因生物技术，也可以驾驭它。概括起来，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。现在，我国农业部、卫生部、国家出入境检验检疫局和国家环境保护总局越来越重视转基因生物及其产品非得安全性，正密切关注国际上有关管理法规的动向。五、评价反馈收回下发的评价表，师生共同评出最佳辩论手、优秀学习小组。六、课堂小结一、基因工程的应用 1、农业上的应用(1) 获得高产、稳产和具有优良品质的农作物(2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种 2、畜牧业上的应用(1)培育各种具有优良品质的动物(2)利用动物乳腺细胞获得人类所需要的各种物质3、食品工业上的应用为人类开辟新的食物来源 4、基因工程与医药卫生（1）生产基因工程药品（2）用于基因诊断与基因治疗基因诊断：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交的原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。 基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。5、基因工程与环境保护 （1）用于环境检测 （2）用于被污染环境的净化二、关注转基因生物和转基因食品的安全性三、本章小结：七、布置作业P106：拓展题2、3。八、课后拓展 课外实践：调查转基因食品的发展现状。步骤要求：写出开题报告、制作调查表、进行调查、写出调查报告。【习题详解】（一） 练习 （P106）（二）拓展题2提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。3提示：例如，“转基因土豆肝炎患者的希望!！”等。（二）本节聚焦 （P102）1、基因工程有哪些应用？基因工程有广泛的应用 ，在农业上：可获得高产、稳产和具有优良品质的农作物；能培育出具有各种抗逆性的作物新品种 。在畜牧业上：培育各种具有优良品质的动物；利用动物乳腺细胞获得人类所需要的各种物质。在食品工业上：可为人类开辟新的食物来源。在基因工程与医药卫生方面：可生产基因工程药品；可用于基因诊断与基因治疗，基因诊断：用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交的原理。 基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞。在基因工程与环境保护上:用于环境检测:用于被污染环境的净化.2、转基因食品安全吗？这是一道开放试题，只要答案合理，都可以得分。【备课资料】1、我国转基因生物的利用现状1981年，科学家第一次成功地将外源基因导人动物胚胎，创立了培育转基因动物的技术。1982年，科学家获得转基因小鼠。1983年，又获得转基因烟草、马铃薯。目前，国际上获得的转基因植物已达100种以上。以下列举了我国转基因生物的利用情况。基因工程药物 基因工程药物主要来自三个方面：一是微生物基因工程，即把目的基因导人大肠杆菌等工程菌中，通过微生物表达目的基因的产物；二是细胞基因工程，即用哺乳动物细胞株表达目的产物；三是转基因动物，即将目的基因直接导人鼠、兔、羊、猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从而获得目的产物。下表列举了部分利用基因工程技术研制的药品。利用基因工程技术研制的部分药品产品名称菌株或细胞应用人胰岛素大肠杆菌治疗糖尿病人生长激素（GH）大肠杆菌治疗生长缺陷症表皮生长因子（EGF）大肠杆菌治疗烫伤、胃溃疡等肿瘤坏死因子大肠杆菌杀死某些肿瘤细胞白细胞介素-2（IL-2）大肠杆菌治疗某些癌症尿激酶原大肠杆菌治疗心脏病-干扰素酵母菌治疗癌症或病毒感染乙型肝炎疫苗酵母菌预防病毒性肝炎组织溶纤酶原激活剂（tPA）哺乳动物细胞治疗心脏病环境保护中的应用 人类活动造成的各种污染(包括工业废水、废气、各种废弃物、有毒化学物质、电磁和放射性物质等)对生态环境的破坏，已成为威胁人民生活的严重问题。生物技术在环境治理上发挥着不可替代的作用。美国培育的基因工程“超级菌”，几小时就可降解自然菌种需1年才能降解的水上浮油；日本将嗜油酸单胞杆菌的耐汞基因转入腐臭单胞杆菌，使该菌株既能有效处理环境中汞污染，又能将汞回收利用。目前，已成功培植出一种能高效地吸收重金属的转基因烟草，它对土壤中重金属具有很强的抵抗能力和吸附能力，如果把转基因的烟草种于被污染的土壤，就能利用它来吸收和排除土壤中的重金属。动物乳腺生物反应器 动物乳腺生物反应器是20世纪90年代出现的利用转基因动物的乳房作为生物发酵工厂，大规模生产某些急需的生物活性物质或药用蛋白的高新技术。目前利用动物乳腺生物反应器生产医用蛋白质已经受到高度的重视。荷兰用转基因牛生产乳铁蛋白；英国成功研制转基因羊，从其乳汁中提取抗胰蛋白酶；我国研制出五头转基因羊，乳汁中含有治疗血友病的凝血因子。2、我国农业转基因生物安全条例有关规定 (摘要)为了加强我国农业转基因生物的安全管理，保障人体健康和生物安全，保护生态环境，促进农业生物技术的发展，xx年5月23日，国务院公布了农业转基因生物安全管理条例(以下简称条例)。条例共8章56条，以下是有关规定的摘要。(1)本条例所称农业转基因生物，是指利用基因工程技术改变基因组构成，用于农业生产或者农产品加工的动植物、微生物及其产品，主要包括：转基因动植物(含种子、种畜禽、水产苗种)和微生物；转基因动植物、微生物产品；转基因农产品的直接加工品；含有转基因动植物、微生物或者其产品成分的种子、种畜禽、水产苗种、农药、兽药、肥料和添加剂等产品。本条例所称农业转基因生物安全，是指防范农业转基因生物对人类、动植物、微生物和生态环境构成的危害或者潜在风险。(2)生产转基因植物种子、种畜禽、水产苗种，应当取得国务院农业行政主管部门颁发的种子、种畜禽、水产苗种生产许可证。生产单位和个人申请转基因植物种子、种畜禽、水产苗种生产许可证，除应当符合有关法律、行政法规规定的条件外，还应当符合下列条件：取得农业转基因生物安全证书并通过品种审定；在指定的区域种植或者养殖；有相应的安全管理、防范措施；国务院农业行政主管部门规定的其他条件。(3)生产转基因植物种子、种畜禽、水产苗种的单位和个人，应当建立生产档案，载明生产地点、基因及其来源、转基因的方法以及种子、种畜禽、水产苗种流向等内容。(4)经营转基因植物种子、种畜禽、水产苗种的单位和个人，应当建立经营档案，载明种子、种畜禽、水产苗种的来源、贮存、运输和销售去向等内容。(5)在中华人民共和国境内销售列入农业转基因生物目录的农业转基因生物，应当有明显的标识。列入农业转基因生物目录的农业转基因生物，由生产、分装单位和个人负责标识；未标识的，不得销售。经营单位和个人在进货时，应当对货物和标识进行核对。经营单位和个人拆开原包装进行销售的，应当重新标识。(6)国家对农业转基因生物安全实行分级管理评价制度，建立农业转基因生物安全评价制度，对农业转基因生物实行标识制度。(7)国务院农业行政主管部门应当加强农业转基因生物研究与试验安全评价管理工作，并设立农业转基因生物安全委员会，负责农业转基因生物的安全评价工作。农业转基因生物安全委员会由从事农业转基因生物研究、生产、加工、检验检疫以及卫生、环境保护等方面的专家组成。(8)国务院农业行政主管部门根据农业转基因的安全评价工作的需要可以委托具备检测条件和能力的技术检测机构对农业转基因生物进行检测。(9)从事农业转基因生物研究与试验的单位，应当具备与安全等级相适应的安全设施和措施，确保农业转基因生物研究与试验的安全，并成立农业转基因生物安全小组，负责本单位农业转基因生物研究与试验的安全工作。条例指出，从事农业转基因生物研究与试验单位，应当具备相应的安全设施和措施，确保农业转基因生物研究与试验的安全，在生产性试验结束后，可以申请领取农业转基因生物安全证书。中外合作、合资或者外方独资单位，应当经国务院农业行政主管部门批准。单位和个人从事农业转基因生物生产、加工的，应当由国务院农业行政主管部门或者省、自治区、直辖市人民政府农业行政主管部门批准。农民养殖、种植转基因动植物的，由种子、种畜禽、水产苗种销售单位代办审批手续。经营转基因生物的单位和个人，应当取得许可证，并建立经营档案。列入农业转基因生物目录的农业转基因生物，由生产、分装单位和个人负责标识，未标识的，不得销售。农业转基因生物标识应当标明产品中含有转基因成分的主要原料名称；有特殊销售范围要求的，还应当标明销售范围，并在指定范围内销售。