资源简介

高二 年级 生物 学科 选择性必修二 课时教学设计
课题 基因工程的基本操作程序（第2课时） 课时 2
主备 辅备
课型 新授课 □复习课 □习题/试卷讲评课 □实践活动课
一、教学内容分析
课程标准要求： 1.基于实例分析，掌握目的基因的导入和检测方法 2.结合聚合酶链式反应（PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定实验，掌握实验原理和操作 （二）核心素养要求： 1.文化基础：掌握目的基因的导入和检测方法。 2.自主发展：结合聚合酶链式反应（PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定实验。 （三）前后知识联系： 学生已经学过(重组DNA技术的工具)，本节课的内容就是在此基础上的发展。由于它还与后面的(基因工程的基本操作的应用)有联系,所以在本学科中的作用是（承上启下）。
二、学情分析
在本节课的教学中，学生可能遇到的问题是：（不能正确理解基因工程的操作步骤），产生这一问题的原因是（目的基因的导入和检测方法），解决的关键办法是（理论联系生活实际，多使用多媒体，激发学生的兴趣。）
三、重点难点分析
1.教学重点是(掌握目的基因的导入和检测方法)，解决重点的关键是(在教学中要善于联系生活，从生活中来，到生活中去 )。 2.教学难点（结合聚合酶链式反应（PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定实验)，解决难点的关键是( 运用图示和演示实验等方法阐释，以及利用生活实际中的问题与生物知识相联系)。
四、教学活动设计 □基于问题解决的设计 □讲授式设计 □自主探究式设计 □合作交流式设计
活动程序一 【深度学习】 课前自学、导学（用时5分钟内）
师生 活动 教师对上次课限时训练讲评。 图文情境导入： 展示荧光水母照片，介绍科学家首先从水母体内提取出了绿色荧光蛋白 【提问】那么水母体内为什么会有绿色荧光蛋白呢？根本原因是？ 展示能发出绿色荧光的大肠杆菌。 介绍“之后的研究，有科学家将绿色荧光蛋白基因导入大肠杆菌，并使该基因在大肠杆菌中完成了表达” 【提问】外源的绿色荧光基因是如何导入大肠杆菌细胞内并得以表达的呢？ 展示学习目标： 4、学生自主梳理本课知识，发现问题：
【设计意图】通过情境导入和新课知识初步了解，形成必要的额知识储备。
活动程序二 【深度学习】即本课学习 教师根据本次课教学需要组合选用自学、互学、模仿等相关环节，用时25-40分钟。
大问题一（请列出具体学习任务简称）：将目的基因导入受体细胞
呈现知识小问题串或情境或知识清单 问题1 农杆菌有什么特点？目的基因应该插入到T质粒的哪个位置？ 问题2 农杆菌转化法中有几次拼接和导入过程？ 问题3 花粉管通道法与农杆菌转化法相比有什么优点？
【模仿变通】变式、训练 例题1. 1．将基因表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。 ( ) 2．转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。 （ ） 3.应用PCR技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其是否完成表达(　 　) 4.抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体DNA上也未必能正常表达(　 　) 5.为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体(　 　) 变式题1 6.抗虫基因即使成功地插入植物细胞染色体上也未必能正常表达( 　　) 7.检测目的基因是否成功表达可用抗原—抗体杂交技术(　 　) 8.进行DNA片段的扩增及电泳鉴定实验所需的缓冲液和酶应分装成小份，并在20 ℃储存(　 ) 9.在凝胶中DNA分子的迁移速率只与DNA分子的大小相关(　 　) 10.为了节约资源，移液器上的枪头在实验过程中不必更换(　 　)
【师生活动】 首先，绿色荧光基因是如何获取的？实际上科学家是通过 PCR 技术来获取的 了解将Bt基因导入棉花细胞的方法——花粉管通道法 教师活动：结合图片资料，介绍我国科学家独创的将Bt基因导入棉花细胞的方法——花粉管通道法。提问：应在植物发育的什么时期使用花粉管通道法？如何获得含有目的基因的植物后代？ 学生活动：了解花粉管通道法的操作过程，讨论该方法所要实现的目的，完成课中作业“任务四”相应内容。
【设计意图】通过了解我国科学家独创的方法，学习科学家开拓创新的精神。
大问题二（请列出具体学习任务简称）：目的基因的检测和鉴定
呈现知识小问题串或情境或知识清单 问题1 为什么必须构建基因表达载体？ 问题2 假设图中利用同一种限制酶切割质粒和外源DNA片段，分别产生几个黏性末端？ 问题3 构建基因表达载体时往往用两种限制酶分别切割目的基因的两端以及载体，请分析原因。作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？
【模仿变通】变式、训练 例题2.土壤农杆菌侵染植物细胞时,其Ti质粒上的T-DNA片段可转入植物的基因组中。以Ti质粒作载体,利用农杆菌转化法培育转基因植物,下列相关叙述正确的是 (　　) A.目的基因应插入T-DNA片段外,以防止破坏T-DNA B.用Ca2+处理农杆菌,以利于其侵染植物细胞 C.Ti质粒是一种环状DNA分子,属于农杆菌的拟核DNA D.T-DNA可介导外源DNA整合到植物细胞的染色体上 变式题2.将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄有效地提高了番茄的耐寒能力。能最终鉴定转基因番茄培育是否成功的方法(　　) A.在试验田中观察番茄的耐寒能力 B.检测番茄的体细胞中是否存在鱼的抗冻蛋白 C.检测鱼的抗冻蛋白基因是否转录出了mRNA D.检测番茄体细胞中是否有鱼的抗冻蛋白基因
【师生活动】 教师活动：引导学生回顾基因表达的过程，推测可以从哪些方面对Bt基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传性状进行检测与鉴定。介绍在不同水平进行检测与鉴定的方法。 学生活动：通过回顾知识，推测目的基因检测和鉴定的几个水平，完成课中作业“任务五”相应内容。
【设计意图】引导学生结合基因表达相关知识推测检测与鉴定目的基因的几个水平，发展学生的科学思维能力。
活动程序三【学以致用】：检测反馈 约占本次课的10分钟内
【目标检测题】 1.应用基因工程技术诊断疾病的过程中需要使用基因探针。这里的基因探针是指(　　) A.能够指导合成免疫球蛋白的DNA分子 B.细胞工程生产的单克隆抗体 C.用放射性同位素或荧光分子等标记的蛋白质分子 D.用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子 2.利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉,培育是否成功,最好检测 (　　) A.是否有抗生素产生 B.是否有目的基因表达 C.是否有抗虫的性状出现 D.是否能分离到目的基因
活动程序四 【课堂小结】用时5分钟内
【学以致用】作业设计之限时训练 分ABC三层，学生选择AB或BC题做。用时30-45分钟，限时完成
A组(基础题 ) 1．桃是一种经济价值很高的果树。遗传转化是开展桃品种改良的重要途径，为获得遗传转化率高的桃愈伤组织受体体系，某研究团队利用3种不同品系（ZJB、ZSYM、XYL）的桃花药愈伤组织进行了遗传转化实验：先将3种愈伤组织分别接种到含有特定农杆菌的培养液中进行混合培养，一段时间后再分别转移至含有潮霉素的培养基中进行抗性筛选（如图）。下列相关叙述错误的是（ ） A．根据实验推测，潮霉素具有抑制愈伤组织生长的作用 B．混合培养时农杆菌的部分DNA可转移到愈伤组织的染色体DNA上 C．利用潮霉素进行筛选的原因是桃愈伤组织自身携带潮霉素抗性基因 D．实验结果说明ZJB品系可作为桃愈伤组织高效遗传转化的受体材料 2．研究人员将PCR扩增得到的毒物诱导型启动子S（箭头表示转录方向）插入图中载体P区，构建表达载体，转入大肠杆菌，获得能够检测水中毒物的大肠杆菌。下列叙述不正确的是（ ） A．PCR扩增启动子S时，图中引物I、Ⅱ分别加入BamHI、XhoI识别序列 B．用Ca2+处理大肠杆菌以便于转入构建好的表达载体 C．使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入载体的菌株 D．可通过转基因大肠杆菌的荧光情况判断水中是否含毒物 3．C基因编码具有高度特异性杀虫活性的C蛋白，V基因编码的Ⅴ蛋白是结构和作用机理不同于C蛋白的杀虫蛋白。利用C-V融合基因和以下载体（如图），获得具有高抗虫性的转基因玉米。下列叙述错误的是（　　） A．此载体中的 T-DNA 可转移至植物细胞基因组中 B．可采用含卡那霉素的培养基筛选转基因植株 C．可从分子水平、个体水平对转基因玉米进行检测与鉴定 D．与转一种抗虫基因相比，此玉米可延缓害虫抗性基因频率增加 4．研究人员通过PCR扩增质粒PDNR-LIB中的sacB基因，该基因的产物对蔗糖敏感，是一种常见的反选择标记基因。tetA是四环素抗性基因，利用基因工程将sacB基因插入到质粒pAH162上，构建含有tetA-sacB双重选择系统的重组质粒，即pAH162-sacB，具体过程如下图所示。将pAH162-sacB导入大肠杆菌验证其双重选择作用。下列分析错误的是（　　） A．将sacB基因插入到pAH162上需要用到的酶有BamHI、EcoRI和DNA连接酶 B．大肠杆菌能在含四环素的培养基中生长说明双重选择系统的重组质粒构建成功 C．为保证正向连接，进行PCR前，应在sacB基因上游引物添加BamHI识别序列 D．需用Ca2+处理大肠杆菌细胞使其处于一种能吸收周围环境中的DNA分子的生理状态 B组(巩固题 ) 5．1986年，广东湛江农业科学家陈日胜发现海水稻具有很高的科学研究和利用价值，并因此申请了专利，将其定名为“海稻86”。袁隆平院士成立的青岛海水稻研究发展中心以“海稻86”为基础培育了多个植物新品种。下列相关说法正确的是（ ） A．将“海稻86”和淡水稻的体细胞进行杂交，培育的新物种具有两种水稻的优良性状 B．对经紫外线照射的“海稻86”的花药进行花药离体培养，可以快速获得纯合的优良品种 C．利用农杆菌转化法可将“海稻86”的抗盐碱基因整合到其他植物细胞的染色体DNA上 D．可通过核酸分子杂交的方法判断导入的“海稻86”的抗盐碱基因是否成功表达 6．在青霉素的生产过程中人们发现青霉素发酵过程是高耗氧过程，为了保证在发酵过程中给微生物持续高效供氧科学家们将人的血红蛋白基因转入到产黄青霉中制备了用于生产青霉素的工程菌，下列相关叙述错误的是（　　） A．可以利用PCR技术从人的基因组中扩增出血红蛋白基因，在PCR反应体系中至少需要3次扩增才能获得所需基因 B．用于构建基因表达载体所用的质粒往往取自于细菌或病毒体内 C．构建基因表达载体时需要用到限制酶和DNA连接酶 D．为检测转基因的产黄青霉是否培育成功需要进行分子水平的检测和个体生物学水平的鉴定 7．烟草花叶病毒（TMV）可使烟草叶片出现坏死斑点，不仅影响烟草的产量，也使烟草的品质下降。科学将抗TMV的54KD蛋白基因导入根瘤农杆菌，然后将烟草叶片与携带载体质粒的根瘤农杆菌共培养，共同培养后的烟草细胞转移至含卡那霉素（Km）的培养基上培养筛选，筛选后的细胞培育成植株，检测发现Km抗性基因（NPTII）在烟草植株中已经表达，从而培育成转基因抗TMV的烟草植株，其流程如图所示。下列分析错误的是（ ） RNA重组Ti质粒受体细胞再生植株转基因抗TMV烟草 A．图中过程①②获得的54KD蛋白基因可通过PCR技术进行扩增 B．过程③为基因表达载体的构建，该过程是获得转基因抗病毒烟草的核心工作 C．过程④的受体细胞首先为根瘤农杆菌，根瘤农杆菌再将DNA转移至烟草细胞 D．通过抗原—抗体杂交技术检测NPTII表达，可直接证明54KD蛋白基因的存在 8．研究人员为了研究乳头瘤病毒侵染细胞后，其E6蛋白对宿主细胞摄取葡萄糖的影响，利用没有葡萄糖转运载体的爪蟾卵母细胞进行实验。请从以下选项中，选取实验组中应设置的合理步骤是（　　） ①将葡萄糖载体蛋白注入爪蟾细胞 ②将葡萄糖载体基因表达载体注入爪蟾细胞 ③将E6蛋白基因表达载体注入爪蟾细胞 ④将无关蛋白基因表达载体注入爪蟾细胞 ⑤将细胞培养在含有E6蛋白的适宜浓度葡萄糖溶液中 ⑥将注入基因表达载体的卵母细胞培养在适宜浓度葡萄糖溶液中 ⑦检测细胞运输葡萄糖的速率 A．①③⑥⑦ B．②④⑤⑦ C．②③⑥⑦ D．①④⑤⑦ C组(提高题 ) 9．我国科学家在进行抗虫棉的培育过程中独创了“花粉管通道法”，该方法有多种操作方式。下图表示花粉管通道法介导植物基因转移。下列相关说法错误的是（ ） A．相比于农杆菌转化法，花粉管通道法还适用于玉米等单子叶植物的转基因培育 B．相比于基因枪法和农杆菌转化法，花粉管通道法避免了植物组织培养这一操作 C．必须在雌蕊成熟时才能进行图中所示的处理方法 D．外源DNA不需要构建基因表达载体，就能借助花粉管通道进入受体细胞并表达 10．天然的玫瑰没有蓝色，某花卉种植基地将矮牵牛的蓝花基因B导入天然玫瑰中，以培育出蓝色玫瑰，图1表示矮牵牛蓝花基因B的酶切位点，图2表示运载体的结构。下列叙述错误的是（ ） A．在提取蓝花基因B的过程中加入95％的酒精是为了析出DNA B．应选择限制酶ClaⅠ和SacⅠ对目的基因进行切割 C．在进行PCR过程中，将温度设为50℃左右是为了让引物与两条单链DNA结合 D．若将重组质粒导入农杆菌中，农杆菌培养液中需添加卡那霉素 11．为研究胰腺A蛋白的生理功能，科研人员利用基因工程技术构建了A基因胰腺特异性敲除模型小鼠。 (1)利用如图载体构建A基因中有LoxP序列的小鼠。图中载体与A基因颜色相同的区域序列相同。通过同源臂使载体与A基因上的对应相同序列发生片段互换，将LoxP整合到A基因上得到A′基因，A′基因与A基因功能相同。 将载体导入 （细胞）中，获得了基因型为AA′的杂合鼠。 (2)来自于噬菌体的Cre酶可将它所在细胞中含LoxP序列的基因敲除。研究人员将Cre酶基因与特异性启动子拼接，使其仅在小鼠胰腺细胞中表达。胰腺细胞特异表达Cre酶的小鼠称为C鼠。 以下是利用AA′杂合鼠和C鼠杂交获得A基因胰腺特异性敲除鼠的操作过程，并利用小鼠尾部细胞检测杂交后代基因型。（注：A和Cre酶基因位于小鼠的不同染色体上） ①第一批杂交：AA′鼠分别与AA′鼠、C鼠杂交，在子一代中筛选，获得两类鼠：A′A′鼠和 鼠。 ②第二批杂交：将第一批杂交筛选获得的两类鼠进行一次杂交，获得多只小鼠，其中含有A基因胰腺特异性敲除小鼠。利用PCR的方法检测这些小鼠尾部细胞的基因型，引物（P1~P6）及产物电泳结果如下图所示。 得到B图甲的电泳结果，A图P1~P4中应选择的一对引物是 。其中1、2为对照；3—10号小鼠中，含A基因的有 ，可实现A基因胰腺特异性敲除的有 。 (3)将纯合A′A′鼠（无Cre酶）与第二批杂交筛选得到的A基因胰腺特异性敲除的小鼠进行杂交，出生的后代有、无Cre酶的小鼠数量之比接近 时，说明胰腺中A基因特异性敲除的小鼠可正常出生，无胚胎致死；利于在后续研究中应用。 【答案】C A B B C B D C D B 11，(1)受精卵 (2) 基因型为AA'的C鼠（有Cre酶基因的AA'鼠） P1、P3 3、4、7、8 5、10 (3)1:1
六、课后教学反思

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