資源簡介

高二 年級 生物 學科 選擇性必修二 課時教學設計
課題 基因工程的基本操作程序（第2課時） 課時 2
主備 輔備
課型 新授課 □復習課 □習題/試卷講評課 □實踐活動課
一、教學內容分析
課程標準要求： 1.基于實例分析，掌握目的基因的導入和檢測方法 2.結合聚合酶鏈式反應（PCR)擴增DNA片段并完成電泳鑒定實驗，掌握實驗原理和操作 （二）核心素養要求： 1.文化基礎：掌握目的基因的導入和檢測方法。 2.自主發展：結合聚合酶鏈式反應（PCR)擴增DNA片段并完成電泳鑒定實驗。 （三）前后知識聯系： 學生已經學過(重組DNA技術的工具)，本節課的內容就是在此基礎上的發展。由于它還與后面的(基因工程的基本操作的應用)有聯系,所以在本學科中的作用是（承上啟下）。
二、學情分析
在本節課的教學中，學生可能遇到的問題是：（不能正確理解基因工程的操作步驟），產生這一問題的原因是（目的基因的導入和檢測方法），解決的關鍵辦法是（理論聯系生活實際，多使用多媒體，激發學生的興趣。）
三、重點難點分析
1.教學重點是(掌握目的基因的導入和檢測方法)，解決重點的關鍵是(在教學中要善于聯系生活，從生活中來，到生活中去 )。 2.教學難點（結合聚合酶鏈式反應（PCR)擴增DNA片段并完成電泳鑒定實驗)，解決難點的關鍵是( 運用圖示和演示實驗等方法闡釋，以及利用生活實際中的問題與生物知識相聯系)。
四、教學活動設計 □基于問題解決的設計 □講授式設計 □自主探究式設計 □合作交流式設計
活動程序一 【深度學習】 課前自學、導學（用時5分鐘內）
師生 活動 教師對上次課限時訓練講評。 圖文情境導入： 展示熒光水母照片，介紹科學家首先從水母體內提取出了綠色熒光蛋白 【提問】那么水母體內為什么會有綠色熒光蛋白呢？根本原因是？ 展示能發出綠色熒光的大腸桿菌。 介紹“之后的研究，有科學家將綠色熒光蛋白基因導入大腸桿菌，并使該基因在大腸桿菌中完成了表達” 【提問】外源的綠色熒光基因是如何導入大腸桿菌細胞內并得以表達的呢？ 展示學習目標： 4、學生自主梳理本課知識，發現問題：
【設計意圖】通過情境導入和新課知識初步了解，形成必要的額知識儲備。
活動程序二 【深度學習】即本課學習 教師根據本次課教學需要組合選用自學、互學、模仿等相關環節，用時25-40分鐘。
大問題一（請列出具體學習任務簡稱）：將目的基因導入受體細胞
呈現知識小問題串或情境或知識清單 問題1 農桿菌有什么特點？目的基因應該插入到T質粒的哪個位置？ 問題2 農桿菌轉化法中有幾次拼接和導入過程？ 問題3 花粉管通道法與農桿菌轉化法相比有什么優點？
【模仿變通】變式、訓練 例題1. 1．將基因表達載體導入動物受精卵常用顯微注射法。 ( ) 2．轉基因抗蟲棉植株抗蟲效果的鑒定必須通過分子檢測才能達到目的。 （ ） 3.應用PCR技術，可以檢測轉基因抗凍番茄植株中目的基因的存在及其是否完成表達(　 　) 4.抗蟲基因即使成功地插入植物細胞染色體DNA上也未必能正常表達(　 　) 5.為培育抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體(　 　) 變式題1 6.抗蟲基因即使成功地插入植物細胞染色體上也未必能正常表達( 　　) 7.檢測目的基因是否成功表達可用抗原—抗體雜交技術(　 　) 8.進行DNA片段的擴增及電泳鑒定實驗所需的緩沖液和酶應分裝成小份，并在20 ℃儲存(　 ) 9.在凝膠中DNA分子的遷移速率只與DNA分子的大小相關(　 　) 10.為了節約資源，移液器上的槍頭在實驗過程中不必更換(　 　)
【師生活動】 首先，綠色熒光基因是如何獲取的？實際上科學家是通過 PCR 技術來獲取的 了解將Bt基因導入棉花細胞的方法——花粉管通道法 教師活動：結合圖片資料，介紹我國科學家獨創的將Bt基因導入棉花細胞的方法——花粉管通道法。提問：應在植物發育的什么時期使用花粉管通道法？如何獲得含有目的基因的植物后代？ 學生活動：了解花粉管通道法的操作過程，討論該方法所要實現的目的，完成課中作業“任務四”相應內容。
【設計意圖】通過了解我國科學家獨創的方法，學習科學家開拓創新的精神。
大問題二（請列出具體學習任務簡稱）：目的基因的檢測和鑒定
呈現知識小問題串或情境或知識清單 問題1 為什么必須構建基因表達載體？ 問題2 假設圖中利用同一種限制酶切割質粒和外源DNA片段，分別產生幾個黏性末端？ 問題3 構建基因表達載體時往往用兩種限制酶分別切割目的基因的兩端以及載體，請分析原因。作為基因工程表達載體，只需含有目的基因就可以完成任務嗎？
【模仿變通】變式、訓練 例題2.土壤農桿菌侵染植物細胞時,其Ti質粒上的T-DNA片段可轉入植物的基因組中。以Ti質粒作載體,利用農桿菌轉化法培育轉基因植物,下列相關敘述正確的是 (　　) A.目的基因應插入T-DNA片段外,以防止破壞T-DNA B.用Ca2+處理農桿菌,以利于其侵染植物細胞 C.Ti質粒是一種環狀DNA分子,屬于農桿菌的擬核DNA D.T-DNA可介導外源DNA整合到植物細胞的染色體上 變式題2.將魚的抗凍蛋白基因導入番茄有效地提高了番茄的耐寒能力。能最終鑒定轉基因番茄培育是否成功的方法(　　) A.在試驗田中觀察番茄的耐寒能力 B.檢測番茄的體細胞中是否存在魚的抗凍蛋白 C.檢測魚的抗凍蛋白基因是否轉錄出了mRNA D.檢測番茄體細胞中是否有魚的抗凍蛋白基因
【師生活動】 教師活動：引導學生回顧基因表達的過程，推測可以從哪些方面對Bt基因進入受體細胞后，是否穩定維持和表達其遺傳性狀進行檢測與鑒定。介紹在不同水平進行檢測與鑒定的方法。 學生活動：通過回顧知識，推測目的基因檢測和鑒定的幾個水平，完成課中作業“任務五”相應內容。
【設計意圖】引導學生結合基因表達相關知識推測檢測與鑒定目的基因的幾個水平，發展學生的科學思維能力。
活動程序三【學以致用】：檢測反饋 約占本次課的10分鐘內
【目標檢測題】 1.應用基因工程技術診斷疾病的過程中需要使用基因探針。這里的基因探針是指(　　) A.能夠指導合成免疫球蛋白的DNA分子 B.細胞工程生產的單克隆抗體 C.用放射性同位素或熒光分子等標記的蛋白質分子 D.用放射性同位素或熒光分子等標記的DNA分子 2.利用蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因培育的抗蟲棉,培育是否成功,最好檢測 (　　) A.是否有抗生素產生 B.是否有目的基因表達 C.是否有抗蟲的性狀出現 D.是否能分離到目的基因
活動程序四 【課堂小結】用時5分鐘內
【學以致用】作業設計之限時訓練 分ABC三層，學生選擇AB或BC題做。用時30-45分鐘，限時完成
A組(基礎題 ) 1．桃是一種經濟價值很高的果樹。遺傳轉化是開展桃品種改良的重要途徑，為獲得遺傳轉化率高的桃愈傷組織受體體系，某研究團隊利用3種不同品系（ZJB、ZSYM、XYL）的桃花藥愈傷組織進行了遺傳轉化實驗：先將3種愈傷組織分別接種到含有特定農桿菌的培養液中進行混合培養，一段時間后再分別轉移至含有潮霉素的培養基中進行抗性篩選（如圖）。下列相關敘述錯誤的是（ ） A．根據實驗推測，潮霉素具有抑制愈傷組織生長的作用 B．混合培養時農桿菌的部分DNA可轉移到愈傷組織的染色體DNA上 C．利用潮霉素進行篩選的原因是桃愈傷組織自身攜帶潮霉素抗性基因 D．實驗結果說明ZJB品系可作為桃愈傷組織高效遺傳轉化的受體材料 2．研究人員將PCR擴增得到的毒物誘導型啟動子S（箭頭表示轉錄方向）插入圖中載體P區，構建表達載體，轉入大腸桿菌，獲得能夠檢測水中毒物的大腸桿菌。下列敘述不正確的是（ ） A．PCR擴增啟動子S時，圖中引物I、Ⅱ分別加入BamHI、XhoI識別序列 B．用Ca2+處理大腸桿菌以便于轉入構建好的表達載體 C．使用添加氨芐青霉素的培養基篩選轉入載體的菌株 D．可通過轉基因大腸桿菌的熒光情況判斷水中是否含毒物 3．C基因編碼具有高度特異性殺蟲活性的C蛋白，V基因編碼的Ⅴ蛋白是結構和作用機理不同于C蛋白的殺蟲蛋白。利用C-V融合基因和以下載體（如圖），獲得具有高抗蟲性的轉基因玉米。下列敘述錯誤的是（　　） A．此載體中的 T-DNA 可轉移至植物細胞基因組中 B．可采用含卡那霉素的培養基篩選轉基因植株 C．可從分子水平、個體水平對轉基因玉米進行檢測與鑒定 D．與轉一種抗蟲基因相比，此玉米可延緩害蟲抗性基因頻率增加 4．研究人員通過PCR擴增質粒PDNR-LIB中的sacB基因，該基因的產物對蔗糖敏感，是一種常見的反選擇標記基因。tetA是四環素抗性基因，利用基因工程將sacB基因插入到質粒pAH162上，構建含有tetA-sacB雙重選擇系統的重組質粒，即pAH162-sacB，具體過程如下圖所示。將pAH162-sacB導入大腸桿菌驗證其雙重選擇作用。下列分析錯誤的是（　?。? A．將sacB基因插入到pAH162上需要用到的酶有BamHI、EcoRI和DNA連接酶 B．大腸桿菌能在含四環素的培養基中生長說明雙重選擇系統的重組質粒構建成功 C．為保證正向連接，進行PCR前，應在sacB基因上游引物添加BamHI識別序列 D．需用Ca2+處理大腸桿菌細胞使其處于一種能吸收周圍環境中的DNA分子的生理狀態 B組(鞏固題 ) 5．1986年，廣東湛江農業科學家陳日勝發現海水稻具有很高的科學研究和利用價值，并因此申請了專利，將其定名為“海稻86”。袁隆平院士成立的青島海水稻研究發展中心以“海稻86”為基礎培育了多個植物新品種。下列相關說法正確的是（ ） A．將“海稻86”和淡水稻的體細胞進行雜交，培育的新物種具有兩種水稻的優良性狀 B．對經紫外線照射的“海稻86”的花藥進行花藥離體培養，可以快速獲得純合的優良品種 C．利用農桿菌轉化法可將“海稻86”的抗鹽堿基因整合到其他植物細胞的染色體DNA上 D．可通過核酸分子雜交的方法判斷導入的“海稻86”的抗鹽堿基因是否成功表達 6．在青霉素的生產過程中人們發現青霉素發酵過程是高耗氧過程，為了保證在發酵過程中給微生物持續高效供氧科學家們將人的血紅蛋白基因轉入到產黃青霉中制備了用于生產青霉素的工程菌，下列相關敘述錯誤的是（　?。?A．可以利用PCR技術從人的基因組中擴增出血紅蛋白基因，在PCR反應體系中至少需要3次擴增才能獲得所需基因 B．用于構建基因表達載體所用的質粒往往取自于細菌或病毒體內 C．構建基因表達載體時需要用到限制酶和DNA連接酶 D．為檢測轉基因的產黃青霉是否培育成功需要進行分子水平的檢測和個體生物學水平的鑒定 7．煙草花葉病毒（TMV）可使煙草葉片出現壞死斑點，不僅影響煙草的產量，也使煙草的品質下降?？茖W將抗TMV的54KD蛋白基因導入根瘤農桿菌，然后將煙草葉片與攜帶載體質粒的根瘤農桿菌共培養，共同培養后的煙草細胞轉移至含卡那霉素（Km）的培養基上培養篩選，篩選后的細胞培育成植株，檢測發現Km抗性基因（NPTII）在煙草植株中已經表達，從而培育成轉基因抗TMV的煙草植株，其流程如圖所示。下列分析錯誤的是（ ） RNA重組Ti質粒受體細胞再生植株轉基因抗TMV煙草 A．圖中過程①②獲得的54KD蛋白基因可通過PCR技術進行擴增 B．過程③為基因表達載體的構建，該過程是獲得轉基因抗病毒煙草的核心工作 C．過程④的受體細胞首先為根瘤農桿菌，根瘤農桿菌再將DNA轉移至煙草細胞 D．通過抗原—抗體雜交技術檢測NPTII表達，可直接證明54KD蛋白基因的存在 8．研究人員為了研究乳頭瘤病毒侵染細胞后，其E6蛋白對宿主細胞攝取葡萄糖的影響，利用沒有葡萄糖轉運載體的爪蟾卵母細胞進行實驗。請從以下選項中，選取實驗組中應設置的合理步驟是（　?。?①將葡萄糖載體蛋白注入爪蟾細胞 ②將葡萄糖載體基因表達載體注入爪蟾細胞 ③將E6蛋白基因表達載體注入爪蟾細胞 ④將無關蛋白基因表達載體注入爪蟾細胞 ⑤將細胞培養在含有E6蛋白的適宜濃度葡萄糖溶液中 ⑥將注入基因表達載體的卵母細胞培養在適宜濃度葡萄糖溶液中 ⑦檢測細胞運輸葡萄糖的速率 A．①③⑥⑦ B．②④⑤⑦ C．②③⑥⑦ D．①④⑤⑦ C組(提高題 ) 9．我國科學家在進行抗蟲棉的培育過程中獨創了“花粉管通道法”，該方法有多種操作方式。下圖表示花粉管通道法介導植物基因轉移。下列相關說法錯誤的是（ ） A．相比于農桿菌轉化法，花粉管通道法還適用于玉米等單子葉植物的轉基因培育 B．相比于基因槍法和農桿菌轉化法，花粉管通道法避免了植物組織培養這一操作 C．必須在雌蕊成熟時才能進行圖中所示的處理方法 D．外源DNA不需要構建基因表達載體，就能借助花粉管通道進入受體細胞并表達 10．天然的玫瑰沒有藍色，某花卉種植基地將矮牽牛的藍花基因B導入天然玫瑰中，以培育出藍色玫瑰，圖1表示矮牽牛藍花基因B的酶切位點，圖2表示運載體的結構。下列敘述錯誤的是（ ） A．在提取藍花基因B的過程中加入95％的酒精是為了析出DNA B．應選擇限制酶ClaⅠ和SacⅠ對目的基因進行切割 C．在進行PCR過程中，將溫度設為50℃左右是為了讓引物與兩條單鏈DNA結合 D．若將重組質粒導入農桿菌中，農桿菌培養液中需添加卡那霉素 11．為研究胰腺A蛋白的生理功能，科研人員利用基因工程技術構建了A基因胰腺特異性敲除模型小鼠。 (1)利用如圖載體構建A基因中有LoxP序列的小鼠。圖中載體與A基因顏色相同的區域序列相同。通過同源臂使載體與A基因上的對應相同序列發生片段互換，將LoxP整合到A基因上得到A′基因，A′基因與A基因功能相同。 將載體導入 （細胞）中，獲得了基因型為AA′的雜合鼠。 (2)來自于噬菌體的Cre酶可將它所在細胞中含LoxP序列的基因敲除。研究人員將Cre酶基因與特異性啟動子拼接，使其僅在小鼠胰腺細胞中表達。胰腺細胞特異表達Cre酶的小鼠稱為C鼠。 以下是利用AA′雜合鼠和C鼠雜交獲得A基因胰腺特異性敲除鼠的操作過程，并利用小鼠尾部細胞檢測雜交后代基因型。（注：A和Cre酶基因位于小鼠的不同染色體上） ①第一批雜交：AA′鼠分別與AA′鼠、C鼠雜交，在子一代中篩選，獲得兩類鼠：A′A′鼠和 鼠。 ②第二批雜交：將第一批雜交篩選獲得的兩類鼠進行一次雜交，獲得多只小鼠，其中含有A基因胰腺特異性敲除小鼠。利用PCR的方法檢測這些小鼠尾部細胞的基因型，引物（P1~P6）及產物電泳結果如下圖所示。 得到B圖甲的電泳結果，A圖P1~P4中應選擇的一對引物是 。其中1、2為對照；3—10號小鼠中，含A基因的有 ，可實現A基因胰腺特異性敲除的有 。 (3)將純合A′A′鼠（無Cre酶）與第二批雜交篩選得到的A基因胰腺特異性敲除的小鼠進行雜交，出生的后代有、無Cre酶的小鼠數量之比接近 時，說明胰腺中A基因特異性敲除的小鼠可正常出生，無胚胎致死；利于在后續研究中應用。 【答案】C A B B C B D C D B 11，(1)受精卵 (2) 基因型為AA'的C鼠（有Cre酶基因的AA'鼠） P1、P3 3、4、7、8 5、10 (3)1:1
六、課后教學反思

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