資源簡介

2.1 基因工程
教學目標
【知識與技能】
1．舉例說出基因工程的原理，并說明“工程菌”的培育過程。
2．舉例說出基因工程在工農業生產和醫療方面的應用。
3．能正確認識轉基因生物的安全性。
【過程與方法】
通過調查活動和動畫演示等方法探究基因工程在生產生活中的應用，提高信息整合能力。
【情感態度和價值觀】
通過學習基因工程及產品安全性對人類的影響，培養學生辯證看待生物技術的態度。
教學重點
1．“工程菌”的培育過程。
2．基因工程的應用。
3．轉基因生物的安全性。
教學難點
1．基因工程的原理及大致操作過程。
2．轉基因技術和產品的安全性。
課前準備
多媒體課件
課時安排
1課時
教學過程
一、導入新課
播放視頻：《美國科學家培育出首批轉基因嬰兒》
據國外媒體報道：美國科學家成功培育出了世界首批轉基因嬰兒，這些健康寶寶在出生前都經歷過一系列基因科學實驗。該事件在美國甚至在全球都激起了關于倫理的激烈爭論，一方面體現了科學家希望通過改變人類生殖細胞基因培養出正常、健康的嬰兒，另一方面有悖人類的倫理觀。
關于轉基因技術，你們都有哪些了解呢？這節課，我們就來學習基因工程及其應用。
二、新課學習
在美國馬里蘭州有個小女孩，她體內的某個基因與正常人不同，無法合成有分解氨基毒素功能的酶，導致其免疫功能嚴重低下，只能生活在無菌的隔離帳內。1990 年， 當小女孩4 歲時，醫生們用基因治療的方法使她的病情大為緩解，由此她成為世界上接受基因治療的第一人。
基因治療是基因工程研究的一個重要方面，雖然目前還處于試驗階段，但它已經為我們展現了生物工程的美好前景。
視頻：《基因工程與醫學》
（一）基因工程的原理
基因工程的原理：
各種生物的DNA 在組成方式上是相同的，基因蘊含的遺傳信息在動物、植物和微生物之間也是相通的，一種生物的基因在另一種生物體內同樣可以得到表達。
相關鏈接：質粒
有些細菌除核區固有的遺傳物質以外，其細胞質中還存在一種相對獨立的環狀DNA 分子，我們稱之為質粒。
一種細菌的質粒可以“友好”地“借居”在另一種細菌的體內，并能通過復制穩定地傳遞給后代。在基因工程中，常用質粒作為將外源基因導入生物體內的運載工具。
基因工程的操作過程：
觀察“工程菌”的培育過程示意圖：
1.首先獲得人的生長激素的基因和取出大腸桿菌的環狀DNA；
2.要將人的生長激素基因連接到大腸桿菌的環狀DNA上；
3.將重新組合后的環狀DNA導入大腸桿菌，并挑選出能夠產生生長激素的大腸桿菌；
4.將大腸桿菌進行培養，并提取生長激素。
生長激素具有促進人體生長的作用，在臨床上可以用來治療侏儒癥。科學家把人的生長激素基因導入細菌，從而形成了能夠生產人的生長激素的“工程菌”。
思考基因工程的操作過程：
1.人的生長激素基因與細菌環狀DNA 能夠拼接，說明了什么問題？
① 基因控制生物性狀的表達。
② 人和細菌的遺傳密碼是通用的。
2.人的生長激素基因在細菌體內表達成功的標志是什么？
細菌能分泌出人的生長激素。
3.利用“工程菌”生產人的生長激素有哪些好處？
細菌繁殖快，可以在短時間內產生大量生長激素，且成本低。
基因工程是在分子水平上進行的遺傳操作。按照預先設計好的藍圖，把一種生物的基因分離出來，在體外巧妙地進行拼接組裝，然后轉入另一種生物的體內，從而改造其某些遺傳性狀，最終獲得我們所需要的新品種。這種含有非自身基因的生物稱為轉基因生物。
例如，把美洲擬蝴蝶魚的抗凍基因轉入番茄細胞中，再通過組織培養使其長成完整植株，就可獲得轉基因抗凍番茄。如圖是普通番茄和轉基因抗凍番茄的區別。
視頻：《轉基因生物》
（二）基因工程的應用
自然界蘊藏著豐富的基因資源，正是由于這些基因的存在，使生物表現得千差萬別：有的能耐高溫，有的能耐嚴寒，有的能適應干旱的沙漠，有的能適應多鹽的濱海灘涂。這為基因在生物之間的轉移提供了豐富的材料。
活動：調查基因工程產品在生活中的應用
目的要求：
1. 認識基因工程產品在農業、醫學、環保等領域的應用和發展前景。
2. 了解我國轉基因技術的現狀和成就。
方法步驟：
1. 各小組確定調查課題，如轉基因植物、基因工程藥品等。
2. 利用課余時間到農村、工廠、醫院等地方進行調查，了解基因工程產品的應用情況。
3. 整理、分析資料，撰寫調查報告。
利用轉基因技術，人們可以定向改良動植物品種。
1.定向改良動植物品種
20世紀90年代，我國科學家將蘇云金芽孢桿菌中能夠產生殺蟲毒素的基因轉移到棉花體內，成功培育了一系列抗蟲棉品種。這標志著我國成為繼美國之后，世界上獨立自主研制成功抗蟲棉的第二個國家。
我國科學家經過15 年的研究，將草魚的生長激素基因轉入鯉魚體內，培育出的轉基因鯉魚的生長速度比普通鯉魚快140% 以上。
2.利用轉基因技術可以改變作物的成分
目前，已經有許多轉基因植物進入大田生產，其中轉基因大豆、棉花、油菜和玉米已經進入大規模商業化應用階段，并產生了可觀的經濟效益。
3.基因工程在藥物研制方面展現出巨大的應用價值
胰島素等生物制劑過去是從人或動物的組織中提取的，產量低且價格昂貴，無法滿足社會需求。利用嵌入相應基因的“工程菌”進行生產，就可以大大提高產量、降低成本。
自1982 年第一種基因工程藥物——重組胰島素誕生以來，世界各國掀起了研制基因工程藥物的高潮，60多種基因工程藥物相繼投放市場，數以千計的蛋白質藥物處于研發階段，傳統的醫藥業正在發生革命性的變化。
（三）轉基因生物的安全性
轉基因技術是現代生命科學發展的結晶，標志著人類社會已經步入定向改造生物的新時代。基因工程徹底打破了物種間的遺傳壁壘，使本來風馬牛不相及的生物之間也能進行基因交流，創造了許多生命奇跡。但基因工程在為我們展現美好前景的同時，也促使人們進行理性思考。
如圖是利用轉基因技術使普通熱帶斑馬魚發出熒光。
視頻：《轉基因生物是天使還是魔鬼？》
轉基因技術面臨的爭論焦點：
1.食用轉基因食品會不會對人體健康造成隱性傷害？
2.重組基因會不會產生新的致病菌？
3.轉基因生物進入環境會不會影響生態系統的穩定？
人類對基因的認識受到科學發展水平的制約，目前的轉基因技術也并非無懈可擊，轉基因生物確實存在某些不確定因素、非預期效果和未知的長期效應，導致人們對轉基因產品產生疑慮和不安。
人們認為不安全的聲音有：
（1）轉基因是將不同生物之間的基因進行重組，會不會產生新的變異，導致人體患病；
（2）現已發現某些轉基因食品中的蛋白質能夠使某些人產生過敏反應；
（3）目前人們還沒有發現轉基因食品對人體健康的危害是因為時間較短。
為了控制基因工程潛在的負面影響，許多國家和國際組織制定了一些生物技術安全方面的法規和條例。
2001年1月，包括我國在內的113個國家( 地區) 在加拿大簽署聯合國《生物安全議定書》，明確規定消費者有對轉基因食品的知情權。我國先后頒布的《基因工程安全管理辦法》《農業轉基因生物安全管理條例》等法規，均闡述了生物技術安全問題。
世界各國針對轉基因技術制定的政策和法規，都是為了最大程度地保證轉基因技術和產品的安全性。但是，現在有些綠色和平組織將轉基因食品進行了妖魔化（如圖）。
三、課堂練習
1.在培養轉基因生物的過程中，被轉入的基因應該轉入到下列哪種細胞中（ D ）
A.體細胞 B.精子
C.卵細胞 D.受精卵
2.基因工程中，科學家常將細菌等微生物作為受體細胞，原因是（ D ）
A.結構簡單，操作方便 B.遺傳物質含量少
C.形態穩定，變異少 D.繁殖速度快，成本低
3.下列與基因工程有關的是（ D ）
A.生產基因工程藥物 B.基因診斷與治療
C.培育轉基因動、植物 D.以上三項都是
4.細胞工程的理論基礎是細胞的全能性。下列哪種細胞的全能性最高（ D ）
A.母羊的卵細胞 B.綿羊的乳腺細胞
C.胡蘿卜的韌皮部細胞 D.受精卵細胞
四、課堂小結
本節我們學習的主要內容是什么？
1.在現代生物技術中，最受人矚目的是基因工程和克隆技術。
2.基因工程是指按照預先設計好的藍圖，將一種生物的基因導入另一種生物體內，從而改變其遺傳性狀，獲得所需要的品種。
3.基因工程在農業和醫學等方面有著廣泛的應用，但也存在著潛在的危險。
板書設計
基因工程
一、基因工程的原理
1.基因工程的原理
2.“工程菌”的培育過程
3.轉基因生物
二、基因工程的應用
1.調查基因工程產品在生活中的應用
2.利用轉基因技術
三、轉基因生物的安全性
保證轉基因技術和產品的安全性
教學反思
基因工程中涉及很多抽象的分子生物學的技術，通過限制酶的動畫演示、DNA的剪切和拼接的模擬實驗，讓學生對三個工具形成正確認識。結合課件，在教學中組織學生觀察、實驗、討論、交流，體現了面向全體學生，提高生物科學素養，倡導探究性學習的新課程理念。

展開更多......

收起↑