2021学年第一节 基因工程教案

2.1  基因工程

教学目标

【知识与技能】

1．举例说出基因工程的原理，并说明“工程菌”的培育过程。

2．举例说出基因工程在工农业生产和医疗方面的应用。

3．能正确认识转基因生物的安全性。

【过程与方法】

通过调查活动和动画演示等方法探究基因工程在生产生活中的应用，提高信息整合能力。

【情感态度和价值观】

通过学习基因工程及产品安全性对人类的影响，培养学生辩证看待生物技术的态度。

教学重点

1．“工程菌”的培育过程。

2．基因工程的应用。

3．转基因生物的安全性。

教学难点

1．基因工程的原理及大致操作过程。

2．转基因技术和产品的安全性。

课前准备

多媒体课件

课时安排

1课时

教学过程

一、导入新课

播放视频：《美国科学家培育出首批转基因婴儿》

据国外媒体报道：美国科学家成功培育出了世界首批转基因婴儿，这些健康宝宝在出生前都经历过一系列基因科学实验。该事件在美国甚至在全球都激起了关于伦理的激烈争论，一方面体现了科学家希望通过改变人类生殖细胞基因培养出正常、健康的婴儿，另一方面有悖人类的伦理观。

关于转基因技术，你们都有哪些了解呢？这节课，我们就来学习基因工程及其应用。

二、新课学习

在美国马里兰州有个小女孩，她体内的某个基因与正常人不同，无法合成有分解氨基毒素功能的酶，导致其免疫功能严重低下，只能生活在无菌的隔离帐内。1990 年， 当小女孩4 岁时，医生们用基因治疗的方法使她的病情大为缓解，由此她成为世界上接受基因治疗的第一人。

基因治疗是基因工程研究的一个重要方面，虽然目前还处于试验阶段，但它已经为我们展现了生物工程的美好前景。

视频：《基因工程与医学》

（一）基因工程的原理

基因工程的原理：

各种生物的DNA 在组成方式上是相同的，基因蕴含的遗传信息在动物、植物和微生物之间也是相通的，一种生物的基因在另一种生物体内同样可以得到表达。

相关链接：质粒

有些细菌除核区固有的遗传物质以外，其细胞质中还存在一种相对独立的环状DNA 分子，我们称之为质粒。

一种细菌的质粒可以“友好”地“借居”在另一种细菌的体内，并能通过复制稳定地传递给后代。在基因工程中，常用质粒作为将外源基因导入生物体内的运载工具。

基因工程的操作过程：

观察“工程菌”的培育过程示意图：

1.首先获得人的生长激素的基因和取出大肠杆菌的环状DNA；

2.要将人的生长激素基因连接到大肠杆菌的环状DNA上；

3.将重新组合后的环状DNA导入大肠杆菌，并挑选出能够产生生长激素的大肠杆菌；

4.将大肠杆菌进行培养，并提取生长激素。

生长激素具有促进人体生长的作用，在临床上可以用来治疗侏儒症。科学家把人的生长激素基因导入细菌，从而形成了能够生产人的生长激素的“工程菌”。

思考基因工程的操作过程：

1.人的生长激素基因与细菌环状DNA 能够拼接，说明了什么问题？

① 基因控制生物性状的表达。

② 人和细菌的遗传密码是通用的。

2.人的生长激素基因在细菌体内表达成功的标志是什么？

细菌能分泌出人的生长激素。

3.利用“工程菌”生产人的生长激素有哪些好处？

细菌繁殖快，可以在短时间内产生大量生长激素，且成本低。

基因工程是在分子水平上进行的遗传操作。按照预先设计好的蓝图，把一种生物的基因分离出来，在体外巧妙地进行拼接组装，然后转入另一种生物的体内，从而改造其某些遗传性状，最终获得我们所需要的新品种。这种含有非自身基因的生物称为转基因生物。

例如，把美洲拟蝴蝶鱼的抗冻基因转入番茄细胞中，再通过组织培养使其长成完整植株，就可获得转基因抗冻番茄。如图是普通番茄和转基因抗冻番茄的区别。

视频：《转基因生物》

（二）基因工程的应用

自然界蕴藏着丰富的基因资源，正是由于这些基因的存在，使生物表现得千差万别：有的能耐高温，有的能耐严寒，有的能适应干旱的沙漠，有的能适应多盐的滨海滩涂。这为基因在生物之间的转移提供了丰富的材料。

活动：调查基因工程产品在生活中的应用

目的要求：

1. 认识基因工程产品在农业、医学、环保等领域的应用和发展前景。

2. 了解我国转基因技术的现状和成就。

方法步骤：

1. 各小组确定调查课题，如转基因植物、基因工程药品等。

2. 利用课余时间到农村、工厂、医院等地方进行调查，了解基因工程产品的应用情况。

3. 整理、分析资料，撰写调查报告。

利用转基因技术，人们可以定向改良动植物品种。

1.定向改良动植物品种

20世纪90年代，我国科学家将苏云金芽孢杆菌中能够产生杀虫毒素的基因转移到棉花体内，成功培育了一系列抗虫棉品种。这标志着我国成为继美国之后，世界上独立自主研制成功抗虫棉的第二个国家。

我国科学家经过15 年的研究，将草鱼的生长激素基因转入鲤鱼体内，培育出的转基因鲤鱼的生长速度比普通鲤鱼快140% 以上。

2.利用转基因技术可以改变作物的成分

目前，已经有许多转基因植物进入大田生产，其中转基因大豆、棉花、油菜和玉米已经进入大规模商业化应用阶段，并产生了可观的经济效益。

3.基因工程在药物研制方面展现出巨大的应用价值

胰岛素等生物制剂过去是从人或动物的组织中提取的，产量低且价格昂贵，无法满足社会需求。利用嵌入相应基因的“工程菌”进行生产，就可以大大提高产量、降低成本。

自1982 年第一种基因工程药物——重组胰岛素诞生以来，世界各国掀起了研制基因工程药物的高潮，60多种基因工程药物相继投放市场，数以千计的蛋白质药物处于研发阶段，传统的医药业正在发生革命性的变化。

（三）转基因生物的安全性

转基因技术是现代生命科学发展的结晶，标志着人类社会已经步入定向改造生物的新时代。基因工程彻底打破了物种间的遗传壁垒，使本来风马牛不相及的生物之间也能进行基因交流，创造了许多生命奇迹。但基因工程在为我们展现美好前景的同时，也促使人们进行理性思考。

如图是利用转基因技术使普通热带斑马鱼发出荧光。

视频：《转基因生物是天使还是魔鬼？》

转基因技术面临的争论焦点：

1.食用转基因食品会不会对人体健康造成隐性伤害？

2.重组基因会不会产生新的致病菌？

3.转基因生物进入环境会不会影响生态系统的稳定？

人类对基因的认识受到科学发展水平的制约，目前的转基因技术也并非无懈可击，转基因生物确实存在某些不确定因素、非预期效果和未知的长期效应，导致人们对转基因产品产生疑虑和不安。

人们认为不安全的声音有：

（1）转基因是将不同生物之间的基因进行重组，会不会产生新的变异，导致人体患病；

（2）现已发现某些转基因食品中的蛋白质能够使某些人产生过敏反应；

（3）目前人们还没有发现转基因食品对人体健康的危害是因为时间较短。

为了控制基因工程潜在的负面影响，许多国家和国际组织制定了一些生物技术安全方面的法规和条例。

2001年1月，包括我国在内的113个国家( 地区) 在加拿大签署联合国《生物安全议定书》，明确规定消费者有对转基因食品的知情权。我国先后颁布的《基因工程安全管理办法》《农业转基因生物安全管理条例》等法规，均阐述了生物技术安全问题。

世界各国针对转基因技术制定的政策和法规，都是为了最大程度地保证转基因技术和产品的安全性。但是，现在有些绿色和平组织将转基因食品进行了妖魔化（如图）。

三、课堂练习

1.在培养转基因生物的过程中，被转入的基因应该转入到下列哪种细胞中（ D ）

A.体细胞     B.精子   

C.卵细胞     D.受精卵

2.基因工程中，科学家常将细菌等微生物作为受体细胞，原因是（ D ）

A.结构简单，操作方便     B.遗传物质含量少

C.形态稳定，变异少       D.繁殖速度快，成本低

3.下列与基因工程有关的是（ D ）

A.生产基因工程药物       B.基因诊断与治疗

C.培育转基因动、植物     D.以上三项都是

4.细胞工程的理论基础是细胞的全能性。下列哪种细胞的全能性最高（ D ）

A.母羊的卵细胞             B.绵羊的乳腺细胞

C.胡萝卜的韧皮部细胞       D.受精卵细胞

四、课堂小结

本节我们学习的主要内容是什么？

1.在现代生物技术中，最受人瞩目的是基因工程和克隆技术。

2.基因工程是指按照预先设计好的蓝图，将一种生物的基因导入另一种生物体内，从而改变其遗传性状，获得所需要的品种。

3.基因工程在农业和医学等方面有着广泛的应用，但也存在着潜在的危险。

板书设计

基因工程

一、基因工程的原理

1.基因工程的原理

2.“工程菌”的培育过程

3.转基因生物

二、基因工程的应用

1.调查基因工程产品在生活中的应用

2.利用转基因技术

三、转基因生物的安全性

保证转基因技术和产品的安全性

教学反思

基因工程中涉及很多抽象的分子生物学的技术，通过限制酶的动画演示、DNA的剪切和拼接的模拟实验，让学生对三个工具形成正确认识。结合课件，在教学中组织学生观察、实验、讨论、交流，体现了面向全体学生，提高生物科学素养，倡导探究性学习的新课程理念。