讲授新课
| 阅读P76—77，回答下列问题
1.转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？
2.基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？
3.基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些？
一、目的基因的筛选与获取
1．目的基因
（1）概念：用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等的基因。
（2）实例：培养转基因抗虫棉用到的目的基因是Bt抗虫蛋白基因。
2．筛选合适的目的基因
（1）较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。
（2）实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入地了解。
(3)认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。
3．利用PCR获取和扩增目的基因
(1)PCR的含义：PCR是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
(2)条件：DNA模板、分别与两条模板链结合的2种引物、四种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶。
（3）过程：
①变性：温度上升到90 ℃以上，目的基因DNA受热变性后解为单链。
②复性：温度下降到50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
③延伸：温度上升到72 ℃左右时，溶液中四种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下加到引物的3′端合成子链。
④重复循环多次。
- 结果：每次循环后目的基因的量增加一倍，即成指数形式扩增（约为2n）。
（2）PCR技术与生物体内DNA复制的比较
比较项目
| PCR技术
| DNA复制
| 区别
| 解旋方式
| DNA在高温作用下变性解旋
| 解旋酶催化
| | 场所
| 细胞外（在PCR扩增仪内）
| 细胞内（主要在细胞核内）
| | 酶
| 耐高温的DNA聚合酶（Taq聚合酶）
| DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等
| | 温度条件
| 需控制温度，在较高温度下进行
| 细胞内温和条件
| | 合成的对象
| DNA片段或基因
| DNA分子
| 联系
| ①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成
②原料：均为四种脱氧核苷酸
③酶：均需要DNA聚合酶进行催化
④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸
|
二．基因表达载体的构建
首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口，然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割目的基因的DNA片段，再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处。
思考与讨论
将生物的所有DNA直接导入受体细胞不是更简便吗？如果这么做，效果会怎样？
提示：有人采用总DNA注射法进行遗传转化，即将一个生物的总DNA提取出来，通进注射或花粉管通道法导人受体植物，没有进行基因表达载体的构建。这种方法针对性差，完全靠运气，也无法确定哪些基因导人了受体植物。
三、将目的基因导入受体细胞
1．转化：目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。
2．目的基因导入受体细胞的方法
目的基因导入受体细胞的方法
受体细胞
| 方法
| 说明
| 特点
| 植物细胞
| 农杆菌转化法
| 将目的基因插入农杆菌Ti质粒的TDNA上→转入农杆菌→用农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上→目的基因表达
| 经济、有效，适用于双子叶植物和裸子植物，尤其适用于双子叶植物
| | 花粉管通道法
| 在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头→滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞→目的基因表达
| 简便、经济，我国科学家独创的一种方法
| 动物细胞
| 显微注射
技术
| 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→注射了目的基因的受精卵，经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物
| 将目的基因导入动物细胞最为有效的方法
| 微生物细胞
| Ca2＋处理法（感受态细胞法）
| 用Ca2＋处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体与感受态细胞混合→在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子
| 简便、经济、有效
|
到社会中去
转基因抗虫棉在世界范围内被广泛种植，有效控制了棉铃虫的种群数量，显著减少了农药的用量。面对棉铃虫的危害，有了抗虫棉是否就可以一劳永逸、高枕无忧呢？根据棉铃虫对传统农药产生抗性的发展历史，科研人员推测棉铃虫存在对Bt抗虫蛋白产生抗性的可能。请你查阅资料，了解以下问题。
1.在实际种植过程中,棉铃虫是否对转Bt基因的抗虫棉产生了严重的抗性？证据是什么？
2.科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应对。他们想出的延竣棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些？这些措施的原理是什么？有效吗？
提示:1.这是一个开放性的问题，需要学生在找资料来回答。随着田向监测数据的更新及新的科研论文发表，每年学生获得的证据是不样的。例如，科研人员对长江流城种植的转基因抗虫棉进行了监测2011年的数据显示，大部分转基因抗虫棉品种的抗虫性属于中抗及高抗水平; 2013年的数据表明，如果棉田周围存在大量天然庇护所，靶标害虫格铃虫、红铃虫等井未对转Bt基因的抗虫棉产生明显抗性。在我国、澳大利亚、印度连国的多个实验室中，通过毒素的连续抗性筛选，已经培育出多个高抗水平的转基因抗虫棉品种。教师要注意引导学生搜集科学、可靠的证据，如科研论文、权威的官方报道等。
2.科研人员想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有很多，主要可以分为以下几个方面。（1）基因策略；（2）田间策略；（3）国家宏观调控策略。
总结和练习
1．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是（ A ）
A．培育“黄金大米”可用花粉管通道法导入目的基因
B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法
C．目的基因导入大肠杆菌最常用的方法是Ca2＋处理法
D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
提示：水稻的花很小，不适合用花粉管通道法导入目的基因，A错误；将目的基因导入动物细胞常用显微注射法，B正确；将目的基因导入微生物细胞最常用的方法是用Ca2＋处理大肠杆菌，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的状态，C正确；将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，此外还有基因枪法和花粉管通道法，D正确。
2．农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的TDNA插入植物基因组中。图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图回答：
（1）剪除Ti质粒的某些片段、替换复制原点O与添加抗生素的抗性基因T的过程①中，需用多种限制酶处理，原因是_______________，需用________“缝合”双链DNA片段的平末端。
（2）目的基因是指________。由过程②形成的基因表达载体中， 目的基因的上游具有________，它是________识别和结合的部位。
（3）过程③常用________处理使农杆菌成为感受态细胞。抗生素抗性基因T的作用是________________________________。
（4）可通过________技术检测试管苗的染色体DNA上是否插入了目的基因。
[解析] （1）Ti质粒具多种限制酶切割位点，不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列。连接平末端应选用T4 DNA连接酶。
（2）目的基因主要是指编码蛋白质的基因。目的基因的首端具有启动子，以便于RNA聚合酶识别和结合。
（3）过程③常采用Ca2＋（CaCl2溶液）处理农杆菌，以增大农杆菌细胞壁的通透性。抗生素抗性基因T用于检测受体细胞中是否含有基因表达载体。
（4）检测农杆菌和愈伤组织细胞中是否有目的基因常采用PCR技术。
[答案] （1）不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列
T4 DNA连接酶
（2）编码蛋白质的基因 启动子 RNA聚合酶
（3）Ca2＋（CaCl2溶液） 用于鉴定和筛选导入了基因表达载体的农杆菌
（4）PCR
| 【学习活动一】
学生阅读课本P76—77，带着问题，阅读课文，回答问题。
1.转基因抗虫棉抗虫的机制是什么吗？培育转基因抗虫棉一般需要哪些步骤？
2.基因工程的基本操作程序主要包括哪几个步骤？
3.基因工程操作的每一步涉及的技术和方法有哪些？
阅读教材，提取相关信息，完成表格。
【学习活动三】学生阅读P80，分析基因表达载体的构建。
小组讨论，完成相关探究，解决实验相关问题。
【学习活动三】学生阅读P49—50，了解单克隆抗体制备及应用过程。
阅读教材，提取相关信息，完成表格。
小组讨论，联系社会热点问题，完成相关探究，解决相关问题。
根据所学，完成相关练习
| 创设问题情景，导入新课。
通过阅读，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
通过完成表格，培养学生获取信息的能力，锻炼学生的语言表达能力，提高学生分析问题，解决问题的能力。
通过阅读，培养学生获取信息的能力，理解并阐述基因表达载体的构建。
提出一个问题比解决一个问题更重要，此环节可以让学生思考真正发生，让更多的学生参与到课堂中。
通过阅读，培养学生获取信息的能力，理解并阐述目的基因导入受体细胞。
分析对比表格中相关信息，培养学生获取信息的能力，锻炼学生的语言表达能力，提高学生分析问题，解决问题的能力。
通过社会热点问题探究，培养学生沟通、交流能力，增强团队合作意识，同时联系实际，解决实际问题，发展学生分析、推理思维能力。
回顾旧知，巩固和应用所学知识。
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