《第2節(jié)生物變異在生產(chǎn)上的應(yīng)用》教案3-1

1、2 節(jié) 生物變異在生產(chǎn)上的應(yīng)用教案第 1 課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)層面 :（ 1）能夠結(jié)合實(shí)例簡述雜交育種的方法和基本過程，明確雜交育種方法的優(yōu)點(diǎn)和不足；（ 2）能夠舉例說出誘變育種常用的方法和取得的成果，聯(lián)系基因突變的特點(diǎn)，明確誘變育種的優(yōu)點(diǎn)和局限性；能力層面 : 運(yùn)用遺傳和變異原理，解決生產(chǎn)和生活實(shí)際中的問題。情感態(tài)度與價(jià)值觀層面: 討論育種科學(xué)技術(shù)發(fā)展是科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的相互作用；體會(huì)科學(xué)技術(shù)在發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面的巨大作用；體會(huì)理論和實(shí)踐、科學(xué)和技術(shù)是一個(gè)相輔相成、相互促進(jìn)的關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn) / 難點(diǎn)1. 教學(xué)重點(diǎn): 遺傳和變異規(guī)律在改良農(nóng)作物和培育家畜品種方面的應(yīng)用2. 教學(xué)難點(diǎn)

2、: 雜交育種和誘變育種的優(yōu)點(diǎn)和局限性教學(xué)過程創(chuàng)設(shè)情境，引出育種主:九十年代后期，美國學(xué)者布朗拋出“中國威脅論”，撰文說到 21 世紀(jì) 30 年代，中國人口將達(dá)到 16 億，到時(shí)誰來養(yǎng)活中國？中國能不能養(yǎng)活自己？中國是如何養(yǎng)活自己的呢？在外國人嘲笑我們中國人自己都養(yǎng)不活自己的時(shí)候，以袁隆平為代表的科研工作者給與了擲地有聲的回答，請同學(xué)們觀看一段感動(dòng)中國中頭頂烈日、冒著酷暑、躬身于田頭時(shí)追尋“中國夢”的袁隆平院士的視頻。袁隆平培育的雜交水稻大大提高了我國的糧食產(chǎn)量，解決了中國的吃飯問題。唯有科研才能增加一個(gè)企業(yè)一個(gè)國家的核心競爭力，這有力地說明了理論指導(dǎo)實(shí)踐的重要性，我們今天這一節(jié)課就一起嘗試著用

3、理論知識(shí)去指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐中的育種問題。選擇育種過渡 :結(jié)合PPT,聲情并茂地給同學(xué)們講述關(guān)于張家港本地著名特產(chǎn)一一鳳凰水蜜桃的故事話說很久很久以前，鳳凰的水蜜桃原本是多汁小果形的水蜜桃，人們非常喜歡吃水蜜桃，但是由于水蜜桃果形小又沒有觀賞性，于是國王下令: 重金賞賜能培育出大果形水蜜桃的人?？墒钦l也沒有種出來（因?yàn)闆]有大果形水蜜桃的種子） 但是，有一位女仆，她收獲了好多水蜜桃的種子，每年播種、澆水、施肥，到收獲季節(jié)，她把形狀稍稍變大的種子保留下來，第二年春天再播下去，繼續(xù)從中挑出形狀最大的種子，以此類推一種就是20年！她終于培育出了大果形水蜜桃我們從這則故事中，不僅感受了這位女仆的堅(jiān)韌不拔的毅力

4、，也體悟到她的智慧 : 她在進(jìn)行有意識(shí)的育種，這種育種僅在同一品種的變異群體中進(jìn)行選擇，這在生物學(xué)上叫做“選擇育種”。展示資料，分析選擇育種 :人類最早馴化的植物玉米 （ 玉蜀黍 ）（ 資料來源中國社會(huì)科學(xué)院 ） 。要求在閱讀過程中標(biāo)注出資料中與品種培育有關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵字隔離、選擇和培育。出示討論題 1:（ 1）選擇育種中“選擇”的含義是什么？（ 2）選擇出的優(yōu)良品種為什么要單獨(dú)種植？（ 3）選擇育種所隱含的遺傳學(xué)原理是什么？（ 4）同學(xué)們從選擇育種的過程來看，你能發(fā)現(xiàn)這種方法有什么局限性？為什么有人稱它是一種“守株待兔”的方法？設(shè)計(jì)意圖 :通過資料分析，說明選擇育種已有悠久的歷史，讓學(xué)生厘清選擇

5、育種的實(shí)質(zhì)是依據(jù)自然界中生物的可遺傳變異通過人工選擇汰劣留良。學(xué)生通過思考與討論，歸納出選擇育種的優(yōu)點(diǎn)是育種方法技術(shù)簡單，容易操作；不足是育種周期長，只能從自然界已有的變異類型中進(jìn)行選擇，可選范圍有限。雜交育種認(rèn)知沖突、問題鋪線 :現(xiàn)在我們面臨的新問題是: 我們的大果形水蜜桃容易患病（ 即易感病 ） ，現(xiàn)在有純合的易感病的大果形水蜜桃（甲品種：AABB）和抗病小果形水蜜桃（乙品種：aabb）。設(shè)想你是當(dāng)時(shí)的 大臣A,你打算培育出什么樣的優(yōu)良品種？分組討論，探討雜交育種 :（ 1）如何讓分別位于兩個(gè)個(gè)體中的優(yōu)良基因集中于同一個(gè)個(gè)體中？（ 雜交 ）（ 2）“穩(wěn)定遺傳”是什么意思？對基因型有什么要求

6、？（ 純合 ）（ 3）使基因純合的方法是？（ 自交 ）（ 4）雜合子自交后代會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（ 性狀分離 ）（ 5）選擇應(yīng)從哪一代開始？為什么？（ 7）這種育種方式蘊(yùn)含著的遺傳學(xué)原理是什么？（ 8）請用遺傳圖解表示雜交育種的過程，并用文字簡要?dú)w納總結(jié)雜交育種的過程。學(xué)生分組討論，教師巡視指導(dǎo)，由小組成員推薦一名學(xué)生代表把雜交育種過程的遺傳圖解放在實(shí)物投影儀下面展示給大家，其余同學(xué)自評、互評，及時(shí)糾正表達(dá)錯(cuò)誤，然后由師生共同糾正完善學(xué)生代表的遺傳圖解，并歸納總結(jié)出可行性的育種方案即雜交育種 （ 圖2）。問題深化 :P易感病大果形水蜜桃（AABB） x 抗病小果形水蜜桃（aabb）JF1易感病大果

7、形水蜜桃（A_B_）J自交aaBF2基因型 : A B A bbaabb表現(xiàn)型 :比例 :J連續(xù)自交不再出現(xiàn)性狀分離圖 2 雜交育種遺傳圖解（ 1）為什么首先要進(jìn)行雜交？（ 2）為什么要讓F1 進(jìn)行自交？（ 3）選出抗病紅果肉性狀的番茄以后，收獲其種子就可以用了嗎？若不能，該如何去做？（ 4）若我們需要的這兩種性狀都是隱性的呢？（ 5）根據(jù)雜交育種過程圖進(jìn)行分析雜交育種要培育出一個(gè)能穩(wěn)定遺傳的植物品種至少需要幾年？ （ 播放鐵線蓮的雜交育種視頻，加深學(xué)生對育種年限的認(rèn)識(shí)）（ 6）動(dòng)物雜交育種與植物雜交育種的有哪些不同之處？（ 7）嘗試與選擇育種相比，歸納雜交育種有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？設(shè)計(jì)意圖 :引

8、導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的分離定律和自由組合定律設(shè)計(jì)雜交育種方案，設(shè)計(jì)培育出抗病紅果肉番茄的方案。通過問題導(dǎo)學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論、總結(jié)歸納出雜交育種的原理、操作過程和優(yōu)、缺點(diǎn)，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“提出問題-思考問題-解決（回答）問題”的科學(xué)思維過程，訓(xùn)練科學(xué)的思維方法，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，驅(qū)動(dòng)知識(shí)建構(gòu)。誘變育種過渡 :現(xiàn)在我們又面臨另一個(gè)問題 : 所有的水蜜桃都是晚熟的品種，沒有早熟的品種，果農(nóng)都希望自己的水蜜桃能夠早上市，賣個(gè)好價(jià)錢。如果你是大臣B 你怎么辦？能不能運(yùn)用雜交育種呢，為什么？自然界中沒有早熟的品種，那怎么辦？隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類逐漸摸索出一條能夠創(chuàng)造新基因的育種途徑誘變育種。分組

9、討論，探討雜交育種 :（ 1）晚熟性狀變?yōu)樵缡煨誀?，這屬于生物變異中的哪種類型即這種方法的原理是什么？（ 2）聯(lián)系基因突變的特點(diǎn)，談?wù)務(wù)T變育種的局限性？要想克服這些局限性，可以采用哪些方法？（ 3）與雜交育種相比，誘變育種有什么優(yōu)勢呢？（ 4）誘變育種的成果有哪些？寓教于生活實(shí)踐: 播放江南大學(xué)發(fā)酵過程專業(yè)博士生對醬油生產(chǎn)菌株（ 米曲霉滬釀3.042） 改良過程的視頻。追問學(xué)生: 其中用到的是哪種因素引起的突變？是什么原因?qū)е旅浊箿?.042 酸性蛋白酶和淀粉酶的活力有所提高？班級辯論賽:以班級為單位，分組建正（支持雜交育種即大臣A）、反（支持誘變育種即大臣 B）辯論雙方，通過提出觀點(diǎn)、自

10、由辯論、小結(jié)陳詞以及教師分析總結(jié)等環(huán)節(jié)完成雜交育種和誘變育種的比較。設(shè)計(jì)意圖:通過競爭- 合作學(xué)習(xí)使教學(xué)活動(dòng)呈現(xiàn)出師生之間、同學(xué)之間以及學(xué)生自身的多向反饋結(jié)構(gòu)。強(qiáng)烈的競爭機(jī)制充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性并激活了思維。打破傳統(tǒng)尋常“講授”式教學(xué)，真正讓學(xué)生站在舞臺(tái)中央理解雜交育種和誘變育種各有千秋。列表總結(jié) :引導(dǎo)學(xué)生列表比較: 雜交育種、誘變育種在方法、原理、優(yōu)缺點(diǎn)方面的異同點(diǎn)。幫助學(xué)生對所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納， 并由學(xué)生總結(jié)本節(jié)課的收獲和存在的疑惑，然后師生共同解疑釋惑。第 2 課時(shí)教學(xué)目標(biāo)1、簡述基因工程的基本原理。2、舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。3、收集基因工程所取得的成果以及發(fā)展前景

11、。4、通過對書中插圖、照片等的觀察，學(xué)會(huì)科學(xué)的觀察方法，培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力。教學(xué)重點(diǎn) / 難點(diǎn)1. 教學(xué)重點(diǎn)：（ 1）基因工程的基本原理。（ 2）基因工程的安全性問題。2. 教學(xué)難點(diǎn)：（ 1）基因工程的基本原理。（ 2）轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性。教學(xué)過程一、 導(dǎo)入多媒體展示一組圖片，能發(fā)光的水母、不能發(fā)光的熱帶斑馬魚、超級小鼠超級魚等圖片，然后介紹，圖片中這些生物的出現(xiàn)是基因“嫁接”的結(jié)果，提出問題，二、問題討論1. 為什么能把一種生物的基因“嫁接”到另一種生物上？2. 推測這種“嫁接”怎樣能實(shí)現(xiàn)？3. 這種“嫁接”對品種的改良有什么

12、意義？我們今天就來學(xué)習(xí)這方面的知識(shí)，基因工程及其應(yīng)用。 1973 年美國科學(xué)家科恩創(chuàng)立了 定向改造生物的新技術(shù)轉(zhuǎn)基因工程。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究：從糖尿病治療實(shí)例入手，共同研究基因工程及有關(guān)的技術(shù)。組織學(xué)生討論分析：治療糖尿病的藥物是什么？用什么方法獲得胰島素才能滿足社會(huì)需要呢？大多同學(xué)想到從動(dòng)物胰臟中提取，這確實(shí)是獲得胰島素的一種方法?？茖W(xué)家運(yùn)用這種方法提取胰島素，結(jié)果每100Kg 胰臟只能提取4-5g 胰島素，不僅需要消耗大量的動(dòng)物肝臟，而且提取過程復(fù)雜，必然是產(chǎn)量低、價(jià)格昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了社會(huì)的需要。還有沒有 其他更好的方法？學(xué)生各敘己見，教師歸納引出基因工程的方法。目前成功的做法是：把胰島素

13、基因從人的DNA分子上剪下，與大腸桿菌的DNA子拼接成新的DNA再把新的DNA導(dǎo)入大腸桿菌，用大腸桿菌來生產(chǎn)人的胰島素！問題探究：為什么想到用大腸桿菌來生產(chǎn)胰島素呢？易培養(yǎng)，繁殖速度快。三、假設(shè)模型（一）基因工程的原理組織學(xué)生討論分析：DN后子的直徑只有2.0nm,粗細(xì)只有頭發(fā)絲的十萬分之一，長度 也是極其短小的，一般以為單位，如大腸桿菌的DNA長度為1.36科m.在如此微小的DNA分子上進(jìn)行剪切和拼接，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，這些工作的完成需要一些特殊的工具。問題探究：組織學(xué)生討論分析：用什么方法才能把胰島素基因切下來呢？有的同學(xué)想法很好，用酶。科學(xué)家把這樣的酶叫作：1、限制性核酸內(nèi)切酶，形象

14、的比喻為“基因的剪刀”。組織學(xué)生討論分析：限制性核酸內(nèi)切酶為什么能切割DNA這與它的特點(diǎn)有關(guān)，限制性核酸內(nèi)切酶的特點(diǎn)是什么？得出：每種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在其中特定的位點(diǎn)上切 害U DNA分子。組織學(xué)生討論分析：用限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后，其切口處露出什么結(jié)構(gòu)？生：黏性末端。師：用限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后，露出幾個(gè)黏性末端？生：二個(gè)。師：這兩個(gè)黏性末端有什么特點(diǎn)？生：其上的堿基可以互補(bǔ)配對。師：黏性末端的出現(xiàn)對DNA勺拼接有意義嗎？為什么？生：有意義，用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割兩種來源不同的DNA可以得到互補(bǔ)配對的黏性末端，把兩者的黏性末端連起來，就能

15、把一個(gè)DNA中的基因剪下并拼接到另一個(gè)DNA子上。師：很好。2.基因針線：DNA1接酶師：現(xiàn)在我們接著上面討論，如何將胰島素基因切下并與大腸桿菌的DNA拼接？生：用同一種限制性核酸內(nèi)切酶分別切割胰島素基因和大腸桿菌DNA可以得到互補(bǔ)配對的黏性末端，把兩者的黏性末端連起來，就可以把胰島素基因拼接到大腸桿菌DNA分子上。師：通過上述技術(shù)能將兩個(gè)DNA完全拼接成一個(gè)新的 DNA嗎？生：不能。師：為什么？還需要怎么辦？生：還需要用 DNA1接酶連接。師：DNA1接酶的作用是什么？生：把DNA這把“梯子”的扶手?jǐn)嗫谔庍B接起來。3. 基因的運(yùn)輸工具：載體師：下面還要請大家思考：切下的人的胰島素基因與大腸桿

16、菌的什么結(jié)構(gòu)相拼接才能順利導(dǎo)入大腸桿菌呢？生：質(zhì)粒。師：質(zhì)粒的作用、本質(zhì)及對受體細(xì)胞的影響如何？生：質(zhì)粒的作用是運(yùn)輸工具，質(zhì)粒的本質(zhì)是環(huán)狀 DNA對細(xì)胞沒有不良影響。師：常用的載體有哪些？最常用的載體是什么？生：常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體及一些動(dòng)植物病毒，最常用的載體是質(zhì)粒。師：有了上述工具我們就可把把胰島素基因拼接到大腸桿菌DN肪子上去，再請同學(xué)總結(jié)一下：把胰島素基因從人的DNA分子上剪下，與大腸桿菌的DN酚子拼接成新的DNA用到的工具有哪些？這些工具的作用是什么？生：基因的剪刀：限制性核酸內(nèi)切酶；基因針線：DNA1接酶；基因的運(yùn)輸工具：載體。師：下面向大家展示人的胰島素基因從人的DN后子上切

17、下，再拼接到大腸桿菌的質(zhì)粒DNA±去以及大腸桿菌生產(chǎn)胰島素的全過程。（過程展示）（二）、基因工程的有關(guān)概念師：什么是目的基因？生：人們所需要的特定基因叫目的基因。師：什么是受體細(xì)胞？生：人們所需要的特定基因?qū)氲募?xì)胞稱為受體細(xì)胞。師：什么是重組DNA？生；來源不同的 DNA在體外，經(jīng)過一定人工“剪切”和“拼接”形成新的DNA叫重組DNA。師：什么是基因工程？生：基因工程又叫重組DNA術(shù)，是指在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物。師：重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞后還需什么重要步

18、驟才能完成大腸桿菌生產(chǎn)胰島素的全過程？生：還有重組 DNA勺擴(kuò)增，目的基因的產(chǎn)物表達(dá)等。師：擴(kuò)增是指目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后隨受體細(xì)胞的繁殖而復(fù)制，獲得大量目的基因的過程；目的基因的產(chǎn)物表達(dá)是指目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后能產(chǎn)生特定的產(chǎn)物的過程。這兩步的完成才能說明基因工程的全過程的完成。（三）、基因工程的步驟師：基因工程的一般過程包括哪些基本步驟？生：基因工程的基本步驟包括獲取目的基因，目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，形成重組DNA重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞并進(jìn)行擴(kuò)增，目的基因的產(chǎn)物表達(dá)等。（ 課件展示 ）師：下面請各學(xué)習(xí)小組代表上臺(tái)，交流學(xué)習(xí)成果。（四）、基因工程的應(yīng)用1. 用基因工程的方法設(shè)計(jì)抗軟化番茄的培育過程。2. 用基因工程的方法設(shè)計(jì)能生產(chǎn)人的干擾素的大腸桿菌的培育過程。3. 用基因工程的方法設(shè)計(jì)能生產(chǎn)雞蛋白的大腸桿菌的培育過程。4. 用基因工程的方法設(shè)計(jì)能吐出蠶絲的大腸桿菌的培育過程。5. 我國在基因工程方面的成就有哪些？（五）、轉(zhuǎn)基因食品的安全性討論結(jié)束語師：同學(xué)們今天我們共同探索了基因工程及有關(guān)的技術(shù)，在課上很多同學(xué)表現(xiàn)出了聰明和才智?；蚬こ淌乾F(xiàn)代生物技術(shù)的尖端學(xué)科，基因工程還有很多需要探索的課題，隨著基因工程技術(shù)的不斷完善和成熟，基因工程將造福人類，基因工程專業(yè)正成為大學(xué)最熱門的專業(yè)，相信不遠(yuǎn)的將來，在座的同學(xué)中一定有世界級基因工程專家！課堂小結(jié)本節(jié)的內(nèi)容信息量大、專業(yè)