走近生物技术优秀教学设计

《走近生物技术》教学设计

山西省运城中学高中生物组

刘

敏

【教学目标】：

1.了解生命科学与生物技术的概念，明白二者之间的关系

2.观看《生物技术及其发展历史简介》小视频，掌握相关生物技术发展历史知识

3.理解亲子鉴定的原理，并能在具体的例子中运用该技术解决问题

【教学重点与教学难点】

1.掌握生物技术发展历史

2.能够运用亲子鉴定原理进行案例分析

【教学内容分析】

本节内容属于人教版高中生物选修1的前言内容，教材中没有具体、详实的讲授内容，教师根据自己掌握的生物知识编写了这节教学内容，对学生进行了生物知识的科学普及，目的是培养学生学习选修内容的浓厚兴趣。

【学情分析】

我校的高二同学们此时已经学完高中生物必修二教材，对于遗传和变异的知识已掌握很多，所以对于细胞质遗传、亲子鉴定等内容的学习属于学生的最近发展区，学生们应该能经过努力而掌握本节所学内容。

【课前准备】

1.教师自己录制了12分钟教学小视频：《生物技术及其发展历史简介》

2.编写课中学案

3.制作上课所需的PPT课件

【教学过程】

一、基本概念

生命科学（Lifescience）：是研究生命体、生命系统、生命过程的科学。

生物技术（Biotechnology）：是通过改造或利用生命体、生命系统和生命过程来生产和加工产品的技术。用一句更简洁的话来解释，生物技术是生命科学应对人类需求的实际运用。

生命科学和生物技术二者之间，是典型的科学与技术之间的关系，生命科学探索未知世界，回答了一个Why的问题，生物技术解决实际问题，回答了一个How的问题。生命科学是生物技术的基础，而生物技术是生命科学发展的手段。

你知道的生命科学有哪些： 你知道的生物技术有哪些： 二、观看“生物技术及其发展历史简介”的视频，完成填空。

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1.）人类文明历史上诞生的第一种生物技术是

，其最重要的两大产业是 、 。

2.）人类早期利用发酵技术获得的食品有：大约在公元六千年前，苏美尔人开始酿造 ，格鲁吉亚人和伊朗人开始酿造 。公元5500年前诞生于波兰的 、3000年前诞生于土耳其的 和3000年前诞生于埃及的 。

3.）1796年英国医生爱德华·琴纳，通过牛痘接种来预防天花，它标志的 技术诞生，该技术被称为拯救最多生命的生物技术。

4.）1676年，荷兰商人 利用自制的200倍显微镜，发现了微生物，人类对生命的认识进入了 。

5.）1875年，法国科学家路易斯巴斯德的提出了 是由微生物引起的，他被称为 学之父。

6.）1897年，德国化学家毕希纳发现，引起发酵的关键是微生物体内的 。

7.）1928年，苏格兰科学家亚历山大·弗莱明在微生物的分泌物中发现了 。

8.）1944年，美国科学家艾弗里证明了 。

9.）1953年，美国的遗传学家沃森和英国分子生物学家克里克，提出了 。 DNA双螺旋结构的发现与 、 并成为20世纪三大科学发现，生物学从此进入了分子时代。

10.

）1965年到1971年，科学家们陆续发现了多个能够切割DNA的剪刀： 。

11.）1973年美国遗传学家赫伯特·韦恩·伯耶和斯坦利·科恩利用限制性内切酶，将爪蟾的DNA切开与载体连接，然后再转移到大肠杆菌体内，这样大肠杆菌里面就有了 ，这个实验标志着基因工程的诞生。基因工程是20世纪最重要的生物技术之一，它通过对生物的 获得新物种，它是分子生物学的技术基础。

12.）1974年，德国生物化学家Rudolf Jaenisch将猴空泡病毒40（SV40病毒）的DNA，通过

的方式，打到小鼠的胚胎中，获得第一个转基因动物。

13.）1975年英国的生物化学家Milstein和德国的生物学家Kohler，发明了 技术。

14.）1977年，Sanger和Gilbert，发明了 技术。有了该技术，科学家们就能精确

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了解DNA的变化，能够更有针对性的改造DNA。

15.）1996年到2003年世界科学家们合作，开展了 。

16.）人胰岛素（Humulin）是历史上第一种 药物。

17.）1983年，美国生化学家K.B.Mullis发明了聚合酶链式技术即 技术。

18.）1983年，比利时分子生物学家蒙塔古和歇尔将来自苏云金芽孢杆菌(Bt)晶体毒蛋白基因转入 中并成功表达，获得第一种转基因植物。

19.）1996年英国的胚胎学家伊恩·维尔穆特用 克隆了第一个动物—多利羊，这标志着哺乳动物体细胞克隆技术的成熟。克隆技术的应用主要包括

和 。

20.

）2006年，日本的干细胞科学家山中伸弥发明了 ，也就是IPS细胞技术。 IPS细胞技术可以将 转化成多能干细胞，而多能性干细胞，在适合条件下，

可以转化成人体内 。

21.

）2006之后，又诞生了一系列重要的技术，例如：CAR-T细胞临床免疫治疗技术、

CRISPR-Cas基因编辑技术、试管婴儿技术、分子马达技术、生物纳米芯片技术、

细胞捕获技术、细胞条形码技术等等。

三、生物技术举例——DNA 亲子鉴定技术

1.相关重要概念介绍

DNA亲子鉴定技术：是指通过检测个体的DNA遗传多态性标记，根据个体间遗传多态性标记检测结果是否符合遗传规律来判断血缘关系的技术。

DNA多态性：在长期的进化过程中，由于突变或者染色体重排等等因素，会导致在不同的个体间或者同一个体的两个等位基因间DNA的分子结构（包括A、T、C、G 4种碱基的排列顺序）和DNA分子的片段长度稳定地存在两种或者两种以上的形式，该现象称为DNA多态性。对于一个个体而言，DNA多态性的碱基顺序终生不变，并按孟德尔规律世代相传。

DNA遗传标记：存在多态性的DNA位点可以作为遗传标记来识别不同的个体。目前应用最广泛的遗传标记是微卫星DNA，又称短串联重复(STR)或者又称简单序列重复(SSR)。其主要特征就是在等位基因座位上存在2到6个碱基核心序列的串联重复。

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遗传标记位置

遗传方式

遗传规律

DNA亲子鉴定技术原理

常染色体

DNA遗传标记

双亲各一半

孟德尔遗传

规律

线粒体

DNA遗传标记

母系遗传

来自共同母系祖先的个体的有相同等位基因

血缘关系

Y染色体

DNA遗传标记

父系遗传

来自共同父系祖先的个体有相同的等位基因

血缘关系

特定性

亲子关系

2.DNA亲子鉴定实验操作步骤如下：

第一步：DNA提取

把样本细胞核中所含有的DNA提取出来，然后进行一定的纯化，去除样本中的杂质。

第二步：PCR扩增

PCR的中文名为聚合酶链式反应，简单的说，PCR扩增这一步就是把我们所需要的片段通过酶促反应，在PCR仪上进行大量复制，放大到通过某些专用仪器可以看到的程度。

第三步：后PCR反应

这一步主要是上ABI测序仪检测的准备阶段，将双链的DNA打开，加一些检测用的内标，主要是用来标记检测的片段长度。

第四步：毛细管测序仪检测

由于DNA带有电荷，通过毛细管电泳的方法，不同片段DNA长度的电泳速度不同，在同样的电压，同样的电泳时间下，泳动的距离不同，这些长短不同距离可以通过前期加入的内标测量分辨出来，同时可通过一定的软件显示在电脑上，方便检测人员处理和分析数据。

第五步：分析数据，出具报告

主要是检测人员将所得结果进行分析汇总、计算，然后出鉴定结论和报告。

3.真实案例分析

下面九具遗骸STR序列测定结果显示：

是一家人，其中

号是母亲，

号是父亲。

Table 1 STR genotypes' for the nine skeletons skeleton

HUMVWA/31 HUMTH01 HUMF13A1 HUMFES/FPS HUMACTBP2 4

1♂

2♂

3♀

4♂

5♀

6♀

7♀

8♂

9♀

14.20 17.17 15.16 15.16 15.16 15.16 15.16 15.17 16.17 9.10 6.10 8.10 7.10 7.8 8.10 8.8. 6.9 6.6 6.16 5.7 5.7 7.7 5.7 3.7 3.5 5.7 6.7 10.11 10.11 12.13 12.12 12.13 12.12 12.13 8.10 11.12 ND 11.30 11.32 11.32 11.36 32.36 32.36 ND ND

思考：如何判断这家人（3、4、5、6、7）是沙皇一家呢？

（提示：线粒体DNA遗传标记）

【教学小结】

本节学习了生物技术发展历史，并运用其中一种技术——亲子鉴定破解了末代沙皇一家的灭门惨案，同学们感觉到小有成就。同学们今后越多掌握生物知识，就越能解决更多的生活中实际遇到的问题。

【板书】

走进生物技术

一、生命科学与生物技术。

二、生物技术发展历史

三、亲子鉴定

1.原理

2.末代沙皇一家的案例分析

【教学反思】

走进生物技术的教学内容浅显易懂，学生们通过学习亲子鉴定原理来分析了末代沙皇一家的骸

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骨，并一一对应他们的身份，有一份儿深深的成就感，真实体验了一次当小侦探的感觉。今后教学中，对这种需要借助生物技术知识才能解决的有意思的例子，要在课堂上多加使用。

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