改进高校基因工程课堂教学设计的初步探讨——“大肠杆菌热激法转化”的课件设计
高中生物《设计实验鉴别转基因大肠杆菌说课》省级优质课PPT课件
1.参与科学探究实验，认同 “科学本质上是一种解决问 题的活动”。 2.通过对转基因等社会热点 问题的解释、实践与思考， 渗透生物学科核心素养。
教学分析
Teaching Analysis
教学重、难点及方法
任务驱动法、探究实验法、合作学习法、量规评价法
重点1：实验方案的设计与完善
学案突破，逐级分解难度：
小组实验分工
各小组讨论实验分工，明确责任，预习实验量规，做好实验准备。
突破重点1：实验方案的设计与完善
教学过程
Teaching Process
课前准备
课堂实施 （第二课时）
分组实验 突破难点1：操作实验器材完成基因工程实验
视频
显微镜组
酶切组
凝胶组
数码显微镜观察：低倍 学生通过使用Vector
课前
网络 课堂
分组 实验
教学过程
课堂
情境 驱动
设计 方案
第二课时
量规 评价
交流 探论
分析 完善
课后
材料 思辨
教学过程
Teaching Process
网络课堂
课前准备
普通高中选修 课网络课程
插入图片 或者视频
教学过程
Teaching Process
情境驱动
课前准备
课堂实施
①激活生活经验——谈谈大家对转基因产品的认识与选择？ ②激活探究思维——科学资料分析：还在“以貌取人”分辨转基因？
学情
考试要求达到“应用”层次，但由于学校设备、 教师技能及学生能力等原因无法开展有效教学 。
所任教的学生在生物课堂及选修课中已掌握相 关知识与技能，对基因工程产生了浓厚兴趣， 有意愿运用所学知识解决实际问题，探究欲强。
基因工程3大肠杆菌表达系统课件
……
基因工程3大肠杆菌表达、大肠杆菌表达载体的基本成分
RBS
R
P
编码序列
TT
tetr
Ori
TT-G35ACA。。。17。。TA-1T0AAT
ATG（91%） GTG（8%） TTG（1%）
TAAGGAGG（N）8
TAA TGA TAG
此外，转录终止子还能增强mRNA分子的稳 定性，从而大大提高蛋白质产物的水平。
基因工程3大肠杆菌表达系统
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（3）翻译起始序列
mRNA转录本5’端的独特的结构特征（核 糖体结合位点，RBS），是决定mRNA翻译效 率的主要因素。
至今，仍未鉴定出通用有效的翻译起始序列的保 守结构，但却已经发展出许多种可以用来有效地降 低在mRNA转录本5’-末端形成二级结构的实验方 法，从而提高克隆的外源基因的表达效率。
（3）加入适量的DNA后，于42 ℃热处理90秒；
（4）将混合物快速转移到冰浴中，是细胞冷却1-2分钟， 加入适当的培养基在37 ℃培养45分钟，使细胞复苏，并表
达质粒所携带的转化基因；
（5）选择培养基培养，选择转化体。
基因工程3大肠杆菌表达系统
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2、Hanahan转化法
1983年由Hanahan设计。它的特点是在感受态细胞 的诱导方面，除了用CaCl2和MnCl2等二价离子按一定 形式组合方式处理细胞外，还利用二甲亚砜 （DMSO）、二硫苏糖醇（DTT）和氯化六氨合高钴 等进一步处理细胞，其它方面与上法相同。
在大肠杆菌细胞质内，若蛋白质N-端为Arg、 Lys、Leu、Phe、Tyr 和Trp等残基，则其稳定 性较差；而同样条件下，若N-端为除了前述6 种氨基酸之外的其它任何一种氨基酸残基时， 其稳定性则大大提高。
《基因工程说课》课件
CATALOGUE
目 录
• 基因工程简介 • 基因工程的基本技术 • 基因工程实验操作流程 • 基因工程的安全与伦理问题 • 未来展望
01
CATALOGUE
基因工程简介
基因工程的定义
基因工程是指通过人工操作将外源基因导入细胞或生物体内，以改变其遗传物质， 从而达到改良生物性状、生产生物制品或治疗遗传性疾病目的的技术。
基因工程是生物工程的一个重要分支，它利用分子生物学和分子遗传学的原理和技 术，对生物体的遗传物质进行操作和改造。
基因工程的基本操作包括基因克隆、基因转移、基因表达和基因沉默等，这些技术 为人类提供了强大的工具来探索和利用生命系统的奥秘。
基因工程的历史与发展
基因工程的起源可以追溯到20世纪70 年代初期，当时科学家们开始探索限制 性内切酶和DNA连接酶等基本工具，
健康风险
基因工程可能对人类健康产生负面 影响，如基因治疗中的副作用。
安全风险
基因工程可能被用于制造生物武器 或生物恐怖主义。
基因工程的伦理问题
人类基因编辑
基因资源与知识产权
基因工程应用于人类胚胎编辑可能引 发一系列伦理问题，如设计婴儿等。
基因资源属于全人类共享的遗产，涉 及知识产权和利益分配问题。
为基因操作奠定了基础。
1973年，美国科学家斯坦利·柯恩和赫 伯特·博耶利用限制性内切酶和DNA连 接酶，成功地将SV40病毒的DNA切割 并重新连接，从而实现了第一个重组
DNA分子。
自此以后，基因工程技术不断发展，逐 渐形成了完整的理论体系和技术体系， 并在医学、农业、工业和基础研究中得
到了广泛应用。
基因歧视
基因信息可能被用于歧视某些人群， 如保险、就业等方面。
大肠杆菌基因工程ppt课件
在某些生长条件下，大肠杆菌能积累某种特殊的生物大分子，它 们致密地集聚在细胞内，或被膜包裹或形成无膜裸露结构，这种水不 溶性的结构称为包涵体(Inclusion Bodies ，IB)。 富含蛋白质的包涵 体多见于生长在含有氨基酸类似物培养基的大肠杆菌细胞中，由这些 氨基酸类似物所合成的蛋白质往往会丧失其理化特性和生物功能，从 而集聚形成包涵体。由高效表达质粒构建的大肠杆菌工程菌大量合成 非天然性的同源或异源蛋白质，后者在一般情况下也以包涵体的形式 存在于细菌细胞内。除此之外，包涵体中还含有少量的DNA 、RNA和 脂多糖等非蛋白分子
5 质粒拷贝数
质粒拷贝数对细菌生长代谢的影响
目前实验室里广泛使用的表达型质粒在每个大肠杆菌细胞中可达 数百甚至上千个拷贝，质粒的扩增过程通常发生在受体细胞的对数生 长期内，而此时正是细菌生理代谢最旺盛的阶段。质粒分子的过度增 殖以及其后目的基因的高效表达势必会影响受体细胞的生长代谢，进 而导致重组质粒的不稳定性以及目的基因宏观表达水平的下降
1、包涵体型异源蛋白的表达
(3)以包涵体形式表达目的蛋白的优缺点
包涵体表达形式的缺点：
以包涵体形式表达的重组蛋白丧失了原有的生物活性，必须通 过有效的变性复性操作，才能回收得到具有正确空间构象(因而具 有生物活性)的目标蛋白，因此包涵体变复性操作的效率对目标产 物的收率至关重要。然而，这也是一个技术难题，尤其当目标蛋白 分子中的Cys残基数目较高时，体外复性蛋白质的成功率相当低， 一般不超过30%
3 核糖体结合位点
核糖体结合位点对外源基因表达的影响
起始密码子及其后续若干密码子的影响： 大肠杆菌中的起始tRNA分子可以同时识别AUG 、GUG和UUG
三种起始密码子，但其识别频率并不相同，通常GUG为AUG的50% 而UUG只及AUG的25%。除此之外，从AUG开始的前几个密码子 碱基序列也至关重要，至少这一序列不能与mRNA的5’ 端非编码区 形成茎环结构，否则便会严重干扰mRNA在核糖体上的准确定位
热激法转化大肠杆菌感受态细胞流程
热激法转化大肠杆菌感受态细胞流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基因工程技术ppt课件
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
应用：
• 克隆感兴趣基因进行序列分析，研究其组织结构。 • 转入原核表达载体，进行大规模蛋白质合成,生产多肽
产品。 • 转入真核表达载体，导入细胞，研究其功能，表达调
载体：
• 载体(Vector)是目的基因的运载工具，其作用是将目 的基因带入受体细胞中，并使目的基因扩增和表达。
• 种类： 按来源分： 质粒载体(plasmid vector)、噬菌体载体(phage vector)、 柯氏质粒载体(cosmid vector)、病毒载体(virus vector ). 按作用分： 克隆载体(cloning vector )、表达载体(expression vector)、 穿梭载体(shuttle vector)
四环素选择标记上，4种位于Amp抗性基因上。外源基因的插入将破坏 抗性基因的完整性，导致抗性基因插入失活，这种特性可用于区分重组 和非重组分子。 • 松弛性质粒，在大肠杆菌细胞内有较高的拷贝数，当细菌蛋白质合成停 止时，它仍能继续复制。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程TA 源自隆AA19
大肠杆菌感受态细胞的制备与质粒DNA的转化ppt课件
可编辑课件
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
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四、实验步骤
• 大肠杆菌感受态细胞的制备(CaCl2法)
①从E.coli DH5α菌平板上挑取一单菌落，接种于LB 液体培养基中，37℃振荡培养过夜。将该菌悬液 以1:30～100接种于LB液体培养基中，37℃ 250r/min活化培养2-3h至OD600=0.2-0.4时停止培 养;
②每人取1个离心管，加入1.5ml菌液，在冰上放置 10min后，于4℃，4000r／min离心2min（从这一 步开始，所有操作均在冰上进行，速度尽量快而 稳）；
受体细胞经过一些特殊方法（如：电击 法， CaCl2等化学试剂法）的处理后，细胞膜 的通透性发生变化，成为能容许外源DNA的 载体分子通过的感受态细胞(competent cell) 。
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转化（transformation）
是将异源DNA分子引入一细胞株系，使 受体细胞获得新的遗传性状的一种手段，是基 因工程等研究领域的基本实验技术。
①防止杂菌和杂DNA的污染：整个操作过程 均应在无菌条件下进行, 所用器皿, 如离心 管等最好是新的,并经高压灭菌处理,所有的 试剂都要灭菌,且注意防止被其它试剂、 DNA酶或杂DNA所污染, 否则均会影响转 化效率或杂DNA的转入, 为以后的筛选、鉴 定带来不必要的麻烦。
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②感受态细胞长时间处在常温状态，会严 重影响到其转化率，因此应尽量减少常温 操作，动作要迅速。
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• 实验目的 • 实验原理 • 实验试剂 • 实验步骤 • 注意事项
基因工程大肠杆菌发酵的研究ppt课件
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Hale Waihona Puke 生产型发酵罐： 夹套：设计压力0.3 Mpa，夹套材质： 304不锈钢，用于温控、辅助灭菌；采 用优化导流设计，提高了交换效率和罐 内温度的均匀性； 进气过滤：采用一路深层通气质量流量 计显示，采用精度为0.2μm的进口除菌 过滤器，配空气分布器，防倒流装置； 确保安全并可独立灭菌，大大延长使用 寿命； 电机：采用德国汉森公司的调速电机 （加强型冷却装置，确保电机能在恶劣 的环境中长期运行）； 调 速 器：日本变频调速器 专用无菌取样阀：在位灭菌、微量取样 不染菌，无死角，不积料，使用方便； 专用无菌放料阀：在位灭菌、材质特制， 可无杂菌放料，无死角，不积料，使用 方便； 灭菌：蒸汽在位灭菌。设置灭菌程序， 灭菌温度100-130℃； 移种：316L不锈钢光亮管，隔膜阀。 在位灭菌； 控制系统： 德国西门子PLC控制核心+ 工业平板电脑；
生物工程下游技术
• 一、什么叫生物工程下游技术？其主要研 究那些内容？ 下游技术指的是生物工程技术具体的工 业实现方面的技术开发。 例如生物工程菌的发酵技术、发酵菌的 代谢产物中目标产品的分离提取技术、工 艺过程中的质量控制技术、质量控制标准 的研究和相关的分析技术等。
• 二、生物工程下游技术的必要性 近年来，不少基因工程药物、疫苗、 酶制剂及某些检测试剂，如人（牛、猪） 生长激素、α-（β-，γ-）干扰素、链激酶、 凝乳酶、葡激酶、白细胞介素、人胰岛素、 肿瘤坏死因子、表皮生长因子、心房肽、 降钙素、仔猪腹泻疫苗、C-型肝炎检测试 剂等都是应用基因工程大肠苗菌进行生产 的。
基因工程大肠杆菌发酵的研究
• 一、什么是基因工程菌？ • 二、为什么要制备基因工程菌？ • 三、生物工程下游技术
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改进高校基因工程课堂教学设计的初步探讨——“大肠杆菌热激法转化”的课件设计
作者：卢山，刘平，李同辉，高艳红
来源：《教育教学论坛》 2017年第3期
卢山，刘平，李同辉，高艳红
（南京师范大学生命科学学院，江苏南京210023）
摘要：为了提高大学基因工程课程课堂教学质量，我们从高校实际出发，结合教师多年的
科研经验，以“大肠杆菌转化”课件设计为例，不断完善课堂教学，使学生既能够掌握知识要点，又能锻炼思维，还能培养其创造精神。
关键词：基因工程；课堂教学；改进；课件设计
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0178-02
收稿日期：2016-09-01
作者简介：卢山（1969-），女，南京师范大学生科院，教授，主要研究方向为前列腺癌信号转导；刘平（1964-），男，南京师范大学生科院，教授，主要研究方向为肿瘤与基因转录调控；李同辉（1990-），男，南京师范大学生科院，硕士生，主要研究方向为小鼠肿瘤模型的分子机理；高艳红（1979-），女，南京师范大学生科院，讲师，主要研究方向为离子通道在心房纤颤的表达与机制研究。
我国高等学校本科教育的学科分类中，生物学、生物医学工程、食品科学与工程、农业工
程等专业属下的许多课程都与基因工程技术与应用的迅速发展息息相关。
因此，基因工程越来
越多地进入高校专业主干课程行列。
基因工程的内容繁杂难学，实践性强[1]，而且迄今为止，很多大专院校由于条件所限，未能开设配套的实验课程。
相关教材中，绝大部分内容也集中于
理论阐述。
即使教学大纲是经过反复推敲，依据基因工程教材重要知识点而制定的，授课内容
也严格按照教学大纲亦步亦趋，还有多媒体方法辅助讲授，但是，传统的“填鸭式”课堂教学
方式仍然被普遍采用，难以达到教书育人的目的，也不符合现阶段我国高等教育培养创新型人
才的要求，这使得教学效果从根本上无法保证。
课堂教学是高校最基本的教育活动，主要由教
师和学生两方面共同承担完成[2]。
首先，为人师者应该从教师主体出发，增加教学投入[3]，
努力探讨和思索如何在现有条件下改进和完善课堂教学，提高教学质量。
其次，应最大限度地
调动学生学习的积极性和主动性，让学生在课堂教学中能听得懂，听得进。
这样，才能够在有
限而宝贵的课堂时间内，启发学生的创造性思维。
本文作者在多年从事基因工程教学的基础上，以基因工程中“大肠杆菌转化”知识点为例，说明在基因工程教学中，尤其针对技术性、实验
性教学内容，结合相关科研经验，改进课件设计的重要性。
基因工程基本操作是该课程重要的篇章之一。
基因工程重组DNA操作主要由“切”、“接”、“转”、“增”和“检”构成。
其中“转”是针对原核生物的转化（Transformation）、真核细胞的转染（Transfection）和需病毒参与的转导（Transduction）等活动的统称。
作为基因工程七大支撑技术之一的基因转移技术也是指“转”操作。
由此可见，“转”为基因工程教学中的重要知识点之一。
其中，转化是外源DNA进入受体
细菌而获得相应遗传性状的现象，亦即DNA导入受体菌再扩增或表达的过程。
在具体章节详细
介绍原核细胞代表性基因工程实例时，也离不开大肠杆菌的“转化”，实验室常用的大肠杆菌
转化方法有氯化钙（Calcium Chloride，CaCl2）和电穿孔（Eletroporation，也叫电击）等。
CaCl2法创立于1972年，是适用于革兰氏阴性细菌（如大肠杆菌等）的经典转化技术。
它是指
在低温下，Ca2+能够与细菌外膜磷脂形成液晶结构，然后经热脉冲发生收缩作用，这样细胞膜
会出现空隙，从而使外源DNA进入受体菌的过程，所以CaCl2法也被称作热激法或者热脉冲法。
此方法的关键影响因素是低温和Ca2+，它不需要电转化设备，在实际中最为广泛使用。
因此，
常常在课堂教学中作为重点内容来介绍。
常用的教学方法在讲授此章节内容时，采用如图1所
示的PPT或者板书机械化流程来展示大肠杆菌的标准热激法转化过程。
这样的教学方式，备课
简单，授课轻松，数分钟即可完成。
但常常会因为课堂上，讲解理论知识的枯燥而难以激发学
生的学习兴趣，从而导致在短短的课堂时间里，学生的思考能力得不到锻炼，更不用说如何牢
固掌握专业的基础知识了。
事实上，有很多大学生在中学生物学课程学习阶段已经接触大肠杆
菌热激法转化的基本知识了，但进入大学阶段的基因工程课程相同知识点学习时，已近彻底遗忘；甚至有学生，在大学其他课程如分子生物学等实验环节或科研实践活动中还进行过相关实验，但对转化也只留下模糊印象。
这些现象一方面可能受到学生个体学习主动性等的影响，但
另一方面不能否认与课堂教学质量，尤其是主导课堂教学的教师采取的教学方法相关。
因此，
针对标准热激转化法流程的授学，我们认真思考后，在利用教材讲授理论知识的同时，还从该
知识点出发，将理论知识与科研实际结合，即与科研中已运用普遍的快速热激转化法联系起来
重新设计课件，如图2所示。
当大肠杆菌标准热激法转化流程介绍完毕时，让学生结合热激法
转化的基本原理，思考教师提出的相关问题。
经过逐步的启发和剖析，只有当学生掌握了大肠
杆菌转化的知识要点时，才能认识到标准热激法的第3至第5的三个步骤均可以省略，快速热
激法在15分钟内即可完成。
在这样短暂的课堂授学过程中，创造出能发挥学生主观能动性的课堂学习氛围，不仅可以帮助学生理解知识要点，还增加了课堂上教师与学生的互动，活跃了课
堂气氛，开启了学生思考的闸门，拓展了学生思维的空间，锻炼了学生思考、分析、解决问题
的能力，从而取得良好的教学效果。
综上所述，课堂教学设计对教学质量有着非常重要的影响。
近年来，尽管有文献提倡对基
因工程教学设置独立的实验课程或者让学生提早进入科研课题来加强对基因工程的学习。
但现
阶段对大多数的高校而言，这恐怕不是一个容易实践的提高教学质量的方法。
我们以上的改进，仅为进一步完善基因工程课堂教学起到抛砖引玉之效果。
将来，在基因工程课程教学研究过程中，作为主导课堂教学的一方，应更好地结合本校的实际，并融合教师自身多年的科研经验，
继续努力探索，对更多的关键内容、知识点进行更好的课堂课件设计，以化枯燥为有趣及深入
浅出的启发式授课方式等锻炼学生的思维，培养学生的创造能力，提高课堂教学的质量。
参考文献：
[1]王文锋,武新胜等.医学院校基因工程的课程改革[J].中国高等医学教育,2015,(5):68-69.
[2]王志鹏,郭小玉.高校课堂教学质量问题思辨[J].当代教育理论与实践,2014,(10):79-80.
[3]何旭明.教师教学投入影响学生学习投入的个案研究[J].教育学术月刊,2014,(7)93-99.。