高一生物 重組DNA技術(shù)的基本工具

1、“重組DNA技術(shù)的基本工具” 教學設計(劉瑩 深圳中學)【課標分析】課程標準與本節(jié)相對應的“內(nèi)容要求”是：1. 概述基因工程是在遺傳學、微生物學、生物化學和分子生物學等學科基礎(chǔ)上發(fā)展而來的；2. 闡明DNA重組技術(shù)的實現(xiàn)需要利用限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具。相對應的“學業(yè)要求”是能夠結(jié)合生活或生產(chǎn)實例，舉例說出基因工程及相關(guān)技術(shù)的基本原理?！窘滩姆治觥勘竟?jié)課屬于人教版教材生物學選擇性必修3生物技術(shù)與工程第3章第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具的內(nèi)容，是學習本章其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。對于抽象且種類多樣的分子工具，本節(jié)教材中只介紹了三種基本的分子工具，并形象地將它們比喻為手術(shù)刀、縫合針和

2、運輸車，拉近了與學生生活的距離。為體現(xiàn)工程思維，在“思考討論”環(huán)節(jié)中，教材設計了讓學生親自動手切割DNA和重組DNA，意在讓學生通過模擬制作和討論問題，初步感受構(gòu)建重組DNA分子的過程，并進一步熟悉、理解限制酶和DNA連接酶的作用?！緦W情分析】通過必修1和必修2的學習中，學生已經(jīng)掌握了酶的作用和特性、噬菌體侵染細菌的實驗、DNA的結(jié)構(gòu)和復制等相關(guān)內(nèi)容。這將有助于學生理解限制酶的來源；聯(lián)系DNA的結(jié)構(gòu)學生可以很好地理解限制酶的作用特點；結(jié)合DNA復制中的DNA聚合酶，學生可以通過比較加深對DNA連接酶的認識；利用發(fā)酵工程中學習到的選擇培養(yǎng)基可以篩選含有標記基因的載體細胞?！窘虒W目標】通過棉鈴蟲引

3、發(fā)的科技大戰(zhàn)，介紹轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的作用機理，引導學生闡明基因工程的理論基礎(chǔ)（生命觀念）。通過結(jié)合舊有知識及材料分析，引導學生說出限制酶的特點及作用位點、DNA聚合酶與DNA連接酶的異同、基因進入受體細胞的載體所具備的條件和種類（科學思維）。通過重組DNA的模擬探究實踐，引導學生體會單酶切和雙酶切，以及不同連接產(chǎn)物的篩選（科學探究）?！窘虒W重難點】教學重點：重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具的作用。教學難點：基因工程載體需要具備的條件及篩選?！窘虒W準備】文本資料搜集：中國農(nóng)科院棉花研究所開發(fā)抗蟲棉紀實報道、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作用機理、限制酶發(fā)現(xiàn)歷程、載體的特點等。圖片、動畫資源搜集：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作用機理、

4、載體的種類等。模擬探究的材料準備：藍色彩紙、黃色彩紙、剪刀、膠帶、模擬基因和質(zhì)粒的DNA序列等。撰寫教學設計、制作多媒體課件等。【教學過程】導入新課教師活動：通過引導學生說出生活中的基因工程產(chǎn)品，引出棉鈴蟲引發(fā)的科技大戰(zhàn)（中國農(nóng)科院棉花研究所開發(fā)抗蟲棉紀實報道），介紹轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的作用機理。提出問題：如何讓棉花也表達出Bt抗蟲蛋白，進而獲得抗蟲的能力？蘇云金桿菌DNA中的Bt抗蟲蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花細胞中表達嗎？為什么？如何獲得蘇云金桿菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接嗎？學生活動：結(jié)合必修2的相關(guān)知識，說出基因可以指導蛋白質(zhì)的合成，遺傳信息的傳遞都遵循中心法

5、則。若要棉花細胞中表達出Bt抗蟲蛋白，向棉花細胞的DNA中插入編碼Bt抗蟲蛋白的基因就可以實現(xiàn)。Bt基因在棉花細胞中也是可以表達的，因為幾乎所有的生物都共用一套密碼子。DNA的基本組成單位都是脫氧核苷酸，DNA分子均為雙螺旋結(jié)構(gòu)，所以在理論上DNA分子是可以進行切割、改造和拼接的。設計意圖：通過貼近學生生活的基因工程產(chǎn)品引出我國自主研發(fā)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的紀實報道，激發(fā)學生的愛國熱情，并通過了解轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的作用機理，引導學生闡明基因工程的理論基礎(chǔ)。新知學習任務一 結(jié)合已有知識，認識并闡明限制性內(nèi)切核酸酶的特征及切割部位。教師活動：提供發(fā)現(xiàn)限制酶的科學史料，提出問題：根據(jù)已有知識和材料分析，細菌內(nèi)的

6、限制酶可能具有什么特征？回顧DNA的結(jié)構(gòu)，你認為限制酶“切割”DNA的部位在哪里？為什么？學生活動：回顧必修1酶的作用和特性、DNA的結(jié)構(gòu)，結(jié)合材料說出限制酶的特征及其可能的切割部位。設計意圖：引導學生結(jié)合舊有知識并分析材料，得出結(jié)論。任務二 結(jié)合已有知識，認識DNA連接酶及其兩種類型。 教師活動：提供發(fā)現(xiàn)DNA連接酶的科學史料，提出問題DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？并提供對比表格。組織學生自主閱讀教材內(nèi)容，并比較DNA連接酶的兩種類型。學生活動：回顧DNA復制過程及DNA聚合酶的作用特點，比較DNA連接酶的作用特點，認識DNA連接酶，并完成表格。通過自主閱讀教材內(nèi)容，認識DN

7、A連接酶的兩種類型，完成相應表格。設計意圖：引導學生結(jié)合舊有知識并分析材料，比較學習DNA連接酶。通過自主閱讀，分析DNA連接酶不同類型的差異。任務三 通過觀察分析，認識質(zhì)粒及基因工程載體的特點。教師活動：提供發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒的科學史料和大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖。提出問題：若將質(zhì)粒與經(jīng)限制酶切割的目的基因連接，需要具備什么條件？要使攜帶的外源基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，質(zhì)粒還需要具備什么條件？我們用肉眼看不到載體是否進入受體細胞，如何篩選重組DNA分子的質(zhì)粒載體呢？學生活動：閱讀發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒的科學史料，并觀察大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖，思考并回答問題。設計意圖：引導學生觀察大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖，結(jié)合限制酶

8、切割后產(chǎn)生末端的特點，并結(jié)合實際問題，說出載體的特點。任務四 通過模擬重組DNA分子，加深對限制酶、DNA連接酶和載體的認識。教師活動：提供Bt基因和pBI121質(zhì)粒的模擬序列，組織學生按照步驟嘗試分別通過單酶切和雙酶切構(gòu)建重組DNA，引導學生根據(jù)產(chǎn)生的多種產(chǎn)物分析原因，提供解決方案。學生活動：利用剪刀模擬限制酶、膠帶模擬DNA連接酶，動手操作單酶切和雙酶切，并嘗試連接基因與質(zhì)粒序列，觀察連接產(chǎn)物，分析原因，思考解決方案。設計意圖：通過讓學生親手操作模擬構(gòu)建重組DNA，體會單酶切和雙酶切對連接產(chǎn)物的影響，通過實際操作，呈現(xiàn)不同連接產(chǎn)物，引導學生分析原因，并提供解決方案?！景鍟O計】（以知識框圖的形式呈現(xiàn)）【作業(yè)設計】1. 利用網(wǎng)絡、書籍、圖書館等資源，查詢、檢索和了解含有目的基因的重組DNA的篩選方法都有哪些？ 2. 想一想，為什么限制酶不切割細菌本身的DNA分子？ 【教學反思】本節(jié)課以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作為貫穿情境，不僅可以激發(fā)學生的愛國熱情，培養(yǎng)為祖國