《多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段（第1課時(shí)）》公開(kāi)課教案

4/4課題：多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段河北師大附中劉偉銳教學(xué)設(shè)計(jì)思路分析：本節(jié)的重難點(diǎn)是PCR的原理，由于學(xué)生已經(jīng)具備細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制的基礎(chǔ)知識(shí)，可以培養(yǎng)學(xué)生由已知推導(dǎo)未知，進(jìn)行知識(shí)遷移的能力。首先從細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制所需的條件出發(fā)，設(shè)置問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生思考PCR擴(kuò)增DNA與細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制的不同點(diǎn)，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生思考兩者在解旋酶、DNA聚合酶、引物這三方面的區(qū)別。通過(guò)“學(xué)以致用”，讓學(xué)生設(shè)計(jì)引物，動(dòng)手畫(huà)出PCR的具體循環(huán)過(guò)程，從而加深學(xué)生對(duì)PCR的關(guān)鍵要素引物和對(duì)擴(kuò)增結(jié)果的理解。教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)與技能一、理解PCR的原理1、細(xì)胞內(nèi)參與DNA復(fù)制的各種組成成分與反應(yīng)條件2、DNA的合成方向3、TaqDNA聚合酶的應(yīng)用二、PCR的過(guò)程：復(fù)性、變性、延伸（二）過(guò)程與方法通過(guò)設(shè)置問(wèn)題情境由細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制推導(dǎo)PCR原理；通過(guò)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)引物加深對(duì)PCR原理的理解。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)設(shè)計(jì)引物及對(duì)PCR結(jié)果分析，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的科研精神教學(xué)重點(diǎn)：PCR的原理教學(xué)難點(diǎn)：PCR的原理教學(xué)過(guò)程引言：科研報(bào)道“四萬(wàn)年前猛犸象DNA將被提?。夯蚩寺?fù)活猛犸象”引入，我們從猛犸象化石中只能提取到微量DNA，但是科研中需要大量的DNA，就需要對(duì)DNA片段進(jìn)行大量復(fù)制即擴(kuò)增，顯然在細(xì)胞內(nèi)是不可能完成的。需要在體外對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)增，這里用到的技術(shù)是多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，簡(jiǎn)稱PCR。過(guò)渡：我們應(yīng)用一項(xiàng)技術(shù)，首先需要了解該技術(shù)的原理。（板書(shū)：一、PCR原理）一、PCR原理1、細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制的過(guò)程由細(xì)胞內(nèi)DNA分子復(fù)制的過(guò)程引出細(xì)胞內(nèi)DNA分子的復(fù)制需要的基本條件。生：DNA、脫氧核苷酸、解旋酶、DNA聚合酶、ATP（板書(shū)）。人們發(fā)現(xiàn)只用上述物質(zhì)是不能合成DNA的，原因是缺少了一類很重要的物質(zhì)。引出引物。1.1引物小資料：DNA聚合酶只能將單個(gè)核苷酸加到已有的核酸片段上，所以DNA聚合酶不能直接把第一個(gè)、第二個(gè)核苷酸連接起來(lái)，而是需要把第一個(gè)核苷酸連接到已有的核酸片段上，有了該核酸片段，核苷酸才能逐個(gè)添加上去。即：該片段引導(dǎo)了子鏈的合成，于是我們形象的把它叫做引物。我們已經(jīng)知道引物是一小段核酸序列，每種核酸片段都有特定的堿基序列。引物的堿基序列有什么特點(diǎn)？與DNA母鏈的一段堿基序列互補(bǔ)配對(duì)。理由？只有這樣引物才能與模板鏈互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合起來(lái)。假如在模板鏈上與引物互補(bǔ)配對(duì)的序列并非圖中所示，而是中間某一部位的話，那么引物會(huì)和哪一部位結(jié)合？【學(xué)生活動(dòng)1】畫(huà)出此時(shí)此時(shí)合成的子鏈與上圖中合成的子鏈有什么不同。學(xué)生展示結(jié)果，師生共同分析。小結(jié)：子鏈開(kāi)始延伸的位置決定于:引物與模板鏈結(jié)合的位置。1.2DNA子鏈合成的方向有關(guān)資料顯示：DNA聚合酶能夠從引物的3’端開(kāi)始連接脫氧核苷酸?！緦W(xué)生活動(dòng)2】根據(jù)模板鏈的方向標(biāo)出引物的方向，并判斷子鏈延伸的方向。師生共同分析得出結(jié)論：DNA的合成方向：總是從子鏈的5’端向3’端延伸。1.3小結(jié)：在子鏈合成過(guò)程中，有兩種物質(zhì)起了非常重要的作用。一種是引物，一種是DNA聚合酶。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)兩種物質(zhì)的作用。即：引物決定子鏈延伸的位置，DNA聚合酶決定子鏈合成的方向?？偨Y(jié)：細(xì)胞內(nèi)DNA分子的復(fù)制需要的基本條件需要補(bǔ)充引物2、PCR物質(zhì)準(zhǔn)備及條件控制我們回憶及補(bǔ)充了細(xì)胞內(nèi)DNA分子的復(fù)制需要的基本條件，接下來(lái)我們想在體外條件下對(duì)猛犸象的DNA片段進(jìn)行擴(kuò)增，就應(yīng)該模擬細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制所需的條件進(jìn)行相關(guān)的物質(zhì)準(zhǔn)備和條件控制。2.1準(zhǔn)備反應(yīng)場(chǎng)所。所用的器具主要是PCR擴(kuò)增儀和微量離心管。我們把各反應(yīng)物放到離心管里，通過(guò)PCR儀控制反應(yīng)所需的條件。2.2物質(zhì)準(zhǔn)備【學(xué)生活動(dòng)3】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)將DNA、脫氧核苷酸、解旋酶、DNA聚合酶、ATP、引物加入微量離心管里并不能成功擴(kuò)增DNA。試分析原因。師生分析后總結(jié)：解旋酶和DNA聚合酶不能共同使用。細(xì)胞內(nèi)兩者的精密配合來(lái)自于細(xì)胞的調(diào)控。解旋酶的作用可被溫度取代，DNA聚合酶因?yàn)槭Щ钏孕枰肨aqDNA聚合酶來(lái)代替，引物必須人工合成而且還需添加大量的兩種引物等。2.3反應(yīng)條件反應(yīng)物準(zhǔn)備齊全，接下來(lái)需要準(zhǔn)備反應(yīng)所需的條件。這里的條件取決于TaqDNA聚合酶。問(wèn)：如何維持PH？生：一定的緩沖溶液。最適的溫度是72℃左右，所以如何操作？生：再升溫。此時(shí)子鏈在TaqDNA聚合酶開(kāi)始延伸。二、PCR過(guò)程我們來(lái)整理一下思路：左側(cè)是離心管里需要添加的物質(zhì)，右側(cè)是反應(yīng)的過(guò)程。在DNA擴(kuò)增時(shí)我們要控制好三種不同的溫度。溫度的控制是通過(guò)PCR合成儀來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PCR合成儀是一臺(tái)能夠自動(dòng)調(diào)控溫度的儀器。也就是說(shuō)經(jīng)過(guò)高溫、低溫、中溫后，下一個(gè)溫度會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)到高溫開(kāi)始不斷的循環(huán)。在循環(huán)過(guò)程中，微量離心管里的物質(zhì)需要調(diào)整嗎？引出需要加入足量的物質(zhì)。而模板可因?yàn)槊看窝h(huán)的時(shí)候，上一次的產(chǎn)物都可以作為下一輪反應(yīng)的模板而增加數(shù)量。若循環(huán)30次，則可獲得230個(gè)DNA分子，實(shí)現(xiàn)了DNA片段的擴(kuò)增。三、結(jié)果檢驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，我們需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。利用DNA的特性DNA在260nm的紫外線波段有一強(qiáng)烈的吸收峰，峰值的大小與DNA的含量有關(guān)進(jìn)行檢驗(yàn)。四、學(xué)以致用學(xué)習(xí)了PCR的原理和過(guò)程，下面我們要學(xué)以致用。假如這段DNA片段是從猛犸象中提取到的，我們想擴(kuò)增一段特定序列的DNA片段，即某目的基因。根據(jù)以上內(nèi)容，最關(guān)鍵的是找到合適的引物?！緦W(xué)生活動(dòng)4】嘗試設(shè)計(jì)引物。重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生分析引物的堿基序列、長(zhǎng)度對(duì)復(fù)性過(guò)程的影響。問(wèn)：循環(huán)1次能不能得到我們要擴(kuò)增的DNA序列。強(qiáng)調(diào)引物1延伸而成的子鏈會(huì)與引物2結(jié)合。讓學(xué)生觀察分析目的基因序列，說(shuō)出其特點(diǎn)。即每條鏈中都含有一個(gè)引物，引物引導(dǎo)了該鏈的合成，同時(shí)又為另一條鏈規(guī)定了終點(diǎn)。得出結(jié)論DNA