人教版高中生物选修三1.1DNA重组技术的基本工具教学设计.doc

DNA重组技术的基本工具教学设计一、 教材分析 DNA重组技术的基本工具是人教版选修3专题1基因工程中第1节内容，本节是基因工程专题的基础，是掌握后面知识的保障。对于基因工程，学生接触得很少，对学生来说难点较多，概念多，仅靠文字描述会感到抽象，如果处理不好，会变成简单的死记硬背。所以在本节课的处理上我先通过制作微课，让学生课前预习，通过预习先了解一些概念和本节的重难点知识，这样使学生在课堂上更易于理解；其次，课上先通过创设情境“蓝色妖姬”的培育实例，激发学生学习的兴趣，然后通过问题导入本节的教学。在知识讲解上，我将三种基因工程工具的呈现先后顺序进行了调整，即将“DNA连接酶”和“基因载体”的顺序进行了调换，这样更符合逻辑关系，也更容易为学生所接受；为了强化学生的动手能力和小组成员间的协作能力，我设置了一个模拟制作活动构建重组DNA，将具体的操作程序有机联系起来，加深学生对这一程序的理解，同时为后面章节中基因工程的操作过程打下基础。二、学情分析我校学生自主学习能力差，学习的积极性也不高。为了提高学生的学习兴趣，我通过微课让学生先预习，在教学过程中，再尽量采用视频等多媒体手段，适时加强学生注意力；再通过模拟制作活动，让学生在动手的过程中提高认知水平和接受能力。三、教学目标（一） 知识目标： 简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。（二） 能力目标：DNA重组技术的模拟操作。（三） 情感态度与价值观目标：关注基因工程的发展认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。四、教学重点与难点1、 教学重点：DNA重组技术所需的三种基本工具的作用通过动手实验操作，总结限制酶的作用特点。2、 教学难点： 基因工程载体需要具备的条件。五、教学方法与策略： 1、利用微课，视频，动画等多媒体手段增加学生的直观性。2、通过比喻，如限制酶比喻为“剪刀”，DNA连接酶比喻为“针线”，运载体比喻为“分子运输车”，使知识形象化和通俗化，学生更易于理解。3、通过问题设置引发学生思考，如“限制酶从哪来？”“作为运载体需要具备哪些条件？”4、设计模拟制作活动构建重组DNA，增强学生的动手能力和合作能力。六、学习准备1、制作微课和多媒体课件2、通过提前布置预习任务，让学生在学习此课程之前借助微课对于本节知识有一个大致的了解。3、准备两种颜色的纸张，剪刀，透明胶带，为重组DNA分子的制作做准备。七、课时安排：一课时八、教学过程： 先反馈学生预习情况分析预习题的错误所在。引言：首先请同学们看一段视频蓝色妖姬。目前市面上出售的蓝色妖姬，它并不是真正的蓝玫瑰，是用一种对人体无害的染色剂和助染剂调合成着色剂，等白玫瑰（或白月季）快到花期时，开始用染料浇灌花卉，让花像吸水一样，将色剂吸入进行染色。真正的蓝玫瑰，是日本三得利公司耗资30亿日元培育而成，于2009年11月3日已正式发售，售价在2000-3000日元之间。它实现了三色紫罗兰蓝色素基因在白玫瑰中得以表达，是一种转基因的玫瑰品种。 这就是基因工程带给人类的福音。出示一些转基因生物图片：我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，转基因热带斑马鱼，转基因Eustoma (Lisianthus) 花，转基因大肠杆菌等。这样的奇思妙想，在以前就是天方夜谭式的神话，而如今因为基因工程得以实现了。那么，什么是基因工程呢？（指导阅读课本P1最后一段）一、基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。 俗话说“工欲善其事，必先利其器”。那么基因工程要实施需要哪些工具呢？经过苦苦求索，科学家们终于找到了实施基因工程的三种工具，才使基因工程的设想成为了现实。这三种工具分别为：一是准确切割DNA的工具，“分子手术刀”限制酶；二是DNA片段的连接工具，“分子缝合针”DNA连接酶；三是基因转移工具，“分子运输车”基因进入受体细胞的载体。下面我们就来学习这方面的内容。二 、DNA重组技术的基本工具1. 限制性核酸内切酶“分子手术刀” 创设情景：“限制酶从哪里寻找”？诱导学生联想从前学过的内容噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而诱导学生产生“可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。 我们讨论至此，同学们是否有了从哪里获得这种酶的意向？生：到单细胞的生物中去找。师：科学家的基本意向也和同学们一样。单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。（1）限制性内切酶的来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制酶。这种酶与我们以前知道的DNA酶的作用是不同的。（2）限制性内切酶的功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。以上这句话，说出了两层意思。一是识别特定核苷酸序列。请同学们看图，EcoRI只能识别GAATTC的核苷酸序列，SmaI只识别CCCGGG的核苷酸序列。第二层意思是从特定部位的两个核苷酸之间切开。请同学们看图，EcoRI就从G和A之间切开，SmaI就从C和G之间切开。刚才我们提到科学家们已经分离出4 000多种限制酶。由于酶的不同，它们识别的特定核苷酸序列也不同，这样就为我们切割DNA提供了多种特定的“手术刀”。但它们切割DNA后形成的末端有两种可能：（3）限制性内切酶的切割方式： 在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。 沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。单纯的DNA片段是很难导入受体细胞的，所以我们将切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个“分子运输车”帮助。2.基因进入受体细胞的载体“分子运输车”不是任何的物质都可以用来作目的基因进入受体细胞的载体的。其中的理由要从实际情况出发考虑才能清楚。下面老师提出四个问题供大家思考。假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？作为载体没有切割位点将怎样？目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？如果载体对受体细胞有害将怎样？ 生：导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。如果载体上有遗传标记基因，这样，在载体进入受体细胞后，就可通过标记基因的表达来检测。载体对受体有害，将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的目的基因也无立足之地。（1）作为运载体必须具备的条件： 具有自我复制能力 有一个至多个限制酶切割位点 具有标记基因，便于筛选。 对受体细胞无害 目前通常利用的载体是“质粒”。质粒是能“友好”寄宿在细菌细胞内的小型的环状DNA。下面让我们通过插图一起来认识质粒，尤其要在质粒载体结构模式图上找出刚才归纳几个条件的具体体现。找到“复制原点”说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制。找到“目的基因的插入位点”说明质粒有切割位点。找到“氨苄青霉素抗性基因”说明有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。找到此质粒来自大肠杆菌说明没有危害，大肠杆菌是非致病菌，大肠杆菌分裂快，也便于从大量复制个体中分离出来。在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。分子运载车的分类： 质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。 病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。运载体使用的目的： 是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。 是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，这就要用到“分子缝合针”DNA连接酶3.DNA连接酶“分子缝合针”（1）DNA连接酶的分类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。（2）作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。学生活动： 模拟制作：重组DNA分子的模拟操作（具体操作见P6-7）操作要求：1、从蓝、黄纸板每条链上找出GAATTC序列， 并在G和A之间切开，所有切割位点全部切开。 2、将蓝色纸板上的DNA片段，重组到黄色纸板的切口处。3、用透明胶（代表DNA连接酶）将切口黏结起来。模拟制作讨论题1. 你模拟插入的DNA片段能称得上一个基因吗？回答：不能。因为一般基因有上千个碱基对。2. 如果你操作失误，碱基不能配对。可能是什么原因造成的？回答：可能是剪切位点或连接位点选得不对（也可能是其他原因）。 (现场把学生错误的操作用实物投影仪展示出来，与学生一起讨论错误所在)九、课堂练习：1一种限制酶能识别DNA分子中的GAATTC顺序，切点 在G和A之间，这是应用了酶的( ) A高效性 B.专一性 C多样性 D.催化活性受外界条件影响2、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 ( ) A能复制 B.有多个限制酶切点 C具有标记基因 D它是环状DNA3、下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是（ ） T A G GC C A TT A C CG G T A ABCD4人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是( ) A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性B.有利