基因工程教案

南阳市高中优质课〔微型课〕教案《DNA重组技术的根本工具》唐河友兰实验高中：余海芳【教学目标】知识目标:了解基因工程的根本概念。简述DNA重组技术所需三种根本工具的作用。能力目标:1.通过对根本概念、根本原理的学习，引导学生主动参与教学过程的探究活动，培养学生的获取新知的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。2.利用实际操作，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转〞的主要过程。情感价值观目标:1.通过学习基因工程的概念，使学生认识到科学研究需要的严谨，激发为祖国而奋斗的精神。2.通过学习基因操作的工具，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯物主义观念。【教学重难点】教学重点：DNA重组技术所需要三种根本工具的作用。教学难点：基因工程载体需要具备的条件。【教学策略与手段】教学模式:探究式教学，通过创设问题情境，在分析问题、解决问题的过程中不断生成一系列新的问题，培养学生的自学能力，以及探究和思维能力。教学策略:利用多媒体，自制教具，使抽象的问题形象化，引导学生自主动手操作，解决每一程序中的技术难点和重点。教学手段:PPT，自制教具。本节课模拟探究的是载体与目的基因的连接，在教学过程中为学生提供环状和链状DNA，同时提供剪刀和胶带。如图：【教学课时】一课时。【教学过程】〔导入新课〕水母是一种单细胞动物,科学家发现之所以有些水母能够发光，原因是靠一种叫埃奎林的神奇的蛋白质,这种蛋白质遇到钙离子就能发出较强的蓝色光来。据研究,每只水母大约含有50微克的发光蛋白质,这说明水母就是靠它发光的。现在,我们是否可以让正常的小猪也能发荧光呢？课堂活动一：通过以下问题，探究如何才能让正常的小猪发荧光？1.〔提出问题〕我们以前学习的育种方法有哪些?〔参考答案〕杂交育种、多倍体育种〔单倍体育种〕、诱变育种2.〔提出问题〕那利用上述的方法能够获得荧光小猪么？大家分组讨论1min。〔参考答案〕不能，杂交育种存在远缘杂交不亲和的障碍；多倍体〔单倍体〕育种不能获得其他物种的性状；而诱变育种的原理是在物理、化学和生物等因素的作用下导致的基因突变或染色体变异，同样无法获得荧光蛋白基因。3.〔提出问题〕通过大家自学教材，有什么方法可以获得荧光小猪呢？为什么？〔参考答案〕基因工程育种。基因工程是按照人们的愿望，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。4.〔提出问题〕根据大家积累的知识，分组探讨一下在理论上，是否能实现将某一生物的性状转移到另一生物身上呢？〔参考答案〕理论上是可行的，原因有两点：〔1〕细胞生物的遗传物质都是DNA，结构相似。生物的遗传特性是由基因来控制的，而基因是具有遗传效应的DNA片段，所以可以将一种生物的基因提取出来，整合到另一种生物细胞的DNA上。〔2〕自然界共用一套密码子，这就为供体基因在受体中正常表达提供了条件。课堂活动二：要想获得荧光小猪,需要哪些工具的帮助,根据课本Ｐ〔４－６〕的信息和大家的知识，探讨以下问题。1.〔提出问题〕基因是具有遗传效应的DNA片段，如何从供体的DNA上获得目的基因呢？假设这是DNA上的荧光蛋白基因〔拿出事先准备好的带有一定核苷酸序列的模型〕〔学生答复〕需要将荧光蛋白基因剪下来。〔提出问题〕那我们需要一把“剪刀〞，可DNA属于分子水平，我们用什么来做“剪刀〞，大家可以回忆一下我们在必修一学到的内容：在生物体内，绝大多数的化学反响均需要什么的参与呢？〔学生答复〕酶(老师答复)大家和科学家的思路是一样的，他们经过不懈的努力,终于从原核生物中别离纯化出这种酶,〔板书：一、“分子手术刀〞──限制酶：1.来源〕叫做限制酶。迄今已从近300种微生物中别离出4000种限制酶。这种酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开〔请大家翻开教材P4图1-2〕。〔板书设计2.作用〕不同的限制酶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:一种形成黏性末端，一种形成平末端(利用PPT给学生播放哪种酶切割形成的是黏性末端，哪种酶切割形成的是平末端)。〔板书：3.分类〕(寻根问底)为什么限制酶不剪切这些原核生物本身的DNA呢？大家想一下都有哪些可能？〔参考答案〕1.不具备这种酶的识别切割序列；2.有该酶的识别序列但在生物的长期进化过程中做了修饰〔例如甲基化〕，使之限制酶不能将其切开。2.〔提出问题〕切割目的基因的任务完成了，那么如何将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子呢？〔参考答案〕DNA连接酶。〔老师答复〕请大家阅读课本P5总结出到目前为止科学家都发现了哪些DNA连接酶？〔参考答案〕两类：一类是从大肠杆菌中别离得到的，称为E.coliDNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中别离出来的，称为T4DNA连接酶。〔板书：二、“分子缝合针〞──DNA连接酶1.分类〕〔提出问题〕大家想一下两个DNA片段连接起来的是什么化学键？〔参考答案〕磷酸二酯键〔给学生展示连接位置〕。〔板书：2.作用〕课件展示：质粒的结构模式图。教师设问：质粒有怎样的特点？学生答复：有复制原点，有限制酶的切割位点，带有氨苄青霉素抗性基因。教师点拨：有复制原点，说明质粒能够自我复制；有限制酶的切割位点，说明这个“分子运输车〞可以为“乘客〞腾出空位；氨苄青霉素抗性基因容易被检测出来，这种基因称为标记基因。质粒是最常用的基因载体，大家能不能从质粒的结构特点中，概括出作为基因载体需要具备的条件呢？大家分组讨论。〔参考答案〕至少有以下几点：〔1〕能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；〔2〕具有多个限制酶切割位点，以便外源基因连接；〔3〕具有标记基因，供重组DNA的鉴定与选择；〔4〕对受体细胞无害;〔5〕载体DNA分子大小适中。〔板书：三、“分子运输车〞──基因进入受体细胞的载体条件〕课堂活动三：实际操作，以小组为单位，根据大家手中的模型材料构建目的基因和载体形成重组DNA分子。1.分发材料：每组发两个带碱基序列的环状DNA，两张链状DNA，〔且四个DNA上仅有EcoRI的酶切位点〕，剪刀，胶带。模拟得到EcoRI酶切后的载体和目的基因，并连接目的基因和载体。〔操作并讨论〕〔老师提问〕能否得到我们想要的重组质粒？〔学生答复〕能〔选出两个小组进行展示〕。〔提出问题〕现在将你们几组切割好的目的基因和载体混合在一起，参加DNA连接酶〔用两面胶作为DNA连接酶〕，其连接方式有几种？大家尝试操作。小组展示：除得到载体与目的基因之间的连接外，还有载体与载体之间的连接，目的基因与目的基因之间的连接，以及载体自身环化，和目的基因自身环化等。〔提出问题〕为什么会出现这么多种的连接产物呢？大家分组讨论一下。〔学生答复〕一种限制性核酸内切酶切割后产生的黏性末端只有一种，相同的黏性末端都符合碱基互补配对原那么。所以只要末端相同都可以相互连接。(老师提出问题)我们该如何解决这一问题呢？大家继续操作以下模型。2.分发另一套材料，每组两个环状DNA，两个链状DNA〔都带EcoRI，SmaI两种酶切序列〕，让学生再次模拟操作。〔老师提问〕这次模拟能否得到我们想要的重组质粒？〔学生答复〕能〔选出两个小组进行展示〕。〔提出问题〕现在将你们几组切割好的目的基因和载体混合在一起，参加DNA连接酶〔依然用两面胶作为DNA连接酶〕，其连接方式有几种？大家尝试操作。〔学生答复〕能得到目的基因与载体的连接，载体与载体间，目的基因与目的基因间的连接。〔提出问题〕缺少了哪种连接呢？〔学生答复〕缺少了目的基因及载体自身环化。〔提出问题〕大家讨论一下为什么？〔学生答复〕两种限制酶切割产生的黏性末端是不同的〔教师提升〕非常正确，载体上含有多个酶切位点，利用双酶切的方法，可以保证目的基因的定向插入，同时还防止了载体及目的基因的自身环化，提高DNA重组率，实现目的基因的正确转录和表达。〔有些同学会提出疑问：既然存在载体与载体，目的基因与目的基因之间的连接，如何鉴别含有目的基因的重组载体呢？对于这个疑问让学生通过第二节的相关内容小组协作找出答案，为下节课做铺垫〕。【板书设计】DNA重组技术的根本工具一．“分子手术刀〞──限制酶。1．来源2．作用3.分类二．“分子缝合针〞──DNA连接酶。1．作用2．种类三．“分子运输车〞──基因进入受体细胞的载体。1．条件【课堂练习】1.以下哪项不是基因工程中用来运载目的基因的载体？(D)A.细菌质粒B.噬菌体C.动植物病毒D.细菌核区的DNA2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是〔C〕A、能复制B、有多个限制酶切点C、它是环状DNAD、具有标记基因【课后作业】分组完成如下课题：玫瑰的基因不能编码合成蓝色色素，通过把三色紫罗兰的基因植入玫瑰，可以培育出含蓝色素的玫瑰，如何培育蓝色玫瑰？完成学案习题内容。【教学反思】1．强化了知识传授的同时，更注重了对学生能力的培养。在强化了核心概念和根本原理知识传授的同时，更注重了对学生能力的培养。如通过学案导学，布置学生带着任务自学教材等方式培养学生自主学习能力；通过阅读教材以及学案上的材料，培养学生获取信息的能力；通过模型构建，培养学生动手能力、交流合作能力；通过动画、图片等直观教学手段，培养学生的观察能力以及对图形的分析、描述能力。2．直观教学手段、模型构建，有效的突破了重难点。在本节课中，限制酶切割DNA、DNA连接酶将基因载体和目的基因连接起来等抽象的、微观的过程通过动画和图片展现出来，减轻了学生掌握这些知识的阻力，激发了学习积极性，使学生在轻松愉快的气氛中突破了重难点；通过重组DNA的模拟制作，稳固了本节课中所学的内容，使学生对基因工程的三种工具的功能特点有更深层次的理解，同时还培养了学生的动手能力，强化了交流合作意识。3．以问诱思，任务驱动。在本节课的每一个环节中，笔者都通过学案设置了问题串，使学生带着任务自学教材，提高了学习效率；这些问题的设置也能使得教学过程衔接和过渡顺畅自然，问题设置依据了学生的认知规律和原有的知识掌握情况，并且问题设置难度呈阶梯型特点，符合学生“最近开展区〞，真正“面对每一位学生〞，让每一位学生都能体验和享受成功的愉