《重组 DNA 技术的基本工具》教学设计

《重组DNA技术的基本工具》教学设计年级高三学科生物学课型一轮复习课时1教材分析本节课选用的是人教版(2019)《选择性必修3：生物技术与工程》第3章第1节：重组DNA技术的基本工具。本节主要介绍了DNA重组技术的三种基本工具及其作用。本节内容是建立必修2教材中DNA是遗传物质、DNA的结构、复制、表达等知识的基础上，通过本节的学习可以帮助学生理解和掌握微观的分子工具，为后续学习“基因工程的基本操作程序”、“基因工程的应用”等内容做好铺垫。学情分析本节课是一轮复习中的一节课，授课对象是高三的学生，学生已经掌握了DNA的结构与复制、基因表达等相关知识,也具备简单的关于转基因的知识，比如转基因的基本流程和应用等。但是对于转基因技术中使用的工具的特点和要求，还需要回到具体的情境中去分析。基因工程的内容较为抽象微观，教师可以通过借助多媒体或者实物模拟，创设教学情境，促进学生对知识的掌握。教学目标1.阐明重组DNA技术需要三种基本工具及其作用和特点。2.说明在具体的情境中如何使用三种工具。重难点【重点】阐明重组DNA技术需要三种基本工具及其作用。【难点】说明在具体的情境中如何使用三种工具。教学过程(一)知识回顾：基因工程的概念和理论基础概念：基因工程是指按照人们的愿望,通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性,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，因此又叫作DNA重组技术。理论基础：（1）DNA的基本组成单位和空间结构相同；（2）碱基对的配对方式相同；（3）基因控制蛋白质的合成且共用一套遗传密码。创设情境，提出问题情境：番木瓜“华农一号”的培育结合培育流程，提出问题：①简要描述“华农一号”培育的主要步骤；②说出每个步骤中需要何种工具？解答：这个过程中至少涉及三个关键步骤。第一步，要获取目的基因。先经过逆转录获得相应的DNA，然后再对目的基因进行切割，必要时还要改造。第二步，将目的基因与质粒进行拼接。第三步，将拼接后的重组质粒导入受体细胞。串讲：每一步所需要的工具被形象地称为“分子手术刀”、“分子缝合针”和“分子运输车”。可是，DNA分子双螺旋的直径只有2nm要对如此微小的分子进行操作，想要人为设计一些工具几乎是不可能得，科学家们是如何找到这些分子工具的呢？著名的美国生物学家威尔逊说过的“每个生物科学问题的答案都必须在细胞中寻找”。1944年，艾弗里通过肺炎双球菌的转化实验不仅证明了DNA是遗传物质，也证明了DNA可以在微生物的不同个体间进行转移。那么微生物细胞中大概率本身就存在这些分子工具。所以科学家们纷纷致力于对微生物细胞的深入研究，果不其然，从1967年到20世纪70年代科学家们陆续发现了这些分子工具。下面我们对有关这些工具的知识点进行归纳整理。归纳知识要点，在情境中解决问题。“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（1）知识点：①来源：主要从原核生物中分离纯化而来②作用特点：能够专一性识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。③作用结果：平末端和粘性末端（2）深度思考：①限制酶存在于原核生物中的作用是什么？解答：限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA，从而保护自身。②为什么限制性内切酶不剪切细菌本身的DNA？解答：可能其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列；或通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能切开。对点练习：①写出下列限制酶切割形成的黏性末端②判断：以下黏性末端是由______种限制酶作用产生。回归情境，应用知识点在番木瓜“华农一号”的培育的流程中，为让抗PRSV基因与质粒拼接，需要在抗PRSV基因两端分别添加对应的限制酶的酶切位点。“分子缝合针”——DNA连接酶知识点：①作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。②种类：E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶易错辨析DNA连接酶与DNA聚合酶的比较“分子运输车”—基因进入受体细胞的载体知识点：①种类：质粒、噬菌体和动植物病毒②作用：将目的基因送入受体细胞重点辨析：质粒的特点和运载体的必备条件对点练习：下图是某一质粒和目的基因上的限制酶切位点示意图，应该选用哪种限制酶切割来构建重组质粒？解答：BamHI和HindIII解析：不用SmaI的原因：它的酶切位点在目的基因内部，会破坏目的基因。不用E.coRI的原因：仅用一种限制酶切割质粒和目的基因，由于产生的黏性末端完全相同，可能会导致目的基因和质粒发生自身环化以及目的基因反向连接到载体。难点突破：反向连接和自身环化观看视频《重组DNA分子的模拟操作》回归情境，应用知识点为让抗PRSV基因与质粒拼接并表达，需在抗PRSV基因的上下游分别添加限制HindIII和BamHI的酶切位点。思维提升选择限制酶的原则：①选目的基因两端和运载体都有的酶切位点；②酶切位点不能破坏目的基因以及质粒中的重要元件；③至少保留一个完整的标记基因，便于筛选；④尽量使用双酶切法，可以防止目的基因、载体的自身环化以及目的基因与载体反向连接。（四）课堂小结（五）相关实验与探究:DNA的粗提取与鉴定知识点回顾实验原理：提取：DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以使DNA析出，初步分离DNA与蛋白质。DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。鉴定：在一定温度下，DNA遇二苯胺会呈现蓝色。实验材料：新鲜洋葱（香菜、菠菜、菜花或猪肝等）实验试剂：①研磨液②体积分数为95%的酒精③2mol/L的NaCl溶液④二苯胺试剂实验步骤:第一步取材研磨第二步过滤或离心取溶液第三步用预冷的酒精析出DNA第四步NaCl溶液溶解DNA并鉴定观看实验视频注意事项加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，且沿一个方向搅拌，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。酒精要预冷：①可抑制DNA水解酶的活性，进而抑制DNA降解②抑制分子运动，使DNA易形成沉淀析出③低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少其断裂实验反思和评价某同学提取出的丝状物发黄，用二苯胺试剂鉴定，蓝色