《多聚酶链式反应扩增DNA片段（第1课时）》公开课教案

4/4课题：多聚酶链式反应扩增DNA片段河北师大附中刘伟锐教学设计思路分析：本节的重难点是PCR的原理，由于学生已经具备细胞内DNA分子复制的基础知识，可以培养学生由已知推导未知，进行知识迁移的能力。首先从细胞内DNA分子复制所需的条件出发，设置问题情境引导学生思考PCR扩增DNA与细胞内DNA分子复制的不同点，重点引导学生思考两者在解旋酶、DNA聚合酶、引物这三方面的区别。通过“学以致用”，让学生设计引物，动手画出PCR的具体循环过程，从而加深学生对PCR的关键要素引物和对扩增结果的理解。教学目标：（一）知识与技能一、理解PCR的原理1、细胞内参与DNA复制的各种组成成分与反应条件2、DNA的合成方向3、TaqDNA聚合酶的应用二、PCR的过程：复性、变性、延伸（二）过程与方法通过设置问题情境由细胞内DNA分子复制推导PCR原理；通过学生活动设计引物加深对PCR原理的理解。（三）情感、态度与价值观通过设计引物及对PCR结果分析，培养学生严谨的科学态度和实事求是的科研精神教学重点：PCR的原理教学难点：PCR的原理教学过程引言：科研报道“四万年前猛犸象DNA将被提取：或克隆复活猛犸象”引入，我们从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，就需要对DNA片段进行大量复制即扩增，显然在细胞内是不可能完成的。需要在体外对其进行扩增，这里用到的技术是多聚酶链式反应，简称PCR。过渡：我们应用一项技术，首先需要了解该技术的原理。（板书：一、PCR原理）一、PCR原理1、细胞内DNA分子复制的过程由细胞内DNA分子复制的过程引出细胞内DNA分子的复制需要的基本条件。生：DNA、脱氧核苷酸、解旋酶、DNA聚合酶、ATP（板书）。人们发现只用上述物质是不能合成DNA的，原因是缺少了一类很重要的物质。引出引物。1.1引物小资料：DNA聚合酶只能将单个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个、第二个核苷酸连接起来，而是需要把第一个核苷酸连接到已有的核酸片段上，有了该核酸片段，核苷酸才能逐个添加上去。即：该片段引导了子链的合成，于是我们形象的把它叫做引物。我们已经知道引物是一小段核酸序列，每种核酸片段都有特定的碱基序列。引物的碱基序列有什么特点？与DNA母链的一段碱基序列互补配对。理由？只有这样引物才能与模板链互补配对结合起来。假如在模板链上与引物互补配对的序列并非图中所示，而是中间某一部位的话，那么引物会和哪一部位结合？【学生活动1】画出此时此时合成的子链与上图中合成的子链有什么不同。学生展示结果，师生共同分析。小结：子链开始延伸的位置决定于:引物与模板链结合的位置。1.2DNA子链合成的方向有关资料显示：DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸。【学生活动2】根据模板链的方向标出引物的方向，并判断子链延伸的方向。师生共同分析得出结论：DNA的合成方向：总是从子链的5’端向3’端延伸。1.3小结：在子链合成过程中，有两种物质起了非常重要的作用。一种是引物，一种是DNA聚合酶。引导学生总结两种物质的作用。即：引物决定子链延伸的位置，DNA聚合酶决定子链合成的方向。总结：细胞内DNA分子的复制需要的基本条件需要补充引物2、PCR物质准备及条件控制我们回忆及补充了细胞内DNA分子的复制需要的基本条件，接下来我们想在体外条件下对猛犸象的DNA片段进行扩增，就应该模拟细胞内DNA复制所需的条件进行相关的物质准备和条件控制。2.1准备反应场所。所用的器具主要是PCR扩增仪和微量离心管。我们把各反应物放到离心管里，通过PCR仪控制反应所需的条件。2.2物质准备【学生活动3】科学家发现将DNA、脱氧核苷酸、解旋酶、DNA聚合酶、ATP、引物加入微量离心管里并不能成功扩增DNA。试分析原因。师生分析后总结：解旋酶和DNA聚合酶不能共同使用。细胞内两者的精密配合来自于细胞的调控。解旋酶的作用可被温度取代，DNA聚合酶因为失活所以需要用TaqDNA聚合酶来代替，引物必须人工合成而且还需添加大量的两种引物等。2.3反应条件反应物准备齐全，接下来需要准备反应所需的条件。这里的条件取决于TaqDNA聚合酶。问：如何维持PH？生：一定的缓冲溶液。最适的温度是72℃左右，所以如何操作？生：再升温。此时子链在TaqDNA聚合酶开始延伸。二、PCR过程我们来整理一下思路：左侧是离心管里需要添加的物质，右侧是反应的过程。在DNA扩增时我们要控制好三种不同的温度。温度的控制是通过PCR合成仪来实现的。PCR合成仪是一台能够自动调控温度的仪器。也就是说经过高温、低温、中温后，下一个温度会自动调节到高温开始不断的循环。在循环过程中，微量离心管里的物质需要调整吗？引出需要加入足量的物质。而模板可因为每次循环的时候，上一次的产物都可以作为下一轮反应的模板而增加数量。若循环30次，则可获得230个DNA分子，实现了DNA片段的扩增。三、结果检验进行实验后，我们需要对结果进行检验。利用DNA的特性DNA在260nm的紫外线波段有一强烈的吸收峰，峰值的大小与DNA的含量有关进行检验。四、学以致用学习了PCR的原理和过程，下面我们要学以致用。假如这段DNA片段是从猛犸象中提取到的，我们想扩增一段特定序列的DNA片段，即某目的基因。根据以上内容，最关键的是找到合适的引物。【学生活动4】尝试设计引物。重点引导学生分析引物的碱基序列、长度对复性过程的影响。问：循环1次能不能得到我们要扩增的DNA序列。强调引物1延伸而成的子链会与引物2结合。让学生观察分析目的基因序列，说出其特点。即每条链中都含有一个引物，引物引导了该链的合成，同时又为另一条链规定了终点。得出结论DNA