“基因工程的基本工具”微课设计方案四川省德阳市某中学申定健

“基因工程的基本工具”微课设计方案

“基因工程的基本工具”微课

学科生物学年级高一年级

安装有MP4视频播放软件的多媒体计算机、平板电脑或智能手机，并带有扬声器或

教学环境

音响，能够播放mp4格式的视频。

教学主题基因工程的三种基本工具

1.通过微课了解基因工程所需要的限制核酸内切酶、DNA连接酶和基因运载体等三

种工具的发现、本质、功能及作用机理；

教学目标

2.通过分析工具作用机理，分析与评价工具作用，培养学生分析推理能力、创新

能力与批判性思维能力。

教学对象高一年级

本次微课程是人教极高中生物必修2《遗传与进化》第6章第3节“基因工程及其

应用”的一个重要小节内容，基因工程属于分子水平的人工基因重组技术，基因工

教学用途

程所需的三大基本工具较为抽象，根据本节课的教学内容与重难点，让学生在视频

的引导下直观认识，联系学生相关知识基础，让学生在直观地情境中的教学重难点。

制作方式电脑录屏、动画

共9分03秒，其中导课1分12秒、主体内容6分13秒、小结32秒、练习及结语

微课时长

1分06秒。

教学流程与内容设计

教学流程内容及设计意图

播放电影《超凡蜘蛛侠》部分片段，展示变异蜘蛛咬伤男

主人公并将基因与人类基因重组，使男主人公获得吐蛛丝、飞

檐走壁新技能的蜘蛛侠场景，教师配音解说。观影后提问，引

导课

出转基因生物“蜘蛛羊”及生产应用实例，从而引出DNA重组

技术。采用学生熟悉的电影情境，激发学生兴趣，引导其积极

思考。由于基因属于微观分子水平，学生对于不同基因的拼接

缺乏直观的认识。借助电影情境，既能观看基因拼接的大概过

a,又能营造本节课的“大情境”，为认识和理解基因工程的

基本工具奠定基础。

【教师讲解文字】在电影《翅凡蜘蛛侠》中，男主人公因

为偶然被变异的蜘蛛DNA,是蜘蛛的DNA重组到了人的DNA中，

从而Get我蛛丝、飞檐走壁的新技能，开启了英雄故事的新篇

章。现实生活中有没有这样事情发生呢？21世纪，美国科学家

通过DNA重组技术把蜘蛛的某些DNA重组到我山羊DNA中，产

生了转基因生物“蜘蛛羊”，幸好“蜘蛛羊”不是长着八条腿的

怪羊，而是羊产生的羊奶处理后像蛛丝般强韧，可以制作防弹

衣。那么，什么是DNA重组技术呢？

（该段视频时长：1分12秒。）

1.基因工程——DNA重组技术概念

展示DNA重组的“鸟枪法”模拟动画和害虫食用抗虫玉米

后死亡动画，教师配音解说。此部分意在通过动画让学生了解

DNA重组技术概念及应用案例。

【教师讲解文字】DNA重组技术就是利用工具将一种生物

的DNA剪切出来，然后导入另一种生物的DNA中进行重组，这

样就可以得到如具有抗虫功能的玉米了。实现这一精确操作需

要哪些工具呢？

2.基因工程的三大基本工具

播放“限制性核酸内切酶、DNA连接酶作用及基因的运载

体于目的基因拼接重组”视频，视频中标注出三大工具名称，

然后展示出三大工具的视频画面图片，让学生通过视频初步认

识基因工程的三大基本工具类型及作用。

【教师讲解文字】首先来看一个视频。从上面的视频我们

知道：基因工程需要三种工具。

（1）基因的“剪刀”一一限制性核酸内切酶（限制酶）

主体内容

依次播放和展示DNA剪切动画、DNA剪切图片、某种限制

醮切割DNA动画、脱氧核甘酸连接形成磷酸二酯键动画、EcoRI

限制酹识别并剪切GAATTC序列及产生黏性末端动画、Sami限

制酶识别并剪切GGGCCC序列及产生平末端动画，让学理解基因

“剪刀”一一限制酹的作用机理。

【教师讲解文字】首先需要一把基因的剪刀，这把剪刀是

主要从原核生物中分离纯化的一类酶，这类酹叫做限制性核酸

内切晦，又称限制梅。它们可以识别双链DNA分子的某种特定

核甘酸序列，并且使每一条特定部位的两个核甘酸之间的磷酸

二酯键断开，也就是DM结构中磷酸和五碳糖之间连接的化学

键.EcoRI便是一种常见的限制炭，它可以识别由六个核甘酸

GAATTC组成的序列，并且在G和A之间进行识别和切割，从而

提取出目的基因，EcoRI在DNA序列中轴线两侧识别并切割DNA

后，如图会产生两个黏性末端；而另一种限制酶SmaL沿着DNA

序列的中轴线识别并切割，产生的是两个平末端。我们一般用

同一种限制酶来切割不同的DNA片段，从而产生相同末端的DNA

进行重组。

（2）基因的“针线”——DNA连接酶

依次播放和展示DNA拼接动画、DNA连接酶“缝合”DNA动

画、E.coliDNA连接酹和T4DNA连接酶动画、DNA人工拼接图

片、DNA拼接动画、脱氧核苔酸连接动画、糖葫芦图片，与DNA

聚合醮作用进行对比，让学理解基因“分子针”一一DNA连接

酶的作用机理。

【教师讲解文字】两个来源不同的DNA片段如何进行重组

呢？这就需要一根可以缝合DNA片段的“分子针”，这根^合

针就是DNA连接酶，DNA连接替可以缝合被限制酶剪开的磷酸

二酯键。根据罅的来源不同，可以分为E.coliDNA连接酶和T4

DNA连接酶两大类。

同样是连接DNA的磷酸二酯键DNA连接酹和DNA聚合酹有

什么区别呢？DNA连接薛连接的是两个或多个DNA片段，而DNA

聚合酶连接的却是一个个脱氧核甘酸分子，就像是做糖葫芦，

前者把两节糖葫芦接在一起，后者是把一颗颗山楂串连起来。

（3）基因的“运输车”一一基因的运载体

依次播放和展示基因运输车模拟动画、常见的三种基因运

就体（质粒、入噬菌体衍生物、动植物病毒）图片、大肠杆菌

细胞结构（含质粒）示意动画、基因运载体“质粒”与目的基

因拼接动画、基因的运载工具（分注需要满足的条件）动画、

转基因大肠杆菌的检测与鉴定过程图解，让学理解基因运载体

的本质、类型、特点以及作为运载体所需的条件。

【教师讲解文字】那么，目的基因怎样送入到受体细胞中

呢？这就需要一辆专门运载目的基因的分子运输车，这些运输

车叫做运载体。帛'见的有质粒、入噬菌体衍生物、动植物病毒

等，其中质粒是最常用的一种运载体，可将目的基因送入受体

细胞。大肠杆菌体内有许多很小的双链环状DNA分子，他们就

是质粒。质粒独立于细菌拟核DNA之外，具有很强的自我复制

能力，质粒DNA分子上至少有一个至多个限制酶切点，供外源

基因插入。被同种限制酶切割的质粒和目的基因，就可以在DNA

连接陇的作用下缝合成重组质粒。

总之，成为一辆合格的运输车，需要哪些条件呢？除了可

以自我复制、有多个酶切位点、对宿主无害、容易分离外，还

必须要一些标记基因，如抗菌素抗性基因、四环素抗性基因等，

其中抗菌素抗性基因可以使细菌对氯霉素等抗生素产生抗性。

如果我们将带有抗菌素抗性基因的大肠杆菌进行培养后，放入

含有抗生素的培养基中，那么导入成功的大肠杆菌，就可以在

含有抗生素的培养基中存活.反之则死亡。因此.标记基因可

以对重组DNA进行鉴定和选择。

（该段视频时长：6分13秒）

播放基因工程过程示意动画，在基因工程操作流程中总结

小结三大基本工具的作用，让学生再次回顾和总结三大基本工具。

【教师讲解文字】现在同学们都知道生产蜘蛛羊所需要的

工具了吧？首先用剪刀限制酶把目的基因和质粒剪切出相同的

末端，再用DNA连接的，将它们连接成重组质粒，这样运载体

就可以携带目的基因进入到受体细胞中进行表达了！是不是很

简单啊？

（该段视频时长：32秒）

展示课堂练习题，让学生思考，完成课堂练习。

例题：某研究所的研究人员洛生长激素基因通过质粒介导

进入大肠杆菌细胞内，来表达产生生长激素。已知质粒中存在

两个抗性基因：A是抗链霉素基因，B是抗氨节青霉素基因，且

目的基因要插入到基因B中,而大肠杆菌不带有任何抗性基因°

下列叙述正确的是（）

A.目的基因和质粒要用不同的限制酶切割

B.DNA聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶

C.可用含氨节青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了

重组质粒

D.在含氨节青霉素培养基中不能生长，但在含链菌霉素培

养基中能生长的可能是符合生产要求的大肠杆菌

练习及结语学生完成练习后，对选择题的每个选项逐个进行讲解，同

时在视频中进行标注。

【教师讲解文字】接下来让我们小试一下身手吧！请同学

们先仔细阅读以上题目，选出你的最佳选项（此处可暂停）。A

选项错误应该用同种限制酶才能切割出相同的末端；B选项中

的DNA聚合酶是DNA复制时利用的酹，DNA连接酶才是基因工

程的针线；C选项因为目的基因插入到了基因B中，基因B就

遭到了破坏，因此无论大肠杆菌是否导入了重组质粒，都不能

在氨节青霉素培养基中存活；D是正确的，因为A基因没有遭

到破坏，导入A基因的大肠杆菌.可以在含链菌霉素的培养基

中生长。同学们，你们答对了吗？

【结语】好了，我们就讲到这里，同学们再会！

（该段视频时长：1分06秒）

一、教学流程：

1.课前复习：DNA的分子结构及DXA的复制相关内容，能够回答如下问题：①

DNA的基本单位是什么？②DNA基本单位连接需要形成说明化学键？③DNA复制时，

需要哪些酶？这些晦的作用功能是什么？

2.课前预习：预习人教版高中生物必修2《遗传与进化》102页第