高一生物 重组DNA技术的基本工具

1、“重组DNA技术的基本工具” 教学设计(刘莹 深圳中学)【课标分析】课程标准与本节相对应的“内容要求”是：1. 概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的；2. 阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。相对应的“学业要求”是能够结合生活或生产实例，举例说出基因工程及相关技术的基本原理。【教材分析】本节课属于人教版教材生物学选择性必修3生物技术与工程第3章第1节重组DNA技术的基本工具的内容，是学习本章其他内容的基础。对于抽象且种类多样的分子工具，本节教材中只介绍了三种基本的分子工具，并形象地将它们比喻为手术刀、缝合针和

2、运输车，拉近了与学生生活的距离。为体现工程思维，在“思考讨论”环节中，教材设计了让学生亲自动手切割DNA和重组DNA，意在让学生通过模拟制作和讨论问题，初步感受构建重组DNA分子的过程，并进一步熟悉、理解限制酶和DNA连接酶的作用。【学情分析】通过必修1和必修2的学习中，学生已经掌握了酶的作用和特性、噬菌体侵染细菌的实验、DNA的结构和复制等相关内容。这将有助于学生理解限制酶的来源；联系DNA的结构学生可以很好地理解限制酶的作用特点；结合DNA复制中的DNA聚合酶，学生可以通过比较加深对DNA连接酶的认识；利用发酵工程中学习到的选择培养基可以筛选含有标记基因的载体细胞。【教学目标】通过棉铃虫引

3、发的科技大战，介绍转基因抗虫棉的作用机理，引导学生阐明基因工程的理论基础（生命观念）。通过结合旧有知识及材料分析，引导学生说出限制酶的特点及作用位点、DNA聚合酶与DNA连接酶的异同、基因进入受体细胞的载体所具备的条件和种类（科学思维）。通过重组DNA的模拟探究实践，引导学生体会单酶切和双酶切，以及不同连接产物的筛选（科学探究）。【教学重难点】教学重点：重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。教学难点：基因工程载体需要具备的条件及筛选。【教学准备】文本资料搜集：中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实报道、转基因抗虫棉作用机理、限制酶发现历程、载体的特点等。图片、动画资源搜集：转基因抗虫棉作用机理、

4、载体的种类等。模拟探究的材料准备：蓝色彩纸、黄色彩纸、剪刀、胶带、模拟基因和质粒的DNA序列等。撰写教学设计、制作多媒体课件等。【教学过程】导入新课教师活动：通过引导学生说出生活中的基因工程产品，引出棉铃虫引发的科技大战（中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实报道），介绍转基因抗虫棉的作用机理。提出问题：如何让棉花也表达出Bt抗虫蛋白，进而获得抗虫的能力？苏云金杆菌DNA中的Bt抗虫蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花细胞中表达吗？为什么？如何获得苏云金杆菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接吗？学生活动：结合必修2的相关知识，说出基因可以指导蛋白质的合成，遗传信息的传递都遵循中心法

5、则。若要棉花细胞中表达出Bt抗虫蛋白，向棉花细胞的DNA中插入编码Bt抗虫蛋白的基因就可以实现。Bt基因在棉花细胞中也是可以表达的，因为几乎所有的生物都共用一套密码子。DNA的基本组成单位都是脱氧核苷酸，DNA分子均为双螺旋结构，所以在理论上DNA分子是可以进行切割、改造和拼接的。设计意图：通过贴近学生生活的基因工程产品引出我国自主研发转基因抗虫棉的纪实报道，激发学生的爱国热情，并通过了解转基因抗虫棉的作用机理，引导学生阐明基因工程的理论基础。新知学习任务一 结合已有知识，认识并阐明限制性内切核酸酶的特征及切割部位。教师活动：提供发现限制酶的科学史料，提出问题：根据已有知识和材料分析，细菌内的

6、限制酶可能具有什么特征？回顾DNA的结构，你认为限制酶“切割”DNA的部位在哪里？为什么？学生活动：回顾必修1酶的作用和特性、DNA的结构，结合材料说出限制酶的特征及其可能的切割部位。设计意图：引导学生结合旧有知识并分析材料，得出结论。任务二 结合已有知识，认识DNA连接酶及其两种类型。 教师活动：提供发现DNA连接酶的科学史料，提出问题DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？并提供对比表格。组织学生自主阅读教材内容，并比较DNA连接酶的两种类型。学生活动：回顾DNA复制过程及DNA聚合酶的作用特点，比较DNA连接酶的作用特点，认识DNA连接酶，并完成表格。通过自主阅读教材内容，认识DN

7、A连接酶的两种类型，完成相应表格。设计意图：引导学生结合旧有知识并分析材料，比较学习DNA连接酶。通过自主阅读，分析DNA连接酶不同类型的差异。任务三 通过观察分析，认识质粒及基因工程载体的特点。教师活动：提供发现质粒的科学史料和大肠杆菌及质粒结构模式图。提出问题：若将质粒与经限制酶切割的目的基因连接，需要具备什么条件？要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，质粒还需要具备什么条件？我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，如何筛选重组DNA分子的质粒载体呢？学生活动：阅读发现质粒的科学史料，并观察大肠杆菌及质粒结构模式图，思考并回答问题。设计意图：引导学生观察大肠杆菌及质粒结构模式图，结合限制酶

8、切割后产生末端的特点，并结合实际问题，说出载体的特点。任务四 通过模拟重组DNA分子，加深对限制酶、DNA连接酶和载体的认识。教师活动：提供Bt基因和pBI121质粒的模拟序列，组织学生按照步骤尝试分别通过单酶切和双酶切构建重组DNA，引导学生根据产生的多种产物分析原因，提供解决方案。学生活动：利用剪刀模拟限制酶、胶带模拟DNA连接酶，动手操作单酶切和双酶切，并尝试连接基因与质粒序列，观察连接产物，分析原因，思考解决方案。设计意图：通过让学生亲手操作模拟构建重组DNA，体会单酶切和双酶切对连接产物的影响，通过实际操作，呈现不同连接产物，引导学生分析原因，并提供解决方案。【板书设计】（以知识框图的形式呈现）【作业设计】1. 利用网络、书籍、图书馆等资源，查询、检索和了解含有目的基因的重组DNA的筛选方法都有哪些？ 2. 想一想，为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？ 【教学反思】本节课以转基因抗虫棉作为贯穿情境，不仅可以激发学生的爱国热情，培养为祖国