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视频标签：DNA重组技术,基本工具
所属栏目：高中生物优质课视频
视频课题：福建省高中生物优质课比赛《DNA重组技术的基本工具》教学设计
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福建省高中生物优质课比赛《DNA重组技术的基本工具》教学设计
《DNA重组技术的基本工具》教学设计
一、 教材分析
《DNA重组技术的基本工具》是人教版选修3专题1基因工程中第1节内容，本节是《基因工程》专题的基础，是掌握后面知识的保障。
对于基因工程，学生接触得很少，对学生来说难点较多，概念多，仅靠文字描述会感到抽象，如果处理不好，会变成简单的死记硬背。所以在本节课的处理上我先通过制作微课，让学生课前预习，通过预习先了解一些概念和本节的重难点知识，这样使学生在课堂上更易于理解；其次，课上先通过创设情境——“蓝色妖姬”的培育实例，激发学生学习的兴趣，然后通过问题导入本节的教学。
在知识讲解上，我将三种基因工程工具的呈现先后顺序进行了调整，即将“DNA连接酶”和“基因载体”的顺序进行了调换，这样更符合逻辑关系，也更容易为学生所接受；为了强化学生的动手能力和小组成员间的协作能力，我设置了一个模拟制作活动──构建重组DNA，将具体的操作程序有机联系起来，加深学生对这一程序的理解，同时为后面章节中基因工程的操作过程打下基础。
二、学情分析
我校学生自主学习能力差，学习的积极性也不高。为了提高学生的学习兴趣，我通过微课让学生先预习，在教学过程中，再尽量采用视频等多媒体手段，适时加强学生注意力；再通过模拟制作活动，让学生在动手的过程中提高认知水平和接受能力。
三、教学目标
（一） 知识目标：
简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。
（二） 能力目标：DNA重组技术的模拟操作。
（三） 情感态度与价值观目标：
⑴关注基因工程的发展
⑵认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
四、教学重点与难点
1、 教学重点：
①DNA重组技术所需的三种基本工具的作用
②通过动手实验操作，总结限制酶的作用特点。
2、 教学难点： 基因工程载体需要具备的条件。
五、教学方法与策略：
1、利用微课，视频，动画等多媒体手段增加学生的直观性。
2、通过比喻，如限制酶比喻为“剪刀”，DNA连接酶比喻为“针线”，运载体比喻为“分子运输车”，使知识形象化和通俗化，学生更易于理解。
3、通过问题设置引发学生思考，如“限制酶从哪来？”“作为运载体需要具备哪些条件？”
4、设计模拟制作活动──构建重组DNA，增强学生的动手能力和合作能力。
六、学习准备
1、制作微课和多媒体课件
2、通过提前布置预习任务，让学生在学习此课程之前借助微课对于本节知识有一个大致的了解。
3、准备两种颜色的纸张，剪刀，透明胶带，为重组DNA分子的制作做准备。
七、课时安排：一课时
八、教学过程：
先反馈学生预习情况——分析预习题的错误所在。
引言：首先请同学们看一段视频——《蓝色妖姬》。
目前市面上出售的蓝色妖姬，它并不是真正的蓝玫瑰，是用一种对人体无害的染色剂和助染剂调合成着色剂，等白玫瑰（或白月季）快到花期时，开始用染料浇灌花卉，让花像吸水一样，将色剂吸入进行染色。真正的蓝玫瑰，是日本三得利公司耗资30亿日元培育而成，于2009年11月3日已正式发售，售价在2000-3000日元之间。它实现了三色紫罗兰蓝色素基因在白玫瑰中得以表达，是一种转基因的玫瑰品种。 这就是基因工程带给人类的福音。
出示一些转基因生物图片：我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，转基因热带斑马鱼，转基因Eustoma (Lisianthus) 花，转基因大肠杆菌等。这样的奇思妙想，在以前就是天方夜谭式的神话，而如今因为基因工程得以实现了。那么，什么是基因工程呢？（指导阅读课本P1最后一段）
一、基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，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。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。
俗话说“工欲善其事，必先利其器”。那么基因工程要实施需要哪些工具呢？
经过苦苦求索，科学家们终于找到了实施基因工程的三种工具，才使基因工程的设想成为了现实。这三种工具分别为：一是准确切割DNA的工具，“分子手术刀”──限制酶；二是DNA片段的连接工具，“分子缝合针”──DNA连接酶；三是基因转移工具，“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。下面我们就来学习这方面的内容。
二 、DNA重组技术的基本工具
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限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
[创设情景]：“限制酶从哪里寻找”？
诱导学生联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而诱导学生产生“可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。
我们讨论至此，同学们是否有了从哪里获得这种酶的意向？
生：到单细胞的生物中去找。
师：科学家的基本意向也和同学们一样。单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。
（1）限制性内切酶的来源：主要是从原核生物中分离纯化来的。
迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制酶。这种酶与我们以前知道的DNA酶的作用是不同的。
（2）限制性内切酶的功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并能将每一条链上特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键切开。
以上这句话，说出了两层意思。一是识别特定核苷酸序列。请同学们看图，EcoRI只能识别GAATTC的核苷酸序列，SmaI只识别CCCGGG的核苷酸序列。第二层意思是从特定部位的两个核苷酸之间切开。请同学们看图，EcoRI就从G和A之间切开，SmaI就从C和G之间切开。
刚才我们提到科学家们已经分离出4 000多种限制酶。由于酶的不同，它们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：
（3）限制性内切酶的切割方式：
①在中心轴线两侧将DNA切开，切口是黏性末端。
②沿着中心轴线切开DNA，切口是平末端。
单纯的DNA片段是很难导入受体细胞的，所以我们将切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个“分子运输车”帮助。
2.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
不是任何的物质都可以用来作目的基因进入受体细胞的载体的。其中的理由要从实际情况出发考虑才能清楚。下面老师提出四个问题供大家思考。
①假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？
②作为载体没有切割位点将怎样？
③目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？
④如果载体对受体细胞有害将怎样？
生：①导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。
②载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。
③如果载体上有遗传标记基因，这样，在载体进入受体细胞后，就可通过标记基因的表达来检测。
④载体对受体有害，将影响受体细胞新陈代谢，进而使转入的目的基因也无立足之地。
（1）作为运载体必须具备的条件：
②有一个至多个限制酶切割位点
③具有标记基因，便于筛选。
④对受体细胞无害
目前通常利用的载体是“质粒”。质粒是能“友好”寄宿在细菌细胞内的小型的环状DNA。下面让我们通过插图一起来认识质粒，尤其要在质粒载体结构模式图上找出刚才归纳几个条件的具体体现。
找到“复制原点”──说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制。
找到“目的基因的插入位点”──说明质粒有切割位点。
找到“氨苄青霉素抗性基因”──说明有标记基因的存在，将来可用含青霉素的培养基鉴别。
找到此质粒来自大肠杆菌──说明没有危害，大肠杆菌是非致病菌，大肠杆菌分裂快，也便于从大量复制个体中分离出来。
在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
⑵分子运载车的分类：
①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的环状的裸露的DNA分子，独立于拟核之外。
②病毒：常用的病毒有噬菌体、动植物病毒等。
⑶运载体使用的目的：
①是用它做运载工具，将目的基因转运到宿主细胞中去。
②是利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。
切断的DNA片段要与受体细胞的DNA连接，这就要用到“分子缝合针”——DNA连接酶
3.DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）DNA连接酶的分类：E.coliDNA连接酶和T
4DNA连接酶。
（2）作用及作用部位：E.coliDNA连接酶作用于黏性末端被切开的磷酸二酯键，T
4DNA连接酶作用于黏性末端和平末端被切开的磷酸二酯键。
[学生活动]： 模拟制作：重组DNA分子的模拟操作
（具体操作见P6-7）
[操作要求]：
1、从蓝、黄纸板每条链上找出GAATTC序列， 并在G和A之间切开，所有切割位点全部切开。
2、将蓝色纸板上的DNA片段，重组到黄色纸板的切口处。
3、用透明胶（代表DNA连接酶）将切口黏结起来。
[模拟制作讨论题]
1. 你模拟插入的DNA片段能称得上一个基因吗？
回答：不能。因为一般基因有上千个碱基对。
2. 如果你操作失误，碱基不能配对。可能是什么原因造成的？
回答：可能是剪切位点或连接位点选得不对（也可能是其他原因）。
(现场把学生错误的操作用实物投影仪展示出来，与学生一起讨论错误所在)
九、课堂练习：
1．一种限制酶能识别DNA分子中的GAATTC顺序，切点 在G和A之间，这是应用了酶的( )
A．高效性 B.专一性 C．多样性 D.催化活性受外界条件影响
2、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 ( )
A．能复制 B.有多个限制酶切点 C．具有标记基因 D．它是环状DNA
3、下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是（ ）
① ②
③ ④
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
4．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是( )
A.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
B.有利于对目的基因是否导入进行检测
C.增加质粒分子的分子量
D．便于与外源基因连接
5．研究人员想将胰岛素基因通过质粒导入大肠杆菌细胞内，以表达产生胰岛素。已知质粒中存在两个抗性基因：A是抗链霉素基因，B是抗氨苄青霉素基因，且目的基因不插入到基因A、B中，而大肠杆菌不带任何抗性基因，则筛选获得“工程菌”的培养基中的抗生素首先应该（ ）
A、仅有链霉素
B、仅有氨苄青霉素
C、同时有链霉素和氨苄青霉素
D、无链霉素和氨苄青霉素
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