高一生物 重組DNA技術(shù)的基本工具

1、“重組DNA技術(shù)的基本工具” 教學(xué)設(shè)計(jì)(劉瑩 深圳中學(xué))【課標(biāo)分析】課程標(biāo)準(zhǔn)與本節(jié)相對應(yīng)的“內(nèi)容要求”是：1. 概述基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展而來的；2. 闡明DNA重組技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要利用限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具。相對應(yīng)的“學(xué)業(yè)要求”是能夠結(jié)合生活或生產(chǎn)實(shí)例，舉例說出基因工程及相關(guān)技術(shù)的基本原理。【教材分析】本節(jié)課屬于人教版教材生物學(xué)選擇性必修3生物技術(shù)與工程第3章第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具的內(nèi)容，是學(xué)習(xí)本章其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。對于抽象且種類多樣的分子工具，本節(jié)教材中只介紹了三種基本的分子工具，并形象地將它們比喻為手術(shù)刀、縫合針和

2、運(yùn)輸車，拉近了與學(xué)生生活的距離。為體現(xiàn)工程思維，在“思考討論”環(huán)節(jié)中，教材設(shè)計(jì)了讓學(xué)生親自動(dòng)手切割DNA和重組DNA，意在讓學(xué)生通過模擬制作和討論問題，初步感受構(gòu)建重組DNA分子的過程，并進(jìn)一步熟悉、理解限制酶和DNA連接酶的作用?！緦W(xué)情分析】通過必修1和必修2的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了酶的作用和特性、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)、DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制等相關(guān)內(nèi)容。這將有助于學(xué)生理解限制酶的來源；聯(lián)系DNA的結(jié)構(gòu)學(xué)生可以很好地理解限制酶的作用特點(diǎn)；結(jié)合DNA復(fù)制中的DNA聚合酶，學(xué)生可以通過比較加深對DNA連接酶的認(rèn)識(shí)；利用發(fā)酵工程中學(xué)習(xí)到的選擇培養(yǎng)基可以篩選含有標(biāo)記基因的載體細(xì)胞?！窘虒W(xué)目標(biāo)】通過棉鈴蟲引

3、發(fā)的科技大戰(zhàn)，介紹轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的作用機(jī)理，引導(dǎo)學(xué)生闡明基因工程的理論基礎(chǔ)（生命觀念）。通過結(jié)合舊有知識(shí)及材料分析，引導(dǎo)學(xué)生說出限制酶的特點(diǎn)及作用位點(diǎn)、DNA聚合酶與DNA連接酶的異同、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體所具備的條件和種類（科學(xué)思維）。通過重組DNA的模擬探究實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)單酶切和雙酶切，以及不同連接產(chǎn)物的篩選（科學(xué)探究）?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具的作用。教學(xué)難點(diǎn)：基因工程載體需要具備的條件及篩選?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】文本資料搜集：中國農(nóng)科院棉花研究所開發(fā)抗蟲棉紀(jì)實(shí)報(bào)道、轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作用機(jī)理、限制酶發(fā)現(xiàn)歷程、載體的特點(diǎn)等。圖片、動(dòng)畫資源搜集：轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作用機(jī)理、

4、載體的種類等。模擬探究的材料準(zhǔn)備：藍(lán)色彩紙、黃色彩紙、剪刀、膠帶、模擬基因和質(zhì)粒的DNA序列等。撰寫教學(xué)設(shè)計(jì)、制作多媒體課件等?！窘虒W(xué)過程】導(dǎo)入新課教師活動(dòng)：通過引導(dǎo)學(xué)生說出生活中的基因工程產(chǎn)品，引出棉鈴蟲引發(fā)的科技大戰(zhàn)（中國農(nóng)科院棉花研究所開發(fā)抗蟲棉紀(jì)實(shí)報(bào)道），介紹轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的作用機(jī)理。提出問題：如何讓棉花也表達(dá)出Bt抗蟲蛋白，進(jìn)而獲得抗蟲的能力？蘇云金桿菌DNA中的Bt抗蟲蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花細(xì)胞中表達(dá)嗎？為什么？如何獲得蘇云金桿菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接嗎？學(xué)生活動(dòng)：結(jié)合必修2的相關(guān)知識(shí)，說出基因可以指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成，遺傳信息的傳遞都遵循中心法

5、則。若要棉花細(xì)胞中表達(dá)出Bt抗蟲蛋白，向棉花細(xì)胞的DNA中插入編碼Bt抗蟲蛋白的基因就可以實(shí)現(xiàn)。Bt基因在棉花細(xì)胞中也是可以表達(dá)的，因?yàn)閹缀跛械纳锒脊灿靡惶酌艽a子。DNA的基本組成單位都是脫氧核苷酸，DNA分子均為雙螺旋結(jié)構(gòu)，所以在理論上DNA分子是可以進(jìn)行切割、改造和拼接的。設(shè)計(jì)意圖：通過貼近學(xué)生生活的基因工程產(chǎn)品引出我國自主研發(fā)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的紀(jì)實(shí)報(bào)道，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，并通過了解轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的作用機(jī)理，引導(dǎo)學(xué)生闡明基因工程的理論基礎(chǔ)。新知學(xué)習(xí)任務(wù)一 結(jié)合已有知識(shí)，認(rèn)識(shí)并闡明限制性內(nèi)切核酸酶的特征及切割部位。教師活動(dòng)：提供發(fā)現(xiàn)限制酶的科學(xué)史料，提出問題：根據(jù)已有知識(shí)和材料分析，細(xì)菌內(nèi)的

6、限制酶可能具有什么特征？回顧DNA的結(jié)構(gòu)，你認(rèn)為限制酶“切割”DNA的部位在哪里？為什么？學(xué)生活動(dòng)：回顧必修1酶的作用和特性、DNA的結(jié)構(gòu)，結(jié)合材料說出限制酶的特征及其可能的切割部位。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合舊有知識(shí)并分析材料，得出結(jié)論。任務(wù)二 結(jié)合已有知識(shí)，認(rèn)識(shí)DNA連接酶及其兩種類型。 教師活動(dòng)：提供發(fā)現(xiàn)DNA連接酶的科學(xué)史料，提出問題DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？并提供對比表格。組織學(xué)生自主閱讀教材內(nèi)容，并比較DNA連接酶的兩種類型。學(xué)生活動(dòng)：回顧DNA復(fù)制過程及DNA聚合酶的作用特點(diǎn)，比較DNA連接酶的作用特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)DNA連接酶，并完成表格。通過自主閱讀教材內(nèi)容，認(rèn)識(shí)DN

7、A連接酶的兩種類型，完成相應(yīng)表格。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合舊有知識(shí)并分析材料，比較學(xué)習(xí)DNA連接酶。通過自主閱讀，分析DNA連接酶不同類型的差異。任務(wù)三 通過觀察分析，認(rèn)識(shí)質(zhì)粒及基因工程載體的特點(diǎn)。教師活動(dòng)：提供發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒的科學(xué)史料和大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖。提出問題：若將質(zhì)粒與經(jīng)限制酶切割的目的基因連接，需要具備什么條件？要使攜帶的外源基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，質(zhì)粒還需要具備什么條件？我們用肉眼看不到載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞，如何篩選重組DNA分子的質(zhì)粒載體呢？學(xué)生活動(dòng)：閱讀發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒的科學(xué)史料，并觀察大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖，思考并回答問題。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生觀察大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖，結(jié)合限制酶

8、切割后產(chǎn)生末端的特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際問題，說出載體的特點(diǎn)。任務(wù)四 通過模擬重組DNA分子，加深對限制酶、DNA連接酶和載體的認(rèn)識(shí)。教師活動(dòng)：提供Bt基因和pBI121質(zhì)粒的模擬序列，組織學(xué)生按照步驟嘗試分別通過單酶切和雙酶切構(gòu)建重組DNA，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)產(chǎn)生的多種產(chǎn)物分析原因，提供解決方案。學(xué)生活動(dòng)：利用剪刀模擬限制酶、膠帶模擬DNA連接酶，動(dòng)手操作單酶切和雙酶切，并嘗試連接基因與質(zhì)粒序列，觀察連接產(chǎn)物，分析原因，思考解決方案。設(shè)計(jì)意圖：通過讓學(xué)生親手操作模擬構(gòu)建重組DNA，體會(huì)單酶切和雙酶切對連接產(chǎn)物的影響，通過實(shí)際操作，呈現(xiàn)不同連接產(chǎn)物，引導(dǎo)學(xué)生分析原因，并提供解決方案?！景鍟O(shè)計(jì)】（以知識(shí)框圖的形式呈現(xiàn)）【作業(yè)設(shè)計(jì)】1. 利用網(wǎng)絡(luò)、書籍、圖書館等資源，查詢、檢索和了解含有目的基因的重組DNA的篩選方法都有哪些？ 2. 想一想，為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？ 【教學(xué)反思】本節(jié)課以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉作為貫穿情境，不僅可以激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，培養(yǎng)為祖國