視頻簡介：
視頻標簽：DNA重組技術,基本工具
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：福建省高中生物優質課比賽《DNA重組技術的基本工具》教學設計
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福建省高中生物優質課比賽《DNA重組技術的基本工具》教學設計
《DNA重組技術的基本工具》教學設計
一、 教材分析
《DNA重組技術的基本工具》是人教版選修3專題1基因工程中第1節內容，本節是《基因工程》專題的基礎，是掌握后面知識的保障。
對于基因工程，學生接觸得很少，對學生來說難點較多，概念多，僅靠文字描述會感到抽象，如果處理不好，會變成簡單的死記硬背。所以在本節課的處理上我先通過制作微課，讓學生課前預習，通過預習先了解一些概念和本節的重難點知識，這樣使學生在課堂上更易于理解；其次，課上先通過創設情境——“藍色妖姬”的培育實例，激發學生學習的興趣，然后通過問題導入本節的教學。
在知識講解上，我將三種基因工程工具的呈現先后順序進行了調整，即將“DNA連接酶”和“基因載體”的順序進行了調換，這樣更符合邏輯關系，也更容易為學生所接受；為了強化學生的動手能力和小組成員間的協作能力，我設置了一個模擬制作活動──構建重組DNA，將具體的操作程序有機聯系起來，加深學生對這一程序的理解，同時為后面章節中基因工程的操作過程打下基礎。
二、學情分析
我校學生自主學習能力差，學習的積極性也不高。為了提高學生的學習興趣，我通過微課讓學生先預習，在教學過程中，再盡量采用視頻等多媒體手段，適時加強學生注意力；再通過模擬制作活動，讓學生在動手的過程中提高認知水平和接受能力。
三、教學目標
（一） 知識目標：
簡述DNA重組技術所需三種基本工具的作用。
（二） 能力目標：DNA重組技術的模擬操作。
（三） 情感態度與價值觀目標：
⑴關注基因工程的發展
⑵認同基因工程的誕生和發展離不開理論研究和技術創新。
四、教學重點與難點
1、 教學重點：
①DNA重組技術所需的三種基本工具的作用
②通過動手實驗操作，總結限制酶的作用特點。
2、 教學難點： 基因工程載體需要具備的條件。
五、教學方法與策略：
1、利用微課，視頻，動畫等多媒體手段增加學生的直觀性。
2、通過比喻，如限制酶比喻為“剪刀”，DNA連接酶比喻為“針線”，運載體比喻為“分子運輸車”，使知識形象化和通俗化，學生更易于理解。
3、通過問題設置引發學生思考，如“限制酶從哪來？”“作為運載體需要具備哪些條件？”
4、設計模擬制作活動──構建重組DNA，增強學生的動手能力和合作能力。
六、學習準備
1、制作微課和多媒體課件
2、通過提前布置預習任務，讓學生在學習此課程之前借助微課對于本節知識有一個大致的了解。
3、準備兩種顏色的紙張，剪刀，透明膠帶，為重組DNA分子的制作做準備。
七、課時安排：一課時
八、教學過程：
先反饋學生預習情況——分析預習題的錯誤所在。
引言：首先請同學們看一段視頻——《藍色妖姬》。
目前市面上出售的藍色妖姬，它并不是真正的藍玫瑰，是用一種對人體無害的染色劑和助染劑調合成著色劑，等白玫瑰（或白月季）快到花期時，開始用染料澆灌花卉，讓花像吸水一樣，將色劑吸入進行染色。真正的藍玫瑰，是日本三得利公司耗資30億日元培育而成，于2009年11月3日已正式發售，售價在2000-3000日元之間。它實現了三色紫羅蘭藍色素基因在白玫瑰中得以表達，是一種轉基因的玫瑰品種。 這就是基因工程帶給人類的福音。
出示一些轉基因生物圖片：我國擁有自主知識產權的轉基因抗蟲棉，轉基因熱帶斑馬魚，轉基因Eustoma (Lisianthus) 花，轉基因大腸桿菌等。這樣的奇思妙想，在以前就是天方夜譚式的神話，而如今因為基因工程得以實現了。那么，什么是基因工程呢？（指導閱讀課本P1最后一段）
一、基因工程的概念：基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，賦予生物以新的遺傳特性，從而創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。由于基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，因此又叫做DNA重組技術。
俗話說“工欲善其事，必先利其器”。那么基因工程要實施需要哪些工具呢？
經過苦苦求索，科學家們終于找到了實施基因工程的三種工具，才使基因工程的設想成為了現實。這三種工具分別為：一是準確切割DNA的工具，“分子手術刀”──限制酶；二是DNA片段的連接工具，“分子縫合針”──DNA連接酶；三是基因轉移工具，“分子運輸車”──基因進入受體細胞的載體。下面我們就來學習這方面的內容。
二 、DNA重組技術的基本工具
-
限制性核酸內切酶——“分子手術刀”
[創設情景]：“限制酶從哪里尋找”？
誘導學生聯想從前學過的內容──噬菌體侵染細菌的實驗，進而認識細菌等單細胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。那么這類原核生物之所以長期進化而不絕滅，有何保護機制？進而誘導學生產生“可能是有什么酶來切割外源DNA，而使之失效，達到保護自身的目的”。
我們討論至此，同學們是否有了從哪里獲得這種酶的意向？
生：到單細胞的生物中去找。
師：科學家的基本意向也和同學們一樣。單細胞生物比多細胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶�？茖W家們經過不懈的努力，終于從原核生物中分離純化出這種酶，叫做限制酶。
（1）限制性內切酶的來源：主要是從原核生物中分離純化來的。
迄今已從近300種微生物中分離出4 000種限制酶。這種酶與我們以前知道的DNA酶的作用是不同的。
（2）限制性內切酶的功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并能將每一條鏈上特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵切開。
以上這句話，說出了兩層意思。一是識別特定核苷酸序列。請同學們看圖，EcoRI只能識別GAATTC的核苷酸序列，SmaI只識別CCCGGG的核苷酸序列。第二層意思是從特定部位的兩個核苷酸之間切開。請同學們看圖，EcoRI就從G和A之間切開，SmaI就從C和G之間切開。
剛才我們提到科學家們已經分離出4 000多種限制酶。由于酶的不同，它們識別的特定核苷酸序列也不同，這樣就為我們切割DNA提供了多種特定的“手術刀”。但它們切割DNA后形成的末端有兩種可能：
（3）限制性內切酶的切割方式：
①在中心軸線兩側將DNA切開，切口是黏性末端。
②沿著中心軸線切開DNA，切口是平末端。
單純的DNA片段是很難導入受體細胞的，所以我們將切割下來的目的基因導入受體細胞就需要有一個“分子運輸車”幫助。
2.基因進入受體細胞的載體——“分子運輸車”
不是任何的物質都可以用來作目的基因進入受體細胞的載體的。其中的理由要從實際情況出發考慮才能清楚。下面老師提出四個問題供大家思考。
①假如目的基因導入受體細胞后不能復制將怎樣？
②作為載體沒有切割位點將怎樣？
③目的基因是否進入受體細胞，你如何去察覺？
④如果載體對受體細胞有害將怎樣？
生：①導入受體細胞的目的基因不能復制，將在細胞增殖中丟失。
②載體沒有切割位點，外源的目的基因不可能插入。
③如果載體上有遺傳標記基因，這樣，在載體進入受體細胞后，就可通過標記基因的表達來檢測。
④載體對受體有害，將影響受體細胞新陳代謝，進而使轉入的目的基因也無立足之地。
（1）作為運載體必須具備的條件：
②有一個至多個限制酶切割位點
③具有標記基因，便于篩選。
④對受體細胞無害
目前通常利用的載體是“質粒”。質粒是能“友好”寄宿在細菌細胞內的小型的環狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認識質粒，尤其要在質粒載體結構模式圖上找出剛才歸納幾個條件的具體體現。
找到“復制原點”──說明質粒能復制并能帶著插入的目的基因一起復制。
找到“目的基因的插入位點”──說明質粒有切割位點。
找到“氨芐青霉素抗性基因”──說明有標記基因的存在，將來可用含青霉素的培養基鑒別。
找到此質粒來自大腸桿菌──說明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，大腸桿菌分裂快，也便于從大量復制個體中分離出來。
在進行基因工程操作中，真正被用作載體的質粒，都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的。
⑵分子運載車的分類：
①質粒：常存在于原核細胞和酵母菌中，是一種分子質量較小的環狀的裸露的DNA分子，獨立于擬核之外。
②病毒：常用的病毒有噬菌體、動植物病毒等。
⑶運載體使用的目的：
①是用它做運載工具，將目的基因轉運到宿主細胞中去。
②是利用它在受體細胞內對目的基因進行大量復制。
切斷的DNA片段要與受體細胞的DNA連接，這就要用到“分子縫合針”——DNA連接酶
3.DNA連接酶——“分子縫合針”
（1）DNA連接酶的分類：E.coliDNA連接酶和T
4DNA連接酶。
（2）作用及作用部位：E.coliDNA連接酶作用于黏性末端被切開的磷酸二酯鍵，T
4DNA連接酶作用于黏性末端和平末端被切開的磷酸二酯鍵。
[學生活動]： 模擬制作：重組DNA分子的模擬操作
（具體操作見P6-7）
[操作要求]：
1、從藍、黃紙板每條鏈上找出GAATTC序列， 并在G和A之間切開，所有切割位點全部切開。
2、將藍色紙板上的DNA片段，重組到黃色紙板的切口處。
3、用透明膠（代表DNA連接酶）將切口黏結起來。
[模擬制作討論題]
1. 你模擬插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？
回答：不能。因為一般基因有上千個堿基對。
2. 如果你操作失誤，堿基不能配對�？赡苁鞘裁丛蛟斐傻�？
回答：可能是剪切位點或連接位點選得不對（也可能是其他原因）。
(現場把學生錯誤的操作用實物投影儀展示出來，與學生一起討論錯誤所在)
九、課堂練習：
1．一種限制酶能識別DNA分子中的GAATTC順序，切點 在G和A之間，這是應用了酶的( )
A．高效性 B.專一性 C．多樣性 D.催化活性受外界條件影響
2、不屬于質粒被選為基因運載體的理由是 ( )
A．能復制 B.有多個限制酶切點 C．具有標記基因 D．它是環狀DNA
3、下列四條DNA分子，彼此間具有粘性末端的一組是（ ）
① ②
③ ④
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
4．人們常選用的細菌質粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是( )
A.提高受體細胞在自然環境中的耐藥性
B.有利于對目的基因是否導入進行檢測
C.增加質粒分子的分子量
D．便于與外源基因連接
5．研究人員想將胰島素基因通過質粒導入大腸桿菌細胞內，以表達產生胰島素。已知質粒中存在兩個抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨芐青霉素基因，且目的基因不插入到基因A、B中，而大腸桿菌不帶任何抗性基因，則篩選獲得“工程菌”的培養基中的抗生素首先應該（ ）
A、僅有鏈霉素
B、僅有氨芐青霉素
C、同時有鏈霉素和氨芐青霉素
D、無鏈霉素和氨芐青霉素
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