课题2　多聚酶链式反应扩增DNA片段教学活动设计方案

课题：多聚酶链式反应扩增DNA片段（第一课时）

教学目标：

（一）知识与技能

1、了解PCR技术的基本操作

2、理解PCR的原理

3、讨论PCR的应用

（二）过程与方法

在多聚酶链式反应扩增DNA片段的实验过程中，应避免外源DNA污染，严格控制温度等反应条件

（三）情感、态度与价值观

通过对PCR实验的操作及结果分析，培养学生严谨的科学态度和实事求是的科研精神

教学重点：PCR的原理和PCR的基本操作

教学难点：PCR的原理

教学过程：

（一）问题导入新课

如果在刑事案件侦破过程中，只收集到一根头发，但它所含的遗传信息太少，该怎么办呢？

PCR技术概论

多聚酶链式反应(Polymerase Chain Reaction ,PCR)是80 年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点；能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA 片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA 供分析研究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情，用PCR 几小时便可完成。PCR 技术是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑。

（二）进行新课

1．基础知识[来源:Zxxk.Com]

a.引导学生回忆DNA的基本单位——脱氧核苷酸的结构

b.四种脱氧核苷酸聚合形成多核苷酸链

知识回顾1DNA的结构特点是什么？

（1）DNA分子是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链盘旋成双螺旋结构。

（2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基在内侧。

（3）两条链上的碱基通过氢键连结起来，形成碱基对，且遵循碱基互补配对原则。

知识回顾2 •

DNA的复制方式是什么？

DNA复制需要哪些条件？

模板：__________________ 原料：__________________ 引物：__________________ 能量：__________________ 适宜的温度与酸碱度

引物的作用是什么？

使DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸

［思考与讨论］

细胞内哪些物质是从头合成的？

RNA的合成、蛋白质合成

［回顾与讨论］

生物体内DNA分子能准确复制的原因有哪些？

DNA双螺旋结构提供模板；

碱基互补配对；

DNA聚合酶的复查功能

理论基础

1、PCR原理

体外模拟DNA复制的过程，对DNA进行扩增的技术。

其所需条件（即标准的pcr反应体系）： 10×扩增缓冲液

10ul 4种dNTP混合物

各200umol/l 2种引物

各10～100pmol

模板DNA

0.1～2ug

Taq DNA聚合酶

2.5u

mg2+

1.5mmol/l 加蒸馏水至

100ul ［讨论］缓冲液相当细胞内的什么成分？

核基质

参加PCR反应的物质主要有五种，即引物、酶、dNTP、模板和mg2+ 其中引物是PCR特异性反应的关键，PCR 产物的特异性取决于引物与模板DNA互补的程度。理论上，只要知道任何一段模板DNA序列，就能按其设计互补的寡核苷酸链做引物，利用PCR就可将模板DNA在体外大量扩增。引物长度：

通常为20-30个核苷酸。

2、PCR一般过程（变性→复性→延伸）

PCR 循环第一步

：加热变性

PCR 循环第二步

：引物与靶序列退火

PCR 循环第三步

：引物延伸

第1个 PCR 循环完成后

：得到两个拷贝的靶序列

3、30次循环后靶序列扩增的数量

【小结】

PCR反应的一般过程以及需要哪些条件？

PCR一般过程（变性→复性→延伸）

1.DNA模板

2.两种引物

3.四种脱氧核苷酸

4.耐热的DNA聚合酶

5.稳定的缓冲液环境

6.能严格控制温度变化的温控设备（PCR仪）

（三）、课后拓展

动手尝试

请利用彩色纸条、白纸、固体胶完成一个亲代DNA分子PCR循环3次的变化过程模型。(红色纸条代表最初一个亲代DNA的两条母链，绿色纸条代表每一次复制所产生的子链) （四）巩固练习（学案）

例1 在（ ）的温度范围内，DNA的双螺旋结构解开

A. 10－20℃ B. 80－100℃ C. 20－30℃ D. 40－60℃

解析：蛋白质大多不能忍受60－80℃的高温，而DNA在80℃以上才会变性。

答案：B 例2 关于DNA的复制，下列叙述正确的是（ ）

A.DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从5’端延伸DNA链

B.DNA复制不需要引物

C.引物与DNA母链通过碱基互补配对进行结合

D.DNA的合成方向总是从子链的3’端向5’端延伸

解析：由于DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从引物的3’端即复制方向由3’端向5’端延伸；由于DNA分子是反向平行的，子链是依据碱基互补配对原则，在DNA聚合酶作用下合成的，其合成方向是从子链5’端向3’端延伸。

答案：C 综合应用

例3 下列有关PCR描述，不正确的是（ ）

A.是一种酶促反应

B.引物决定了扩增的特异性

C.扩增产量按y＝（1＋X）n D.扩增对象是氨基酸序列

E.扩增对象是DNA序列

解析：PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，它以极少量的DNA为模板，以四种脱氧核苷酸为原理，在引物的作用下使DNA聚合酶从引物的3’端连接脱氧核苷酸，短时间内迅速复制上百万份的DNA拷贝，其扩增产量为y＝（1＋X）n，y代表DNA片段扩增后的拷贝数，x表示平均每次的扩增效率，n代表循环次数，因此答案选D。

答案：D 课后探究

PCR与生物体DNA复制有何区别？

★教后小记

教师在教学过程中，可以先引导学生回忆必修2的有关DNA复制的知识，在此基础上，学生可加深对于PCR原理的认识。对于PCR反应过程的教学，应以读图识图为主。教材中反应过程图解详细的描绘了参与PCR的各种组成成分；每一轮反应的三个基本步骤—变性、复性、延伸；每一步骤的作用。教师在教学中可以请学生在读图的同时，结合教科书中的文字说明来加深理解。当学生遇到难以理解的地方时，教师要及时给予解答。