科学家访谈　探索生物大分子的奥秘优质教案设计

《DNA重组技术的基本工具》教学案例

教学

过程

教学

内容

教学手段

和方法

预期

目标

1.创设情境，

师：1973年转基因微生物──转基因大肠

引入对基因杆菌问世；1980年第一个转基因动物──转基

重组技术工因小鼠诞生；1983年第一例转基因植物──转

具的学习。

基因烟草出现，实现了一种生物的某些性状在另

一种生物中的表达。同学们，性状的表达与我们

拿出两联系旧知识，使学

从前学过的什么过程有关？

种不同颜色的生认识到基因工程

生：与基因控制蛋白质的合成有关。

等宽的纸条。

也是建立在基因控

师：假若这是一个DNA上的能指导合成某

制蛋白质合成的基

种药物蛋白的基因（老师用手指出纸条上的该区学生讨论。

础理论上的，不可

段），而这是一条烟草的DNA（老师拿出另一纸

割裂。

条）。同学们分析，要实现药物基因在烟草中的

表达，提前要做哪些关键工作？

抽象变直观，增强

生：1. 要将药物基因切割下来；

第三个内容不诱思的效果。

2. 要将药物基因整合到烟草的DNA上。

好回答，教师要

师：同学们说得对！但还应该实际考虑问引导。

题，这两条纸带所代表的DNA是在同一个细胞中

吗？

生：不是。

赞扬也是教育

师：所以这里就存在一个基因转移的实际的一种方式。

问题，谁能具体说一下？

使学生认识到科学

生：就是如何将控制合成药物的基因转入

的发展有赖于技术

烟草细胞的问题。

的创新。

2.学习

“分

师：同学们思考的问题，正是科学家们思

子手术考的问题。刚才我们所探讨的工作，都是在分子

刀”──限水平上进行的，切割也好，连接也好，转移也好，

制酶。

无一例外。中国有句俗语叫“没有金刚钻儿，不引导大家思考。

揽瓷器活儿”。科学家们在实施基因工程之前，

苦苦求索，终于找到了实施基因工程的三种“金

刚钻儿”，使基因工程的设想成为了现实。这三

种“金刚钻儿”，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。

以上教学也是将三

师：在进入对限制酶的学习时，你们可能学生讨论。

种操作工具整合到

最关心的是这种工具酶到哪里去寻找。我们不妨讨论中及时发一个完整的过程之

从以往学过的知识谈起，引起思考。自然界中有现有创新思维中。

各种生物，它们所处的环境不是真空。一些生物的学生，鼓励发

的DNA可能进入另一种生物的细胞中。这种可表意见。学生再

能，同学们可用什么实例来说明？

次议论。

生：噬菌体侵染细菌的实验。

师：那么现今存在的生物为什么没有在长

将直白的教学内容

期的进化过程中被外源DNA的入侵而绝灭，仍能

变得有思维力度。

保持一种稳定状态呢？

生：生物体有的有免疫系统，如动物；有

的有保护作用的组织、器官，如植物。

及时鼓励学生。

师：那么作为单细胞的生物来讲，怎么会

有那么复杂的结构和系统？它如何来抵抗入侵

的外源DNA，保护自身呢？

生：只有让外来的DNA失效，才能保护自

身。

培养学生思维的创

师：那么怎样才能让DNA失效？

造性。

生：用DNA酶，因为在必修课本中学过。

师：用DNA酶，那么生物自身的DNA不也

要失效了吗？

生：一种特殊的酶，能切割外来的DNA，

而对自身不切割。

学生看书。

师：根据你们的分析可知，这种酶可能是

一种不同于DNA酶的、我们还没有认识的酶。我

们讨论至此，同学们是否有了从哪里获得这种酶

的意向？

3.学习“分

生：到单细胞的生物中去找。

子缝合

师：科学家的基本意向也和同学们一样。教师点拨。

以上教学改变直白针”──DNA单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA

的教学方式，通过连接酶。

的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理

诱思，提高学生的

外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于

思维能力。

从原核生物中分离纯化出这种酶，叫做限制酶。

迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制学生看插图。

酶。这种酶与我们以前知道的DNA酶的作用是不

同的。请同学们看书，学习限制酶特有的作用。

师：书中告诉我们这种特殊的酶有什么作

用？

生：它们能够识别双链DNA分子的某种特

引导学生与DNA酶

定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两

作对比，在比较中

个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

准确认识限制酶。

师：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只学生看书。

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

让文字与插图结

位的两个核苷酸之间切开。请同学们看图，EcoRI

合，使抽象的文字

4.学就从G和A之间切开，SmaI就从C和G之间切

在直观的插图中得

习“分子运开。

以体现。

输车”──

师：刚才我们提到科学家们已经分离出4

基因进入受000多种限制酶。由于酶的不同，它们识别的特

体细胞的载定核苷酸序列也不同，这样就为我们切割DNA

体。

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，请同学看图回答。

生：一种形成黏性末端，一种形成平末端。

师：那么这两种末端是如何形成的呢？请

从书中找到答案。

生：限制酶在它识别序列的中心位置两侧

将DNA两条单链分割开，就形成黏性末端，而从

联系旧知识，提供

识别序列的中心位置切开就产生平末端。

一个比较的对象，

师：切断的DNA片段要与受体细胞的DNA学生看书，接着在比较中加深对

连接，同学们根据以往学习的经验，能说出用什议论。

DNA连接酶的认

么酶吗？

识。

生：用DNA复制中的DNA聚合酶。

师：同学们想到用DNA聚合酶是很正常

5.布的，但是现在我们学习的这种连接与DNA复制中教师点拨。

提高学生思维的深置作业。

的连接有所不同。请看书后议论，由同学来回答。

刻性。

生：DNA连接酶是将双链的DNA片段连接

起来，而DNA聚合酶则是将一个个脱氧核苷酸连

准确认识DNA连接接起来。

利用插图。

酶的作用部位。

师：同学们说得对，但还不深刻。比如刚

才说DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来，看书学习。

就是说DNA连接酶是同时连接双链的切口，而

DNA聚合酶只是在单链上将一个个脱氧核苷酸

解决本课的难点。

连接起来。相同之处都是通过形成磷酸二酯键来

连接的。请同学们在图中正确指出其位置。

师：开始时，我们学习了限制酶切割后有

两种不同的结果，一种产生黏性末端，一种产生

平末端。那么恢复它们的连接，所用DNA连接酶

是否可以不加选择？同学们应从书中求得真知，将局部问题整提出问题，诱导思自己解答这个问题。

合到实际工作考，解决难点。

生：应该有所选择。因为E·coli DNA的全过程中思

连接酶只能将双链DNA片段黏性末端之间连接考。

起来，不能将双链DNA片段平末端之间连接起

来。 T4 DNA连接酶既可“缝合”双链黏性末端，

培养思维的广阔也可“缝合”双链DNA的平末端，

但平末端之

性。

间连接的效率比较低。

师：单纯的DNA片段是很难导入受体细胞学生讨论。

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。不是任何

的“分子运输车”都可以用来作目的基因进入

培养学生的归纳能

受体细胞的载体的。其中的理由要从实际情况出学生归纳。

力。

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？

利用插图加深对载

3.目的基因是否进入受体细胞，你如何去学生结合插图体必须具备条件的察觉？

寻找。

认识。

4.如果载体对受体细胞有害将怎样？不

能分离会怎样？

体现基础知识的准

生：1.导入受体细胞的目的基因不能复

课内与确运用。在运用中制，将在细胞增殖中丢失。

课外结合。

加深对基础知识的

2.载体没有切割位点，外源的目的基因不深层次理解

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。载体不能分离，就不能获得更多带有目的基因的载体。

师：可见以上内容，都是在选择合适载体时必须考虑的。请同学们阅读课文，归纳出充当基因进入受体细胞载体的必要条件。

生：1. 能自我复制；

2. 有切割位点；

3. 有遗传标记基因；

4. 对受体细胞无害、易分离。

师：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。

生：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。

1.完成书后练习题。

2.认真完成模拟制作──DNA重组模型。希望大家动手、动脑协调配合，体会每一步骤在基因重组中的真实含义。最后结束时加强反思，回答书中提出的两个问题。