科学家访谈　探索生物大分子的奥秘优秀教案板书设计

1.1DNA重组技术的基本工具

一、教学目标：

知识目标：简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

能力目标：通过动手操作、小组合作，提高学生自主学习及合作探究的能力。

情感目标：认同三种基本工具在基因工程中的作用。

二、重点和难点：

重点：DNA重组技术的三种基本工具

难点：载体需要具备的条件

三、教学策略：

1、在上一节学习《科技探索之路——基础理论和技术的发展催生了基因工程》的基础上，引导学生复习“什么是基因工程”。

2、通过课前预习，了解、总结DNA重组技术的三种工具，并完成导学案中的预习作业。

3、通过模拟实验，一方面加深对两种工具酶作用的理解。引导学生关注模拟操作中遇到的新问题，依据载体的特点——具有多个限制酶切位点，探究解决新问题的方案，突破难点。

4、通过“得分榜”，展开知识竞赛，评选明星小组，调动学生的积极性。其中，预习作业是必答题，模拟实验中的问题是抢答题。

5、最后提出：运载体的其他必备条件有哪些作用？给学生留下悬念，导出下一节《基因工程的基本操作程序》。

四、教具准备：电脑，投影仪，彩色复印纸，剪刀，彩色胶带。

五、教学过程：

（一）回顾旧知，导出新课

师：上节课我们了解了“基因工程的诞生”，那么什么是基因工程呢？

生：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。

师：其实，基因工程就是按照人们的意愿，定向地对DNA分子进行改造。比如，

我们将抗虫基因导入棉花的细胞中，培育出了抗虫棉。同学们知道吗，在培育抗虫棉的过程中，使用到了哪些基本工具呢？

生：限制性核酸内切酶、DNA连接酶、载体。

师：回答的高度一致！这些工具如何帮助我们完成DNA的重组、实现转基因的呢？今天，我们一起来学习“专题一基因工程”的“第一节

DNA重组技术的基本工具”。

师：第一个工具是限制性核酸内切酶——分子手术刀；课前是否都完成了预习呢？请第（2）大组的同学们给我们介绍有关限制酶的知识。

生：完成表格。

师：这一组的同学们介绍得非常准确，我们给这一大组加2分！（板书）

师：我们不难看出，虽然限制酶的种类有很多。但它们在切割DNA时，也有相同点。比如切断的都是磷酸二酯键，大家一起观察这幅图，能否指出磷酸二酯键？

生：上台指出：在双链的外侧，五碳糖与磷酸交替连接，其中的化学键即为磷酸二酯键。

师：刚才同学也都说到：不同的限制酶要识别特定的序列、切割特定位点的磷酸二酯键。同学们认真观察这幅图，不同的限制酶所识别的特定序列有何共同点？

生：限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。

师：是的，我们把这样的反向对称重复排列的序列称为回文序列。在了解了限制酶的作用特点之后，请同学们利用所发的材料用具，来模拟EcoRI和SmaI的切割过程。其中，白色的条带模拟运载体——质粒，先请同学们把它变成环状，红色的条带模拟目的基因所在的DNA。

生：讨论、合作完成

师：如何检验模拟的切割过程是否正确呢？对，看结果。哪个小组首先展示你们的结果，并说明切割的过程呢？

生：EcoRI切割的是GAATTC，得到的是粘性末端（SmaI切割的是CCCGGG，得到的是平末端。）

师：注意不能用剪刀切割碱基对的氢键。在这一过程中，到底什么充当了限制酶？

生：剪刀！

师：还有我们敏锐的眼睛。

师：第二个工具是“DNA连接酶——分子缝合针”。

接下来我们请第（1）大组的同学们来介绍他们的预习成果。

生：回答。

师：大家都同意他们的答案吗？我们也给这两组分别加2分。下面我们一起模拟DNA连接酶的作用过程吧。注意，根据你们小组得到的末端，正确地选择链接酶，并说明理由。

生：讨论、模拟完成

师：大家讨论的非常认真，哪一小组的同学们来首先展示模拟结果，并说明模拟过程的过程呢？

生：回答。

师：大家得到的都是这个结果吗？还有哪些不一样的结果吗？（也可能同学们应经得出了多种不同的结果。）（酌情加分）

生：除得到载体与目的基因之间的连接外，还有载体与载体之间的连接，目的基因与目的基因之间的连接，以及载体自身环化，和目的基因自身环化等。

师：大家分析得很全面。其中载体与目的基因之间的连接才是我们所需要的。为什么会出现这么多种连接产物呢？

生：一种限制性核酸内切酶切割后产生的黏性末端只有一种，相同的黏性末端之间可以任意连接。

师：在这些连接结果中，载体及目的基因的自身环化以及目的基因的反向连接是干扰重组的常见因素。我们如何解决目的基因定向插入这个问题呢？

师：提醒学生，载体的特点之一是有多个不同的酶切位点。

师：为什么多个酶切位点的存在就可以解决这一难题呢？

师：下面我再发给大家一组实验材料（红白条带都带EcoRI，BamHI两种酶切序列），请同学们再次模拟DNA的重组过程。

生：两种限制酶切割产生的黏性末端是不同的，虽然载体与载体间，目的基因与目的基因间仍会连接，但载体及目的基因自身环化问题得到解决，根据碱基互补配对原则，目的基因与载体连接的方向是唯一的。

师生得出结论：载体上含有多个酶切位点，利用双酶切的方法，可以保证目的基因的定向插入，同时还避免了载体及目的基因的自身环化，提高DNA重组率，实现目的基因的正确转录和表达。

师：这就是基因进入受体细胞的载体——分子运输车的必要条件之一。那么运载体还需要其他哪些条件呢？

最后我们和第（3）大组的同学们一起来关注第三个基本工具分子运输车——运载体。

生：回答。

师：这一组的同学回答得特别棒！加2分。不过，同时要满足这些条件的质粒几乎没有，因此基因工程使用的质粒往往是在天然质粒的基础上加工而成的。

师：如何利用标记基因来筛选目的基因呢？下一节我们一起来学习《基因工程的基本操作程序》，进一步来理解标记基因的作用。

师：最后，我们对本节课进行小结。

继续板书：

1.1DNA重组技术的基本工具

师：今天的内容你掌握了吗？我们来检测一下：

【达标检测】

1、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现在多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是

材料用具

剪刀、和

胶带

白色条带

红色条带

模拟对象

────────────────────────────

a

b

c

d

A．3种

B．4种

C．9种

D． 12种

2.下列黏性末端属于同一种限制性内切酶切割的是（

）

A．①② B．①③

C．②④

D．③④

3.依右图有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是

（

）

．A．切断a处的酶为限制性核酸性内切酶 B．连接a处的酶为DNA连接酶

C．切断b处的酶为解旋酶 D．切断b处的为限制性内切酶

《DNA重组技术的基本工具》

授课教师：工作单位：

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