重慶市榮昌安富中學(xué)2014屆高二生物 DNA重組技術(shù)的基本工具教案

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1、 DNA重組技術(shù)的基本工具教學(xué)案例 教學(xué) 過程 教學(xué) 內(nèi)容 教學(xué)手段 和方法 預(yù)期 目標(biāo) 1.創(chuàng)設(shè)情境，引入對基因重組技術(shù)工具的學(xué)習(xí)。 　　師：1973年轉(zhuǎn)基因微生物──轉(zhuǎn)基因大腸桿菌問世；1980年第一個轉(zhuǎn)基因動物──轉(zhuǎn)基因小鼠誕生；1983年第一例轉(zhuǎn)基因植物──轉(zhuǎn)基因煙草出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了一種生物的某些性狀在另一種生物中的表達(dá)。 同學(xué)們，性狀的表達(dá)與我們從前學(xué)過的什么過程有關(guān)？ 生：與基因控制蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。 師：假若這是一個DNA上的能指導(dǎo)合成某種藥物蛋白的基因（老師用

2、手指出紙條上的該區(qū)段），而這是一條煙草的DNA（老師拿出另一紙條）。同學(xué)們分析，要實(shí)現(xiàn)藥物基因在煙草中的表達(dá)，提前要做哪些關(guān)鍵工作？ 生：1. 要將藥物基因切割下來； 2. 要將藥物基因整合到煙草的DNA上。 師：同學(xué)們說得對！但還應(yīng)該實(shí)際考慮問題，這兩條紙帶所代表的DNA是在同一個細(xì)胞中嗎？ 生：不是。 師：所以這里就存在一個基因轉(zhuǎn)移的實(shí)際問題，誰能具體說一下？ 生：就是如何將控制合成藥物的基因轉(zhuǎn)入煙草細(xì)胞的問題。 拿出兩種不同顏色的等寬的紙條。 學(xué)生討論。 第三個內(nèi)容不好回答，教師要引導(dǎo)。 贊揚(yáng)也是教育的一種方式。

3、 聯(lián)系舊知識，使學(xué)生認(rèn)識到基因工程也是建立在基因控制蛋白質(zhì)合成的基礎(chǔ)理論上的，不可割裂。 抽象變直觀，增強(qiáng)誘思的效果。 使學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)的發(fā)展有賴于技術(shù)的創(chuàng)新。 2 / 10 2.學(xué)習(xí) “分子手術(shù)刀”──限制酶。 師：同學(xué)們思考的問題，正是科學(xué)家們思考的問題。剛才我們所探討的工作，都是在分子水平上進(jìn)行的，切割也好，連接也好，轉(zhuǎn)移也好，無一例外。中國有句俗語叫“沒有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”。科學(xué)家們在實(shí)施基因工程之前，苦苦求索，終于找到

4、了實(shí)施基因工程的三種“金剛鉆兒”，使基因工程的設(shè)想成為了現(xiàn)實(shí)。這三種“金剛鉆兒”，一是準(zhǔn)確切割DNA的工具，“分子手術(shù)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(zhuǎn)移工具，“分子運(yùn)輸車”──基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。下面我們就來學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。 師：在進(jìn)入對限制酶的學(xué)習(xí)時，你們可能最關(guān)心的是這種工具酶到哪里去尋找。我們不妨從以往學(xué)過的知識談起，引起思考。自然界中有各種生物，它們所處的環(huán)境不是真空。一些生物的DNA可能進(jìn)入另一種生物的細(xì)胞中。這種可能，同學(xué)們可用什么實(shí)例來說明？ 生：噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。 師：那么現(xiàn)今存在的生物為什么沒有在長期的進(jìn)化過

5、程中被外源DNA的入侵而絕滅，仍能保持一種穩(wěn)定狀態(tài)呢？ 生：生物體有的有免疫系統(tǒng)，如動物；有的有保護(hù)作用的組織、器官，如植物。 師：那么作為單細(xì)胞的生物來講，怎么會有那么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)？它如何來抵抗入侵的外源DNA，保護(hù)自身呢？ 生：只有讓外來的DNA失效，才能保護(hù)自身。 師：那么怎樣才能讓DNA失效？ 生：用DNA酶，因?yàn)樵诒匦拚n本中學(xué)過。 師：用DNA酶，那么生物自身的DNA不也要失效了嗎？ 生：一種特殊的酶，能切割外來的DNA，而對自身不切割。 引導(dǎo)大家思考。 學(xué)生討論。 討論中及時發(fā)現(xiàn)有創(chuàng)新思維的學(xué)生，鼓勵發(fā)

6、表意見。學(xué)生再次議論。 及時鼓勵學(xué)生。 學(xué)生看書。 以上教學(xué)也是將三種操作工具整合到一個完整的過程之中。 將直白的教學(xué)內(nèi)容變得有思維力度。 培養(yǎng)學(xué)生思維的創(chuàng)造性。 以上教學(xué)改變直白的教學(xué)方式，通過誘思，提高學(xué)生的思維能力。 3.學(xué)習(xí)“分子縫合針”──DNA連接酶。 師：根據(jù)你們的

7、分析可知，這種酶可能是一種不同于DNA酶的、我們還沒有認(rèn)識的酶。我們討論至此，同學(xué)們是否有了從哪里獲得這種酶的意向？ 生：到單細(xì)胞的生物中去找。 師：科學(xué)家的基本意向也和同學(xué)們一樣。單細(xì)胞生物比多細(xì)胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在長期的進(jìn)化過程中，使其必須有處理外源DNA的酶?？茖W(xué)家們經(jīng)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。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。請同學(xué)們看書，學(xué)習(xí)限制酶特有的作用。 師：書中告訴我們這種特殊的酶有什么作用？ 生：它們能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一

8、條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 師：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(xué)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(xué)們看圖，EcoRI就從G和A之間切開，SmaI就從C和G之間切開。 師：剛才我們提到科學(xué)家們已經(jīng)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(shù)刀”。但它們切割DNA后形成的末端有兩種可能，請同學(xué)看圖回答。 生：一種形成黏性末端，一種形成平末端。 師：那么這兩種末端是

9、如何形成的呢？請從書中找到答案。 生：限制酶在它識別序列的中心位置兩側(cè)將DNA兩條單鏈分割開，就形成黏性末端，而從識別序列的中心位置切開就產(chǎn)生平末端。 教師點(diǎn)撥。 學(xué)生看插圖。 學(xué)生看書。 學(xué)生看書，接著議論。 引導(dǎo)學(xué)生與DNA酶作對比，在比較中準(zhǔn)確認(rèn)識限制酶。 讓文字與插圖結(jié)合，使抽象的文字在直觀的插圖中得以體現(xiàn)。 聯(lián)系舊知識，提供一個比較的對象，在比較中加深對DNA連接酶的

10、認(rèn)識。 4.學(xué)習(xí)“分子運(yùn)輸車”──基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。 5.布置作業(yè)。 師：切斷的DNA片段要與受體細(xì)胞的DNA連接，同學(xué)們根據(jù)以往學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，能說出用什么酶嗎？ 生：用DNA復(fù)制中的DNA聚合酶。 師：同學(xué)們想到用DNA聚合酶是很正常的，但是現(xiàn)在我們學(xué)習(xí)的這種連接與DNA復(fù)制中的連接有所不同。請看書后議論，由同學(xué)來回答。 生：DNA連接酶是將雙鏈的DNA片段連接起來，而DNA聚合酶則是將一個個脫氧核苷酸連接起來。 師：同學(xué)們說得對，但還不深刻。比如剛才說DNA連接酶是將雙鏈的DNA片

11、段連接起來，就是說DNA連接酶是同時連接雙鏈的切口，而DNA聚合酶只是在單鏈上將一個個脫氧核苷酸連接起來。相同之處都是通過形成磷酸二酯鍵來連接的。請同學(xué)們在圖中正確指出其位置。 師：開始時，我們學(xué)習(xí)了限制酶切割后有兩種不同的結(jié)果，一種產(chǎn)生黏性末端，一種產(chǎn)生平末端。那么恢復(fù)它們的連接，所用DNA連接酶是否可以不加選擇？同學(xué)們應(yīng)從書中求得真知，自己解答這個問題。 生：應(yīng)該有所選擇。因?yàn)镋coli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段黏性末端之間連接起來，不能將雙鏈DNA片段平末端之間連接起來。 T4 DNA連接酶既可“縫合”雙鏈黏性末端， 也可“縫合”雙鏈DNA的平末端， 但平末端之間連接的效率比

12、較低。 師：單純的DNA片段是很難導(dǎo)入受體細(xì)胞的，所以我們將切割下來的目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞就需要有一個“分子運(yùn)輸車”幫助。不是任何的“分子運(yùn)輸車”都可以用來作目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體的。其中的理由要從實(shí)際情況出發(fā)考慮才能清楚。下面老師提出四個問題供大家思考。 教師點(diǎn)撥。 利用插圖。 看書學(xué)習(xí)。 將局部問題整合到實(shí)際工作的全過程中思考。 學(xué)生討論。 學(xué)生歸納。 學(xué)生結(jié)合插圖尋找。 提高學(xué)生思維的深刻性。 準(zhǔn)確認(rèn)識DNA連接酶的作用部位。 解決本課

13、的難點(diǎn)。 提出問題，誘導(dǎo)思考，解決難點(diǎn)。 培養(yǎng)思維的廣闊性。 培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力。 利用插圖加深對載體必須具備條件的認(rèn)識。 1.假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將怎樣？ 2.作為載體沒有切割位點(diǎn)將怎樣？ 3.目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何去察覺？ 4.如果載體對受體細(xì)胞有害將怎樣？不能分離會怎樣？ 生：1.導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的基因不能復(fù)制，將在細(xì)胞增殖中丟失。 2.載體沒有切割位點(diǎn)，外源的目的基因不可能插入。 3.如果載體上有遺傳標(biāo)記基因，這樣，在載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，就可通過標(biāo)記基因的表

14、達(dá)來檢測。 4.載體對受體有害，將影響受體細(xì)胞新陳代謝，進(jìn)而使轉(zhuǎn)入的目的基因也無立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。 師：可見以上內(nèi)容，都是在選擇合適載體時必須考慮的。請同學(xué)們閱讀課文，歸納出充當(dāng)基因進(jìn)入受體細(xì)胞載體的必要條件。 生：1. 能自我復(fù)制； 2. 有切割位點(diǎn)； 3. 有遺傳標(biāo)記基因； 4. 對受體細(xì)胞無害、易分離。 師：目前通常利用的載體是“質(zhì)?！?。質(zhì)粒是能“友好”寄宿在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的小型的環(huán)狀DNA。下面讓我們通過插圖一起來認(rèn)識質(zhì)粒，尤其要在質(zhì)粒載體結(jié)構(gòu)模式圖上找出剛才歸納幾個條件的具體體現(xiàn)。 生：找到“復(fù)制原點(diǎn)”──說明質(zhì)粒能復(fù)制并能帶著插入

15、的目的基因一起復(fù)制。 找到“目的基因的插入位點(diǎn)”──說明質(zhì)粒有切割位點(diǎn)。 課內(nèi)與課外結(jié)合。 體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)確運(yùn)用。在運(yùn)用中加深對基礎(chǔ)知識的深層次理解。 找到“氨芐青霉素抗性基因”──說明有標(biāo)記基因的存在，將來可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。 找到此質(zhì)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(fù)制個體中分離出來。 1.完成書后練習(xí)題。 2.認(rèn)真完成模擬制作──DNA重組模型。希望大家動手、動腦協(xié)調(diào)配合，體會每一步驟在基因重組中的真實(shí)含義。最后結(jié)束時加強(qiáng)反思，回答書中提出的兩個問題。 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！