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《DNA重组技术的基本工具》教案设计一、教学课题（一）教学目标和要求知识目标：（1）了解基因工程的基本概念。（2）简述三种工具的作用（3）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。能力目标：（1）通过对材料的观察，学会科学的观察方法，培养观察能力。（2）通过对基本概念、基本原理、科学方法的正确理解和掌握，逐步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力，具备能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题的能力。（3）通过学生动手制作重组DNA的模型，培养学生的动手能力以及合作精神。情感目标：（1）通过学习基因工程的概念，使学生认识到科学研究的严谨，激发为祖国奋斗的精神。（2）通过学习基因操作的工具，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯物主义观念(二)教学重点和难点教学重点：（1）简述三种工具的作用（2）认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新教学难点：载体必须具备的条件二、教材分析《DNA重组技术的基本工具》为生物选修三现代生物科技专题的第一章第一节，是我们高二下学期的内容。这节课是在必修二第六章基因工程的基础上的提升，基因工程是生物科技的前沿内容，这一专题的教学首先要考虑基础性。尤其我们生活中从来没有接触到对基因进行处理的工具，较为抽象，从分子水平上的理解也更难。因此，更应该用现实生活中常见的工具来诠释，是学生很容易理解，使学生在知识能力和情感上得到提升。《DNA重组技术的基本工具》是一片科技性较强的文章。教学重点是DNA重组技术的基本工具所需的三种工具的作用。教学难点是载体需要具备的条件教学之前用百度在网上搜索《DNA重组技术的基本工具》的相关教学材料，查阅很多教案作参考，了解到教学的重点和难点，并做了相关习题，对出现的各种题型都有所了解，确定课堂教学形式和方法。根据课堂需要，让学生更容易理解和掌握，利用百度搜索找到各种图片做成PPT课堂给同学们演示，给学生视觉上的直观感受。三、教学方法《DNA重组技术的基本工具》是一篇科技理论性较强的文章，学生在现有的知识基础上理解起来较困难，所以用生活中小的操作、多媒体插入图片来形象化，使学生可以容易理解。要注意的是在讲解限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用特点。解决方法：我们可以联系以前学习的DNA分子的结构，了解特殊的结构----磷酸二酯键，及必修一酶的特点专一性的讲解。DNA连接酶──DNA片段的“分子缝合针”，在这里同学们很容易想到碱基互补配对或DNA聚合酶，这是很自然的。但只考虑到碱基互补配对原则还是不够的，我们可以从原有的知识出发，要想到限制酶切开的DNA中磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键，这个地方还没有连接起来，又是怎样连接的呢？这样自然而然地想到DNA连接酶。再以动画的形式动态展示“缝合”过程，使之形象化，容易接受。（补充说明）关于断开的氢键是如何修复的？基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，不能仅仅着眼于记住这几个条件，而应该反思“为什么”需要这样的条件。可以试着让学生回答，然后有教师讲解缘由。使学生记忆更深刻，理解的更好。五、教学过程㈠、事例导入新课---基因工程师：同学们，见过可以让害虫自动死亡的棉花吗？如何培养出具有抗虫性状的抗虫棉呢？设想二：能否让微生物产生出人的胰岛素等珍贵药物？这些都属于定向改造基因的设想，能实现吗？通过必修二对基因工程的学习，我们知道通过基因工程我们可以获得这样的品种。那就让我们回忆一下什么是基因工程？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。（注意黑体字的讲解）师：深入理解基因工程的概念，并引导学生回答表中内容。㈡、学习新课--基因工程的工具师：通过以上的过程，同学们分析一下，要实现抗虫基因在棉花中表达，有哪些关键步骤？实现这一精确地操作过程的工具是什么呢？生：1.要将抗虫基因剪下来；2.将剪下来的抗虫基因与棉花的基因连在一起。3.基因转移的问题，就是怎样将抗虫基因送入入棉花细胞4.是否送入成功，能否成功表达这些都需要鉴定。师：非常好，这几个问题就是我们在基因工程中急需解决的，可是大家都知道，基因是有遗传效应的DNA片段。DNA非常小，无论切割也好，连接也好，转移也好，无一例外这些操作都必须在分子水平上进行，就必须有精密的工具。科学家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工具：准确切割DNA的工具（“分子手术刀”）──限制酶，DNA片段的连接工具“分子缝合针”──DNA连接酶基因转移工具“分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。我们先看一下第一种：一、“分子手术刀”又叫基因剪刀——限制性内切酶（限制酶）师：在自然界中有一些生物的DNA可能进入另一种生物的细胞中。我们有没有学过相关的实例？----T4噬菌体侵染大肠杆菌那么这类生物为什么没有在长期的进化过程中被外源DNA的入侵而灭绝，它们有何保护机制？原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期进化过程中形成了一套完整的防御机制，以防止外来病原体的侵害。限制酶就是细菌的一种防御工具，当外源DNA侵入时，会用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。思考：名称的由来：基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切——拼接——导入——表达结果人类需要的基因产物当外源DNA侵入时，会用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。（限制性）由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶（简称限制酶限制酶从哪提取出来的？限制酶的作用是什么？生：分布：主要在微生物中作用：能够识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列（专一性），并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸间的磷酸二酯键断开.（黑体字重点讲解）师：重点讲解专一性（即一种限制酶只能切割特定的核苷酸序列）磷酸二酯键：（图示并带领学生简要复习下DNA分子的结构，并且明确磷酸二酯键的位置）师：动态展示:“限制性内切酶作用过程”讲解“什么叫黏性末端？”什么叫平末端？举例：大肠杆菌的一种限制酶（EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开形成黏性末端。SmaⅠ能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切割形成平末端。2.由此引出DNA连接酶3.“分子缝合针”又叫基因针线——DNA连接酶师：1.种类：根据来源的不同一类是从大肠杆菌中获得的DNA连接酶（E·coliDNA连接酶）只能连接具有互补配对粘性末端的双链。另一类是从T4噬菌体中分离出来的（T4DNA连接酶）：即可缝合粘性末端，又可缝合平末端。但是连接平末端的效率比较低。（原因可选择性的补充，）2.连接部位：磷酸二酯键。3.结果：两个相同的末端的连接。（板书）这部分学生自然联想到的是我们学过的DNA聚合酶，所以要作以区分：由于时间的限制可以当做作业让学生以如下表格作一区分：三、“分子运输车”又叫基因的运输工具——基因进入受体细胞的载体师：要让一个从甲生物细胞内取出来的基因在乙生物体内进行表达，首先得将这个基因送到乙生物的细胞内去！能将外源基因送入受体细胞的工具就是运载体。作为基因工程的载体需要怎样的条件呢？思考讨论下列问题：1、从化学组成来看，载体应含有什么成分？2、能否用SARS病毒作为基因载体？3、作为载体，若没有切割位点将怎样？4、携带目的基因的载体是否进入了受体细胞，如何鉴定？5、假如目的基因导入受体细胞后不能复制，将怎样？总结：作为载体的必要条件：1.能自我复制------能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；2.有一个至多个限制酶切位点-----能与目的基因结合3.有遗传标记基因----便于观察4.对受体细胞无害、易分离---安全、比较容易得到图片展示：认识常用的载体——质粒质粒是基因工程常用的载体，一种裸露的、结构简单、独立于染色体或细菌拟核之外，能自我复制的小型环状双链DNA分子，对宿主细胞没有影响，主要存在于细菌和酵母菌体内。其中最常用的是大肠杆菌质粒。提问：质粒作为运载体的条件？1、能自我复制2、具有一个或多个限制酶切点3、具有遗传标记基因4、对受体细胞无害、易分离5、大小适合，便于操作知识巩固：1.在基因工程中，切割运载体和含有目的基因的DNA片段，需使用（A）A.同种限制酶B.两种限制酶C..同种连接酶D.两种连接酶2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是（D）A、能复制B、有多个限制酶切点C、具有标记基因D、它是环状DNA3)基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（C）A、人工合成目的基因B、目的基因与运载体结合C、将目的基因导入受体细胞D、目的基因的检测和表达作业布置：完成DNA连接酶与DNA聚合酶的比较：（如有时间可以先让学生看看：DNA聚合酶的作用、DNA连接酶的缝合作用再完成。）板书设计：第一节：DNA重组技术的基本工具一、分子手术刀——限制酶1、来源：微生物。主要是原核生物2、种类：4000多种3、作用：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，（序列特点：回文序列）并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。4、结果：形成两种末端：黏性末端平末端二、“分子缝合针”——DNA连接酶1、种类：E·coliDNA连接酶：连接黏性末端T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端2、作用部位：是磷酸二酯键3.结果：连接两个相同末端三、作为载体的必要条件：1.能自我复制2.有一个至多个限制酶切位点3.有遗传标记基因4.对受体细胞无害、易分离