学科：生物 学段：高中
教材版本：人民教育出版社 模块：选修3
课题：专题1 1.1 DNA重组技术的基本工具 作者：海南农垦加来高级中学 王江云
教学设计
一、教学目标
1、知识与技能：简述DNA重组技术所需三种基本工具作用。
2、过程与方法：
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。
3、情感与价值观：认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
二、教材分析
教材首先利用抗虫棉花的图片引导学生走进基因工程的领域，然后阐述了培育抗虫棉花的过程至少需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段再连接起来的“缝合针”、将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”。通过实例激发学生的兴趣，然后再逐一的介绍这三种工具的作用。本节内容是基因工程的入门，所以让学生掌握这三种工具的作用是非常重要的。
三、学情分析
报刊、杂志、电视等媒体都有基因工程的介绍，高二的学生已经或多或少了解一些基因工程的内容。知道人的生长激素基因可在鲤鱼中表达，使鲤鱼生长迅速；知道寒冷水域中鱼的抗寒基因可在植物中表达，从而培育出抗寒性能高的植物„„在现实生活中，大田里种植了转基因的抗虫棉；市场上卖的抗病毒的转基因甜椒„„可以说，以上内容都是学生学习基因工程可联系的经验。另外。还有一些必修课中学习过的知识可作为学习新知识的铺垫，比如：基因控制蛋白质的合成。
四、教学设想
本节内容主要介绍DNA重组技术的三种基本工具及其作用。学生了解到的基因工程实例是激发他们学习的兴趣。如果我们采用直白、平淡的讲述方式，不利于调动学生学习的积极性，也不利于学生科学素养的全面提高。应当通过创设情境，提出问题，引导学生积极参与教学活动。比如：在介绍限制酶的的来源时，可以通过问题“限制酶从哪里来寻找”，诱导学生思考、阅读教材得出结论。另外，本节内容比较抽象，上课过程中结合一些图片、动画，并让学生亲自去动手模拟制作DNA重组的模型，这样更能激发学生学习的热情。
五、教学重点、难点 1.教学重点
DNA重组技术所需的三种基本工具的作用
2.教学难点
基因工程载体需要具备的条件
六、教学方法
多媒体教学与板书结合
七、课前准备
1、教师：上网搜查基因工程的实例、图片、动画制成课件，准备模拟制作DNA重组的模型的道具。
2、学生：预习课本，查阅资料了解基因工程的发展。
八、教学过程
（一）引入新课
课件展示图片
教师：引导学生讨论：
1.这些生物在自然界中有没有？
2.随着科学的发展，有没有可能出现这些生物？通过哪些技术可以实现？ 学生：看图，完成讨论题。
1.自然界中还没有这样组合的生物出现。 2.但是基因工程技术可以实现这些生物的组合。
教师：由于基因工程的发展，要实现一种生物的某些性状在另一种生物中的表达已经不再是天方夜谭。同学们，什么叫基因工程呢？
（二）基因工程的概念
让学生思考。请学生回答问题。
学生：基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。该技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。
教师：评价学生答案，总结。
（三）DNA重组技术的基本工具 课件展示：抗虫棉花的图片
设问：如果让你来生产抗虫棉，你会怎么做呢？（请两个学生来说他的想法） 教师：评价、讲述。
培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入普通棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。 设问：1.基因工程培育抗虫棉的关键步骤有哪一些？
2.解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？
学生讨论、回答。
教师：培育抗虫棉有三个关键步骤：关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取出来；关键步骤二：形成重组DNA；关键步骤三：重组DNA导入受体(棉花)细胞。解决这三个关键步骤也需要三种工具：关键步骤一的工具：分子手术刀—限制性内切酶；关键步骤二的工具：分子缝合针—DNA连接酶；关键步骤三的工具：分子运输车—运载体。
设问：什么是限制性内切酶？从哪里获得限制性内切酶？
学生：阅读课本P4-5限制性核酸内切酶—“分子手术刀”，寻找答案。 学生回答：限制酶从原核生物中分离出来。
教师：单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中，使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力，终于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种限制酶。
设问：这种酶有什么作用呢？
学生看书回答：它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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。
教师：从这句话中，我们可以知道限制酶有两个作用：一是能识别特定核苷酸序列。比如说EcoRI只能识别GAATTC的核苷酸序列，SmaI只识别CCCGGG的核苷酸序列。二是从特定部位的两个核苷酸将磷酸二酯键切开。同学们看图，EcoRI从G和A之间切开，SmaI从C和G之间切开。限制酶识别和切割部位一般都具有反向重复序列，即一条链正向读的碱基顺序与另一条反向读的碱基顺序完全一致。(课件展示图)
教师：每一种限制酶所识别的序列不同，所切割的序列也不相同，因此，限制酶有特异性的特点，即识别特定核苷酸序列，在特定的切点切割。那么，限制酶切割DNA后会形成什么样的结果呢？同学们请看图回答。（课件展示图） 学生：一种形成黏性末端，一种形成平末端。 设问：那么这两种末端是如何形成的呢？有什么区别？
学生：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，而从识别序列的中心位置切开就产生平末端。
教师：展示图解，加以补充解释。被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。 设问：要将切割下来的DNA片段接连在一起，需要用到什么酶？
学生：DNA连接酶。
教师：同学们说得对！是用DNA连接酶。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连接酶有什么不同呢？
学生：看书，寻找答案。
学生：所用的酶不一样，E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段黏性末端之间连接起来，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，也可“缝合”双链DNA的平末端，但平末端之间连接的效率比较低。
教师：前面我们学习过DNA聚合酶，那么同学们比较一下，DNA聚合酶和DNA连接酶有什么不同？
学生：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接起来。 教师：说的很对！DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来，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连接起来。相同之处都是通过形成磷酸二酯键来连接的。（展示图，正确指出磷酸二酯键的位置）
教师：外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞？(如棉花细胞) 学生：阅读教材。
教师：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。能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。 设问：作为运载体需要具备什么条件？ 教师：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？
3.目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？ 4.如果载体对受体细胞有害将怎样？不能分离会怎样？
学生活动：分组讨论，每一组负责一个问题，请代表回答。
学生：
1.导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。 2.载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。
3.如果载体上有标记基因，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无法表达。教师：可见以上内容，都是在选择合适载体时必须考虑的。所以充当运载体的要具备以下几个必要条件： 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。
教师：目前通常利用的运载体是“质粒”。质粒来自大肠杆菌，是一种小型的环状DNA。下面让我们通过插图一起来认识质粒。（展示图片） 设问：为什么质粒能作为运载体？ 学生：
有“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。 有“目的基因的插入位点”──说明质粒有切割位点。
有“氨苄青霉素抗性基因”──说明有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。 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。
教师总结：让学生分组模拟DNA重组模型操作，加深和巩固学生对这三种工具的理解。
九、板书设计
1.1 DNA重组技术的基本工具
基因工程：又叫基因拼接技术或DNA重组技术
一、限制性核酸内切酶
1.来源：主要从微生物中分离出来 2.特点：特异性
3.结果：产生黏性末端、平末端
二、DNA连接酶
1.种类：E.coliDNA连接酶和T4 DNA连接酶 2.作用
3.DNA连接酶和DNA聚合酶的区别
三、基因进入受体细胞的载体 1.作为载体的条件 2.质粒的结构
