3.1《重组DNA技术的基本工具》教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.1《重组DNA技术的基本工具》教学设计 一、教材分析 本节课是高中生物人教版选择性必修3“基因工程”章节中的重要内容，主要介绍基因工程的基本工具及其作用。教材通过具体的实例（如抗虫棉的培育），帮助学生理解限制酶、DNA连接酶和基因载体的作用及其在基因工程中的应用。通过学习本节课，学生能够掌握基因工程的基本操作工具和原理，为后续学习基因工程的具体应用奠定基础。 二、学情分析 学生在前面的学习中已经掌握了DNA分子的结构和功能、基因的基本概念等基础知识，对基因工程有一定的了解。然而，基因工程的工具及其作用较为抽象，学生在理解限制酶、DNA连接酶和基因载体的具体功能及其在基因工程中的应用方面可能存在困难。高二学生具备一定的抽象思维能力，能够通过实例和图解来理解复杂的生物学概念。因此，教学中需要通过具体的实例和互动环节，帮助学生突破难点。 三、教学目标 1. 知识与技能 - 阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。 - 理解限制酶、DNA连接酶和基因载体的功能及其在基因工程中的应用。 - 掌握DNA的粗提取与鉴定实验的基本原理和操作步骤。 2. 过程与方法 - 通过实例分析和小组讨论，培养学生分析问题和解决问题的能力。 - 运用多媒体演示和互动环节，帮助学生理解抽象的生物学概念。 3. 情感态度与价值观 - 激发学生对生物学的兴趣，培养科学探究精神。 - 让学生认同基因工程的产生和发展离不开理论研究和技术创新。 四、教学重难点 1. 教学重点 - 重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。 - 限制酶、DNA连接酶和基因载体的功能及其在基因工程中的应用。 2. 教学难点 - 理解基因工程载体需要具备的条件。 - 掌握DNA的粗提取与鉴定实验的基本原理和操作步骤。 五、教学方法 讲授法、实例分析法、小组讨论法、多媒体演示法。 六、教学过程 1. 导入新课 - 问题导入：展示棉花受棉铃虫侵害的图片，提问：“如何培育出自身就能抵抗虫害的棉花？” - 引导学生思考并讨论，引出基因工程的概念。 - 引出课题：“重组DNA技术的基本工具”。 2. 讲授新课 - 基因工程的理论基础 - 定义：基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 - 操作对象：基因（DNA）。 - 操作水平：DNA分子水平。 - 原理：基因重组。 - 意义：定向改造生物遗传特性，克服远缘杂交不亲和障碍。 - 重组DNA技术的基本工具 - 限制酶： - 定义：限制性内切核酸酶，能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 - 来源：主要来自原核生物。 - 作用：切割DNA分子，产生黏性末端或平末端。 - 实例分析： - EcoRⅠ：识别序列为GAATTC，切割部位为G和A之间的磷酸二酯键。 - SmaⅠ：识别序列为CCCGGG，切割部位为C和G之间的磷酸二酯键。 - DNA连接酶： - 定义：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 - 种类： - E.coli DNA连接酶：只能连接具有互补黏性末端的DNA片段。 - T4 DNA连接酶：可以连接具有互补黏性末端的DNA片段，也可以连接平末端，但效率较低。 - 作用：将切割后的DNA片段连接起来，形成重组DNA分子。 - 实例分析：通过DNA连接酶将EcoRⅠ切割后的DNA片段连接起来。 - 基因载体： - 定义：将外源基因送入受体细胞，并在受体细胞内对目的基因进行大量复制。 - 种类： - 质粒：用于将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞。 - 动植物病毒：用于将外源基因导入植物或动物细胞。 - 条件： - 具有一个或多个限制酶切割位点。 - 能在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上。 - 具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 - 载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害。 - 实例分析：质粒作为基因载体的应用。 - 互动环节： - 小组讨论：讨论如何利用限制酶和DNA连接酶构建重组DNA分子。 - 模拟操作：请学生用卡片模拟限制酶切割DNA片段的过程，以及DNA连接酶连接DNA片段的过程。 -限制酶切割DNA的纸片拼接游戏 目标 通过纸片拼接游戏，让学生理解限制酶切割DNA后形成的黏性末端如何重新连接。 材料准备 - 纸片：准备一些长方形纸片，用不同颜色的线条代表DNA的碱基序列。例如，用红色线条代表A，蓝色线条代表T，绿色线条代表C，黄色线条代表G。 - 剪刀：用于模拟限制酶切割DNA。 - 胶带：用于模拟DNA连接酶连接DNA片段。 操作步骤 1. 设计DNA序列：在纸片上用不同颜色的线条设计DNA序列，确保其中包含限制酶的识别序列（如EcoRⅠ的GAATTC）。 2. 模拟切割：用剪刀在识别序列处切割纸片，模拟限制酶的作用。切割后，纸片的两端会形成黏性末端。 3. 拼接DNA片段：让学生将切割后的纸片重新拼接，用胶带将黏性末端连接起来，模拟DNA连接酶的作用。 4. 讨论结果：讨论拼接后的DNA片段，解释如何通过限制酶和DNA连接酶实现DNA片段的重组。 - DNA的粗提取与鉴定实验 - 实验原理：利用DNA不溶于酒精的特性，通过研磨、过滤、析出等步骤提取DNA，并用二苯胺试剂鉴定。 - 实验步骤： 1. 称取洋葱，切碎，放入研钵，倒入研磨液，充分研磨。 2. 在漏斗中垫上纱布过滤研磨液，取上清液。 3. 在上清液中加入体积相等的预冷酒精溶液，静置2-3分钟，析出DNA。 4. 用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，晾干。 5. 将提取的DNA溶于2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，沸水浴加热5分钟，观察颜色变化。 - 结果分析： - DNA纯度：观察提取的DNA的颜色，白色丝状物表示纯度较高。 - DNA的量：二苯胺试剂鉴定呈现蓝色，说明实验成功。 3. 课堂练习 1. 下列关于限制酶的叙述，正确的是（ ） - A. 限制酶是一种蛋白质，主要来自原核生物。 - B. 限制酶可以识别并切割单链DNA分子。 - C. 限制酶切割DNA分子后产生的片段只有黏性末端。 - D. 限制酶的作用没有特异性。 - 答案：A - 分析：限制酶是一种蛋白质，主要来自原核生物，能够识别双链DNA分子的特定序列并切割，产生黏性末端或平末端。限制酶的作用具有特异性。 2. 下列关于DNA连接酶的叙述，错误的是（ ） - A. DNA连接酶可以连接两个DNA片段。 - B. DNA连接酶的作用是恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 - C. DNA连接酶可以连接单链DNA分子。 - D. DNA连接酶的作用没有特异性。 - 答案：C - 分析：DNA连接酶可以连接两个DNA片段，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。DNA连接酶不能连接单链DNA分子，其作用没有特异性。 3. 基因载体需要具备的条件不包括（ ） - A. 具有一个或多个限制酶切割位点。 - B. 能在受体细胞中进行自我复制。 - C. 具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 - D. 载体DNA必须是安全的，不会对受体细胞有害。 - 答案：D - 分析：基因载体需要具备的条件包括具有一个或多个限制酶切割位点、能在受体细胞中进行自我复制、具有标记基因等。载体DNA的安全性是其重要条件之一。 4. 课堂小结 - 引导学生回顾本节课的重点内容：基因工程的基本工具及其作用。 - 强调限制酶、DNA连接酶和基因载体在基因工程中的重要性。 板书设计 第3章 基因工程第1节 重组DNA技术的基本工具 一、基因工程的理论基础 1. 定义：通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性。 2. 操作对象：基因（DNA）。 3. 操作水平：DNA分子水平。 4. 原理：基因重组。 5. 意义：定向改造生物遗传特性，克服远缘杂交不亲和障碍。 二、重组DNA技术的基本工具 1. 限制酶 - 定义：限制性内切核酸酶。 - 来源：原核生物。 - 作用：切割DNA分子，产生黏性末端或平末端。 2. DNA连接酶 - 定义：连接两个DNA片段。 - 种类：E.coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶。 - 作用：恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 3. 基因载体 - 定义：将外源基因送入受体细胞。 - 种类：质粒、动植物病毒。 - 条件：具有限制酶切割位点、自我复制能力、标记基因、安全性。 三、DNA的粗提取与鉴定实验 1. 实验原理：利用DNA不溶于酒精的特性提取DNA。 2. 实验步骤：研磨、过滤、析出、鉴定。 3. 结果分析：观察DNA的颜色和二苯胺试剂鉴定结果。 教学反思 本节课通过实例分析、多媒体演示和互动环节，帮助学生理解了重组DNA技术的基本工具及其作用。学生对限制酶、DNA连接酶和基因载体的功能有了较为清晰的认识，但在理解基因载体的具体条件及其在基因工程中的应用时，部分学生仍存在困难。在后续教学中，可以通过更多的实例和练习来巩固这些知识点。此外，课堂上学生的参与度较高，小组讨论活跃，但在时间控制上还需要进一步优化，以确保每个环节都能充分展开。 学科网（北京）股份有限公司 $$