3.1 重组DNA技术的基本工具（2课时）教学设计-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

课题名称 3.1重组DNA技术的基本工具（2课时） 课堂类型： R新课 □复习课 □习题课 R实验课 □试卷讲评课 □其他： 学习者 分析 学生在必修2已经详细学习了 DNA分子的双螺旋结构、基因的表达包括转录和翻译等内容，为该部分的学习奠定了一定的知识基础,但基因工程属于微观的分子生物学领域,内容非常抽象，高中学生从未接触过基因工程的相关技术操作。若教师仅仅通过讲解和做练习进行授课，学生只会死记硬背，难以深刻理解相关知识，更无法形成科学思维。因此要先通过课堂上的模拟操作来培养学生的兴趣和提高他们的动手能力，以及在操作中把问题暴露出来。 教学目标 课标中的内容要求为：重要概念5.1基因工程是一种重组的DNA技术。次位概念如下： 5.1.1概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的； 5.1.2阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具 结合课标和教材内容确定本节教学目标如下： 1、阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。 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。 3、进行DNA的粗提取与鉴定。 教学重点 1、重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。 2、进行DNA的粗提取与鉴定 落实教学重点的方法： 视频和问题引导，强化学生对重组DNA技术过程的理解 教学难点 1、 基因工程载体需要具备的条件。 2、 DNA的粗提取与鉴定。 突破教学难点的方法： 新闻导入，引发学生兴趣，了解名词及其制备 教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 技术手段的使用： 电子白板、板书、多媒体 课时： 2-3课时 核心问题 重组DNA技术所需的三种基本工具是什么？它们的作用分别是什么？ 基因工程的载体需要具备什么条件？ 教学过程设计 3.1.1 重组DNA技术的基本工具 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 能否将苏云金杆菌的“杀虫基因”导入棉花细胞，使棉花自身产生抗虫蛋白来抵抗棉铃虫呢？ 课前导入：我国是棉花的生产和消费大国，棉花在种植过程中常常会受到棉铃虫的侵袭，这会使棉花大量减产。大量施用农药不仅提高了生产成本，还可能造成农产品和环境的污染，如果能培育出自身能抵抗棉铃虫的棉花就能解决这个问题。棉花本身不具有“杀虫基因”，而苏云金杆菌有一种“杀虫基因”，它能通过编码产生抗虫蛋白来杀死棉铃虫。 提出问题：能否将苏云金杆菌的“杀虫基因”导入棉花细胞，使棉花 自身产生抗虫蛋白来抵抗棉铃虫呢？让学生提出自己的看法，并依据所学的遗传学知识阐明理由。联系学过的知识，思考、回答： 能，因为(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位，绝大多数生物的遗传物质都是DNA；(2)遗传信息的传递都遵循中心法则。(3)生物界共用一套遗传密码。 这样的育种方法我们称为基因工程。根据该过程，我们可以总结出转基因抗虫棉获得方法所涉及到的知识点。我们在必修二的时候讲过基因重组指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合。【但其实艾弗里的体外转化实验也是一种基因重组，转基因工程也算是基因重组，因为将控制不同性状的基因进行了重新组合。】 【讲述】 归纳基因工程的概念。 基因工程又叫“基因的拼接技术”或“重组DNA技术”。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制品。 简单回顾一下关于必修二中学习的基因的相关内容：基因是有遗传效 应的DNA片段。基因通过控制蛋白质的合成，直接或间接控制生物的性状。再回过头来回顾一下基因的载体DNA的结构： 【3’端指的是脱氧核糖的三号碳原子，即羟基；5’端指的是脱氧核糖的五号碳原子连接磷酸基团，两条链的方向是相反的。】 基因工程诞生的理论基础其实是基因在空间上转移并且成功表达。在空间上转移就涉及到拼接的过程。 该过程涉及到将目的基因剪下来，然后连接并转入到受体细胞内。因此今天我们先来学习一下重组DNA技术的基本工具。 回顾旧知，结合新闻导入新课 引导学生分析基因工程的理论基础，有助于他们理解基因工程的概念，还能让他们感受到理论研究的价值。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 利用重组DNA技术培育转基因番抗虫棉需要哪些基本工具？它们的作用分别是什么？ 【展示图片】 展示教材中的“重组DNA技术所需的三种基本工具示意图”， 让学生分析这三种工具的作用，教师进行补充。 1、 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 1、 定义：切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称限制酶 2、 来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的； 3、 特点： （1） 限制酶能够识别双链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； （2） 大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成； （3） DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段通常有两种形式：黏性末端和平末端。 （4） 同种限制酶产生的黏性末端相同，不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端。 【思考】 Q1：你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？ 提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，所以它在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制。限制酶就是它的一种防御性工具。当外源DNA入侵时，它会利用限制酶来切割外源DNA，使之失效，以保证自身的安全。 Q2：为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA? 提示：微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，可以将外源入侵的DNA降解掉。生物在长期的演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶，也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。 4、结果：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成；比如EcoRI、SmaI限制酶，但也有识别4个或8个核苷酸或其他数量的限制酶。我们以EcoRI、SmaI限制酶为例分析剪开以后的结果： （1）EcoRI限制酶的切割：只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。 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。 （2）SmaI限制酶：只能识别CCCGGG序列，并且在C和G之间切开。被该限制酶切开产生的两个DNA片段两端没有伸出来的多于的碱基序列，因此这样的切口叫做平末端。或者看中轴线，如果在中轴线两端分别将双链切开的就形成黏性末端，如果是在中轴线处将其切开则形成平末端。 【实践活动一】 思考下列问题： 【总结到特点】 2、 DNA连接酶——“分子缝合针” 1.DNA连接酶能够将DNA片段连接起来 2.基因工程常用的DNA连接酶有两种：E·coli DNA连接酶（从大肠杆菌体内获得）和T4 DNA连接酶（从T4噬菌体内获得）既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但是T4 DNA连接酶连接平末端的效率远远高于E·coli DNA连接酶。 3.DNA连接酶和DNA聚合酶的比较 3、 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 我们都知道你剪切下来的基因是不能直接进入到正常的细胞中的，有排异性，但是我们可以通过载体进行达到该转运过程，比如你不穿校服不让进八中，但是穿校服的你就可以进入，因此我们也需要为目的基因找这样一件校服。 1.最常用的载体——质粒:一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核（酵母菌）或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 2.其他载体 在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。这些质粒上通常会有一些标记基因便于检测基因是否导入到受体细胞并正常表达。 在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别。 由此可见，这些载体其实就像一种运输工具，将其称为分子运输车。 3. 载体需具备的条件 ①有一个至多个限制酶切割切点； 作用：供外源DNA片段（基因）插入其中 ②能在受体细胞中自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制； 作用：使外源基因在受体细胞中稳定存在并复制 ③有特殊的标记基因； 【载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示： 】 作用：便于重组DNA分子的筛选 ④对受体细胞无害。 {思考讨论}重组DNA分子（教材73页序列） 请你在上述序列中EcoRⅠ的识别序列和切割位点。然后，用剪刀进行“切割”。待切割位点全部切开后，将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处，并用透明胶带将切口粘起来。 讨论： 1．剪刀和透明胶带分别代表哪种“分子工具”？ 提示：剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。 2．你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？ 提示：根据学生实际操作的情况进行指导。如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对，可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。 3．你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？ 提示：不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。 视频演示：重组DNA分子 创设情境引出对基因工程所需“分子工具” 的介绍，激发学生的学习兴趣。 借助教材中的示意图直观呈现三 种工具的作用，帮助学生理解微观、抽象的知识。 即时训练，即时评价。 通过让学生亲手操作模拟构建重组DNA，体会单酶切和双酶切对连接产物的影响，通过实际操作，呈现不同连接产物，引导学生分析原因，并提供解决方案。 课堂总结 3.1.2 DNA的粗提取与鉴定 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 提取与鉴定DNA是基因工程中获取目的基因的基础，如何粗提取DNA并鉴定？？ 实验原理：DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。 材料用具 植物材料：新鲜的洋葱、菠菜、菜花、香蕉、草莓等，若准备的植物材料不马上使用，可以 将其放入冰箱冷藏或冷冻保存。 动物材料：新鲜的猪肝、鱼白（鱼的精巢）等，若准备的动物材料不马上使用，也可以将其 冷藏或冷冻保存。 【DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等。（注意：不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA。）】 试剂： 研磨液、二苯胺的配制方法：课本P117 播放实验视频，加深学生印象。 1、下表关于DNA粗提取与鉴定实验的表述，不正确的是 2、(2022·北京东城高二期末)利用新鲜洋葱作为实验材料提取DNA时（ C） A.可将洋葱置于清水中，细胞吸水破裂后将DNA释放出来 B.离心后上清液中加入75%冷酒精，出现的白色丝状物就是纯净的DNA C.将晾干的白色丝状物置于2 mol/L的NaCl溶液中，会发生溶解现象 D.可利用DNA在低温下遇到二苯胺试剂呈现蓝色反应的特性对其进行鉴定 3、DNA粗提取与鉴定实验中所依据的原理是（D） ①DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同 ②DNA易被甲紫溶液染成紫色 ③溶解有DNA的NaCl溶液加入二苯胺试剂沸水浴后会呈现蓝色 ④加入体积分数为95%的冷酒精，DNA会从溶液中析出 ⑤加入体积分数为70%的冷酒精，DNA会从溶液中析出 A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①③⑤ 4、下列有关“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是（ B） A.用蒸馏水使家兔的红细胞涨破，可获取富含DNA的滤液 B.DNA不溶于95%的冷酒精，但可溶于2 mol/L的NaCl溶液 C.新鲜的洋葱和猪肝可作为实验材料提取DNA，而菠菜不能用于提取DNA D.鉴定DNA时，应将丝状物直接加入到二苯胺试剂中并进行沸水浴 5、下列与“DNA的粗提取与鉴定”实验相关的说法，错误的是（ C） A.研磨液中应加入DNA酶的抑制剂，以防细胞破碎后DNA酶降解DNA B.研磨时需要控制好时间，以防影响DNA的提取量 C.鉴定时加入二苯胺试剂后沸水浴即可观察到较为明显的显色反应 D.鉴定时溶液蓝色的深浅与DNA含量的多少有关 通过让学生体验DNA的粗提取 与鉴定的过程，帮助学生了解DNA的理化性质，让他们明白如何利用物质的理化性质，用物理 和化学的方法进行分离和提纯。 1 学科网（北京）股份有限公司 $