3.2基因工程的基本操作程序教学设计-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

课题

第3章 第2节 基因工程的基本操作程序（4-5个课时）

时间

教学目标

1.阐明基因工程的原理和基本操作程序。（生命观念、科学思维）

2.针对人类生产或生活中的某一需求，选取适当的基因工程的技术和方法，尝试设计获得某一转基因产品的方案。（科学思维、科学探究）

3.尝试进行PCR的基本操作并用电泳鉴定PCR的产物。（科学思维、科学探究）

教学重难点

1.教学重点

(1)基因工程基本操作程序的四个步骤。

(2)DNA片段的扩增及电泳鉴定。

2.教学难点

(1)利用PCR获取和扩增目的基因。

(2)DNA片段的扩增及电泳鉴定。

教学内容及流程

学习任务

教学过程

备注

新课导入

【教师讲述】基因工程的基本操作程序：

①目的基因的获取

②基因表达载体的构建（核心步骤）

③将目的基因导入受体细胞

④目的基因的检测与鉴定

【教师讲述】

PCR和电

【教师讲述】一、PCR的原理

让学生基于DNA复制的相关知识类比推

泳

思考：结合体内 DNA 复制过程，思考 PCR 的进行需要哪些条件？

·体内 DNA 复制要点回顾：

①模板：DNA 的两条链

②原料：游离的脱氧核苷酸（A、T、G、C）

③能量：ATP

④酶：DNA 解旋酶、DNA 聚合酶等

复制原则：碱基互补配对原则（保证复制的准确进行）

·体外 PCR 的条件：

①DNA 模板（需含有目的基因）

②分别与模板 DNA 相结合的 2 种引物

③四种脱氧核苷酸（或四种 dNTP：dATP、dTTP、dGTP、dCTP）

④耐高温的 DNA 聚合酶 (Taq 酶）

⑤稳定的缓冲溶液（一般添加 Mg2+）

⑥能严格控制温度的温控设备

【教师讲述】PCR 的全称是聚合酶链式反应，是一项在生物体外复制特定 DNA 片段的核酸合成技术。

DNA 聚合酶不能将单个的核苷酸链连接成链，因此子链合成需要引物（最初的已有链）。

DNA 聚合酶只能将单个核苷酸加到已有链的 3′- 端，即子链的延伸方向是 5 ′→3 ′。

·什么是引物？

引物是一小段能与 DNA 母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。用于 PCR 的引物通常为 20~30 个核苷酸。在细胞中为一段单链 RNA，在 PCR 中为

出PCR反应所需的条件，既可以培养他们的科学思维，又能够深化他们对PCR原理的理解。

一段人工合成的单链 DNA。

在 DNA 复制时，DNA 聚合酶不能直接从模板链的一端直接开始合成子链，必须由引物提供 3’端之后才能开始连接脱氧核苷酸。

【教师讲述】PCR 反应的过程

第一步：变性

当温度上升到90℃以上时，氢键断裂，双链 DNA 解聚为两条单链 DNA。

思考：变性的温度为何是 90℃以上的一个温度范围，而不是 95℃？因为变性的温度与氢键的数量有关。当氢键数量越多时，所需温度就越高；反之，当氢键数量越少时，所需温度也就越低。

第二步：复性

当温度下降到 50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链 DNA 结合。

思考：复性的过程一定是引物与 DNA 模板链结合吗？复性时引物与 DNA 模板的结合是随机的，也存在解开的两条 DNA 单链的结合，但两条模板链重新结合的概率较低。

原因：

① 模板链一般比较长，比引物复杂得多，重新结合的概率较低。

② 加入引物的量足够多，而模板链数量少，引物与模板之间的碰撞结合机会，远远高于模板互补链之间的碰撞机会。

第三步：延伸

当温度上升到72℃左右时，溶液中的 4 种脱氧核苷酸在耐高温的DNA 聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的 DNA 链。

通过用多媒体课件分步讲解和微课总体简介相结合的方法，让学生理解用PCR技术扩增目的基因的过程和结果。