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

《重组DNA技术的基本工具》教学设计 姓名 张莲 年级 高二 学科 生物学 教材版本 人教版 教材分析 本节课主要介绍了重组DNA技术所需的三种基本工具—限制性内切核酸酶、DNA连接酶和基因载体，以及它们在基因工程中的作用。此外，还探讨了基因工程的应用，特别是如何通过基因工程技术培育出具有特定性状的作物，如转基因小鼠。 教学目标 课标要求：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。根据课标要求，结合教材内容，确定本节的教学目标。 1. 通过资料分析，阐明基因工程的理论基础； 2. 通过模拟制作活动，阐明限制酶、DNA连接酶和载体的作用； 3. 在学习基因工程的过程中，感受科学技术在解决实际问题中的巨大价值，激发对生物科学技术探索的兴趣。 教学重难点 1. 重组DNA技术三种基本工具（限制酶、DNA连接酶、载体）的特点与作用； 2. 基因工程载体需具备条件的理解。 学科素养分析 通过分析限制酶、DNA连接酶及载体的结构与功能，理解“工具设计服务于生物学目的”；限制酶识别特定序列并切割，体现了酶与底物的特异性结合（结构决定功能）；质粒载体需具备复制原点、标记基因等功能性结构，以确保其在宿主细胞中稳定存在和筛选。 认识重组DNA技术工具在基因工程操作中的协同作用（如限制酶切割、连接酶缝合、载体运输的流程化操作），体现生物技术系统的整体性。 学情分析 从知识储备来看，学生在之前的学习中已经掌握了DNA的结构、功能以及遗传信息的传递等相关知识，这为学习重组DNA技术的基本工具提供了一定的知识基础。然而，重组DNA技术涉及到微观层面的分子操作，概念较为抽象，学生可能对这些工具如何在分子水平上实现基因的切割、连接和运输难以理解。同时，学生在理解这些工具的作用机制以及它们之间的相互关系时，也可能会遇到困难。 教学过程 学习任务 教师活动 学生活动 设计意图 基因工程的概念 从保护环境的角度提出“发光树”这样的愿望来讲述基因工程的概念。 理解基因工程的概念。 从环境保护角度引入新课，从而讲述基因工程的概念，让学生感受到理论研究的价值。 基因工程的理论基础和需要用到的“分子工具” 【提供资料】 以必修二第三章第四节学习的转基因小鼠为例。水母能发出绿色荧光，小鼠不能，因此，科学家把绿色荧光蛋白基因导入小鼠体内，得到了能发出荧光的小鼠。 【视频讲解】 通过AI合成科学家们在研究绿色荧光蛋白基因的历程来讲解。 【提问】 为什么不同生物的DNA分子能拼接起来，并在另一种生物细胞内表达呢？ 【活动一】 实验设计：如何得到绿色荧光小鼠？通过实验设计讲解基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计和施工的。请你推测得到转基因小鼠需要用到哪些“分子工具” 【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”。 联系学过的知识，思考、讨论：能，因为绝大多数生物的遗传物质是DNA，并且所有生物共用一套遗传密码。 讨论、回答:初步认识三种工具的作用。 从基因工程的理论基础进一步的理解基因工程的概念。 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。 限制性内切核酸酶 “分子手术刀” 【自主学习】 让学生阅读教材“限制性内切核酸酶分子手术刀’”部分的内容。完成学习任务单。 限制性内切核酸酶（简称：限制酶） 来源 种类 作用 作用结果 【提问】 1.限制酶的作用特点有哪些? 2.两种限制酶切割 DNA 片段后产生的末端有什么不同? 【讲述】 1.磷酸二酯键的狭义切割部位。 2.产生不同末端的原因。 3.回文序列 【活动二】 切割绿色荧光蛋白基因 阅读教材，完成自主学习。 开展活动，找到正确的 切割位点，完成剪切。 将微观 的作用通过 模拟活动的 形式呈现， 可以让学生 更加清晰地 认识限制酶 的作用特 点。 DNA连接酶“分子缝合针” 【提问】 连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键用DNA连接酶还是DNA聚合酶？ 【自主学习】 让学生阅读教材相关内容，完成学习任务单。 DNA连接酶 类型 来源 作用 区别 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 阅读教材，完成自主学习。 通过对比讲解DNA连接酶的种类和作用特点，让学生明确不同DNA连接酶的适用范围，加深对DNA连接酶作用机制的理解 基因进入受体细胞的载体 “分子运输车” 【提问】 1.载体要与外源基因连接，需要具备什么条件? 2.要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件? 3.我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件? 【活动三】 动手构建绿色荧光蛋白基因表达载体 思考、回答问题，总结载 体需要具备的条件 通 过问题引领，学生自主分析载体需要具备的条件，可以 培养他们分析 推 理、 归纳的能力。 课堂反馈 【练一练】 (1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种(　　) (2)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列(　　) (3)DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来(　　) (4)限制酶和解旋酶的作用部位相同(　　) (5)载体(如质粒)和细胞膜上的载体蛋白的成分相同(　　) (6)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体(　　) (7)DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是（ ） A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键 B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键 C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键 D.只能连接双链DNA片段互补的黏性末端，不能连接双链DNA片段的平末端 (8)在重组DNA技术中,将外源基因送入受体细胞的载体可以是（ ） A.大肠杆菌的质粒 B.切割DNA分子的酶 C.DNA片段的黏性末端 D.用来识别特定基因的DNA探针 思考、回答相关问题 通过习题来反馈本节课的学习 体会工具发现的意义i 【布置任务】 请学生思考如何利用本节所学的三种“分子工具”得到“会发光的树”。思考为什么现在得到了可以发光的动物，却还没有得到能发光的植物。 课后完成相关任务 随着科技的发展，学科知识之间的不断融合，我们不再是进化的被动观察者，而成为了它的建筑师。 板书设计 第一节 重组DNA技术的基本工具 一、基因工程 1.概念：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，又叫作重组DNA技术 2.操作原理：基因重组 3.操作水平：DNA分子水平 4.结果：按照人们的需要定向改造生物的遗传特性 二、限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 1.来源：主要来自原核生物，也可来自酵母菌等真核生物 2.作用：识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开（先识别再切） 3.结果：形成粘性末端和平末端 ①当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端 ②当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端 4.特点：①每一种限制酶都有各自特异性的识别序列 ②不同酶可能会产生相同的黏性末端 二、DNA连接酶——“分子缝合针” 1.种类 种类 来源 特点 E·coli DNA连接酶 大肠杆菌 (1)都可连接具有互补黏性末端的DNA片段 (2) E.coliDNA连接酶连接平末端的效率要远远低于T4DNA连接酶 T4 DNA连接酶 T4 噬菌体 三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 1.作用：将外源基因送入细胞(受体细胞) 2.载体的种类：①质粒（常用） ②噬菌体 ③动植物病毒 3.作为载体需具备的条件：①有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA(基因)插入；②能够在受体细胞中自我复制或整合到受体DNA上；③具有特殊的标记基因（抗生素的抗性基因、荧光蛋白基因），便于重组DNA的筛选；④对受体细胞无害。 学科网（北京）股份有限公司 $