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

该高中生物学教学设计聚焦重组DNA技术的三种基本工具（限制酶、DNA连接酶、载体）及DNA粗提取与鉴定，通过转基因番木瓜案例导入工具酶学习，复习旧知衔接载体内容，构建从分子工具到实验操作的知识支架。 资料以情境化导入激发兴趣，用模型模拟（剪刀和透明胶条模拟工具酶作用）、实验视频辅助DNA粗提取，结合科学思维（分析限制酶防御机制）、探究实践（实验试剂作用讨论），帮助学生理解抽象概念，提升科学探究能力，为教师提供清晰教学流程与丰富活动设计。

教学课题 第3章第1节 重组DNA技术的基本工具 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 阐明限制酶、DNA连接酶的功能与作用特点，理解其在基因工程中的作用。 教材分析 本节为基因工程基础，工具酶是分子操作核心，为后续学习铺垫。 学情分析 学生熟悉酶特性，但对DNA分子水平操作抽象，理解难度较大。 教学目标 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）DNA的粗提取与鉴定。 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。 教学方法 图解分析法、讲授法、对比归纳法 教学准备 PPT课件、重组DNA技术所需的三种基本工具示意图、双链DNA的结构示意图、限制酶切割示意图 教学思路 情境导入→限制酶（手术刀）→DNA连接酶（缝合针）→对比总结→巩固练习 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 【知识讲解】 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。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。 【从社会中来】 番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。“工欲善其事，必先利其器”。在培育转基因生物时，首先要在体外对含有所需基因的DNA分子“切割”、改造和“拼接”; 然后将重组DNA分子导入生物体内，并使其表达。DNA双螺旋的直径只有2nm，对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。 了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？ 结合案例思考DNA分子操作难点，激发探究兴趣。 联系实例切入，引出工具酶必要性，激活思维。 新知探究：限制性内切核酸酶—“分子手术刀” 【知识讲解】 1.切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称限制酶，这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。 2.限制酶能够识别双链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。 【资料卡】限制酶名字的由来 限制酶是如何命名的呢？是用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoR I。 例如：从流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)的d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为: Hind Ⅰ、Hind Ⅱ、Hind Ⅲ 3.大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，少数限制酶的识别序列是由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。 4.DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。 【思考.讨论】 1.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。 2.为什么限制酶不切割细菌本身的DNA? 提示：原核生物本身的DNA分子中不存在限制酶的识别序列或识别序列已经被修饰。 过渡：如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？ 缺口怎么办？ 观察图解，标注切割位点，区分两种末端，总结酶特点。 直观理解酶切割方式，突破末端区分难点。 新知探究：DNA连接酶—“分子缝合针” 【知识讲解】 1.概念：能够将两个DNA片段连接起来的酶 2.基因工程常用的DNA连接酶有两种： 旁栏思考：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？ 提示：DNA聚合酶是以DNA的一条链为模板，将单个脱氧核苷酸依次连接到DNA单链末端，形成磷酸二酯键。 DNA连接酶是催化具有互补黏性末端或平末端的两个DNA片段连接起来形成磷酸二酯键，它不需要模板。 两者虽然都是蛋白质，但是它们的组成和性质各不相同。 【思考.讨论】重组DNA分子 请在两张纸上分别写上下面两段DNA序列： 请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcoR I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,并用透明胶条将切口粘连起来。 讨论 1.剪刀和透明胶条分别代表哪种“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：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。 列表对比两中DNA连接酶的异同，模拟 DNA 拼接过程，梳理作用差异。 明确酶功能的差异，避免概念混淆。 巩固新课 小结回顾 梳理： 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 比较两种DNA连接酶差异 板书设计 3.1 重组 DNA 技术的基本工具 1.限制酶（手术刀）：识别特定序列、切磷酸二酯键→黏性末端/平末端 2.DNA 连接酶（缝合针）：连磷酸二酯键→E・coli、T4 3.区别：限制酶（切）、连接酶（连）；≠聚合酶 教学反思 本节课以情境导入激发兴趣，通过图解和模型帮助学生理解抽象内容，整体效果良好。 多数学生能掌握限制酶、连接酶功能，区分黏性末端和平末端。但部分学生对磷酸二酯键理解模糊，易混淆连接酶与聚合酶。课堂节奏合理，模型演示效果好。后续可增加动态示意图，强化化学键讲解，补充对比练习，深化分子水平理解，夯实基础。 教学课题 第3章第1节 重组DNA技术的基本工具 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 说明载体条件和质粒特点；掌握 DNA 粗提取与鉴定原理、步骤。 教材分析 承接工具酶，为基因工程完整流程奠基，强化实验理解与应用。 学情分析 对载体陌生，实验抽象，试剂作用易混淆，理解难度较大。 教学目标 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）DNA的粗提取与鉴定。 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。 教学方法 复习导入、案例分析法、实验演示法、归纳总结 教学准备 PPT课件、质粒结构图、实验视频、试剂表 教学思路 复习导入→基因进入受体细胞的载体—“分子运输车”→DNA的粗提取与鉴定→习题巩固 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 复习导入 复习限制酶、DNA连接酶的功能，提问目的基因如何导入细胞？ 回顾旧知，思考运输方式，衔接新课内容。 衔接旧知，自然过渡到载体学习。 新知探究：基因进入受体细胞的载体—“分子运输车” 【知识讲解】 1.最常用的载体—质粒 质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 2.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）能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。 作用：使外源 DNA片段（基因）在受体细胞中稳定存在并复制 （3）有特殊的标记基因 作用：便于重组DNA分子的筛选 （4）对受体细胞无害 3.其他载体 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。 【限制酶的选择方法】 ①应选择切割切点位于目的基因两端的限制酶，如PstⅠ。 ②不能选择切割切点位于目的基因内部的限制酶，如如SmaⅠ。 ③为避免目的基因和质粒的自身环化和反向连接，可使用两种不同的限制酶分别切割目的基因和质粒（但要保证质粒上也有这两种酶的切点），如如PstⅠ和EcoRⅠ。 分析载体需具备的条件、原因。 理解载体选择依据，掌握质粒的特点。 探究.实践：DNA的粗提取与鉴定 【知识讲解】 一、实验原理 1.提取DNA的原理 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。 DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。 DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。 2.鉴定DNA的原理 在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 二、材料用具 1.选材：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。 2.试剂： ①研磨液—利于释放DNA ②体积分数为95%的酒精—析出DNA ③2mol/L 的NaCl溶液—溶解DNA ④二苯胺试剂—鉴定DNA，要现配现用 ⑤蒸馏水 三、方法步骤 （1）研磨。称取约30 g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10 mL研磨液，充分研磨。 （2）取上清液 （3）DNA的析出 （4）DNA的鉴定 取两支20 mL的试管，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL。将丝状物或沉淀物溶解于其中一支试管的NaCl溶液中，再向两支试管中加入4 mL的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热5 min，待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。 梳理试剂作用，标注关键步骤，讨论选材。 掌握实验原理与操作，理解选材原因。 巩固新课 小结回顾 梳理：载体、实验要点 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 设计载体选择方案 板书设计 3.1 重组DNA技术的基本工具 1.载体（运输车）：复制、标记、多切点、无害 2.DNA粗提取与鉴定：原理、材料用具、方法步骤 教学反思 本节课逻辑连贯，载体部分结合实例易理解；实验演示直观，学生兴趣浓厚。 多数学生能掌握载体条件、质粒特点及实验原理。但部分学生对载体条件深层原因理解不足，试剂作用易混淆。课堂节奏合理，讨论充分。后续可增加载体模型，强化逻辑分析，补充实验易错辨析，进一步提升理解与应用能力。 学科网（北京）股份有限公司 $