高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具教学设计及反思

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具教学设计及反思，共9页。教案主要包含了基因工程及其诞生与发展，DNA重组技术的基本工具，到社会中去等内容，欢迎下载使用。

课题
基因工程
第1节重组DNA技术的基本工具
单元
第三章
学科
生物
年级
高二
学习目标
与
核心素养
阐明重组DNA技术的基本工具及DNA的粗提取与鉴定。
1.文化基础：重组DNA技术所需的三种基本工具及DNA粗提取与鉴定。
2.自主发展：认同基因工程技术及其发展过程。
3.社会参与：利用重基因工程基本原理探究遗传病诊断等社会实践
重点
重组DNA技术所需的三种基本工具及DNA粗提取与鉴定。
难点
基因工程载体需要具备的条件。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
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。
DNA双螺旋的直径只有2 nm，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”。那么,科学家究竟用到了哪些“分子工县”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？
提示：科学家用到了限制酵、DNA连接酵、载体等“分子工具”。限制酶能识别双DNA分子的特定核苷酸序列，并将DNA双链切断，形成具有黏性术端或平术端的片段。DNA连接酵催化醉胺酯键的形成， 即催化一个DNA片段3'端的羟基与另一个DNA片段5'端的磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键。载体上可以插入外源基因，它能携带该基因进人受体细胞，并在受体细胞中进行自我复制，或者整合到受体DNA上，随着受体DNA同步复制。载体一般还带 有标记基因，以便进行重组DNA分子的筛选。
课前查阅资料，欣赏转基因番木瓜与非转基因番木瓜对比图片，了解分析转基因的效果，分析相关原因。
联系生活实例，激发学生的学习兴趣，引入新课。
讲授新课
一、基因工程及其诞生与发展
1．基因工程的概念
(1)操作场所：生物体外。
(2)操作技术：转基因等技术。
(3)操作结果：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。
(4)操作水平：DNA分子水平。
2．基因工程的诞生和发展
(1)基因工程的诞生
①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌转化实验证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。
②1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。
③1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。
④20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现，为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。
⑤1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。
(2)基因工程的发展
①1982年，第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。
②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。
③1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。
④1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。
⑤21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因序列的了解。
⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术编辑了哺乳动物基因组。
二、DNA重组技术的基本工具
1．限制性内切核酸酶
(1)来源：主要来自原核生物。
(2)作用特点：具有专一性，表现在以下两个方面
①能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列。
②能够切割特定序列中的特定位点。
(3)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
(4)识别序列的特点：遵循碱基互补配对原则，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，
已知限制酶EcR Ⅰ和Sma Ⅰ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。
EcR Ⅰ限制酶和Sma Ⅰ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性。
2．DNA连接酶—“分子缝合针”
(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
(2)种类[填表]
种类
比较
E.cli DNA连接酶
T4 DNA连接酶
来源
大肠杆菌
T4噬菌体
特点
只能连接黏性末端
既可以连接黏性末端，又可以连接平末端
（3）限制性内切核酸酶与DNA连接酶的关系
作用
应用
限制性内切核酸酶
使特定部位的磷酸二酯键断裂
用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶
在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键
用于目的基因和载体的连接
思考与讨论：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
提示：DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
比较项目
DNA连接酶
DNA聚合酶
相同点
作用实质相同，都是催化磷酸二酯键的形成
不同点
是否需要模板
不需要
需要
接DNA链
双链
单链
作用过程
在两个DNA片段间形成磷酸二酯键
将单个核苷酸加到已存在的DNA单链片段上，形成磷酸二酯键
作用结果
将已存在的DNA片段连接
合成新的DNA分子
用途
基因工程
DNA复制
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1．种类
(1)常用载体：质粒，它是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
(2)其他载体：噬菌体、动植物病毒等。
2．具备条件
(1)能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。
(2)有切割位点：有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。
(3)具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
(4)无毒害作用：对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。
说明：一般来说，天然载体不能同时满足所有条件，要对其进行人工改造才可以使用。
3.质粒
①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于真核细胞的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质粒适于作基因运载体的特点
Ⅰ.质粒分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。
Ⅱ.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体细胞DNA同步复制。
Ⅲ.人工改造的质粒常带有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。
4．作用
(1)用它作为运输工具，将目的基因送入受体细胞中。
(2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

5．思考与讨论
（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：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-般在100个碱基对以上。
四、到社会中去
随着生物技术的飞速发展，生产和销售“分子工具”的公司大量涌现。感兴趣的话,你可以登录这些公司的网站，查询和了解相关产品的特点、价格和使用说明等。有些这样的公司已成功上市，你还可以通过分析公司的股票价格走势，大致了解公司的经营状况以及投资者目前对该行业的认可程度。
提示：在调查中需要 了解企业的生产技术、产品的种类和产量、销售渠道和销售情况等，这样才有可能对企业的经营状况进行正确的判断。
五．探究与实践
DNA 的粗提取与鉴定
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。例如：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NaC1溶液中溶解度不同，它能溶于2mlL的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇到二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。
2．实验步骤
(1)称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。
(2)漏斗中垫纱布，将研磨液过滤到烧杯中，4 ℃处理，取上清液。
(3)在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。
(4)取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 ml/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂。混匀后，将试管置于沸水中加热5 min。
(5)结果观察：A试管不变蓝，B试管变蓝色。
1.你提出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？
提示：观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的会质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色说明实验基本成功;如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。
2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？
提示：本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。
3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。
提示：本实验可以采取分组的方式进行。 可以选取不同的实验材料;也可以在阅资料了解其他提取DNA的方法，对同种材料采用不同的方法。最后从多方面比较实验结果，如DNA的纯度、DNA的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料、哪种提取方法的效果更好。
进一步探究：本实验只是对DNA进行了粗提取,请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法，并与本实验中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。
提示：本实验只是对DNA进行了粗提取,请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法，并与本实验中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。
练习与总结1．作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是( A )
A．能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因
B．具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达
C．具有某些标记基因，以使目的基因能够与其结合
D．对宿主细胞无伤害，以便于重组DNA的鉴定和选择
提示：作为载体必须能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因，A正确；作为载体必须具有一个或多个限制酶切点，以便于目的基因的插入，而不是表达，B错误；作为载体必须具有标记基因，以便于重组DNA的筛选，C错误；作为载体必须是安全的，对受体细胞无害，以便宿主细胞能进行正常的生命活动，D错误。
【学习活动一】
学生阅读课本P67—69，联系实际，简述基因工程的概念、诞生及发展过程。
【学习活动二】
学生阅读课本P70—71，联系实际，分析DNA重组技术的基本工具。
【学习活动三】
学生阅读课本P72，联系实际，阐述DNA连接酶的作用及特征。
完成表格，分析对比相关知识。
【学习活动四】
学生阅读课本P72—73，联系实际，阐述基因进入受体细胞的载体的种类及其特征。
小组讨论，完成相关探究，解决实验相关问题。
分析社会热点问题。
观看视频，分析DNA的粗提取与鉴定
小组讨论，完成相关探究，解决实验相关问题。
根据所学，完成相关练习
通过阅读，了解基因工程发展史，概括基因工程概念，了解基因工程探究过程，培养学生获取信息的能力，加深学生对概念的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
通过阅读，借助教材中的图片，直观呈现三种工具，加深学生对限制性内切酶的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
通过阅读，借助教材中的图片，直观呈现三种工具，加深学生对DNA连接酶的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
通过完成表格，使学生能够掌握相关知识，帮助学生对知识点的理解，提高学生推理和对比能力。
通过阅读，借助教材中的图片，直观呈现三种工具，加深学生对载体的认识，激发学生的科学研究的兴趣。
提出问题，解决问题，此环节可以让学生思考真正发生，让更多的学生参与到课堂中，把握重难点。
让学生将所学知识应用于生产生活实践。
通过视频，了解DNA粗提取与鉴定的实验原理及其实验步骤，提高学生实验操作能力。
提出问题，解决问题，此环节可以让学生思考真正发生，让更多的学生参与到课堂中，把握重难点。
顾旧知，巩固和应用所学知识。
课堂小结
板书
重组DNA技术的基本工具
1.限制性内切酶
来源、作用
2.DNA连接酶
作用、种类
3.基因进入受体细胞的载体
质粒、噬菌体、动植物病毒