基因工程及其應(yīng)用教案

1、課例研究教案（精品教案）基因工程及其應(yīng)用授 課 人： 日 期： 高中生物分子與細(xì)胞第6章 第2節(jié)基因工程的工具學(xué)習(xí)者水平分析：本節(jié)課授課對象是高二年級學(xué)生。通過上一節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了基因工程的概念，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)奠定了知識的基礎(chǔ)，但是基因工程的工具是基于分子水平上的，知識內(nèi)容抽象，學(xué)生難以直接進(jìn)行實(shí)踐操作和直觀看到操作結(jié)果，加之該部分是本節(jié)的重難點(diǎn)，學(xué)生理解和學(xué)習(xí)起來較為困難。教學(xué)內(nèi)容分析：基因操作的工具是本節(jié)內(nèi)容的重難點(diǎn)，也是在基因工程概念的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上進(jìn)行的，對接下來基因工程的步驟的學(xué)習(xí)起關(guān)鍵的作用，基因操作的工具包括基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶；基因的針線DNA連接酶；基因的運(yùn)載體

2、。基因操作的工具細(xì)微抽象，較難理解與應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)：1.知識目標(biāo)：1）闡明限制酶和連接酶的作用特點(diǎn)。2）說出常用的運(yùn)載體及其特點(diǎn)。2.能力目標(biāo)：運(yùn)用基因工程的基本工具，培養(yǎng)分析、推理、歸納、總結(jié)等思維能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：1）參與基因工程相關(guān)熱點(diǎn)問題的討論。2）養(yǎng)成創(chuàng)新思維，培養(yǎng)科學(xué)思考問題的能力。教學(xué)重點(diǎn)：1.闡明限制酶和連接酶的作用特點(diǎn)。2.說出常用的運(yùn)載體及其特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：闡明限制酶和連接酶的作用特點(diǎn)。教學(xué)方法：講授法，談話法，討論法，演示法。教學(xué)媒體：幻燈片，教具，教學(xué)動(dòng)畫演示。教學(xué)過程：教學(xué)環(huán)節(jié)教師行為學(xué)生行為設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新授復(fù)習(xí)檢測作業(yè)新聞：中國農(nóng)科院專家郭三堆，因成功

3、研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三系雜交轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，而當(dāng)選為CCTV 2013年度科技創(chuàng)新人物。想一想：將抗蟲基因移植到棉花的細(xì)胞中，使棉花具有抗蟲害的作用，這項(xiàng)工作是在DNA分子水平上進(jìn)行的操作。假如你作為一名研究者來完成這一項(xiàng)工作，那么你會(huì)采取什么工具呢？帶著這些問題，我們開始本節(jié)課的學(xué)習(xí)，第六章第2節(jié)第二課時(shí)基因工程的工具。（板書）通過預(yù)習(xí)，基因工程有三大基因的工具，基因的剪刀，基因的針線，運(yùn)載體。接下來我們逐一進(jìn)行學(xué)習(xí)首先我們要把抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌中提取出來，抗蟲基因是蘇云金芽孢桿菌中的一段基因，要獲取抗蟲基因是不是相當(dāng)于用一把剪刀把它從一大段基因中截取下來呢？但是細(xì)胞是很小的，一般直徑

4、只100nm到150nm，用剪刀剪,顯然是不現(xiàn)實(shí)的，那我們怎么辦呢？這就要用到基因工程的第一個(gè)工具：基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶。（板書：基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶）講解：來源：原核生物作用特點(diǎn)：識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。結(jié)果：形成兩種末端（黏性末端和平末端）。以大腸桿菌的EcoR1限制酶為例，結(jié)合PPT動(dòng)畫演示進(jìn)行講解：EcoR1限制酶其能識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開，剪切的結(jié)果是產(chǎn)生黏性末端。黏性末端：被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，它們之間正好互補(bǔ)配對，這樣的切口叫做黏性

5、末端。平末端：當(dāng)限制酶從識別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口(剪輯相同，次序相反)，是平整的，這樣的切口叫平末端。（展示平末端的切割圖片）試一試：假如這是一段蘇云金芽孢桿菌的DNA片段，我們怎樣提取出來我們想要的抗蟲基因呢？PPT顯示一段DNA序列，全班同學(xué)4人為一組，分發(fā)寫好某段DNA序列的硬卡紙，剪刀。根據(jù)所講內(nèi)容，以大腸桿菌的EcoR1限制酶為例，小組討論剪切得到一段目的基因（講解目的基因的概念），并回答問題：1.要想獲得某個(gè)特定性狀的基因，需要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？2.被同一種限制酶切斷的兩個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？不同的限制酶呢？（PPT動(dòng)畫

6、展示并講解小練習(xí)）我們通過剛才的練習(xí)知道，兩種來源不同的DNA用同種限制酶切割后，得到相同的黏性末端，并且末端可以相互黏合，也就是能夠進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對，如圖所示，問：我們得到的這段重組DNA序列完整嗎？缺口就由第二個(gè)工具DNA連接酶來發(fā)揮作用。（板書：基因的針線DNA連接酶）DNA連接酶通過在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵來縫補(bǔ)。以剛才的小練習(xí)，學(xué)生做出的黏性末端為教具，展示4個(gè)黏性末端堿基互補(bǔ)配對，并且用膠帶模擬DNA連接酶的的操作過程。思考題：在DNA分子復(fù)制中我們學(xué)過一種酶，它也能形成磷酸二酯鍵，問：這是什么酶？問：那在連接黏性末端時(shí)，我們?yōu)槭裁从肈NA連接酶而不用DNA聚合酶，二者的

7、區(qū)別是什么？ （結(jié)合表格進(jìn)行講解）我們提出來的抗蟲棉基因是很難直接導(dǎo)入棉花細(xì)胞的，這時(shí)候我們就需要分子運(yùn)輸車基因的運(yùn)載體的幫助。（板書：基因的運(yùn)載體）講解：種類：常見的運(yùn)載體有質(zhì)粒，噬菌體，動(dòng)植物病毒等。作用：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。提出問題：運(yùn)載體的必要條件是什么？列出四個(gè)問題供大家思考，小組查閱相關(guān)知識并討論解決問題。1.假如目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將怎樣?2.作為載體沒有切割位點(diǎn)將怎樣?3.目的基因是否進(jìn)入受體細(xì)胞,你如何去察覺?4.如果載體對受體細(xì)胞有害將怎樣?（PPT展示問題）總結(jié)運(yùn)載體必須具備的條件：1.能自我復(fù)制2.有切割位點(diǎn)3.有遺傳標(biāo)記基因4.對受體細(xì)胞無害。這樣我們運(yùn)

8、用基因工程的工具就能完成將抗蟲棉基因?qū)朊藁?xì)胞中了。復(fù)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容：1.基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶2.基因的“針線”DNA連接酶（DNA連接酶與DNA聚合酶的異同）3.基因的運(yùn)載體（條件）。1.以下關(guān)于基因工程的操作工具的說法正確的是（）A. 所有的限制性核酸內(nèi)切酶只能識別同一種特定的核苷酸序列B. 質(zhì)粒是基因工程中唯一的載體C. 載體必須具備的條件之一是：具有一個(gè)或多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接D. DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵2.(2016南通一模)限制性內(nèi)切酶Hind和Xho的識別序列及切割位點(diǎn)分別為AAGCTT和CTCGAG,下列相關(guān)敘述正確的是()A.兩

9、種限制酶的識別序列在DNA分子中出現(xiàn)的概率不同B.兩種限制酶切割形成的黏性末端都是AGCTC.分別用這兩種酶切割目的基因和質(zhì)粒后能形成重組質(zhì)粒D.實(shí)驗(yàn)中可通過控制反應(yīng)時(shí)間、酶的濃度等控制酶切效果答案：1.C A、一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，但不同的限制酶識別的序列不同，A錯(cuò)誤；B、質(zhì)粒是基因工程中常用的載體，基因工程的載體還可以是動(dòng)植物病毒、噬菌體的衍生物等，B錯(cuò)誤；C、載體必須具備的條件之一是：具有一個(gè)或多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接，C正確；D、DNA連接酶使黏性末端的脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，D錯(cuò)誤2.DA、兩種限制酶的識別序列均為6個(gè)，所以在DNA中出現(xiàn)的

10、概率相同，A錯(cuò)誤；B、兩種限制酶切割形成的粘性末端分別為-AGCT和-TCGA，B錯(cuò)誤；C、兩種限制酶切割形成的粘性末端不同，無法形成重組質(zhì)粒，C錯(cuò)誤；D、實(shí)驗(yàn)中可通過控制反應(yīng)時(shí)間、酶濃度等控制切割效果，D正確。結(jié)合教材內(nèi)容，查閱基因培育抗蟲棉的簡要過程，預(yù)習(xí)基因工程的操作步驟。結(jié)合實(shí)例，回顧相關(guān)知識，思考問題。思考要完成轉(zhuǎn)基因抗蟲棉要用到的工具。思考基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)。認(rèn)真聽講，做筆記。記下EcoR1限制酶的作用位點(diǎn)，識記黏性末端的概念。小組合作，找到特定切點(diǎn)，在G和A之間切開，得到黏性末端，學(xué)生派代表上臺展示操作過程，并討論回答問題： 1.要想獲得某個(gè)特定性狀的基因，需要

11、用限制酶切4個(gè)切口，可產(chǎn)生4個(gè)黏性末端。2.被同一種限制酶切斷的兩個(gè)DNA具有相同的黏性末端，不同的限制酶得到的黏性末端不同。結(jié)合剛學(xué)過的知識，思考并回答問題：這段重組DNA序列不完整，在G和A之間存在缺口。閱讀課本，找到DNA連接酶的作用識記DNA連接酶的作用。結(jié)合講解，找到能夠堿基互補(bǔ)配對的黏性末端，識記DNA連接酶的操作過程。答：DNA聚合酶思考DNA連接酶與DNA聚合酶的異同，并回答： DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,不需要模板。DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過磷酸二酯鍵連接到正在合成的DNA鏈中，形成一條與模板鏈互補(bǔ)的DNA鏈。識記運(yùn)載體的種類和

12、作用。認(rèn)識不同種類的運(yùn)載體。根據(jù)問題的提示，討論運(yùn)載體具備的必需條件： 1.能夠在宿主細(xì)胞中自主復(fù)制。2.具有多個(gè)限制酶切位點(diǎn)，以便與外源基因連接。3.具有遺傳標(biāo)記基因便于篩選。4.對受體細(xì)胞無害?？偨Y(jié)運(yùn)載體必須具備的條件。了解運(yùn)載體運(yùn)輸過程。復(fù)習(xí)本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，總結(jié)并思考。復(fù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容，進(jìn)行檢測，查漏補(bǔ)缺。回顧本節(jié)課知識，查閱資料，完成作業(yè)。結(jié)合新聞，聯(lián)系舊知識，引發(fā)對本節(jié)課內(nèi)容的思考，激起學(xué)生好奇心。啟發(fā)學(xué)生思考。引出基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶的學(xué)習(xí)。講解基礎(chǔ)知識，為接下來的學(xué)習(xí)奠定知識基礎(chǔ)。講明EcoR1限制酶和黏性末端的概念，幫助學(xué)生理解。為接下來的實(shí)際操作奠定知識基礎(chǔ)亮點(diǎn)一：創(chuàng)設(shè)

13、模擬實(shí)驗(yàn)，加深內(nèi)容學(xué)習(xí)。通過講解和相關(guān)的PPT演示，學(xué)習(xí)基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶，靈活運(yùn)用知識，培養(yǎng)動(dòng)手操作能力。結(jié)合問題，拓展知識面。引出基因的針線DNA連接酶，引發(fā)思考。引出DNA連接酶的作用。幫助學(xué)生直觀學(xué)習(xí)DNA連接酶的作用特點(diǎn)。亮點(diǎn)二：聯(lián)系舊知識，新舊知識進(jìn)行對比?；仡櫯f知識，將舊知識與新知識緊密連接，比較二者不同，達(dá)到對知識的梳理與總結(jié)。培養(yǎng)學(xué)生將新舊知識聯(lián)系起來的能力。為接下來的討論，奠定知識基礎(chǔ)。亮點(diǎn)三：設(shè)置針對性問題，組織討論。培養(yǎng)小組合作與總結(jié)能力，培養(yǎng)表達(dá)與交流能力。引導(dǎo)總結(jié)運(yùn)載體必須具備的條件，培養(yǎng)歸納與總結(jié)能力。幫助學(xué)生鞏固和整理對所學(xué)知識，強(qiáng)化本節(jié)課學(xué)習(xí)重點(diǎn)。通過

14、檢測題，使學(xué)生了解重點(diǎn)和出題形式，幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺，活學(xué)活用。強(qiáng)化學(xué)習(xí)重點(diǎn)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。板書設(shè)計(jì)6.2.2基因工程的工具1）來源2）作用特點(diǎn)3）結(jié)果1. 基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶1）作用特點(diǎn)2）與DNA聚合酶的區(qū)別2. 基因的“針線”DNA連接酶1）種類2）作用3）運(yùn)載體必需具備的條件3.基因的運(yùn)載體組內(nèi)點(diǎn)評與建議1. 在教態(tài)方面，語言流暢，吐字清晰，音調(diào)稍微有些起伏，但是不夠熱情，不能引發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和學(xué)習(xí)熱情，在以后教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)注意用言語來引起同學(xué)們的注意，增加課堂趣味性。2. 課程內(nèi)容設(shè)置合理，但是對于一些重點(diǎn)問題比如：運(yùn)載體的必要條件，不能面對全體學(xué)生，應(yīng)多提問幾個(gè)學(xué)生。3. 個(gè)別PPT的演示不能很好配合講解內(nèi)容，比如在講解小練習(xí)時(shí)候，教案預(yù)設(shè)應(yīng)當(dāng)邊小組操作邊思考問題，最后共同討論問題，在微格實(shí)訓(xùn)中，由于急著趕時(shí)間，忘記了提醒學(xué)生，只能在學(xué)生展示結(jié)果后啟發(fā)學(xué)生，共同思考討論問題。4. 運(yùn)用小組討論法，學(xué)生展示法豐富學(xué)生課堂活動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生思考，使課堂具有一定生動(dòng)性。組外點(diǎn)評與建議備注：主要運(yùn)用情景式教學(xué)，結(jié)合討論法，基于研制出轉(zhuǎn)基因抗蟲棉需要的工具來展開教學(xué)。亮點(diǎn)一：創(chuàng)設(shè)模擬實(shí)驗(yàn)，加深內(nèi)容學(xué)習(xí)。1.在基因的剪刀限制性核