2021-2022年高中生物專題5DNA與蛋白質(zhì)技術(shù)課題2多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段（三）教案新人教版選修1

課題2多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增DNA片段一、課題目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)理解PCR的原理和反應(yīng)過程。2.能力目標(biāo)嘗試PCR技術(shù)的基本操作3.情感目標(biāo)通過討論P(yáng)CR技術(shù)的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)技術(shù)在生活中的實(shí)際運(yùn)用。二、課題重點(diǎn)PCR的原理和基本操作。三、課題難點(diǎn)PCR的原理。四教學(xué)流程教學(xué)流程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖環(huán)節(jié)一：課程導(dǎo)入展示課題背景，導(dǎo)入課題目標(biāo)。課題背景在刑事偵破案件中常需要對(duì)樣品DNA進(jìn)行分析，PCR技術(shù)能快速擴(kuò)增DNA片段，在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)復(fù)制出上百萬份的DNA拷貝，有效地解決了因?yàn)闃悠分蠨NA含量太低而難以對(duì)樣品進(jìn)行分析研究的問題?，F(xiàn)在PCR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于遺傳病的診斷、刑偵破案、古生物學(xué)、基因克隆和基因測序。課題目標(biāo)1.理解PCR的原理和反應(yīng)過程；2.嘗試PCR技術(shù)的基本操作；3.討論P(yáng)CR技術(shù)的應(yīng)用。閱讀、傾聽。情景導(dǎo)入本節(jié)目標(biāo)。環(huán)節(jié)二：講授新課一、基礎(chǔ)知識(shí)(一）PCR原理1.胞內(nèi)DNA復(fù)制的基本體系引導(dǎo)學(xué)生回憶DNA復(fù)制相關(guān)知識(shí)，完成以下表格。2.DNA雙鏈方向與復(fù)制關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生觀察教材圖56DNA復(fù)制方向的示意圖，講解DNA的3′端和5′端，DNA聚合酶的特性以及DNA復(fù)制方向。（1）DNA的羥基“－OH”末端稱為3’端，而磷酸基團(tuán)的末端稱為5’端。（2）DNA聚合酶只能從3′端延伸DNA鏈，故DNA復(fù)制需要引物。（3）DNA合成總是從子鏈的5′端向3′端伸。3.PCR原理聯(lián)系DNA復(fù)制相關(guān)知識(shí)，講解PCR原理，并且與細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制比較。（1）DNA的熱變性原理通過控制溫度來控制雙鏈的解聚與結(jié)合。①變性：80－100°C的溫度范圍內(nèi)，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)解體，雙鏈分開②復(fù)性：溫度緩慢降低后，兩條彼此分離的DNA鏈重新結(jié)合成雙鏈（2）耐高溫的TaqDNA聚合酶（3）緩沖液為PCR反應(yīng)提供的物質(zhì)DNA模板，分別與兩條模板鏈相結(jié)合的兩種引物，四種脫氧核苷酸，耐熱的DNA聚合酶，同時(shí)通過控制溫度使DNA復(fù)制在體外反復(fù)進(jìn)行。【方法點(diǎn)撥】細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和PCR不同點(diǎn)①PCR過程需要的引物不是RNA，而是人工合成的DNA單鏈，其長度通常為20－30個(gè)脫氧核苷酸②PCR過程中DNA的解旋不依靠解旋酶，而是通過對(duì)反應(yīng)溫度的控制來實(shí)現(xiàn)的（二）PCR的反應(yīng)過程引導(dǎo)學(xué)生觀察教材圖59PCR過程圖解，理解PCR過程，加以點(diǎn)撥，共同歸納總結(jié)。PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán)，每次循環(huán)分為變性、復(fù)性和延伸三步。(1)變性溫度上升到90℃以上時(shí)，雙鏈DNA解旋為單鏈。(2)復(fù)性溫度下降到50℃左右，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合。(3)延伸溫度上升到72℃左右，溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、C、G)在DNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈?！痉椒c(diǎn)撥】(1)72℃左右時(shí)，TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA新鏈由5′端向3′端延伸。(2)DNA聚合酶只能特異性地復(fù)制處于兩個(gè)引物之間的DNA序列，使該段固定長度的序列呈“指數(shù)式”擴(kuò)增?！镜湫屠}】標(biāo)準(zhǔn)的PCR過程一般分為變性、復(fù)性、延伸三大步，這三大步需要的溫度依次是()A．92℃、50℃、72℃B．72℃、50℃、92℃C．50℃、92℃、72℃D．80℃、50℃、72℃【答案】A【方法點(diǎn)撥】1.變性：溫度上升到90℃(90～96℃)以上時(shí)，雙鏈DNA解旋為單鏈2.復(fù)性：溫度下降到50℃(40～60℃)左右時(shí)，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合3.延伸：溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、C、G)在TaqDNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈二、實(shí)驗(yàn)操作（一）設(shè)備及用具結(jié)合實(shí)際圖解講解實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備及用具的相關(guān)用途。1.PCR儀一臺(tái)能夠自動(dòng)調(diào)控溫度的儀器2.微量離心管一種薄壁塑料管，總?cè)莘e為0.5ml3.微量移液器用于定量轉(zhuǎn)移PCR配方中的液體，其上的一次性吸液槍頭用一次更換一次（二）實(shí)驗(yàn)操作步驟講解實(shí)驗(yàn)操作步驟以及注意事項(xiàng)。1.準(zhǔn)備按照PCR反應(yīng)體系的配方將所需用的試劑擺放在實(shí)驗(yàn)桌上。2.移液用微量移液器按照PCR反應(yīng)體系配方往微量離心管里面加入各種試劑。3.混合①過程：蓋嚴(yán)微量離心管口的蓋子，用手指輕輕彈擊管壁。②注意:A.離心管口的蓋子一定蓋嚴(yán)，防止實(shí)驗(yàn)中脫落或液體外溢。B.手指輕輕彈擊微量離心管的管壁，目的是使反應(yīng)液混合均勻。4.離心①過程：將微量離心管放在離心機(jī)上,離心約10s。②目的：使反應(yīng)液體集中在離心管底部，提高反應(yīng)效果。5.反應(yīng)將離心管放入PCR儀上，設(shè)置好PCR儀的循環(huán)程序。循環(huán)數(shù)變性復(fù)性延伸第一次94°C，10min－－30次９4℃，30s55℃，30s72℃，1min最后一次９4℃，1min55℃，30s72℃，1min【注意事項(xiàng)】避免外源DNA等因素的污染①隔離操作區(qū)，所用微量離心管、槍頭、緩沖液以及蒸餾水等在使用必須進(jìn)行高壓滅菌；②分裝試劑，簡化操作程序，使用一次性槍頭?！镜湫屠}】在PCR實(shí)驗(yàn)操作中，下列說法不正確的是()A．在微量離心管中添加各種試劑時(shí)，只需一個(gè)槍頭B．離心管的蓋子一定要蓋嚴(yán)，防止液體外溢C．用手輕彈離心管壁的目的是使反應(yīng)液充分混合D．離心的目的是使反應(yīng)液集中在離心管部，提高反應(yīng)效果【答案】A【方法點(diǎn)撥】1.在微量離心管中添加各種試劑時(shí)，每吸取一種試劑后，移液器上的槍頭必須更換，以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；2.離心管的蓋子一定要蓋嚴(yán)，防止實(shí)驗(yàn)中脫落或液體外溢；3.離心10s的目的是使反應(yīng)液集中在離心管部，提高反應(yīng)效果。三、課題成果評(píng)價(jià)（一）理論上DNA擴(kuò)增數(shù)目的計(jì)算引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)DNA復(fù)制相關(guān)知識(shí)推導(dǎo)計(jì)算公式。1.一條DNA，復(fù)制n次，DNA為2n2.a條DNA，復(fù)制n次，DNA為a×2n（二）實(shí)驗(yàn)中DNA含量的測定講解實(shí)驗(yàn)中DNA含量測定的原理和過程。1.原理可以通過計(jì)算DNA含量來評(píng)價(jià)擴(kuò)增的效果，DNA在260nm的紫外線波段有一強(qiáng)烈的吸收峰，峰值的大小與DNA的含量有關(guān)。2.過程①稀釋2uLPCR反應(yīng)液，加入98uL蒸餾水，即將樣品進(jìn)行50倍稀釋。②對(duì)照調(diào)零以蒸餾水作為空白對(duì)照，在波長260nm處，將紫外分光光度計(jì)的讀數(shù)調(diào)節(jié)至零。③計(jì)算取DNA稀釋液100uL至比色杯中，測定260nm處的光吸收值。④計(jì)算DNA含量（g）＝50x(260nm的讀數(shù)）x稀釋倍數(shù)四、課題延伸講解：PCR技術(shù)是80年代中期發(fā)展起來的體外核酸擴(kuò)增技術(shù)。它具有特異、敏感、產(chǎn)率高、快速、簡便、重復(fù)性好、易自動(dòng)化等突出特點(diǎn)。例如：PCR產(chǎn)物每輪循環(huán)增加一倍，30輪循環(huán)擴(kuò)增量達(dá)230個(gè)拷貝（109拷貝）。回憶、回答。觀察、思考、回答。傾聽、思考、回答，觀察、思考、回答。演練、回答。傾聽、思考、回答。演練、回答。推導(dǎo)公式。理解PCR的原理和反應(yīng)過程。嘗試PCR技術(shù)的基本操作。理解DNA含量測定的原理和過程。環(huán)節(jié)三：課堂小結(jié)共同回顧本節(jié)要點(diǎn)：一、PCR原理1.變性：溫度上升到90℃(90～96℃)以上時(shí)，雙鏈DNA解旋為單鏈2.復(fù)性：溫度下降到50℃(40～60℃)左右時(shí)，兩種引物通過堿基互補(bǔ)配對(duì)與兩條單鏈DNA結(jié)合3.延伸：溶液中的四種脫氧核苷酸(A、T、C、G)在TaqDNA聚合酶的作用下，根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成新的DNA鏈二、PCR操作1.準(zhǔn)備2.移液3.混合4.離心5.反應(yīng)呼應(yīng)、回答。突出本節(jié)重點(diǎn)。環(huán)節(jié)四：課堂練習(xí)PCR過程與細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制過程相比，主要有兩點(diǎn)不同，它們是（）①PCR過程需要的引物是人工合成的單鏈DNA或RNA②PCR過程不需要DNA聚合酶③PCR過程中DNA的解旋不依靠解