1、基因工程及其应用教案课例研究教案（精品教案）基因工程及其应用授 课 人： 日 期： 高中生物分子与细胞第6章 第2节基因工程的工具学习者水平分析：本节课授课对象是高二年级学生。通过上一节课的学习，学生已经学习了基因工程的概念，为本节课的学习奠定了知识的基础，但是基因工程的工具是基于分子水平上的，知识内容抽象，学生难以直接进行实践操作和直观看到操作结果，加之该部分是本节的重难点，学生理解和学习起来较为困难。教学内容分析：基因操作的工具是本节内容的重难点，也是在基因工程概念的学习基础之上进行的，对接下来基因工程的步骤的学习起关键的作用，基因操作的工具包括基因的剪刀限制性核酸内切酶；基因的针线DNA
2、连接酶；基因的运载体。基因操作的工具细微抽象，较难理解与应用。教学目标：1.知识目标：1）阐明限制酶和连接酶的作用特点。2）说出常用的运载体及其特点。2.能力目标：运用基因工程的基本工具，培养分析、推理、归纳、总结等思维能力。3.情感态度与价值观目标：1）参与基因工程相关热点问题的讨论。2）养成创新思维，培养科学思考问题的能力。教学重点：1.阐明限制酶和连接酶的作用特点。2.说出常用的运载体及其特点。教学难点：阐明限制酶和连接酶的作用特点。教学方法：讲授法，谈话法，讨论法，演示法。教学媒体：幻灯片，教具，教学动画演示。教学过程：教学环节教师行为学生行为设计意图导入新授复习检测作业新闻：中国农科
3、院专家郭三堆，因成功研制具有自主知识产权的三系杂交转基因抗虫棉，而当选为CCTV 2013年度科技创新人物。想一想：将抗虫基因移植到棉花的细胞中，使棉花具有抗虫害的作用，这项工作是在DNA分子水平上进行的操作。假如你作为一名研究者来完成这一项工作，那么你会采取什么工具呢？带着这些问题，我们开始本节课的学习，第六章第2节第二课时基因工程的工具。（板书）通过预习，基因工程有三大基因的工具，基因的剪刀，基因的针线，运载体。接下来我们逐一进行学习首先我们要把抗虫基因从苏云金芽孢杆菌中提取出来，抗虫基因是苏云金芽孢杆菌中的一段基因，要获取抗虫基因是不是相当于用一把剪刀把它从一大段基因中截取下来呢？但是细
4、胞是很小的，一般直径只100nm到150nm，用剪刀剪,显然是不现实的，那我们怎么办呢？这就要用到基因工程的第一个工具：基因的剪刀限制性核酸内切酶。（板书：基因的剪刀限制性核酸内切酶）讲解：来源：原核生物作用特点：识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且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。结果：形成两种末端（黏性末端和平末端）。以大肠杆菌的EcoR1限制酶为例，结合PPT动画演示进行讲解：EcoR1限制酶其能识别GAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开，剪切的结果是产生黏性末端。黏性末端：被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对
5、，这样的切口叫做黏性末端。平末端：当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口(剪辑相同，次序相反)，是平整的，这样的切口叫平末端。（展示平末端的切割图片）试一试：假如这是一段苏云金芽孢杆菌的DNA片段，我们怎样提取出来我们想要的抗虫基因呢？PPT显示一段DNA序列，全班同学4人为一组，分发写好某段DNA序列的硬卡纸，剪刀。根据所讲内容，以大肠杆菌的EcoR1限制酶为例，小组讨论剪切得到一段目的基因（讲解目的基因的概念），并回答问题：1.要想获得某个特定性状的基因，需要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？2.被同一种限制酶切断的两个DNA是否具有相同的黏性末端？不同的限
6、制酶呢？（PPT动画展示并讲解小练习）我们通过刚才的练习知道，两种来源不同的DNA用同种限制酶切割后，得到相同的黏性末端，并且末端可以相互黏合，也就是能够进行碱基互补配对，如图所示，问：我们得到的这段重组DNA序列完整吗？缺口就由第二个工具DNA连接酶来发挥作用。（板书：基因的针线DNA连接酶）DNA连接酶通过在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键来缝补。以刚才的小练习，学生做出的黏性末端为教具，展示4个黏性末端碱基互补配对，并且用胶带模拟DNA连接酶的的操作过程。思考题：在DNA分子复制中我们学过一种酶，它也能形成磷酸二酯键，问：这是什么酶？问：那在连接黏性末端时，我们为什么用DNA连接酶而不用
7、DNA聚合酶，二者的区别是什么？ （结合表格进行讲解）我们提出来的抗虫棉基因是很难直接导入棉花细胞的，这时候我们就需要分子运输车基因的运载体的帮助。（板书：基因的运载体）讲解：种类：常见的运载体有质粒，噬菌体，动植物病毒等。作用：将目的基因导入受体细胞。提出问题：运载体的必要条件是什么？列出四个问题供大家思考，小组查阅相关知识并讨论解决问题。1.假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样?2.作为载体没有切割位点将怎样?3.目的基因是否进入受体细胞,你如何去察觉?4.如果载体对受体细胞有害将怎样?（PPT展示问题）总结运载体必须具备的条件：1.能自我复制2.有切割位点3.有遗传标记基因4.对受体
8、细胞无害。这样我们运用基因工程的工具就能完成将抗虫棉基因导入棉花细胞中了。复习重点内容：1.基因的“剪刀”限制性核酸内切酶2.基因的“针线”DNA连接酶（DNA连接酶与DNA聚合酶的异同）3.基因的运载体（条件）。1.以下关于基因工程的操作工具的说法正确的是（）A. 所有的限制性核酸内切酶只能识别同一种特定的核苷酸序列B. 质粒是基因工程中唯一的载体C. 载体必须具备的条件之一是：具有一个或多个限制性核酸内切酶切点，以便与外源基因连接D. DNA连接酶使黏性末端的碱基之间形成氢键2.(2016南通一模)限制性内切酶Hind和Xho的识别序列及切割位点分别为AAGCTT和CTCGAG,下列相关叙
9、述正确的是()A.两种限制酶的识别序列在DNA分子中出现的概率不同B.两种限制酶切割形成的黏性末端都是AGCTC.分别用这两种酶切割目的基因和质粒后能形成重组质粒D.实验中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果答案：1.C A、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，但不同的限制酶识别的序列不同，A错误；B、质粒是基因工程中常用的载体，基因工程的载体还可以是动植物病毒、噬菌体的衍生物等，B错误；C、载体必须具备的条件之一是：具有一个或多个限制性核酸内切酶切点，以便与外源基因连接，C正确；D、DNA连接酶使黏性末端的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，D错误2.DA、两种限制酶的识别序列均为6个，
10、所以在DNA中出现的概率相同，A错误；B、两种限制酶切割形成的粘性末端分别为-AGCT和-TCGA，B错误；C、两种限制酶切割形成的粘性末端不同，无法形成重组质粒，C错误；D、实验中可通过控制反应时间、酶浓度等控制切割效果，D正确。结合教材内容，查阅基因培育抗虫棉的简要过程，预习基因工程的操作步骤。结合实例，回顾相关知识，思考问题。思考要完成转基因抗虫棉要用到的工具。思考基因的剪刀限制性核酸内切酶的作用特点。认真听讲，做笔记。记下EcoR1限制酶的作用位点，识记黏性末端的概念。小组合作，找到特定切点，在G和A之间切开，得到黏性末端，学生派代表上台展示操作过程，并讨论回答问题： 1.要想获得某个
11、特定性状的基因，需要用限制酶切4个切口，可产生4个黏性末端。2.被同一种限制酶切断的两个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。结合刚学过的知识，思考并回答问题：这段重组DNA序列不完整，在G和A之间存在缺口。阅读课本，找到DNA连接酶的作用识记DNA连接酶的作用。结合讲解，找到能够碱基互补配对的黏性末端，识记DNA连接酶的操作过程。答：DNA聚合酶思考DNA连接酶与DNA聚合酶的异同，并回答： DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,不需要模板。DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接到正在合成的DNA链中，形成一条与模板链互补的DNA链
12、。识记运载体的种类和作用。认识不同种类的运载体。根据问题的提示，讨论运载体具备的必需条件： 1.能够在宿主细胞中自主复制。2.具有多个限制酶切位点，以便与外源基因连接。3.具有遗传标记基因便于筛选。4.对受体细胞无害。总结运载体必须具备的条件。了解运载体运输过程。复习本节课的重点内容，总结并思考。复习本节课内容，进行检测，查漏补缺。回顾本节课知识，查阅资料，完成作业。结合新闻，联系旧知识，引发对本节课内容的思考，激起学生好奇心。启发学生思考。引出基因的剪刀限制性核酸内切酶的学习。讲解基础知识，为接下来的学习奠定知识基础。讲明EcoR1限制酶和黏性末端的概念，帮助学生理解。为接下来的实际操作奠定
13、知识基础亮点一：创设模拟实验，加深内容学习。通过讲解和相关的PPT演示，学习基因的剪刀限制性核酸内切酶，灵活运用知识，培养动手操作能力。结合问题，拓展知识面。引出基因的针线DNA连接酶，引发思考。引出DNA连接酶的作用。帮助学生直观学习DNA连接酶的作用特点。亮点二：联系旧知识，新旧知识进行对比。回顾旧知识，将旧知识与新知识紧密连接，比较二者不同，达到对知识的梳理与总结。培养学生将新旧知识联系起来的能力。为接下来的讨论，奠定知识基础。亮点三：设置针对性问题，组织讨论。培养小组合作与总结能力，培养表达与交流能力。引导总结运载体必须具备的条件，培养归纳与总结能力。帮助学生巩固和整理对所学知识，强化
14、本节课学习重点。通过检测题，使学生了解重点和出题形式，帮助学生查漏补缺，活学活用。强化学习重点，培养自主学习能力。板书设计6.2.2基因工程的工具1）来源2）作用特点3）结果1. 基因的“剪刀”限制性核酸内切酶1）作用特点2）与DNA聚合酶的区别2. 基因的“针线”DNA连接酶1）种类2）作用3）运载体必需具备的条件3.基因的运载体组内点评与建议1. 在教态方面，语言流畅，吐字清晰，音调稍微有些起伏，但是不够热情，不能引发学生们的学习兴趣，不能调动学生积极性和学习热情，在以后教学中，应当注意用言语来引起同学们的注意，增加课堂趣味性。2. 课程内容设置合理，但是对于一些重点问题比如：运载体的必要
15、条件，不能面对全体学生，应多提问几个学生。3. 个别PPT的演示不能很好配合讲解内容，比如在讲解小练习时候，教案预设应当边小组操作边思考问题，最后共同讨论问题，在微格实训中，由于急着赶时间，忘记了提醒学生，只能在学生展示结果后启发学生，共同思考讨论问题。4. 运用小组讨论法，学生展示法丰富学生课堂活动，启发学生思考，使课堂具有一定生动性。组外点评与建议备注：主要运用情景式教学，结合讨论法，基于研制出转基因抗虫棉需要的工具来展开教学。亮点一：创设模拟实验，加深内容学习。1.在基因的剪刀限制性核酸内切酶的学习中，讲解基础知识后进行一个小练习，小组讨论并回答两个递进的问题，帮助学生运用知识和深入思考。2.在基因的针线DNA连接酶的学习中，讲解基础知识，让学生针对刚才小练习的结果，展示DNA连接酶的作用位点和过程。亮点二：联系旧知识，新旧知识进行对比。1.在基因的针线DNA连接酶的学习后，将DNA聚合酶与DNA连接酶进行对比学习，帮助学生避免知识混淆。亮点三：设置针对性问题，组织讨论。1. 在运载体的学习中，设置四个讨论问题，学生小组讨论得出运载体的条件。
