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1、第第3章章 基因工程3.1 重组DNA技术的基本工具010204050306CONTENTS教学设计思路点击此处添加正文教学目标点击此处添加正文教学重难点点击此处添加正文教学过程点击此处添加正文教学反思点击此处添加正文目目 录教材分析点击此处添加正文本章教材分析说教材说学情说目标说重难点说过程3.1 重组DNA技术的基本工具说教与学 与本节内容对应的课程标准的“内容要求”是：概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的；阐明重组 DNA技术的实现需要利用限制酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。结合教材内容，确定本节的教学目标如下。本节教材分析说教材说学情说目标说
2、重难点说过程说教与学教学目标1.通过资料分析，阐明基因工程的理论基础。2.通过模拟制作活动，阐明限制酶、DNA连接酶和载体的作用。3.通过了解基因工程的发展历程，认同基因工程的诞生和发展离不开多个学科的理论研究和技术创新。重点难点说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学（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。（1）基因工程载体需要具备的条件。（2）DNA的粗提取与鉴定。说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学u1、了解限制酶的作用u开展模拟制作活动模拟限制酶的作用u分析、总结 限制酶的作用特点u2、开展模拟制作活动模拟DNA连接酶的作用u分析、总结 DNA连接
3、酶的作用特点u3、了解载体的作用u分析 载体需要具备的条件u补充介绍 载体的种类教学设计思路分析基因工程的理论基础认识基因工程实现需要的“分子工具”一复习旧知，引入新知创设情境说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学一复习旧知，引入新知创设情境说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学基因工程：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制品。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 重组DNA技术1.1.操作环境：操作环境：2.2.原理：原理：3.3.操作对象：操作对象：4.4.操作水平：操作水平：5.
4、5.结果：结果：体外环境基因分子水平基因重组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制品科技探索之路定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍6.6.意义意义：（1）来源：从微生物（主要是原核生物）体内分离出来（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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，因此具有专一性。（3）作用部位：“切割”的是磷酸二酯键（4）切割结果：切口有两种：黏性末端和平末端1.限制酶一.重组DNA技术的基本工具（大部分限制酶切割结果为黏性末端）EcoREcoR识别的序列识别的序列切点切点切点切点切点切点 练习：流感嗜血杆菌的d
5、菌株(Haemophilus influenzae d)中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:Hind、Hind、Hind粘质沙雷氏杆菌（Serratia marcesens）Sma大肠杆菌（Escherichia coli R）EcoR1.限制酶一.重组DNA技术的基本工具（5 5）种类与命名：）种类与命名：现在已经从约现在已经从约300300种微生物中分离出了约种微生物中分离出了约40004000种限制性内核酸切酶种限制性内核酸切酶(限制酶限制酶)。限制酶存在于原核生物中的作用是什么?原核生物容易受到外源DNA的入侵限制酶的作用:切割外源DNA,使之失效保证自身的安全限制酶为什么不会剪切原
6、核生物本身的DNA?DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，或者DNA分子被修饰（甲基化），使限制酶不能将其切开【思考2】一.重组DNA技术的基本工具1.限制酶 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，形成重组DNA分子。(1)作用:(2)分类种类Ecoli DNA连接酶T4 DNA连接酶来源功能特性相同点大肠杆菌T4噬菌体只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）恢复的都是磷酸二酯键一.重组DNA技术的基本工具2.DNA
7、连接酶 旁栏思考（P72）：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？DNA连接酶 DNA聚合酶催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不需要模板 需要DNA的一条链为模板游离的DNA片段 单个的脱氧核苷酸形成完整的DNA分子 形成DNA的一条链基因工程 DNA复制 相同点 不同点 模板 作用对象 作用结果 用途 一.重组DNA技术的基本工具2.DNA连接酶化学本质都是蛋白质化学本质都是蛋白质都是催化形成磷酸二酯键都是催化形成磷酸二酯键相同点（1）作用:（2）作为运载体需具备的条件:等（3）种类将目的基因转移到受体细胞中去利用运载体在受体细胞内对目的基因进行大量复制能够在宿主细胞中自我复制并稳
8、定保存 有1个至多个限制酶切点，以便与外源基因连接具有标记基因，便于进行筛选对受体细胞无害一.重组DNA技术的基本工具3.基因进入受体细胞的载体种类用途不同点质粒、噬菌体植物病毒动物病毒将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞将外源基因导入植物细胞将外源基因导入动物细胞来源不同，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质粒的特点质粒是基因工程中最常用的运载体质粒是基因工程中最常用的运载体最常用的质粒是大肠杆菌的质粒最常用的质粒是大肠杆菌的质粒细胞染色体外能自主复制的小型环状细胞染色体外能自主复制的小型环状DNADNA分子分子存在于许多细菌及酵母菌等生物中存在于许多细菌及酵母菌
9、等生物中质粒的存在对宿主细胞无影响质粒的存在对宿主细胞无影响质粒的复制只能在宿主细胞内完成质粒的复制只能在宿主细胞内完成质粒的特点：真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的重组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EcoRI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。1.1.剪刀和透明胶条分别代表哪剪刀和透明胶条分别代表哪种种“分子工具分子工具”?”?一.重组DNA技术的基本工具3.基因进入受体细胞的载体
10、剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。DNA的粗提取与鉴定 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NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2 mol/L.的NaCl溶液。在一定温度下，DNA遇二苯胶试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。目的要求 1.了解DNA的物理和化学性质，理解DNA粗提取和鉴定的原理。2.学会DNA粗提取的方法以及用二苯胶试剂对DNA进行鉴定。材料用具 1.材料：新鲜洋葱（
11、也可以选择香焦、菠菜、菜花和猪肝等作为实验材料，提取DNA的方法可能稍有不同）、研磨液、体积分数为95%的酒精、2 mol/L的NaCl溶液、二苯胺试剂和蒸馏水等。研磨液和二苯胺试剂的配制方法参见本书附录2。2.用具：烧杯、量筒、玻璃棒、研钵、纱布、漏斗、试管、试管架、试管夹、酒精灯、石棉网、三脚架、火柴、刀片和天平等。三.探究实践 DNA DNA含量相对较高含量相对较高的生物组织，如的生物组织，如新鲜洋葱新鲜洋葱、香蕉、菠菜、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等。菜花和猪肝等。不能选择不能选择哺乳动物成熟的红细胞哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红，因为哺乳动物成熟的红细胞中细胞中没有细胞核和线粒
12、体没有细胞核和线粒体，几乎，几乎不含不含DNADNA。材料用具1.选材：注意：2.试剂：研磨液研磨液体积分数为体积分数为95%95%的酒精的酒精2mol/L 2mol/L 的的NaClNaCl溶液溶液二苯胺试剂二苯胺试剂蒸馏水蒸馏水含有含有NaClNaCl、EDTAEDTA、SDSSDS、TrisTris和和HClHCl析出析出DNADNA溶解溶解DNADNA鉴定鉴定DNADNA，要现配现用，要现配现用1 1以血液为实验材料时，每以血液为实验材料时，每100 mL100 mL血液中需要加入血液中需要加入3 g3 g柠檬柠檬酸钠，防止血液凝固。酸钠，防止血液凝固。2.2.不能选用哺乳动物成熟的红
13、细胞作为实验材料，原因是哺不能选用哺乳动物成熟的红细胞作为实验材料，原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核。乳动物成熟的红细胞无细胞核。3 3利用动物细胞提取利用动物细胞提取DNADNA破碎细胞的方法：动物细胞无细胞破碎细胞的方法：动物细胞无细胞壁，可直接吸水涨破。壁，可直接吸水涨破。4 4加入研磨液后，必须充分研磨，否则细胞核不会充分破碎，加入研磨液后，必须充分研磨，否则细胞核不会充分破碎，释放出的释放出的DNADNA量就会减少。量就会减少。5.5.加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，以免加剧DNADNA分分子的断裂，导致子的断裂，导致DNADNA
14、分子不能形成絮状沉淀。分子不能形成絮状沉淀。注意事项限制酶限制酶DNA连接酶连接酶载体载体对受体细胞无害；对受体细胞无害；有一个至多个限制酶切割位点；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊的标记基因；有特殊的标记基因；能自我复制或能整合到宿主能自我复制或能整合到宿主DNA上。上。质粒、质粒、噬菌体衍生物噬菌体衍生物、动植物病毒、动植物病毒基基因因工工程程的的基基本本工工具具作为载体作为载体的条件的条件种类种类:磷酸二酯键磷酸二酯键来源：来源：主要来源于原核生物主要来源于原核生物特点：特点：作用部位：作用部位：具有专一性具有专一性结果：结果：形成黏性末端或平末端形成黏性末端或平末端连接部位：磷酸二酯
15、键连接部位：磷酸二酯键 种类：种类：E.coliDNA连接酶、连接酶、T4 DNA连接酶连接酶作用：作用：把两条双链把两条双链DNADNA片段拼接起来片段拼接起来【课堂小结课堂小结】巩固巩固练习练习03说教材说学情说目标说重难点说过程说教与学四巩固练习【典典例例】用限制酶EcoR单独切割某质粒，可产生1个14 kb(1 kb即1 000个碱基对)的长链，而同时用限制酶EcoR、Mbo联合切割该质粒，可得到三种长度的DNA片段，见下图(其中*表示EcoR 切割后的一个黏性末端)。若用Mbo单独切割该质粒，则产生的DNA片段的长度为()A.2.5 kb和5.5 kb B.2.5 kb和6 kbC.
16、5.5 kb和8 kb D.6 kb和8 kbD本节课的主要特点如下。本节课的主要特点如下。1.1.在回顾已学知识的基础上引导学生认识基因工程实现的可能在回顾已学知识的基础上引导学生认识基因工程实现的可能 教师通过引导学生回顾在必修教师通过引导学生回顾在必修2 2模块所学的知识，让他们认识到由于绝大模块所学的知识，让他们认识到由于绝大多数生物的遗传物质都是多数生物的遗传物质都是DNADNA，并且所有生物共用一套遗传密码，因此基因，并且所有生物共用一套遗传密码，因此基因可以在不同的生物之间转移，从而赋予生物新的遗传特性，这是基因工程可以在不同的生物之间转移，从而赋予生物新的遗传特性，这是基因工程
17、重要的理论基础。像这样建立新旧知识之间的联系，既能够促进学生理解重要的理论基础。像这样建立新旧知识之间的联系，既能够促进学生理解新知识，还能够让学生切实体会到科学理论与技术之间的联系，即理论指新知识，还能够让学生切实体会到科学理论与技术之间的联系，即理论指导技术研究，技术研究反过来又会促进理论的建设。导技术研究，技术研究反过来又会促进理论的建设。反思2.2.创造性地安排和改进教材中的活动，帮助学生理解创造性地安排和改进教材中的活动，帮助学生理解“分子工分子工具具”的特征的特征 很多教师在进行本节课的教学时，通常是先讲授完所有的知识内容，很多教师在进行本节课的教学时，通常是先讲授完所有的知识内容
18、，再安排学生开展教材再安排学生开展教材“思考思考讨论讨论”栏目中的模拟制作活动，以帮助他们巩固学习的知识。而在栏目中的模拟制作活动，以帮助他们巩固学习的知识。而在本案例中，教师采用了边开展活动边教授相关知识内容的形式。通过活动，本案例中，教师采用了边开展活动边教授相关知识内容的形式。通过活动，微观、抽象的知识内容变得具体化和形象化，这可以提高学生对三种基本微观、抽象的知识内容变得具体化和形象化，这可以提高学生对三种基本工具的感性认识，从而帮助他们理解这些工具在基因工程操作中所起的重工具的感性认识，从而帮助他们理解这些工具在基因工程操作中所起的重要作用。同时，教师还改进了活动，例如，将教材活动中使用的透明胶条要作用。同时，教师还改进了活动，例如，将教材活动中使用的透明胶条用订书器和订书钉代替，有利于学生更好地理解用订书器和订书钉代替，有利于学生更好地理解DNADNA连接酶连接的是磷酸二连接酶连接的是磷酸二酯键而不是氢键酯键而不是氢键反思