DNA重组技术的基本工具
教学准备
1. 教学目标
知识目标: (1)、简单描述基因工程的概念及目的。
(2)、说出DNA重组技术的三个工具及各工具的特点和用途。
能力目标 : 培养学生自己动手制作模型的能力
情感目标: 认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新
2. 教学重点/难点
教学重点
DNA 重组技术所需要的三种基本工具的作用;
教学难点:
(1)DNA 重组技术所需要的三种基本工具的作用;
(2)基因工程载体需要具备的条件
3. 教学用具
4. 标签
教学过程
(一)、创设情境,引入新课。
在这一环节中我首先提出几个设想
能否让植物也发出萤火虫般美丽的萤光?
能否让猪体内生产出人血蛋白?
能否让细菌产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物?
创造一种令人心神向往的意境。然后指出把这样的奇思妙想变为现实的是20世纪70年代兴起的高新科技——基因工程。那么基因工程这个凝聚着众多科学家心血的技术到底是怎么进行的呢?从今天开始我们就来揭开这一技术的神秘的面纱。
从而引入新课的学习。
(二)、步步设问,探究学习
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在这一环节中,我先介绍了我国科学家培育抗虫棉的材料,然后发给每个学生两个写有碱基序列的纸条,指出:假若一个是含有某种药物蛋白基因的DNA ,另一个是棉花的DNA。要进行基因工程的操作实现体外基因的重组然后导入受体细胞,需要准备一些什么样的工具呢?然后让学生阅读课本找到答案。
实现这一操作过程至少需要三种工具:一是限制酶;二是DNA连接酶;三是运载体。那么这几种工具各有什么样的作用呢?接着开始进入第一部分的教学。
1. “分子手术刀”──限制酶。(板书)
这部分内容的教学中,我通过设置学生关心的问题“限制酶从哪里寻找”,诱导学生联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验,进而认识到细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。进一步提出问题:这类原核生物之所以能长期生存而不绝灭,会有什么保护机制呢?诱导学生产生“可能是有什么酶来切割外源DNA,而使之失效,达到保护自身的目的”。这样就将书中直白的“这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的写法,变成了一个自主探索的思想活动。有效地让思维充满课堂,让学习成为一个发现的过程。
下面是引导探究的过程:
师:关于限制酶人们最关心的可能是这种工具酶到哪里去寻找。我们不妨从以往学过的知识谈起,自然界中有各种生物,它们所处的环境不是真空,一些生物的DNA可能进入另一种生物的细胞中。对于这种可能性,同学们可用什么实例来说明?
生:噬菌体侵染细菌的实验。
师:那么现存的生物为什么没有在长期的进化过程中被外源DNA的入侵而绝灭,仍能保持相对稳定的状态呢?
生:生物体都有各自的保护机制,如动物有免疫系统,植物有具有保护作用的组织、器官。
师:那么作为单细胞的生物来讲,没有那么复杂的结构和系统,它如何来抵抗入侵的外源DNA,保护自身呢?
生:只有让外来的DNA失效,才能保护自身。
师:那么怎样才能让DNA失效?
生:用DNA酶,因为在必修课本中学过。
师:用DNA酶,那么生物自身的DNA不也要失效了吗?
生:可能有一种特殊的酶,能切割外来的DNA,而对自身不切割。
师:根据你们的分析可知,这种酶可能是一种不同于DNA酶的、我们还没有认识的酶。那么我们应该从哪里寻找这种酶呢?
生:到单细胞的生物中去找。
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师:科学家的基本意向也和同学们一样。单细胞生物比多细胞生物更容易受到外源DNA的侵入。在长期的进化过程中,使其必须有处理外源DNA的酶。科学家们经过不懈的努力,终于从原核生物中分离纯化出这种酶,叫做限制酶。迄今已从近300种微生物中分离出4 000种限制酶。这种酶与我们以前知道的DNA酶的作用是不同的。
然后让学生看书,并通过讨论得出限制酶的作用。
它们能够识别双链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。
通过讨论让学生体会限制酶能识别的序列有什么特点。它是如何对DNA进行切割的,切割的位置是哪里,切口有什么特点,并进一步思考与讨论下列问题:
1、要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口?可产生几个黏性末端?
2、如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割,结果会怎样呢?
讨论后接着提出新的问题:切割下来的DNA片断还需要接到运载体上去,还要靠另一种工具DNA连接酶来实现,那么DNA连接酶又是怎么把DNA连接起来的呢?由此引入对DNA连接酶的学习。
2. “分子缝合针”──DNA连接酶。(板书)
这一环节中我先让学生阅读课本,并讨论下面的几个问题,之后提出连接酶与聚合酶有什么区别与联系,引导学生复习以前的知识,使学生认识到DNA连接酶是将双链的DNA片段连接起来,而DNA聚合酶则是将一个个脱氧核苷酸连接起来。从而加强了前后知识的联系,加深了学生对酶的专一性的认识
简单小结上述问题后我进一步提出问题:单纯的DNA片段是很难导入受体细胞的,所以切割下来的目的基因导入受体细胞就需要有一个“分子运输车”帮助。那么这个运输车应该具备什么样的特点呢?
3. “分子运输车”──基因进入受体细胞的载体。(板书)
在这个学习过程中我通过提出以下几问题引导学生探究作为运输工具必须具备的条件。
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?
通过分组讨论使学生认识到
1.导入受体细胞的目的基因不能复制,将在细胞增殖中丢失。
2.载体没有切割位点,外源的目的基因不可能插入。
3.如果载体上有遗传标记基因,这样,在载体进入受体细胞后,就可通过标记基因的表达来检测。
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4.载体对受体有害,将影响受体细胞新陈代谢,进而使转入的目的基因也无立足之地。
最后得出作为运输工具必须具备的条件有以下几个。
1. 能自我复制; 2. 有切割位点;
3. 有遗传标记基因; 4. 对受体细胞无害。
然后展示图片和学生一起认识最常见的运载体----细菌质粒
找出刚才归纳的几个条件的具体体现。
找到“复制原点”──说明质粒能复制并能带着插入的目的基因一起复制。
找到“目的基因的插入位点”──说明质粒有切割位点。
找到“氨苄青霉素抗性基因”──说明有标记基因的存在,将来可用含青霉素的培养基鉴别。
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