基因工程其应用教案

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

导入新授新闻：中国农科院专家郭三堆，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

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。

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。

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，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）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。

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

知识基础

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）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

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。

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）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。

识记运载体的种类和作

用。认识不同种类的运载

体。

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。

复习讲解：

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）

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。

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

本节课学习重点。

检测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

HindⅢ和XhoⅠ的识别序列及切割

位点分别为A↓AGCTT和C↓

TCGAG,下列相关叙述正确的是()

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—AGCT

C.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；

复习本节课内容，进行检

测，查漏补缺。

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。

作业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.D

A、两种限制酶的识别序列均为6

个，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。

回顾本节课知识，查阅资

料，完成作业。

强化学习重点，培养

自主学习能力。

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。