美国中学生物实验设计.docVIP

摘要： 中学生物学教材中“生物技术”部分内容的教学，学生的探究活动比较缺乏。通过查阅美国中学生物学教材，介绍探究限制性内切酶的作用机理、探究凝胶电泳的作用机理、解读DNA 图谱和模拟基因工程等4个有关基因工程内容的探究活动，并加以简要评析。 关键词：基因工程 探究 活动 生物工程是指把现代生命科学必威体育精装版的研究进展与现代化的技术手段有机结合的高科技领域，主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、胚胎工程等。由于这些工程对技术的要求非常高，所用的仪器也很复杂，所以给中学教学中的活动开发带来了相当大的困难。现着重介绍美国中学生物学教材中的几个相关的探究活动，以供国内教师参考。 例1 探究限制性内切酶的作用机理 ｌ）活动器材：彩色绘图纸，笔，剪刀，透明胶带。 ２）活动步骤： ①以随意的顺序写出1条含50对碱基的双链DNA 分子序列，用字母Ａ、Ｃ、Ｇ 和Ｔ分别表示4种碱基。要求下图中所示的3组碱基顺序至少在序列中各出现一次。 ②用3种不同颜色的纸带（如绿、红 、白 ）将该DNA 序列复制成3份。 ③观察下图，弄清限制性内切酶ＥｃｏＲＩ是怎样切断你的DNA 双链的。仿照ＥｃｏＲＩ的作用机理，将绿色纸带剪断。 ④按照步骤3所述，仿照限制性内切酶ＢａｍＩ的作用机理切断白色纸带。仿照限制性内切酶ＨａｅⅢ的作用机理切断红色纸带。 ⑤模仿DNA 的再结合过程。用胶带将你的DNA片段与另一位同学的DNA 片段粘合起来，两段DNA片段的单链末端必须互补。这样就成了一条新的、长长的DNA 分子。 ３）分析和结论 ①观察：哪一种限制性内切酶产生的可连接的片段最多？哪一种最少？ ②使用模型：你连接在一起的两条片段是由同一种限制性内切酶切断的吗？在连接前必须要保证它们是由同一种限制性内切酶切断的吗？解释你的答案。 ③推断：为什么在切成可连接的DNA 片段时，限制性内切酶ＥｃｏＲＩ和ＢａｍＩ比ＨａｅⅢ更好？ 评析 在生物工程中，限制性内切酶的作用非常重要，本活动正是为此设计的简单易行的探究活动，以3种限制性内切酶为例，让学生通过亲自动手动脑，合作制作一条新的 DNA 双链，从而理解限制性内切酶的作用机理。 本活动取材和活动步骤都很简单，但是在简单的活动中体现的是探究与合作的教学理念。本活动让学生通过模拟的方式探究限制性内切酶的作用和 DNA的重组，具体而生动。在活动分析中，提出了3个思考题，并让学生进一步推断出“不同的限制性内切酶在基因工程中的作用不同”的结论。另外，该活动还非常强调合作的理念，这可以从活动中的最后一步看出来，如果学生没有和班上的同学合作的话，他就只能通过重新连接得到原来的 DNA 链，而不能得到重组的 DNA 双链（重组基因），也就达不到生物工程中要得到的重组基因的目的了。 例 ２ 探究凝胶电泳的机理 ｌ）提示：你可以使用珠子来模拟不同大小的DNA片段在电泳时是怎样在凝胶中分离的。 ２） 活动材料：500 ｍＬ 的烧杯，大广口瓶，3套珠子（每套珠子质地相同，大小和颜色都不同）。 ３）活动步骤 ①最大的珠子都装在大广口瓶中，代表凝胶。 ②把两种较小的珠子混合后放在烧杯中，然后慢慢地倒在“凝胶”上。这两种珠子就代表不同大小的DNA 片段。预测哪种珠子移动得最快。 ③观察珠子在“凝胶”中的移动。如果珠子不容易移动的话就轻轻地摇动广口瓶。 ４）分析 ①判断哪一种珠子在“凝胶”中移动最快。 ②思考珠子的大小和 DNA 片段的大小之间的关系。 ③确定广口瓶的上端和底部哪个能代表凝胶的带正电荷的边缘。 ④得出结论：为什么在第1点中你确定的珠子在凝胶中移动最快？ 评析 利用凝胶电泳的方式将不同大小的DNA片段分离，是得到目的基因的常用方法， 也是基因工程中重要的一点。 本活动设计简单而巧妙，利用简单的珠子和广口瓶就将凝胶电泳的过程模拟得相当逼真。本活动还充分体现了探究性，在活动前先让学生预测哪种珠子会在凝胶中移动最快，然后让学生通过活动来验证自己的想法，最后反思自己的结论，这就是一个完整的探究的过程。 例 ３ 解读 DNA 图谱 ｌ） DNA 指纹实验中得到的薄膜上的 7列条带。本活动是为了确定4个嫌疑人是否参与了犯罪。 ２） 分析：①确定哪个嫌疑人的 DNA 符合犯罪现场找到的血液？ ②推断：为什么在案件中受害人的 DNA 也要放在活动中？ ③讨论：为什么在图谱的第1列有分子质量标记？ ④得出结论：犯罪现场的血液最可能属于哪一个嫌疑人？ 评析 不同大小的DNA 片段经过凝胶电泳后分离，并反映在DNA 图谱上。学会解读DNA 图谱也是基因工程中必备的、重要的技能。