浙科版 选修1 第四部分 实验13 DNA片段的PCR扩增 教案

1164590012052300通过“PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定” 实验 培养学生科学思维和探究能力 一、使用教材及内容分析 浙江科学技术-出卷网-高中《生物学选修1生物技术实践》第四部分实验13《DNA片段的PCR扩增》，适用于高二年级。 2017版《高中生物学课程标准》中，要求学生“阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤”。建议开展“利用聚合酶链式反应（PCR）扩增DNA片段并完成电泳鉴定”的实验活动。 本实验有助于学生理解PCR反应的原理，掌握PCR和琼脂糖凝胶电泳技术，认同现代生物技术的应用价值，培养学生运用数学方法探究生物学问题的能力，提高核心素养，因而是十分重要的内容。 基于北京四中高中部的分子生物学实验室，拥有PCR仪、凝胶电泳成像等先进教学设备；且本校的学生学习能力较强、求知欲高,对现代生物学技术非常感兴趣，会以积极认真的态度参与实验过程。因此，我校开设本实验多年。 二、实验器材 PCR仪、琼脂糖凝胶电泳设备（含梳子、胶盒、水平电泳槽和电泳仪电源）、微量移液器及枪头、微量离心管、培养皿、三角瓶、封口膜、橡皮筋、冰盒、记号笔、三脚架、微波炉或水浴锅（枪头、微量离心管使用前需进行高压蒸汽灭菌）。 材料：食用高活性干酵母（酿酒酵母）。 PCR相关试剂 （以下溶液在-20℃条件下冷冻保存，课前放于冰盒内或冰块上） 市售10×扩增缓冲液(含Mg2+)、市售 10 mmol/L 4种脱氧核苷三磷酸（dNTP）、市售 2 U/μL Taq DNA 聚合酶、10μmol/L引物A溶液：序列为5’-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3’、10μmol/L引物B溶液：序列为5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’、无菌水。 电泳相关试剂 Tris-硼酸（TBE）电泳缓冲液：取20 mL市售50×电泳缓冲液,加蒸馏水980 mL、市售6×上样缓冲液（loading buffer）、市售DNA标准溶液（Marker）。 染色相关试剂 0.1% 亚甲基蓝溶液（称取0.1 g 亚甲基蓝溶于100 mL 蒸馏水中，避免接触皮肤和眼睛,避光保存）、75% 乙醇、藏于4℃冰箱的蒸馏水。或使用0.002% 亚甲基蓝溶液（将2 mL 的0.1% 亚甲基蓝溶液加入10 mL电泳缓冲液中,再加88 mL蒸馏水，避光保存）。 其他资料准备：教师进行预实验，录制示范操作的特写视频并拍摄实验操作和结果的照片，编写并印发实验讲义。 三、实验改进要点 本实验选用的实验材料是市售的λ噬菌体DNA或大肠杆菌，前者较为昂贵，后者需进行培养。该实验流程约为3课时，其中的电泳和染色需安排2节课连堂，教师调课有困难。此外，课本对实验数据的处理没有具体要求，通过实验培养学生科学思维的预期目标也难以实现。 针对以上问题，笔者在近年来的教学实践中逐步对该实验进行了些许探索：以易于取得和培养的酵母菌为实验材料，对其部分rDNA片段进行PCR扩增和凝胶电泳。缩短电泳及染色的时间，提供替换的染色方法，不仅能够节约1课时，还能获得理想的实验效果。进一步运用数学方法分析实验结果中蕴含的信息，实施STEM教学。将原本的验证性实验转化为探究性实验，从而培养学生的科学思维，达到预期教学效益。具体改进如下： 表1 实验改进前后对比表 课本中实验操作 尝试性实验探索 PCR 扩增λ噬菌体DNA片段或大肠杆菌的16S rDNA片段 改进1:PCR扩增酵母细胞的核糖体DNA部分片段 ①以酵母菌为实验材料 ②采用新引物，扩增核糖体DNA部分片段 ③设计PCR反应体系 ④摸索PCR反应条件 凝胶电泳 电泳40 min 改进2:缩短凝胶电泳时间 电泳 25 min 染色 ①用10 mL 0.1%亚甲基蓝液覆盖凝胶表面15~20 min；②加入5 mL 70%乙醇脱色1~2 min；③加入冷水，几分钟后看到条带。 改进3:优化染色方案 方案1：①加入0.1%亚甲基蓝溶液没过凝胶约5 mm，染色8 min；②加入75%乙醇没过凝 ... ...