选好情境例题 提升思维能力­­——以“基因工程专题复习课”为例

选好情境例题 提升思维能力­­——以“基因工程专题复习课”为例

李琦

浙江省宁波市镇海区龙赛中学   3115201

【文章摘要】在基因工程的教学中，采用具体情境和经典例题结合的教学模式，帮助学生更深层次地理解各操作步骤，突破重难点，在解决情境问题过程中，帮助学生提升思维能力。

【关键词】情境例题  思维能力  基因工程

《普通高中生物学课程标准》在“命题原则”中强调：试题素材应贴近学生生活实际，以真实问题情境组织命题，应注重考查学生综合运用知识和技能解决问题的能力；创设真实情境、合理设问,尽量做到新颖、真实、科学、恰当，有一定的信息量和适当的复杂度,能够成为学生运用学科知识分析和解决问题的载体。从上述强调中可知：新教育背景下，生物学高考复习理当顺应高考改革,将情境教学带入课堂。

“基因工程”是高中生物《选修３·现代生物科技专题》的内容，这节内容专业性强、内容抽象、知识点多，是高中生物学教学中的重难点，也是现代生物技术的核心，易通过情境与其他知识联系起来，有利于学生串联碎片化的知识，形成整体的生命观念。针对学生学习过程中出现的问题，笔者精心选择合适的例题，以“蓝色菊花”的培育作为情境，让真实问题进入课堂，成为学生科学思维能力提升的平台，在掌握知识的同时将学科知识、原理等用于解决现实生活中的问题。

1、获取目的基因

获取目的基因（蓝色基因）后，对目的基因进行PCR时，引物往往需要带有限制酶切位点，但是教材对相关知识基本没有提及，导致学生在学习知识时一知半解，故设计例题1。

例1：为了便于扩增的DNA片段与载体连接，需在引物的端加上限制酶识别序列，且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶识别序列，主要目的是。

分析:为什么限制酶切位点要加在引物的5'端呢? 很多学生难以理解，可以结合右图，因为DNA聚合酶只能使脱氧核苷酸链从5'端向3'端延伸，所以引物中与模板链并不互补的酶切位点只能在引物的5'端，经过PCR后得到含有完整酶切位点的双链。

2、构建重组DNA分子

目的基因不能稳定地独立遗传，要选择适合的载体将其导入受体细胞，构建重组DNA分子是基因工程的核心。天然的载体很难满足理想载体的特征，现在基因工程多用人工改造后的载体，故设计例题2。

例2：土壤农杆菌是一种植物病原菌，它通过根部伤口侵入植物体，刺激在被侵入部位形成根瘤，引发根癌。右图是天然土壤农杆菌Ti质粒结构示意图，请回答：

（1）土壤农杆菌侵染根细胞后，质粒上的________转移并整合到根细胞基因组中。

（2）根据Ti质粒上的基因分析被侵染的根细胞增殖形成根瘤，原理是。冠瘿碱合成基因的表达可以在植物根瘤细胞内催化冠瘿碱的合成，冠瘿碱的作用是。

（3）基因工程中所用的农杆菌质粒需要改造，为不破坏转基因植物的激素平衡，同时又能运载更大的目的基因，改造时应删除_______________基因。删除基因，使农杆菌不会在转基因植物内大量繁殖。

（4）改造后的Ti质粒在T-DNA中必须有等元件。

分析:要求学生观察辨清质粒上基因的作用，去除细胞分裂素基因和生长素基因，才能保证T-DNA进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长。删除冠瘿碱合成基因，才能保证农杆菌不会在植物内大量繁殖。为了使目的基因在表达载体中得到表达，除了需要有多种限制酶的识别序列外，还需要有利于目的基因表达的启动子和终止子，检测目的基因是否导入受体细胞的标记基因等。

在构建重组DNA分子时，对限制酶的选择是重中之重。为了让学生体验要选择合适的限制酶来切割含目的基因的外源DNA和质粒，故设计活动。

活动：右图是经过改造的质粒和带有蓝色基因的DNA分子。三种限制酶的酶切位点分别是：EcoRⅠ（G↓AATTC）、BglⅡ（A↓GATCT）、HindⅢ（A↓AGCTT）。请选择合适的限制酶模拟构建重组质粒的过程。

分析:让学生探究构建基因表达载体时，使用一种限制酶（EcoRⅠ）切割外源DNA和质粒，与使用两种限制酶（EcoRⅠ和HindⅢ）切割分别可以获得哪些连接产物，并将结果进行对比，理解选择两种限制酶的优点。

3、将重组DNA导入受体细胞

农杆菌转化法是植物基因工程中最常用的方法，农杆菌转化法的基本过程包括农杆菌对受体细胞的识别和附着、诱导Vir基因的表达、T-DNA加工后在相关蛋白引导下进入植物细胞、T-DNA整合在受体细胞的基因组中等。浙江省历年选考试题中也经常出现农杆菌的影子，因此设计如下的问题情境串解决学生容易产生的一些困惑。

例3：取处理过的农杆菌与重组质粒在离心管内进行混合等操作，使重组质粒进入农杆菌，完成转化实验。在离心管中加入液体培养基，置于摇床慢速培养一段时间，其目的是，从而表达四环素抗性基因，并大量增殖。

分析：将农杆菌放于低温、低浓度的CaCl2溶液中，使其细胞膜通透性改变，成为感受态细胞，有利于外源DNA进入。用CaCl2处理农杆菌，会改变其某些生理状态。所以当重组质粒进入农杆菌完成转化后，还需要在液体培养基慢速振荡培养一段时间，使其恢复正常的生理活性和表达四环素抗性基因用于后期筛选。

例4:利用农杆菌侵染菊花带伤口的叶片，叶片产生酚类化合物，诱导农杆菌质粒上vir系列基因表达形成和限制性核酸内切酶等，进而从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段（T-DNA），T-DNA进入叶片细胞并。

分析：受伤的植物会分泌酚类物质，这些物质具有趋化作用。农杆菌趋化反应识别植物受体细胞，使农杆菌吸附于植物伤口表面。同时这些酚类物质能诱导Ti质粒上控制T-DNA转移的Vir基因活化并表达。Vir产物能诱导Ti质粒复制产生一条新的T-DNA单链分子，此单链分子从Ti质粒上切割下来后在vir表达产物的帮助下，进入植物细胞，以单拷贝或多拷贝的形式随机整合至植物染色体DNA上。

例5：通过农杆菌转化法培育转基因植物，将菊花的外植体和农杆菌共同培养后，须将外植体转移到添加有抗生素的培养基中进行多次继代培养，添加的抗生素______（填“是”或“不是”）农杆菌中对应抗性基因的抗生素，其目的是__________。

分析：当外植体和农杆菌完成共培养后，为了避免影响转基因植物的再生，需及时去除吸附的农杆菌，但所用的抗生素不能是农杆菌中抗性基因所对应的抗生素。

例6：结合植物克隆技术进行转基因实验，为获得转基因植株，农杆菌侵染的植物细胞一

般要选用具有优良性状、较高的遗传稳定性、_______________及易被农杆菌侵染等特点。

分析：在蓝色菊花培育的过程中，需要与植物克隆技术结合起来，得到完整的转基因植株，其原理为植物细胞的全能性，故农杆菌侵染的菊花细胞除了题干中的特点外，还要具有全能性表达充分的特点。

4、检测目的基因及其表达产物

目的基因转入受体细胞后，还需要进行检测与鉴定，分为分子水平上的检测(用标记基因检测目的基因是否导入细胞，用PCR或DNA分子杂交法检测目的基因是否插入基因组，用DNA-ＲNA杂交法检测目的基因是否转录，用抗原-抗体杂交法检测目的基因是否翻译)和个体水平上的功能鉴定。

例7：在用农杆菌侵染的方法进行植物转基因过程中，通常要使用抗生素，其目的一是抑制________生长，二是筛选转化细胞。当选择培养基中抗生素浓度________时，通常会出

现较多假阳性植株，因此在转基因前需要对受体进行抗生素的________检测。

分析：在用标记基因检测目的基因是否导入受体细胞时，受体细胞对所用抗生素的敏感性不同，可能会产生不同的结果，如培养基中抗生素的浓度过低时，而受体细胞对抗生素的敏感性较强，有可能出现没有导入目的基因，受体细胞却能在培养基中正常生长的现象，也就是所谓的假阳性。

通过这些情境例题，学生会直观地理解考查的知识点，学生审题、分析的能力有所提升，让学生感受到生物学不是一门靠“背”的学科，而是需要“知步骤、懂原理、会应用”的科学课程。