改進模型構(gòu)建 實現(xiàn)教材二次開發(fā)

石燕

人教版高中生物教材選修3現(xiàn)代生物科技專題中“重組DNA分子的模擬操作”，比較具體直觀，有助于學(xué)生理解其原理和過程。但是筆者認(rèn)為該模擬操作還不夠明晰和深入，有待于改進。鑒于此，筆者在高三基因工程的基本操作程序的復(fù)習(xí)教學(xué)中，對第二步核心步驟即基因表達(dá)載體的構(gòu)建進行了改進，實現(xiàn)了對教材的二次開發(fā)，重新設(shè)計和構(gòu)建了基因表達(dá)載體，在課堂教學(xué)中收到了意想不到的效果。

1 模型構(gòu)建的活動背景

“重組DNA分子的模擬操作”是安排在第一節(jié)“DNA重組技術(shù)的基本工具”之后。在第一節(jié)的教學(xué)中，教師要求學(xué)生進行簡單的剪切和拼接，而第二節(jié)基因工程的基本操作程序中的第二步基因表達(dá)載體的構(gòu)建的教學(xué)，則對剪和拼提出了更高的要求。學(xué)生憑空想象不能深刻理解和領(lǐng)會，教師在高三復(fù)習(xí)教學(xué)中巧妙地改進了基因表達(dá)載體（即重組質(zhì)粒）的模型構(gòu)建，實現(xiàn)了對教材的二次開發(fā)。這樣，通過改進模型構(gòu)建，一方面能將復(fù)雜問題簡單化，抽象問題形象化，靜止事物動態(tài)化，加深學(xué)生對知識的理解和掌握；另一方面學(xué)生通過自己動手構(gòu)建模型，修改模型，完善模型，不僅培養(yǎng)了自學(xué)能力，也極大地激發(fā)了創(chuàng)新意識和創(chuàng)新潛能。此外，教師在復(fù)習(xí)教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)一些新的情景，增加一些新的活動，有助于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，提高課堂效率。

2 模型構(gòu)建的活動設(shè)置

2.1 活動目的

模擬基因表達(dá)載體（即重組質(zhì)粒）的構(gòu)建過程，使學(xué)生領(lǐng)會其原理及重要性。

2.2 活動器材

白色A4紙1張，粉色A4紙1張，剪刀（代表限制酶）2把，訂書機（代表DNA連接酶）1個。

2.3 活動步驟

（1） 剪切質(zhì)粒：

把1張白色A4紙縱向剪成4條長條，同桌的2位學(xué)生每人2條。每人將2條各自圍成環(huán)狀，代表質(zhì)粒，形成2個白色質(zhì)粒；用筆在白色質(zhì)粒的不同位置寫上啟動子、標(biāo)記基因、終止子、目的基因；用剪刀在寫有目的基因的位置剪開，成一條狀，表示質(zhì)粒的長度，兩則露出兩個黏性末端。

（2） 剪切目的基因：

將粉色A4紙和白色A4紙一樣剪成4條，同桌的2位學(xué)生每人2條，每一條代表含目的基因的外源DNA，在每一條中央寫上目的基因。學(xué)生用同一把剪刀在目的基因兩側(cè)剪切，將目的基因剪下，兩側(cè)露出兩個與質(zhì)粒相同的黏性末端。

（3） 構(gòu)建基因表達(dá)載體（即重組質(zhì)粒）：

用訂書機將剪開的質(zhì)粒（白色）和剪下的目的基因（粉色）訂在一起，形成重組質(zhì)粒。

（4） 剪接不同的末端：

用另一把剪刀把之前剪好的質(zhì)粒和目的基因的一側(cè)剪切成平末端，這樣在質(zhì)粒和目的基因的兩側(cè)露出了不同的末端，再將兩者用訂書機相連。

2.4 教師引導(dǎo)學(xué)生分析下列問題

（1） 剪刀剪開質(zhì)粒和剪取目的基因分別剪了幾刀，即限制酶切割了幾次？剪刀剪開的是什么鍵？剪切時要注意什么？

（2） 訂書機即DNA連接酶連的是什么鍵？可能有哪些連接結(jié)果？

（3） 目的基因和質(zhì)粒的連接，有正向和反向，結(jié)果一樣嗎？

（4） 活動步驟中“剪接不同的末端”的操作有什么意義？對你此有何啟示？

（5） 用同一種限制酶和不同的限制酶切割分別有什么優(yōu)缺點？

2.5 評析

通過模型構(gòu)建，能將復(fù)雜的、抽象的知識變得具體、直觀，既培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，也加深了學(xué)生對知識的理解，同時能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。通過分析問題（1），學(xué)生就能領(lǐng)會，限制酶不能切割質(zhì)粒上的啟動子和終止子等，也不能切割目的基因本身，因此對于剪刀即限制酶要進行選擇，同時讓學(xué)生進一步明晰限制酶具有特異性。

第（1）和第（2）步驟，由于使用的是同一種限制酶，露出了相同的黏性末端，所以目的基因和目的基因可以相互連接，剪開的質(zhì)粒和質(zhì)?？梢韵嗷ミB接。當(dāng)然目的基因和質(zhì)粒也能相互連接形成重組質(zhì)粒，而所需要的是重組質(zhì)粒。而在基因操作中將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，要檢測導(dǎo)入的是普通質(zhì)粒還是重組質(zhì)粒，所以在重組質(zhì)粒上必須要有標(biāo)記基因，便于鑒定和篩選。

目的基因和質(zhì)粒的連接有正向和反向。如果經(jīng)檢測導(dǎo)入的是重組質(zhì)粒，但部分含有重組質(zhì)粒中目的基因不能正確表達(dá)，那最可能的原因就是同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因與質(zhì)粒反向連接。

因此，用同一種限制酶切割的缺點是不能定向連接，那么如何避免呢？教師設(shè)計了第（4）步驟，用2把不同的剪刀即不同的限制酶分別切割質(zhì)粒和目的基因的兩側(cè)，結(jié)果它們的一側(cè)是黏性末端，另一側(cè)是平末端，這樣它們的兩側(cè)就露出了不同的末端，從而完成定向連接。

3 模型構(gòu)建的活動應(yīng)用

模型構(gòu)建能透過現(xiàn)象揭示本質(zhì)，能將一些重點、疑點、難點化繁為簡，使學(xué)生對知識理解更透徹。學(xué)生通過構(gòu)建模型，能在遇到問題時將所學(xué)知識靈活運用，快速尋找解決方法，提高了思維的敏捷性，提升了解題能力。下面以兩個典例來說明。

【例1】 用限制酶EcoRⅠ、KpnⅠ和二者的混合物分別降解一個1 000 bp的DNA分子，降解產(chǎn)物分別進行凝膠電泳，在電場的作用下，降解產(chǎn)物分開，凝膠電泳結(jié)果如圖示。該DNA分子的酶切圖譜（單位：bp）正確的是（ ）

解析：學(xué)生在課堂上模擬了基因表達(dá)載體的構(gòu)建，就很容易進行知識遷移和靈活運用。若在環(huán)狀質(zhì)粒上剪一刀，則剪出一段DNA片斷（圖1中間條帶）。若在環(huán)狀質(zhì)粒上剪兩刀，則剪出兩段DNA片斷（如圖1左側(cè)條帶），說明該DNA呈環(huán)狀，其上有一個KpnⅠ酶的酶切位點，有2個EcoRⅠ酶的酶切位點。2種限制酶同時切割，則切出了一段200 bp DNA片斷和兩段400 bp的DNA片斷（如圖1右側(cè)條帶），答案C符合。

答案：C。

【例2】 表1是幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖2、圖3中標(biāo)注了相關(guān)限制酶的酶切位點，其中切割位點相同的酶不重復(fù)標(biāo)注。請回答下列問題：

（1） 用圖中質(zhì)粒和目的基因構(gòu)建重組質(zhì)粒，應(yīng)選用 兩種限制酶切割。

（2） 若用Sau3A I切圖2質(zhì)粒最多可能獲得

種大小不同的DNA片段。

解析：在構(gòu)建基因表達(dá)載體時，注意不能將目的基因剪壞，也不能將啟動子、終止子等剪壞，學(xué)生在模擬操作過程中，如果對該過程真正領(lǐng)會了，就能將知識運用到具體的解題中。如第一小問，圖3中目的基因的左側(cè)有兩種限制酶BamH I酶和Bcl I酶，若用BamH I酶切割圖2中的質(zhì)粒，會將兩個抗性基因都切壞，這樣不利于后續(xù)的篩選，故用Bcl I酶。目的基因的右側(cè)也有兩種限制酶Hind Ⅲ和Sau3A I。若用Sau3A I切割，根據(jù)表格中限制酶的識別序列，Sau3A I也可以切割BamH I酶和Bcl I酶的識別序列，故不可用。

幾種不同的限制酶同時切割，有完全切割和不完全切割，這就需要學(xué)生在模擬基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程中不斷地探索和嘗試，才能得出相應(yīng)的結(jié)果。如第二小問，根據(jù)BamH I、Bcl I和Sau3A I的識別序列，Sau3A I在質(zhì)粒上有三個酶切位點，完全酶切可得到記為A、B、C三種片段。若部分位點被切開，可得到AB、AC、BC、ABC四種片段，所以用Sau3A I切圖1質(zhì)粒最多可能獲得7種大小不同的DNA片段。

答案：（1） Bcl I 和Hind Ⅲ （2） 7

參考文獻(xiàn)：

劉成權(quán).淺析美國生物教科書中的幾個模型構(gòu)建[J].中學(xué)生物學(xué)，2008（3）：13～15.endprint