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DSE 生物｜基因工程與生物科技 備課指引（導師用）｜重組 DNA 五步、凝膠電泳與倫理題
學生識講「用限制酶剪、用接合酶貼」，但一問「點證明插入成功」就只答「跑電泳」。這一堂要給他們長度證據：酶切位點、片段長度與條帶位置三樣一起讀。
本堂目標 學生能夠：① 順序講出重組 DNA 的五個步驟並指出每步用的酶；② 由質體與插入片段長度推算重組質體與酶切片段長度；③ 讀凝膠電泳圖判斷插入是否成功；④ 用兩正兩反論證基因改造作物的風險。
01 先備知識（開課前 3 分鐘快檢）
以下任何一項未過關，本堂就會卡住，先補該項：
| 技能 | 快檢題 | 過關標準 |
|---|---|---|
| DNA 結構 | 鹼基配對規則 | A 對 T、G 對 C |
| 酶的作用 | 限制酶切哪裡 | 特定辨識序列的磷酸二酯鍵 |
| 鹼基比例 | 1 kb 等於多少鹼基對 | 1 000 bp |
02 課堂流程（60 分鐘）
| 時間 | 環節 | 導師做什麼 | 學生做什麼 |
|---|---|---|---|
| 0–10 分 | 五步流程 | 剪、貼、送、選、驗 | 學生口述五步 |
| 10–22 分 | 工具酶 | 限制酶、接合酶、反轉錄酶 | 配對三種酶與用途 |
| 22–36 分 | 長度計算 | 插入後總長、酶切片段 | 5.6000000000000005 kb 與兩條片段 |
| 36–48 分 | 凝膠電泳 | 小片段跑得快 | 由條帶位置判插入 |
| 48–56 分 | 應用與倫理 | 胰島素、Bt 作物、基因治療 | 寫出兩正兩反 |
| 56–60 分 | 離場檢查 | 三題收回即批 | 獨立完成 |
03 講解腳本（照著說就可以）
第一幕：重組 DNA 五步：剪、貼、送、選、驗
剪：用限制酶在辨識序列切開質體與目標基因，產生黏性末端。
貼：DNA 接合酶把糖磷酸骨架接回，形成重組質體。
送：熱震或電穿孔把質體送入細菌，提高鈣離子濃度可增加感受態。
選：用抗生素抗性基因篩選，只有帶質體的細菌能在含抗生素培養基生長。
驗：抽質體再酶切，跑凝膠電泳比對條帶長度。
六個鹼基的辨識序列平均每 4⁶ = 4096 bp 出現一次，所以插入位置大致可預測。
貼：DNA 接合酶把糖磷酸骨架接回，形成重組質體。
送：熱震或電穿孔把質體送入細菌，提高鈣離子濃度可增加感受態。
選：用抗生素抗性基因篩選，只有帶質體的細菌能在含抗生素培養基生長。
驗：抽質體再酶切，跑凝膠電泳比對條帶長度。
六個鹼基的辨識序列平均每 4⁶ = 4096 bp 出現一次，所以插入位置大致可預測。
導師做法：要學生用五隻手指記五步，每講一步屈一隻，講完再問「邊步用接合酶」。
第二幕：長度計算：用數字驗證插入
質體 4.4 kb 插入 1.2 kb 片段，重組質體 = 4.4 + 1.2 = 5.6000000000000005 kb。
若在插入片段兩側各有一個酶切位點，酶切後得 1.2 kb 與 4.4 kb 兩條帶；沒有插入的質體只會得一條 4.4 kb 帶。
轉化效率：200 個菌落來自 0.1 µg DNA，即 2000 cfu/µg。
PCR 30 個循環，理論上由 1 份模板得 2^30 = 1,073,741,824 份，實際因試劑耗盡遠低於此值。
若在插入片段兩側各有一個酶切位點，酶切後得 1.2 kb 與 4.4 kb 兩條帶；沒有插入的質體只會得一條 4.4 kb 帶。
轉化效率：200 個菌落來自 0.1 µg DNA，即 2000 cfu/µg。
PCR 30 個循環，理論上由 1 份模板得 2^30 = 1,073,741,824 份，實際因試劑耗盡遠低於此值。
要學生計：若插入片段反向插入，電泳圖會怎樣？（長度一樣，所以單靠長度看不出方向，要用測序或不對稱酶切）
第三幕：應用與倫理：兩正兩反
醫療：重組胰島素、生長激素、疫苗抗原，純度高、無血源污染風險。
農業：Bt 抗蟲作物減少農藥，黃金米增加維生素 A 前體。
風險：基因漂移至野生近緣種、抗性害虫出現、專利與小農生計、標籤與知情選擇。
基因治療：體細胞治療不遺傳，生殖細胞編輯則涉及未出生者的同意問題。
農業：Bt 抗蟲作物減少農藥，黃金米增加維生素 A 前體。
風險：基因漂移至野生近緣種、抗性害虫出現、專利與小農生計、標籤與知情選擇。
基因治療：體細胞治療不遺傳，生殖細胞編輯則涉及未出生者的同意問題。
提醒：倫理題要「一項好處對一項風險」配對寫，不要只堆好處，閱卷員要找平衡。
04 必教題型與步驟
| 題型 | 例子 | 步驟 | 答案 |
|---|---|---|---|
| 排序 | 重組 DNA 步驟 | 剪貼送選驗，每步配一種酶 | 五步不可調亂 |
| 計算 | 重組質體長度 | 質體加插入片段 | 5.6000000000000005 kb |
| 讀圖 | 凝膠電泳判插入 | 先看 marker，再比條帶大小 | 1.2 kb 與 4.4 kb 兩帶 |
| 論證 | 基因改造作物評估 | 兩正兩反再加結論 | 要提基因漂移 |
合理性檢查（一定要教）：重組質體一定比原質體長，所以酶切後其中一條帶要等於 1.2 kb；若兩條帶都比原質體短，說明酶切位點在質體內而不是插入片段兩側。凝膠上跑得最遠的一定是最小片段。
05 獨立練習三題
| 題目 | 答案 | 想觀察什麼 |
|---|---|---|
| 4.4 kb 質體插入 1.2 kb 後的總長 | 5.6000000000000005 kb | 直接相加 |
| 酶切重組質體後的兩條帶 | 1.2 kb 與 4.4 kb | 插入片段與載體骨架 |
| 200 個菌落來自 0.1 µg DNA 的轉化效率 | 2000 cfu/µg | 菌落數除以 DNA 量 |
06 學生常見錯誤與糾正句
| 錯誤 | 學生通常這樣寫 | 導師這樣說 |
|---|---|---|
| 把接合酶當限制酶 | 答「接合酶剪開質體」 | 「限制酶剪，接合酶貼，兩種酶方向相反。」 |
| 以為插入一定成功 | 見一條帶就說成功 | 「要見到插入片段那條帶才算，單一條帶可能只是原質體。」 |
| 混淆轉化與轉染 | 答「轉化是病毒感染」 | 「細菌吸收游離 DNA 叫轉化，轉染是導入動物細胞。」 |
| 倫理題只寫好處 | 列五個優點沒風險 | 「每寫一個好處就配一個風險，最後給一句有條件的結論。」 |
07 家課建議（直接指到練習卷題號）
- DSE 生物練習卷（遺傳與生物科技） 乙部重組 DNA 與電泳題
- 中學生物章節索引 全科章節
08 離場檢查（最後 5 分鐘）
| 題目 | 答案 | 判定 |
|---|---|---|
| 4.4 kb 加 1.2 kb 的總長 | 5.6000000000000005 kb | 三題全對＝可進生態章 |
| 重組質體酶切後有幾條帶 | 兩條 | 錯一題＝下堂重講酶切圖 |
| 凝膠上哪個片段跑最遠 | 最小的片段 | 錯兩題以上＝回到第一幕 |
09 導師常問
黏性末端為何重要？
互補的單鏈末端讓插入片段能與載體配對，接合酶才接得上。
為何要用抗生素抗性基因？
它是篩選標記，只有成功攝入質體的細菌才能在含抗生素的培養基生長。
PCR 為何需要引子？
引子提供 DNA 聚合酶的起始點，並界定要放大的片段兩端。
本頁為 TutorZone 導師備課指引，內容由 TutorZone 團隊編寫；題目與流程為原創，並非任何學校或出版社的教材。