重组DNA技术的基本工具

第1节重组DNA技术的基本工具一、学习目标【生命观念】阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。

【科学探究】进行DNA的粗提取与鉴定。

【社会责任】认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

二、重点难点【教学重点】1.重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。

2.DNA的粗提取与鉴定。

【教学难点】1.基因工程载体需要具备的条件。

2.DNA的粗提取与鉴定。

三、学习过程基因工程是指按照人们的愿望，通过______等技术，赋予生物新的__________，创造出更符合人们需要的新的__________和__________。

从技术操作层面看，由于基因工程是在__________水平上进行设计和施工的，因此又叫作__________技术。

（1）原理：__________。

（2）操作水平：_________。

（3）操作环境：_________。

一、限制性内切核酸酶——“分子手术刀”1.来源：主要是从__________中分离纯化出来的。

2.作用：识别双链DNA分子的特定__________，并且使每一条链中特定部位的____________断开。

3.作用部位：__________，限制酶只切割两个核苷酸之间的__________。

4.限制酶的命名：用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。

例如，一种限制酶是从大肠杆菌( Escherichia coli)的R型菌株分离来的，就用字母EcoR表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中分离出来的第一种限制酶，则进一步表示成EcoRI。

【思考】你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗？5.识别序列：大多数限制酶的识别序列由_____核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由_____、_____或__________的核苷酸组成。

限制酶所识别的序列的特点是：呈现_______________，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的，称为__________。

DNA重组技术的基本工具DNA重组技术是一种重要的分子生物学技术，用于改变基因组中的DNA序列，使之具有特定的功能。

这项技术的应用范围广泛，可以在基础研究、医学诊断、药物开发等领域发挥重要作用。

DNA重组技术的基本工具包括DNA片段的制备、限制性内切酶、DNA连接酶、质粒和载体等。

首先，DNA片段的制备是DNA重组技术的第一步。

通过PCR（聚合酶链反应）或限制性内切酶切割，可以从某个DNA源中获取特定的DNA片段。

PCR是一种体外扩增技术，可以将特定的DNA序列进行快速放大。

限制性内切酶是一类特殊的酶，可以识别特定的DNA序列并在该序列上切割DNA链。

通过PCR和限制性内切酶的组合应用，可以制备出需要的DNA片段。

其次，限制性内切酶是DNA重组技术中的重要工具之一。

限制性内切酶可以特异性地切割DNA链，并产生一定的粘性或平滑的DNA末端。

这些末端的特性决定了DNA片段连接的方式。

常用的限制性内切酶有EcoRI、BamHI、HindIII等。

当两个DNA片段具有相同的限制性内切酶切割位点时，它们可以通过限制性内切酶的连接来形成一个新的DNA分子。

接下来，DNA连接酶也是DNA重组技术中必不可少的工具之一。

DNA连接酶能够将两个DNA片段在适当的条件下连接在一起。

常用的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和DNA聚合酶。

通过合适的实验条件和适当的连接酶，可以使两个DNA片段有效地连接成为一个整体。

此外，质粒和载体也是DNA重组技术中的重要工具。

质粒是一种小环状DNA分子，在细菌细胞中存在，并能自我复制。

载体则是质粒或其他DNA分子，用于携带所需的DNA片段。

通过将需要插入的DNA片段连接到载体上的限制性内切酶切割位点上，并将该载体转化至宿主细胞中，就可以实现外源DNA的导入。

在实际应用中，DNA重组技术的基本工具往往是共同配合使用的。

通过PCR或限制性内切酶的组合，可以制备出所需的DNA片段；通过限制性内切酶的连接和DNA连接酶的应用，可以将不同的DNA片段连接起来形成一个新的DNA分子；通过质粒和载体的应用，可以将需要插入的DNA片段导入到宿主细胞中实现转化。

2019版生物选择性必修3 课后集训第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具题组一基因工程的概念及诞生和发展1．下列叙述符合基因工程概念的是()A．在细胞内直接将目的基因与宿主细胞的遗传物质进行重组，赋予生物新的遗传特性B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的大肠杆菌菌株C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上2．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是()A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D．基因工程必须在同物种间进行题组二限制酶和DNA连接酶3．根据下图判断，下列有关工具酶功能的叙述，错误的是()A．限制酶可以切断a处B．DNA聚合酶可以连接a处C．解旋酶可以使b处解开D．DNA连接酶可以连接c处4．下列有关如图所示的黏性末端的说法，错误的是()A．甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的B．甲、乙具有相同的黏性末端，可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能C．DNA连接酶的作用位点是b处D．切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段5．有关DNA重组技术的工具酶的叙述，正确的是()A．限制性内切核酸酶能切割烟草花叶病毒的核酸B ．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列C ．所有DNA 连接酶都能连接黏性末端和平末端D ．DNA 连接酶和DNA 聚合酶均可用来拼接DNA 片段6．下列有关限制性内切核酸酶的叙述，正确的是( )A ．用限制酶切割一个DNA 分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个B ．限制性内切核酸酶识别序列越短，则该序列在DNA 中出现的概率就越大C ．限制性内切核酸酶的活性不受温度、pH 等条件的影响D ．只有用相同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒 题组三 基因进入受体细胞的载体7．下列关于基因工程操作工具——载体的叙述中，错误的是( )A ．质粒作为常见的载体，不仅存在于细菌中，某些病毒也具有B ．作为基因工程的载体，标记基因不可或缺C ．目的基因插入载体时，有特定的插入位点D ．构建重组DNA 分子时需DNA 连接酶和限制性内切核酸酶等8．限制酶Mun Ⅰ和限制酶Eco R Ⅰ的识别序列及切割位点分别是－CA ↓ A TTG －和－GA ↓ATTC －。

DNA重组技术的基本工具“工欲善其事，必先利其器”。

我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。

培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。

实现这一精确的操作过程至少需要三种工具，即准确切割DNA的“手术刀”、将DNA片段再连接起来的“缝合针”将体外重组好的DNA导入受体细胞的“运输工具”。

科学家已经找到并运用了这三种必需的工具，才使培育抗虫棉这一奇妙构想变成了现实（图1-1）。

图1-1 抗虫棉（左侧为对照）寻根问底根据你所掌握的知识，你能推测这类酶存在于原核生物中的作用是什么吗限制性核酸内切酶——“分子手术刀”切割DNA的工具是限制性核酸内切酶（restrictionen donucleases)，又称限制酶（restriction enzyme）。

这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。

迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。

它们能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键（图1-2）断开。

大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如，Eco RI、Sma I限制酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。

DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式—黏性末端和平末端（图1-3）。

当限制酶在它识别序列的中心轴线（图中虚线）两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。

生物技术资料卡限制酶的名字怎么起限制酶的名字是怎么起的呢是用生物属名的头一个字母与种名的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶是从哪个生物中分离出来的。

例如，一种限制酶是从大肠杆菌（Escherichia coli）的R型菌株分离来的，就用字母Eco R表示；如果它是从大肠杆菌R菌株中分离出来的第一个限制酶.则进一步表示成Eco RI 。

生物重组DNA技术是利用基因工程方法对DNA分子进行重新组合和修改的技术。

下面是生物重组DNA技术中常用的基本工具：限制性内切酶（Restriction Enzymes）：这些酶能够识别DNA的特定序列，并在该序列上切割DNA分子。

限制性内切酶可以用于切割目标DNA和载体DNA，以便进行重组。

DNA连接酶（DNA Ligase）：这种酶能够将两条DNA分子的断裂末端连接在一起，形成一个完整的DNA分子。

DNA连接酶用于将目标DNA片段与载体DNA片段连接起来，构建重组DNA。

DNA聚合酶（DNA Polymerase）：DNA聚合酶能够在DNA模板上合成新的DNA链。

在重组DNA技术中，DNA聚合酶可用于扩增目标DNA片段，进行PCR（聚合酶链式反应）等操作。

电泳装置（Electrophoresis Apparatus）：电泳装置用于将DNA分子按照大小进行分离和纯化。

通过电泳，可以根据目标DNA的大小和电荷特性对其进行分离和检测。

载体（Vector）：载体是用于携带和复制重组DNA的DNA分子，如质粒或病毒。

载体提供了重组DNA在细胞中复制和表达的环境。

转化（Transformation）：转化是将重组DNA导入目标细胞中的过程。

通过转化，重组DNA 可以被细胞摄取并稳定地存在于细胞内。

DNA测序技术（DNA Sequencing）：DNA测序技术用于确定DNA分子的核酸序列。

它是生物重组DNA技术中重要的工具，可用于验证重组DNA的正确性和准确性。

这些基本工具在生物重组DNA技术中起着关键的作用，使研究人员能够对DNA进行精确的操作和修改，从而实现基因的克隆、重组和表达。

第1节重组DNA技术的基本工具[学习目标]阐明重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。

一、基因工程的概念和工具酶1．基因工程：指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。

2．基因工程的工具酶(1)限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”来源主要来自原核生物种类数千种作用识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开结果产生黏性末端或平末端(2)DNA连接酶——“分子缝合针”①作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

②种类种类来源特点E.coli DNA连接酶大肠杆菌只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段T4DNA连接酶T4噬菌体既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率相对较低判断正误(1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种()(2)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列()(3)DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来()(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()答案(1)√(2)×(3)×(4)×解析(2)大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。

(3)DNA连接酶能将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

(4)限制酶和解旋酶的作用部位不同，限制酶作用于磷酸二酯键，解旋酶作用于氢键。

任务一：基因工程的理论基础1．基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？提示有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行重组；基因工程可以实现遗传物质在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。

第 3 章基因工程第 1 节重组DNA 技术的基本工具1.P70从社会中来：番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。

当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。

科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。

DNA双螺旋的直径只有2nm，对如此微小的分子进行操作,是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。

那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”?这些“分子工具”各具有什么特征呢?2.P71旁栏思考题：你能根据所掌握的知识，推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么吗?3.P72旁栏思考题：DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?4.P73思考·讨论：重组DNA分子请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcoR I的识别序列和切割位点。

然后，用剪刀进行“切割”。

待切割位点全部切开后，将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处，并用透明胶条将切口粘连起来。

讨论（1）剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”？（2）你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对?如果不能，可能是什么原因造成的?（3）你插入的DNA片段能称得上一个基因吗?5.P73到社会中去：随着生物技术的飞速发展，生产和销售“分子工具的公司大量涌现。

感兴趣的话，你可以登录这些公司的网站，查询和了解相关产品的特点、价格和使用说明等。

有些这样的公司已成功上市，你还可以通过分析公司的股票价格走势，大致了解公司的经营状况以及投资者目前对该行业的认可程度。

6.P74练习与应用一、概念检测1.DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。

下列相关叙述正确的是()A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯健C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键D.只能连接双链DNA片段互补的帖性末端，不能连接双链DNA片段的平末端2.在重组DNA技术中，将外源基因送入受体细胞的载体可以是()A.大肠杆菌的质粒B.切割DNA分子的酶C.DNA片段的黏性末端D.用来识别特定基因的DNA探针二、拓展应用1.想一想。

DNA重组技术的基本工具概述DNA重组技术是一种能够将不同生物体中的基因或DNA片段进行重组的技术。

它的出现使得科学家们能够更容易地研究和改变生物体的遗传信息，从而促进了生物学、医学等领域的发展。

DNA重组技术有许多的基本工具，其中包括限制性内切酶、DNA连接酶、质粒、转基因技术等。

本文将对这些基本工具进行详细介绍。

首先，限制性内切酶是DNA重组技术中最重要的工具之一。

限制性内切酶是从细菌中分离出来的一类特殊酶，它能够识别和切割DNA中的特定序列，产生黏性末端或平滑末端的DNA片段。

这种特殊的切割方式使得科学家们可以将不同来源的DNA片段进行精确地连接。

限制性内切酶的种类非常多，每一种限制性内切酶都有特定的切割序列，这使得科学家们可以选择适当的酶来进行重组操作。

其次，DNA连接酶也是DNA重组技术中的重要工具。

DNA连接酶能够将DNA片段进行连接，形成新的DNA分子。

在DNA分子连接过程中，科学家们通常使用DNA连接酶来催化连接反应。

DNA连接酶有许多种类，其中最常用的是DNA接头酶和DNA连接酶。

DNA接头酶能够将不同DNA片段的末端连接起来，而DNA连接酶则能够在两个DNA片段之间形成一个新的连接。

质粒也是DNA重组技术中不可或缺的工具之一。

质粒是存在于细菌和其他生物体中的一种小型DNA分子，它通常能够自主地复制和传递。

在DNA重组技术中，科学家们首先将需要重组的DNA片段插入到质粒中，然后将质粒转化到细菌中，使其能够在细菌内部大量复制。

通过这种方式，科学家们可以得到大量的重组质粒，用于其后的基因功能研究和基因工程等领域。

最后，转基因技术也是DNA重组技术中的重要内容。

转基因技术是指将外源基因导入到目标生物的基因组中，从而使其获得新的性状或功能。

转基因技术在农业、医学等领域有着广泛的应用。

通过DNA重组技术，科学家们可以将外源基因插入到质粒中，然后将质粒导入到目标生物体中，使其获得新的基因组成。

第三章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具（课前+课中+课后，三案一体）课前案【预习新知】一、基因工程的概念二、基因工程操作的基本工具1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”2.DNA连接酶——“分子缝合针”3.载体——“分子运输车”三、DNA的粗提取与鉴定实验1.实验原理（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。

利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。

（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。

（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可作为鉴定DNA的试剂。

2.实验步骤（1）称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨。

（2）在漏斗上垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。

也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。

（3）在上清液中加入体积相等的、预冷的95%酒精溶液，静置23min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。

用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；或在1000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物晾干。

（4）DNA的鉴定：取两支20mL的试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。

将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。

然后，向两支试管中各加入4mL的二苯胺试剂。

混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。

待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。

【预习自测】1.限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。

（√）2.限制酶只能用于切割目的基因。

（X）3.限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。

（√）4.将制备的含有DNA的滤液加入预冷的95%酒精溶液，静置23min，可以将DNA析出。

人教版选择性必修三生物技术与工程第3章基因工程第1节重组 DNA 技术的基本工具一、教学背景《重组DNA技术的基本工具》是普通高中教科书选择性必修三《生物技术与工程》第三章《基因工程》中第一节的内容。

课标设计本模块的目的重在“开拓学生的视野，增强科技意识，激发学生探索生命奥秘和热爱生物科学的情感”。

本节的内容是建立在必修l教材中“酶的作用和特性”，必修2教材中“噬菌体侵染细菌的实验”、“DNA 的结构和复制”等相关内容的基础上的。

引导学生建立新旧知识之间的联系，将有助于他们理解和掌握新知识。

二、学情分析本节授课对象为高二学生，他们经过必修一、二和选择性必修一、二的学习，已经理解了“结构与功能观”、“物质与能量观”、“进化与适应观”，形成了一定的生命观念和科学思维。

学生已经学习了“酶的作用和特性”，“噬菌体侵染细菌的实验”、“DNA的结构和复制”等相关内容。

同时学生在平时的生活中，接触了较多的转基因产品。

但是较为抽象的“重组DNA 技术的工具”的知识点难免会比较难学。

但我相信可以学生迎难而上，乐观学习。

三、教学目标及重难点（一）教学目标1.掌握基因工程操作的三种工具。

2.能够准确说出每一种操作工具的特点及用途。

3.培养获取新知的能力、分析和解决问题的能力。

4.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新，进而激发学生科技强国奋斗的精神。

（二）教学重点及难点教学重点：能够准确说出每一种操作工具的特点及用途。

学习难点：（1）DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。

（2）基因工程载体需要具备的条件。

四、教学过程（一）新课导入以抗虫棉为例认识基因工程。

提出本节课要解决的问题，即在基因工程的操作中需要用到哪些“分子工具”，从而引入本节课的学习。

1、解释“目的基因”、“受体细胞”、“目的基因的表达产物”，为后面的学习打好基础。

什么是目的基因？比如这个例子中的毒蛋白基因是目的基因。

简单来说，我们需要的基因就是目的基因。