DNA重组技术的基本工具-高

DNA重组技术的基本工具【学习目标】1.说出基因工程的概念。

2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

3.说出DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

【学习重点】DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。

【学习难点】基因工程载体需要具备的条件。

【知识链接】1、DNA分子的结构特点2、噬菌体侵染细菌的实验3、原核生物的结构特点【自主学习】1、――“分子手术刀”，又称为。

（1）主要来源：主要存在于中。

（2）作用：能够识别双链DNA分子的某种序列，切开的是每条链特定部位的两个核苷酸之间的。

（3）结果：形成DNA末端。

限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式，即和。

前者是限制酶切割中轴线的产生的，后者是沿切割而形成的。

2、――“分子缝合针”（1）作用：将切下的DNA片段“缝合”，恢复被限制酶切开的，拼接成新的DNA分子。

（2）种类：E.coli DNA连接酶只能连接互补的；T4 DNA连接酶两种末端都能连接，但对的连接效率比较低。

3、基因进入受体细胞的载体――“”（1）载体的条件：①能够在细胞中；②有多个，便于外源基因的插入；③具有，便于重组DNA的鉴定和选择；④能在宿主细胞内友好借居，不影响宿主细胞的生命活动。

（2）载体的种类：①最常用的是，它是一种裸露的、结构简单、独立于之外、能够的链状。

含有一个至多个，供外源基因插入其中，并带有特定的，可供重组DNA的鉴定和选择。

②除此之外，还有、也可以充当基因工程载体。

【合作探究】探究一：从结构上分析，为什么不同生物的DNA能够重组？探究二：DNA重组技术的基本工具一限制性核酸内切酶——“分子手术刀”问题1：原核生物中存在的限制酶有什么作用呢？想一想，为什么限制酶不切割自身的DNA？问题2：限制性核酸内切酶的作用问题3：限制酶切割的是什么化学键？什么是黏性末端？什么是平末端？问题4：下列限制酶切割DNA后都会形成黏性末端吗？请大家画出这几种DNA片段被对应的限制酶切割后的结果。

1．1DNA重组技术的基本工具1．基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。

2．不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。

3．外源DNA导入受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。

4．限制性核酸内切酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。

5．限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个核苷酸间的磷酸二酯键。

6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

基因工程的概念及其诞生与发展[自读教材·夯基础]1．基因工程的概念2．基因工程的诞生和发展(1)基础理论的重大突破：①DNA是遗传物质的证明；②DNA双螺旋结构和中心法则的确立；③遗传密码的破译。

(2)技术发明使基因工程的实施成为可能：①基因转移载体和工具酶相继发现；②DNA合成和测序技术的发明；③DNA体外重组得到实现及重组DNA表达实验获得成功。

(3)基因工程的发展与完善：1983年，世界第一例转基因烟草培养成功，基因工程进入迅速发展阶段。

1988年PCR 技术的发明，使基因工程进一步发展和完善。

1．通过分析基因工程的概念，讨论基因工程的原理是什么。

提示：基因重组。

2．将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，通过大肠杆菌能大量生产人胰岛素。

请分析人胰岛素基因能在大肠杆菌体内表达的理论基础是什么。

提示：生物共用一套遗传密码。

[跟随名师·解疑难]1．对基因工程概念的理解操作环境操作对象操作水平基本过程结果生物体外基因DNA分子水平剪切→连接→导入→表达定向地改造生物的遗传性状2．基因工程的原理和理论基础(1)原理：基因重组。

(2)理论基础：①拼接：不同生物DNA的基本组成单位相同，都是4种脱氧核苷酸；空间结构相同，都是规则的双螺旋结构。

②表达：生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内表达出相同的蛋白质。

基因工程操作的基本工具1．限制性核酸内切酶(1)来源：主要从原核生物中分离出来。

1．1DNA重组技术的基本工具[学习目标] 1.基因工程的概念、诞生和发展。

2.DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

3.基因工程中载体需要具备的条件。

方式一抗虫棉的研究开发是中国发展农业转基因技术，打破跨国公司垄断，抢占国际生物技术制高点的成功事例。

抗虫棉的应用使棉铃虫得到了有效控制，使杀虫剂用量降低了70%～80%，有效保护了农业生态环境，减少了农民喷药中毒事故，为棉花生产和农业的可持续发展做出了巨大贡献。

师：要实现抗虫基因在棉花中的表达，提前要做哪些关键工作？生：要将抗虫基因切割下来；要将抗虫基因整合到棉花的DNA上。

师：这里存在一个基因转移的实际问题，就是如何将控制抗虫的基因转入棉花细胞的问题。

师：中国有句俗语叫“没有金刚钻儿，不揽瓷器活儿”。

科学家们在实施基因工程之前，苦苦求索，终于找到了实施基因工程的三种“金刚钻儿”，使基因工程的设想成为了现实。

这三种“金刚钻儿”是什么？有什么特点和具体作用？下面我们就来学习这方面的内容。

方式二科学设想，能否让禾本科植物也能固定空气中的氮？能否让细菌“吐出”蚕丝？能否让微生物产生人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？经过多年努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。

这一技术是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专用的工具。

这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！一、基因工程的概念和诞生1．基因工程的概念基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

又称为DNA重组技术。

2．基因工程的诞生(1)理论基础①DNA是遗传物质的证明。

②DNA双螺旋结构和中心法则的确立。

③遗传密码的破译：所有生物共用一套遗传密码。

(2)技术支持①基因转移载体的发现：质粒有自我复制能力，并且可以在细菌细胞间转移。

1.基因工程的基本原理是基因重组，外源DNA能在受体细胞表达的理论基础是密码子的通用性。

2．DNA重组技术的基本工具有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和使目的基因进入受体细胞的载体。

3．限制性核酸内切酶可识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并在特定位点上切割。

4．E·coli DNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶既能连接黏性末端也能连接平末端。

5．质粒作为基因工程的载体需具备的条件有：能在宿主细胞内稳定保存并自我复制；具有一个或多个限制酶切割位点；具有标记基因。

6．在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

一、基因工程的概念及其诞生与发展1．基因工程的概念[填表]别名DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平结果创造出人类需要的新的生物类型和生物产品2．基因工程的诞生和发展(1)基础理论的突破：DNA是遗传物质的证明；DNA双螺旋结构和中心法则的确立；遗传密码的破译。

(2)技术的发明：基因转移载体和工具酶的相继发现；DNA合成和测序技术的发明；DNA体外重组的实现及重组DNA表达实验的成功；第一例转基因动物的问世及PCR技术的发明。

二、DNA重组技术的基本工具1．限制性核酸内切酶(又称限制酶)(1)来源：主要来自原核生物。

(2)功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

(3)结果：产生黏性末端或平末端。

(4)应用：已知限制酶Eco RⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。

Eco RⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性。

2．DNA连接酶(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

1. 知识与技能：（1）了解DNA重组技术的基本概念；（2）掌握DNA重组技术的基本工具，如限制性内切酶、DNA连接酶和载体等；（3）能够运用所学知识分析问题和解决问题。

2. 过程与方法：（1）通过观察模型和动画，理解DNA重组技术的原理；（2）通过实验操作，掌握DNA重组技术的基本工具的使用方法；（3）通过小组讨论，培养合作和交流能力。

3. 情感态度与价值观：（1）认识DNA重组技术在生物科学研究和应用中的重要性；（2）关注基因技术的发展对社会和环境的影响；（3）培养科学精神和创新意识。

二、教学重点与难点1. 教学重点：（1）DNA重组技术的基本概念；（2）DNA重组技术的基本工具，如限制性内切酶、DNA连接酶和载体等；（3）DNA重组技术的基本操作步骤。

2. 教学难点：（1）限制性内切酶的作用原理；（2）DNA连接酶的使用方法；（3）载体的选择和构建。

1. 教师准备：（1）制作PPT和教学素材；（2）准备实验材料和仪器；（3）编写实验指导书。

2. 学生准备：（1）预习相关知识；（2）准备实验报告。

四、教学过程1. 导入：（1）通过提问方式引导学生回顾基因和DNA的结构；（2）介绍DNA重组技术的背景和意义。

2. 自主学习：（1）学生阅读教材，了解DNA重组技术的基本概念；（2）学生观看模型和动画，理解DNA重组技术的原理。

3. 课堂讲解：（1）讲解DNA重组技术的基本工具，如限制性内切酶、DNA连接酶和载体等；（2）讲解DNA重组技术的基本操作步骤。

4. 实验操作：（1）学生分组进行实验，掌握DNA重组技术的基本工具的使用方法；（2）学生在实验中观察和记录结果。

5. 小组讨论：（1）学生分组讨论实验结果和问题；（2）学生汇报讨论结果，分享学习心得。

6. 总结与反思：（1）教师引导学生总结DNA重组技术的基本概念和操作步骤；（2）学生反思学习过程，提出问题和建议。

五、教学评价1. 学生自评：（1）评价自己在课堂学习和实验操作中的表现；（2）评价自己的小组讨论和汇报。

1．1DNA重组技术的基本工具一、基因工程的概念和诞生1．基因工程的概念2．基因工程的诞生(1)理论基础①DNA是遗传物质的证明。

②DNA双螺旋结构和中心法则的确立。

③遗传密码的破译：所有生物共用一套遗传密码。

(2)技术支持①基因转移载体的发现：质粒有自我复制能力，并且可以在细胞间转移。

②工具酶的发现：陆续发现了多种限制酶、连接酶以及逆转录酶。

③DNA合成和测序技术、体外重组技术的发明和实现。

④重组DNA表达实验的成功。

(1)通过基因工程产生的变异是不定向的()(2)通过基因工程改造成的生物为新物种()(3)基因工程的原理是基因重组()答案(1)×(2)×(3)√二、基因工程操作的两种工具酶1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”来源主要来自原核生物种类约4 000种特点识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列切割特定核苷酸序列中的特定位点作用断裂特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键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：将双链DNA片段“缝合”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“缝合”具有互补黏性末端的双链DNA片段，不能“缝合”双链DNA片段的平末端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(1)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体()(2)DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具()(3)限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害()(4)DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA()(5)E·coli连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端()(6)限制酶和解旋酶的作用部位相同()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×归纳总结与DNA相关的五种酶的比较名称作用部位作用结果限制酶磷酸二酯键将DNA切成两个片段DNA连接酶磷酸二酯键将两个DNA片段连接为一个DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端DNA (水解)酶 磷酸二酯键将DNA 片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶碱基对之 间的氢键将双链DNA 分子局部解旋为单链，形成两条长链下图中的图1和图2分别表示的是Eco R Ⅰ限制酶和Sma Ⅰ限制酶的作用示意图。

2020-2021学年高中生物人教版选修3配套学案：专题一第一节DNA重组技术的基本工具含解析专题一基因工程〔趣味导学〕当人们的许多奇思妙想成为现实后,又有人想出了天方夜谭式的神话，能否让水稻植株也能够固定空气中的氮?能否让细菌也能够吐出蚕丝？能否让微生物也能够生产出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？想创造这些生物新品种，你认为能实现吗？〔专题概述〕本专题包括了“DNA重组技术的基本工具”“基因工程的基本操作程序”“基因工程的应用”及“蛋白质工程的崛起”，另外还在专题开始回顾了基因工程的诞生和发展历程。

教材首先讲述了基因工程的概念、基本工具，在此基础上又讲述了基因工程的基本操作程序,让我们对基因工程有了一个较完整的认识.基因工程的应用则主要从植物基因工程、动物基因工程和基因治疗等几个方面进行了阐述.这样不仅可以使我们充分了解基因工程的最新进展，更重要的是以此激发我们学习生物学的兴趣，培养科学探索精神和奉献精神。

在本专题内容中，DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序是近年高考中经常涉及的重点内容，也是难点。

在这些知识中，往往考察用遗传学的基本知识分析生物技术的原理的能力，并对一些社会焦点和热点问题理解和分析能力，认识科学技术的发展所带来的双重影响。

〔学法指导〕本专题内容较为抽象，在学习时应注意：1．应联系前面已经学过的DNA的结构和功能、半保留复制、中心法则、遗传密码等知识，有助于理解DNA重组技术的基本工具、操作步骤及应用.2．需要认真阅读教材中的每个图解，充分发挥想象力,将抽象内容具体化。

〔专题重点〕基因工程所需的三种基本工具；基因工程的基本操作程序四个步骤；基因工程在农业和医疗等方面的应用；蛋白质工程的原理。

〔专题难点〕基因工程载体需要具备的条件；从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；基因治疗；蛋白质工程的原理。

第一节DNA重组技术的基本工具学习目标课程标准1．认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

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。

导学案课题：第1课时DNA重组技术的基本工具编制人：张传龙审核人：领导签字：【学习目标】1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

2 .认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

【学习重点】DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

【学习难点】基因工程载体需要具备的条件。

【教学建议】先研读教材，并从教材中勾画出要点，然后根据学案助读中的问题提示，思考并回答，遇有疑难，再查阅教材，加深理解，最后完成自测题。

课前预习案：【问题导学】1、DNA分子的组成2、DNA的平面结构(1)配对的碱基,A与T之间形成个氢键，G与C之间形成个氢键。

比例越大DNA结构越稳定；H O；（2）脱氧核昔酸聚合形成长链的过程中产生水，即脱氧核昔酸→DNA＋2(3)○和之间的化学键为键；(4) 之间的化学键为，可用断裂，也可加热断裂；（5）每个脱氧核糖连接着个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。

3.基因与DNA的关系【预习自测】1．下图为DNA分子的切割和连接过程。

(1) EcoR I是一种酶，其识别序列是,切割位点是与之间的键。

切割结果产生的DNA末端片段形式为。

(2)不同来源的DNA片段结合，在这里需要的酶是连接酶，此酶的作用是在和之间形成键而起缝合作用的。

还有一种连接平末端的连接酶是。

2.下列关于DNA连接酶的作用的叙述，正确的是（）A．将单个核昔酸加到某DNA片段末端，形成磷酸二醋键B．将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二醋键C. 连接两条DNA链上碱基之间的氢键D．只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来3．质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它（）A．含蛋白质，从而能完成生命活动B．能够自我复制，且能保持连续性C．含RNA,能够指导蛋白质的合成D．具有环状结构，能够携带目的基因【我的疑惑】【课内探究案】探究点一基因工程的概念及工具酶1．基因工程的概念2．基因工程的工具酶（1）“分子手术刀”———限制性核酸内切酶（限制酶）①来源：主要是从中分离纯化出来的。

1.1DNA重组技术的基本工具——高二生物选修三同步课时训练【基础练习】1.下列有关基因工程的叙述，正确的是( )A.基因工程是细胞水平上的生物工程B.基因工程能定向改造生物的性状C.基因工程的产物对生物都有利D.基因工程引起的变异属于基因突变2.下列关于基因工程的叙述，不正确的是( )A. 基因工程的原理是基因重组B. 运用基因工程技术，可使生物发生定向变异C. 是非同源染色体上非等位基因的自由组合D. 一种生物的基因转移到另一种生物的DNA分子上，属于基因工程的内容3.下列关于质粒的叙述，正确的是( )A.质粒只存在于细菌等原核生物中B.在基因工程中，被用作载体的质粒都是天然质粒C.质粒上的抗生素抗性基因有利于质粒与外源基因的连接D.质粒是一种能够自主复制的小型环状DNA分子4.下列关于基因工程的概念和理论基础，说法错误的是( )A.通过基因工程，人类可以定向地改变生物性状B.基因工程又称转基因技术或体外DNA重组技术C.基因工程可以打破物种界限，实现遗传物质横向转移D.遗传物质作用方式的差异性是转基因技术的基础5.下列关于基因工程工具的说法不正确的是( )A.DNA连接酶与限制酶均受温度、pH等因素的影响B.DNA连接酶对所连接的DNA两端的碱基序列有专一性要求C.运载体能将外源基因导入受体细胞并使其在受体细胞中稳定遗传并表达D.在基因工程操作中，被用作运载体的质粒一般都是经过人工改造的6.作为基因工程中的“分子运输车”——载体，应具备的条件是( )①必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上②载体必须具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA 的复制而同步复制③必须带有标记基因，以便进行重组后的筛选④必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去A.①③④B.②③④C.①②④D.①②③④【能力提升】7.下列关于基因工程中限制酶的叙述，正确的是( )A.限制酶广泛存在于各种生物中，所有限制酶的切割位点都相同B.基因工程中所使用的工具酶就是限制酶，其活性受温度影响大C.大多数限制酶能识别由6个核苷酸组成的序列D.限制酶的识别序列越长，该序列在DNA中出现的概率就越大8.下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是( )A.用限制酶剪切获得一个目的基因时产生两个切口，有四个磷酸二酯键被断开B.在使用限制酶的同时，还必须用解旋酶解开DNA的双螺旋结构C.DNA连接酶可以连接两个肽链片段D.T4DNA连接酶和E·coli DNA连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接9.下列有关限制性内切酶识别的叙述，不正确的是( )A.从反应类型来看，限制性内切酶催化的是一种水解反应B.限制性内切酶的活性受温度、pH的影响C.一种限制性内切酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列D.限制性内切酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率就越小10.限制酶a和b的识别序列与切割位点如下图所示。