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《DNA 重组技术的基本工具》教学设计一、教学目标1、知识目标（1）简述 DNA 重组技术所需三种基本工具的作用。
（2）理解基因工程载体需要具备的条件。
2、能力目标（1）通过对 DNA 重组技术基本工具的学习，培养学生的分析和归纳能力。
（2）通过小组讨论和合作学习，提高学生的团队协作和交流能力。
3、情感目标（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。
（2）关注基因工程的发展，激发学生对生物技术的兴趣和探索欲望。
二、教学重难点1、教学重点（1）DNA 重组技术中限制性核酸内切酶、DNA 连接酶的作用。
（2）基因进入受体细胞的载体的作用和特点。
2、教学难点（1）限制性核酸内切酶切割 DNA 分子的特点。
（2）DNA 连接酶的作用部位和连接方式。
三、教学方法讲授法、直观演示法、讨论法四、教学过程1、导入新课通过展示一些基因工程应用的实例，如转基因抗虫棉、胰岛素的生产等，引起学生的兴趣，提出问题：这些基因工程产品是如何产生的？从而引出 DNA 重组技术的基本工具这一主题。
2、限制性核酸内切酶（1）展示限制性核酸内切酶的作用示意图，讲解其来源和作用。
（2）以具体的 DNA 序列为例，演示限制性核酸内切酶的切割过程，强调其特异性。
（3）引导学生思考：限制性核酸内切酶切割后的 DNA 片段有什么特点？3、 DNA 连接酶（1）对比限制性核酸内切酶的作用，讲解 DNA 连接酶的作用。
（2）展示 DNA 连接酶连接 DNA 片段的示意图，说明其连接的部位和方式。
（3）组织学生讨论：DNA 连接酶与 DNA 聚合酶有什么区别？4、基因进入受体细胞的载体（1）介绍载体的作用，引导学生思考为什么需要载体将基因导入受体细胞。
（2）展示常见的载体，如质粒、噬菌体和动植物病毒等，讲解其结构和特点。
（3）让学生分组讨论：作为载体需要具备哪些条件？5、课堂小结（1）回顾 DNA 重组技术的三种基本工具及其作用。
（2）强调这三种工具在基因工程中的重要性和相互关系。
考点79 基因工程（一）高考频度：★★★☆☆ 难易程度：★★★☆☆1．基因工程的概念（1）供体：提供目的基因。
（2）操作环境：体外。
（3）操作水平：分子水平。
（4）原理：基因重组。
（5）受体：表达目的基因。
（6）本质：性状在受体体内的表达。
（7）优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。
2．DNA 重组技术的基本工具（1）限制性核酸内切酶(简称：限制酶)①来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
②作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
③结果：产生黏性末端或平末端。
（2）DNA 连接酶①种类：按来源可分为E ·coli DNA 连接酶和T 4DNA 连接酶。
②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。
③DNA 连接酶和限制酶的关系（3）载体①种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
②质粒的特点⎩⎪⎨⎪⎧能自我复制有一个至多个限制酶切割位点有特殊的标记基因考向一 限制性核酸内切酶、DNA 连接酶等酶的作用1．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②【参考答案】C【试题解析】限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA 双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。
解题技巧确定限制酶的种类（1）根据目的基因两端的限制酶切点确定限制酶的种类①应选择切点位于目的基因两端的限制酶，如图甲可选择PstⅠ。
②不能选择切点位于目的基因内部的限制酶，如图甲不能选择SmaⅠ。
③为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择用PstⅠ和Eco RⅠ两种限制酶(但要确保质粒上也有这两种酶的切点)。
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的作用。
一、基因工程的概念和工具酶1．基因工程的概念：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。
概念剖析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T4 DNA 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)通过基因工程产生的变异是不定向的()(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连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来()(4)E.coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端()(5)限制酶和解旋酶的作用部位相同()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×探讨点1基因工程的理论基础1．为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？提示(1)DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸。
(2)双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。
2．为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？提示(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。
(2)遗传信息的传递都遵循中心法则。
(3)生物界共用一套遗传密码。
探讨点2限制酶1．请结合限制酶的作用特点，回答以下问题：(1)限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗？提示不能。
基因工程一基因工程的概念及基本工具(1)限制性核酸内切酶(简称：限制酶)①本质：蛋白质。
②来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
③作用：识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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断开。
④结果：产生黏性末端或平末端。
例：如下图所示，Eco RⅠ限制酶识别的碱基序列是—GAATTC—，切割位点在G和A之间；SmaⅠ限制酶识别的碱基序列是—CCCGGG—，切割位点在C和G之间；说明限制酶具有特异性。
限制酶为何不切割自身DNA?提示限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割。
限制酶不切割自身DNA的原因是自身DNA中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
(2)DNA连接酶①作用：将限制酶切割下来的DNA片段拼接成新的DNA分子。
(3)载体①载体的作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。
②常用载体：质粒。
其他载体：λ噬菌体衍生物、动植物病毒等。
③质粒a．概念：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。
b．特点：能自我复制；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
二基因工程的基本操作程序1．目的基因的获取目的基因：主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具调控作用的因子。
获取方法⎩⎪⎨⎪⎧人工合成⎩⎪⎨⎪⎧利用PCR 技术扩增(1)从基因文库中获取①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多DNA 片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，可分为基因组文库和部分基因文库(如cDNA 文库)。
cDNA 文库的构建某种生物的单链mRNA反逆↓转录酶 单链互补DNA ↓DNA 聚合酶 双链cDNA 片段 ↓与载体连接导入受体菌中储存 ↓cDNA 文库人工合成的两条DNA 片段(引物1，引物2)当温度上升到90～95_℃时，双链DNA 解旋为单链温度下降到55～60_℃时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA 结合70～75 ℃时，Taq 酶从引物3′端开始进行互补链的合成DNA 聚合酶不能从头开始合成DNA ，而只能从3′端延伸DNA 链，即DNA 的合成方向总①前提条件：核苷酸序列已知，基因比较小。
基因工程基础知识梳理（一）一、DNA重组技术的基本工具基因工程又叫＿＿＿＿＿＿＿，指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA 重组和＿＿＿＿＿＿＿等技术，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。
其操作水平是在＿＿＿＿＿＿＿上进行设计和施工，操作环境是在生物体外。
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”（1）主要来源：＿＿＿＿＿生物。
（2）特点：能够识别DNA特定的＿＿＿＿＿＿＿，切开两个核苷酸之间的＿＿＿＿＿。
（3）DNA末端：限制酶切割DNA产生的DNA末端有两种形式：＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
2．DNA连接酶——“分子缝合针”（1）作用：将双链＿＿＿“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的＿＿＿＿＿。
（2）种类①E·coli DNA连接酶：只能缝合DNA的＿＿＿＿＿＿。
②T4DNA连接酶：即可缝合DNA的黏性末端，又可缝合双链DNA的＿＿＿＿＿。
3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”（1）载体的种类①质粒：是一种裸露、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有＿＿＿＿＿能力的＿＿＿＿＿。
②＿＿＿＿＿的衍生物。
③动植物病毒。
（2）质粒载体的特点①能够在细胞内＿＿＿＿＿＿＿。
②具有一个或多个＿＿＿＿＿＿＿，便于供外源DNA片段插入其中。
③具有特殊的＿＿＿＿＿＿＿，供重组DNA的鉴定和选择。
（3）质粒载体的处理：真正被用作载体的质粒，都必须在天然质粒的基础上进行＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
二、基因工程的基本操作程序1．目的基因的获取（1）目的基因：指编码蛋白质的＿＿＿＿＿。
（2）获取目的基因的方法①从基因文库中获取目的基因a．基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多＿＿＿＿＿，导入＿＿＿＿＿的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。
b．基因文库和种类（ⅰ）基因组文库：含有一种生物的＿＿＿＿＿基因（ⅱ）部分基因文库：含有一种生物的＿＿＿＿＿基因c．目的基因的获取依据：（ⅰ）基因的＿＿＿＿＿序列；（ⅱ）基因的功能；（ⅲ）基因在染色体上的位置；（ⅳ）基因的＿＿＿＿＿产物mRNA；（ⅴ）基因的翻译产物蛋白质。
第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具基础巩固1.下列关于基因工程的叙述,错误的是( )A.一种限制酶一般只能识别特定的核苷酸序列B.基因工程所依据的原理是基因突变C.基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的D.基因工程能够定向地改变生物的性状,培育出新品种答案:B解析:基因工程依据的原理是基因重组。
2.20世纪90年代开始兴起的DNA疫苗被称为第三代疫苗。
医学专家将病毒抗原基因中的一段编码序列(通常是裸露的DNA)与质粒重组后注入人体的肌细胞内,通过表达使人获得免疫能力。
下列叙述错误的是( )A.病毒抗原基因与质粒重组时需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶B.病毒抗原基因在体内表达时会发生碱基互补配对C.重组质粒在机体细胞内表达后,能引起机体免疫反应D.重组质粒在机体细胞内的表达产物具有与原病毒一样的致病性答案:D解析:重组质粒在机体细胞内的表达产物为病毒抗原,能引起机体发生免疫反应,但不具有与原病毒一样的致病性。
3.限制酶可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。
下图为四种限制酶BamH Ⅰ、EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ及BglⅡ的识别序列及每一种限制酶的特定切割部位。
其中切割出来的DNA片段末端可以互补结合的两种限制酶是( )A.BamH Ⅰ和EcoR ⅠB.BamH Ⅰ和Hind ⅢC.BamH Ⅰ和BglⅡD.EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ答案:C解析:BamHⅠ和BglⅡ切出的黏性末端的碱基能互补配对。
4.下列关于质粒的说法,错误的是( )A.质粒存在于细菌和酵母菌等生物的细胞中B.质粒DNA分子中每个磷酸基团都连着两个脱氧核糖C.不同的质粒DNA中(A+G)/(T+C)的比值一定相同D.质粒是基因工程中常用的工具酶答案:D5.下列关于基因工程各种工具的叙述,错误的是( )A.E.coli DNA连接酶可以“缝合”黏性末端和平末端B.限制酶主要来自原核生物,限制酶一般不切割自身DNAC.载体上必须有2个以上限制性内切核酸酶的切割位点D.限制酶断开磷酸二酯键,T4 DNA连接酶能恢复磷酸二酯键答案:C6.已知在一线性DNA分子上有3个某种限制酶的切割位点,如下图中箭头所指。
生物基因工程概念大汇总基因工程的概念：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
基因工程的原理：基因重组01DNA重组技术的基本工具1.“分子手术刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，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断开，因此具有专一性。
（3）方式：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，产生黏性末端，当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生平末端。
平末端（4）结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端有两种形式：黏性末端和平末端。
2.“分子缝合针”——DNA连接酶两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）的比较：①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区别：E·coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
3.“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体（1）常用的载体是质粒，它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌染色体之外，并具有自我复制能力的双链环状DNA分子。
（2）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因（如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因），供重组DNA的鉴定和选择。
（3）其它载体：λ噬菌体的衍生物、动植物病毒02基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。
课题
学科组高二生物主备人朱建国执教人朱建国课题DNA重组技术的基本工具课型时间
课时教学目标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。
教学设想
重点：DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
难点：基因工程载体需要具备的条件。
教法学法指导：：启发式教学多媒体课件
教学过程个性化修改
1.设置问题情境，引导学生在思索中学习新知识。
本节内容主要是介绍DNA重组技术的三种基本工具及其作用。
如果我们采用直白、平淡的方式介绍，不利于调动学生学习的积极性，也不利于学生科学素养的全面提高。
应当通过创设情境，提出问题，诱导学生积极参与教学活动，开启他们思想的闸门。
限制酶──“分子手术刀”，主要是介绍限制酶的作用，切割后产生的结果。
可在进入这部分内容学习时，设置学生关心的问题“限制酶从哪里寻找”，诱导学生联想从前学过的内容──噬菌体侵染细菌的实验，进而认识细菌等单细胞生物容易受到自然界外源DNA的入侵。
那么这类原核生物之所以长期进化而不绝灭，有何保护机制？进而诱导学生产生“可能是有什么酶来切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身的目的”。
这样就将书中直白的“这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来”的写法，变成了一个自主探索的思想活动。
DNA连接酶──DNA片段的“分子缝合针”，写得比较简洁。
我们可以从原有的知识出发，诱发学生思考，达到辨析、明理的作用。
要想连接被切割开的DNA，学生根据从前学过的知识，第一反应就想到“DNA聚合酶”。
学生这种想法的产生是很自然的。
但实际上并不能用这种酶进行DNA片段的连接。
应引领学生分析DNA聚合酶与DNA连接酶的不同作用，从而达到更深层次认识DNA连接酶的目的。
基因进入受体细胞的载体──“分子运输车”的学习内容，提到作为载体必需的四个条件。
教学不能仅仅着眼于让学生记住这几个条件，而应该通过诱导思索，明确为什么要有这四个条件才能充当载体。
2.让抽象的语言在直观的插图中找到注释，在实际动手中形成正确认识。
语言文字具有抽象、概括的特点；插图等信息媒体，具有形象、直观的特点，容易
被感知和理解，但抽象、概括功能差。
要想真正理解本节语言文字中的含义，必须将抽象的语言文字与形象的插图等非语言信息媒体有机地结合起来，做到优势互补。
这样学生一时琢磨不透的抽象语言，就能在具体、直观的插图中找到注解。
抽象的黏性末端、平末端的叙述以及磷酸二酯键的部位，与直观的插图协同运用，可使学生准确地理解切割或连接部位，理解“黏性”的内涵。
DNA连接酶是“缝合”磷酸二酯键的，在重组DNA过程中到底体现在何处，结合插图会易于理解。
紧密结合质粒载体结构的模式图教学，也将使学生对构建载体条件的有关内容变得容易理解。
在模拟制作DNA重组模型时，单纯动手剪纸板只能算是手工劳动，而模拟制作是富含科学内涵的动手过程。
当拿来剪刀时，首先意识到这是一把EcoRI的特异剪刀，应去寻找G —A—A—T—T—C的碱基序列，然后从G和A之间剪开。
当拿来不干胶时，意识到只能黏连磷酸二酯键处，而不能去黏连碱基对处。
当出现模拟制作失误时，也要想想，这在真实情况下可能是什么原因所致。
3.引导学生从基因工程的整体思考问题，解决本节教学难点。
本节的难点是对载体必须具备条件的分析。
要想解决这个问题，就事论事的做法不能奏效。
只有将这局部的内容整合到整个基因工程的设计过程中才能理解。
例如，我们选用从霍乱弧菌中的质粒来做载体，结合基因工程的实际目的来想：谁敢用它来做受体细胞的载体？显然人们对分离出的基因产物运用后果有顾虑，从而认清载体必须对细胞无害。
当然这里主要考虑载体不能有害于受体细胞，影响其生命活动的正常进行。
又如，载体上没有标记基因，我们用肉眼又看不到载体是否真正进入，那么如何鉴定？因此只有真正想到实际工作中这方面的困难，才会明白预先为什么要选具备标记基因的载体。
再如，没有一个和多个切割位点，就不能进行DNA的重组。
重组DNA不能复制，就可能丢失。
所以要引导学生，将一个个的问题置于整体过程中考虑，这样才能理解局部的做法是为了实现整体的目标。
教
后
反
思。
