3.1重组DNA技术的基本工具 课件(共32张PPT)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3
文档属性
| 名称 | 3.1重组DNA技术的基本工具 课件(共32张PPT)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 62.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-11-04 21:57:21 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
第1节重组DNA技术的工具
第三章
基因工程的概述
一
限制酶——“分子手术刀”
二
DNA连接酶——“分子缝合针”
三
载体——“分子运输车”
四
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”。
转基因番木瓜（左）与非转基因番木瓜（右）
1.基因工程的概念：
指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，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。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DNA重组技术。
【归纳定义】工程别名：
操作对象：
操作水平：
工程实质：
DNA重组技术
基因
DNA分子水平
基因重组
2.图解“基因工程实质”
转移
A生物
B生物
萤火虫
普通动植物
发光基因
3.基因工程诞生的理论基础
拼接的基础
1.DNA的基本组成单位相同（四种脱氧核苷酸）
表达的基础
2.都遵循碱基互补配对原则
3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位
2.遗传信息的传递都遵循中心法则
3.生物界几乎共用一套遗传密码
基因在空间上转移并成功表达
接
剪
运
来源：
种类：
主要来自原核生物
特点：
数千种
能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
根据你所掌握的知识你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么？
主要起到切割外源DNA使之失效，从而达到保护自身的目的。
旁栏思考
1’
2’
3’
4’
5’
G
限制酶
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
黏性末端
黏性末端
EcoRI 限制酶的切割：
只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
黏性末端
平末端
结 果：
产生黏性末端或平末端
（1）该DNA片段上EcoRI的识别序列在哪儿？
（2）请用剪刀模拟EcoRI的识别序列和切割位点将目的基因“切割”下来。
探究 活动一、用剪刀模拟EcoRI剪切目的基因(Bt基因)操作
5’...GAG
3’...CTTAA
AATTC...3’
G...5’
黏性
末端
黏性
末端
目的基因
黏性末端
黏性末端
(3)要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？
要切2个切口，产生4个黏性(平)末端。
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。
思考与讨论
(2)请结合右图，推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？
提示 断开2个磷酸二酯键；产生2个游离的磷酸基团；产生2个黏性末端；消耗2分子水。
思考与讨论
2.请写出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？
提示 如图
同种限制酶产生的黏性末端相同，不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端。
3.请判断：以下黏性末端是由 种限制酶作用产生的。
提示 限制酶是原核生物的一种防御工具，用来切割侵入细胞的外源DNA，以保证自身安全。
三
4.推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？
5.为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？
提示 含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列，或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。
思考与讨论
什么样的末端才能连接起来？，
1. 作用：
2. 种类：
⑴ E·coli DNA连接酶
⑵ T4 DNA连接酶
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 。
磷酸二酯键
3.作用部位:
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的两条单链缺口，但不能连接单链DNA！
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
DNA聚合酶
相同点：都是催化磷酸二酯键形成的酶。
不同点：DNA聚合酶连接的是游离的脱氧核苷酸，需要模板；
DNA连接酶连接的是DNA片段。
4.几种相关酶的比较
名称 作用部位 作用结果
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
DNA(水解)酶
解旋酶
磷酸二酯键
碱基对之间的氢键
将DNA切成两个片段
磷酸二酯键
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
磷酸二酯键
将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
磷酸二酯键
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
将双链DNA分子局部解旋为单链
1.根据所学知识，完成以下填空：
①限制酶 ②解旋酶 ③DNA连接酶 ④DNA聚合酶 ⑤RNA聚合酶
b
a
A.切断a处的酶为_______
B.连接a处的酶为_______
C.切断b处的酶为_______
①
③④
②
a：磷酸二酯键；b：氢键
2.(2024·天津耀华中学高二期中)以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述正确的是
A.以上DNA片段是由4种限制酶切割后产生的
B.②片段是在识别序列为 的限制酶作用下形成的
C.①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下可形成重组DNA分子
D.限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键
√
3.DNA连接酶是重组DNA技术中常用的一种工具酶。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，形成磷酸二酯键
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.DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端
√
将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子.
1.作用：
E.coli DNA连接酶， 从大肠杆菌中分离得到，只能连接具有互补黏性末端的DNA片段
T4 DNA连接酶，从T4噬菌体中分离出来的，既能连接黏性末端，又能连接平末端，但连接平末端的效率较低
2.分类：
3.连接位置：
磷酸二酯键
DNA连接酶——“分子缝合针”
三
质粒
将外源基因送入受体细胞, 在受体细胞内对目的基因进行大量复制.
1.作用：
动植物病毒
噬菌体
2.种类：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
①能在受体细胞中稳定保存并复制
②有一个至多个限制酶切割位点，便于插入（携带）目的基因
③具有标记基因，便于筛查含有重组DNA分子的细胞
④对受体细胞无害、易分离
真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
3.运载体需具备的条件：
标记基因的筛选原理
载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示：
关键点拨
5’................... pBI121 ................GAATTC........3’
3’................... 质 粒 ................CTTAAG........5’
探究 活动二 、请将代表pBI121质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒
探究 活动三、重组DNA分子的模拟操作
请用剪刀模拟EcoRI识别下面质粒序列和切割位点进行“切割”，将切下的片段与目的基因片段进行重组，并用透明胶条将切口粘连起来。
目的基因
4.下列关于基因运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由均正确的是
A.能够复制，以便目的基因插入其中
B.具有多个限制酶切割位点，便于目的基因的表达
C.具有某些标记基因，便于重组DNA的筛选
D.对受体细胞无害，便于重组DNA的筛选
√
5.某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)示意图，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
插入点 细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况 细菌在含四环素的培养基上的生长状况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
A.①是c；②是b；③是a B.①是a和b；②是a；③是b
C.①是a和b；②是b；③是a D.①是c；②是a；③是b
√
6.图甲是含有目的基因的外源DNA片段，图乙是用于将目的基因导入受体细胞的质粒（阴影部分表示抗生素抗性基因），相关限制酶的作用部位如图所示，现欲培养转基因抗病植株，回答下列问题。
（1）在基因工程的操作中，不宜选用SmaI，原因是SmaI会破坏__________
和__________________________。
（2）在基因工程的操作中，不宜选用EcoRI，原因是用EcoRI切割外源DNA片段后，___________________________________________________。
目的基因
质粒上的抗生素抗性基因
目的基因只有一侧含有黏性末端，不能插入到质粒中
（3）由于反应体系中含有大量的外源DNA片段和质粒，加入PstI一种限制酶后，会得到大量的目的基因片段和质粒片段，再加入DNA连接酶后，除了会形成目的基因与质粒连接的环状产物外，还会形成______________________连接的环状产物以及_____________________连接的环状产物。此外，目的基因与质粒的连接既可以是正向连接，也可以是____________，后者可能会导致目的基因无法正常表达。
目的基因与目的基因
质粒片段与质粒片段
反向连接
限制酶
DNA连接酶
载体
①对受体细胞无害；
②有一个至多个限制酶切割位点；
③有特殊的标记基因；
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、噬菌体 、动植物病毒
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类：
磷酸二酯键
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
连接部位：磷酸二酯键
种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用： 把两条双链DNA片段拼接起来
第1节重组DNA技术的工具
第三章
基因工程的概述
一
限制酶——“分子手术刀”
二
DNA连接酶——“分子缝合针”
三
载体——“分子运输车”
四
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”。
转基因番木瓜（左）与非转基因番木瓜（右）
1.基因工程的概念：
指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，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。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DNA重组技术。
【归纳定义】工程别名：
操作对象：
操作水平：
工程实质：
DNA重组技术
基因
DNA分子水平
基因重组
2.图解“基因工程实质”
转移
A生物
B生物
萤火虫
普通动植物
发光基因
3.基因工程诞生的理论基础
拼接的基础
1.DNA的基本组成单位相同（四种脱氧核苷酸）
表达的基础
2.都遵循碱基互补配对原则
3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构
1.基因是控制生物性状的结构与功能单位
2.遗传信息的传递都遵循中心法则
3.生物界几乎共用一套遗传密码
基因在空间上转移并成功表达
接
剪
运
来源：
种类：
主要来自原核生物
特点：
数千种
能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。
（限制酶不是一种酶，而是一类酶）
根据你所掌握的知识你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么？
主要起到切割外源DNA使之失效，从而达到保护自身的目的。
旁栏思考
1’
2’
3’
4’
5’
G
限制酶
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
黏性末端
黏性末端
EcoRI 限制酶的切割：
只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
黏性末端
平末端
结 果：
产生黏性末端或平末端
（1）该DNA片段上EcoRI的识别序列在哪儿？
（2）请用剪刀模拟EcoRI的识别序列和切割位点将目的基因“切割”下来。
探究 活动一、用剪刀模拟EcoRI剪切目的基因(Bt基因)操作
5’...GAG
3’...CTTAA
AATTC...3’
G...5’
黏性
末端
黏性
末端
目的基因
黏性末端
黏性末端
(3)要想获得某个特定性状的目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？
要切2个切口，产生4个黏性(平)末端。
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。
思考与讨论
(2)请结合右图，推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？
提示 断开2个磷酸二酯键；产生2个游离的磷酸基团；产生2个黏性末端；消耗2分子水。
思考与讨论
2.请写出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？
提示 如图
同种限制酶产生的黏性末端相同，不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端。
3.请判断：以下黏性末端是由 种限制酶作用产生的。
提示 限制酶是原核生物的一种防御工具，用来切割侵入细胞的外源DNA，以保证自身安全。
三
4.推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？
5.为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？
提示 含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列，或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。
思考与讨论
什么样的末端才能连接起来？，
1. 作用：
2. 种类：
⑴ E·coli DNA连接酶
⑵ T4 DNA连接酶
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 。
磷酸二酯键
3.作用部位:
注意：DNA连接酶可连接双链DNA中的两条单链缺口，但不能连接单链DNA！
DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
DNA聚合酶
相同点：都是催化磷酸二酯键形成的酶。
不同点：DNA聚合酶连接的是游离的脱氧核苷酸，需要模板；
DNA连接酶连接的是DNA片段。
4.几种相关酶的比较
名称 作用部位 作用结果
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
DNA(水解)酶
解旋酶
磷酸二酯键
碱基对之间的氢键
将DNA切成两个片段
磷酸二酯键
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
磷酸二酯键
将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
磷酸二酯键
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
将双链DNA分子局部解旋为单链
1.根据所学知识，完成以下填空：
①限制酶 ②解旋酶 ③DNA连接酶 ④DNA聚合酶 ⑤RNA聚合酶
b
a
A.切断a处的酶为_______
B.连接a处的酶为_______
C.切断b处的酶为_______
①
③④
②
a：磷酸二酯键；b：氢键
2.(2024·天津耀华中学高二期中)以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述正确的是
A.以上DNA片段是由4种限制酶切割后产生的
B.②片段是在识别序列为 的限制酶作用下形成的
C.①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下可形成重组DNA分子
D.限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键
√
3.DNA连接酶是重组DNA技术中常用的一种工具酶。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，形成磷酸二酯键
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.DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端
√
将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子.
1.作用：
E.coli DNA连接酶， 从大肠杆菌中分离得到，只能连接具有互补黏性末端的DNA片段
T4 DNA连接酶，从T4噬菌体中分离出来的，既能连接黏性末端，又能连接平末端，但连接平末端的效率较低
2.分类：
3.连接位置：
磷酸二酯键
DNA连接酶——“分子缝合针”
三
质粒
将外源基因送入受体细胞, 在受体细胞内对目的基因进行大量复制.
1.作用：
动植物病毒
噬菌体
2.种类：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
①能在受体细胞中稳定保存并复制
②有一个至多个限制酶切割位点，便于插入（携带）目的基因
③具有标记基因，便于筛查含有重组DNA分子的细胞
④对受体细胞无害、易分离
真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。
3.运载体需具备的条件：
标记基因的筛选原理
载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示：
关键点拨
5’................... pBI121 ................GAATTC........3’
3’................... 质 粒 ................CTTAAG........5’
探究 活动二 、请将代表pBI121质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒
探究 活动三、重组DNA分子的模拟操作
请用剪刀模拟EcoRI识别下面质粒序列和切割位点进行“切割”，将切下的片段与目的基因片段进行重组，并用透明胶条将切口粘连起来。
目的基因
4.下列关于基因运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由均正确的是
A.能够复制，以便目的基因插入其中
B.具有多个限制酶切割位点，便于目的基因的表达
C.具有某些标记基因，便于重组DNA的筛选
D.对受体细胞无害，便于重组DNA的筛选
√
5.某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)示意图，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是
插入点 细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况 细菌在含四环素的培养基上的生长状况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
A.①是c；②是b；③是a B.①是a和b；②是a；③是b
C.①是a和b；②是b；③是a D.①是c；②是a；③是b
√
6.图甲是含有目的基因的外源DNA片段，图乙是用于将目的基因导入受体细胞的质粒（阴影部分表示抗生素抗性基因），相关限制酶的作用部位如图所示，现欲培养转基因抗病植株，回答下列问题。
（1）在基因工程的操作中，不宜选用SmaI，原因是SmaI会破坏__________
和__________________________。
（2）在基因工程的操作中，不宜选用EcoRI，原因是用EcoRI切割外源DNA片段后，___________________________________________________。
目的基因
质粒上的抗生素抗性基因
目的基因只有一侧含有黏性末端，不能插入到质粒中
（3）由于反应体系中含有大量的外源DNA片段和质粒，加入PstI一种限制酶后，会得到大量的目的基因片段和质粒片段，再加入DNA连接酶后，除了会形成目的基因与质粒连接的环状产物外，还会形成______________________连接的环状产物以及_____________________连接的环状产物。此外，目的基因与质粒的连接既可以是正向连接，也可以是____________，后者可能会导致目的基因无法正常表达。
目的基因与目的基因
质粒片段与质粒片段
反向连接
限制酶
DNA连接酶
载体
①对受体细胞无害；
②有一个至多个限制酶切割位点；
③有特殊的标记基因；
④能自我复制或能整合到宿主DNA上。
质粒、噬菌体 、动植物病毒
基因工程的基本工具
作为载体的条件
种类：
磷酸二酯键
来源：
主要来源于原核生物
特点：
作用部位：
具有专一性
结果：
形成黏性末端或平末端
连接部位：磷酸二酯键
种类： E.coliDNA连接酶、T4 DNA连接酶
作用： 把两条双链DNA片段拼接起来