(共38张PPT)
DNA重组技术的基本工具
选修3《现代生物科技专题》第一章 第1节
新课导入
研究人员评估表明糖尿病死亡率现 已居全世界疾病死亡率之首。目前中国 糖尿病患者人数已居世界第二位，预计 二○二五年时更将达五千九百三十万人。
治疗糖尿病特效药——
胰岛素
如何实现胰岛素的工厂化生产？
如：通过基因工程将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素。
基因工程
按照人们的愿望，进行严格设计，并通过体外DNA重组和转基因技术，创造出新生物类型和产品。
转基因或DNA重组技术
新课导入
【史观培养】
基础理论和技术的发展催生了基因工程
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
基因转移载体的发现
工具酶的发明
DNA合成和测序技术的发明
DNA体外重组的实现
重组DNA表达实验的成功
第一例转基因动物问世
PCR技术的发明
基础理论
技术发明
新课学习
【问题导学】阅读P4内容，回答以下问题
1. 这类酶主要来源于哪里？限制酶有多少种？2.它识别的序列有什么特点？作用的结果是什么？
3.限制酶作用于哪个化学键？能准确找出来吗？
4.要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？
5.如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
一、限制性核酸内切酶（限制酶）
1.主要来源：原核生物
2. 种类：约400种
3. 作用特点：识别特定核苷酸序列，切断特定核苷酸之间的磷酸二酯键
4. 作用结果：产生黏性末端或平末端
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用同种限制酶切割
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用同种限制酶切割
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用同种限制酶切割
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用同种限制酶切割
“分子缝合针” : DNA连接酶
【问题导学】请大家阅读课本P4-5的内容，回答以下问题。
1. DNA连接酶的功能是什么？
2.DNA连接酶有哪些种类，它们发挥作用有何区别
3. DNA连接酶志DNA聚合酶是一回事吗？为什么？
1. 功能：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：E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶
二、“分子缝合针” —— DNA连接酶
E·coli DNA连接酶 或T4DNA连接酶
E·coli DNA连接酶 或T4DNA连接酶
E·coli DNA连接酶 或T4DNA连接酶
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，但效率较低
【问题导学】请大家阅读课本P6的内容,答以下问题。
1.作为载体没有切割位点会如何？
2.目的基因是否导入受体细胞，要如何去察觉？
3.标记基因若被限制酶切割了，还能起标记的作用吗？
4.如果载体对受体细胞有害将会怎么样？
5.基因工程的“运载体”必须满足哪些条件？
6.常用的运载体有那些？他们都是天然的吗？
7. 总结出载体的作用。
1.条件：
（1）有一个和多个限制酶切割位点
（2）能自我复制
（3）有特定标记基因
（4）对受体细胞无害、易分离
2.种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
3.作用：
（1）将外源基因转移到受体细胞中去（2）利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
重组DNA分子的模拟操作
【情景模拟1】
1.如果条件充分，此时我们得到的目的基因和载体是否能够成功连接？
2.将多个EcoRI酶切后的载体与目的基因混合后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种类？请大家尝试操作。
【模拟制作】
【情景模拟2】
1.观察酶切位点数量和产生的黏性末端的特点2.将多个EcoRI酶、BamHI酶切后的载体与目的基因混合后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种类？
载体与目的基因的连接
载体与载体的连接
目的基因与目的基因的连接
目的基因自身环化
目的基因与目的基因异向连接
两种限制酶切割后黏性末端
两种限制酶切割后目的基因与载体正确连接
课堂小结
这节课主要学习了DNA重组技术的三种基本工具——限制酶、DNA连接酶、运载体，大家要掌握其特点及其作用，同时要发挥空间想象力，借助课本的插图及模型构建，深刻掌握构建重组DNA分子的要领。
课堂练习
某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamH I三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题：
⑴ 将含有目的基因的DNA与质粒分别用Sal I酶切，酶切产物用______________ 催化连接后，两个DNA片段的连接结果有_______________种。
⑵ 构建重组质粒时，应选用__________________两种酶对___________________进行切割，
以保证重组DNA序列的唯一性。
（3）为筛选出导入了重组质粒
的农杆菌，应在培养基中加入
________，理由是________。
参考答案：(1)DNA连接酶 3（提示：运载体-目的基因、目的基因-目的基因、运载体-运载体）
(2)SalⅠ、HindⅢ
质粒和含抗盐基因的DNA (3)氨苄青霉素 重组质粒中含抗氨苄青霉基因而抗四环素基因被破坏
★ 板书设计
一、限制性核酸内切酶（限制酶）——分子手术刀
1.主要来源 2. 种类 3. 作用特点 4. 作用结果
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
1. 功能 2. 种类
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.条件 2.种类 3.作用
四、模拟重组DNA分子的操作登陆21世纪教育 助您教考全无忧
《DNA重组技术的基本工具》教案
【教学目标】
1、知识与技能
（1）理解基因工程的原理及优点；
（2）简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。
2、过程与方法
（1）尝试自主学习和合作学习；
（2）通过亲手操作，切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。
3、情感态度与价值观
（1）通过动手操作、小组合作，提高学生自主学习及合作探究的能力；
（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。
【教学重点】
DNA重组技术所需的三种基本工具的作用及特点
【教学难点】
基因工程载体需要具备的条件
【课时安排】
1课时
【教具准备】
教学PPT课件，自制教具。模拟载体与目的 ( http: / / www.21cnjy.com )基因的连接，将教材提供的碱基序列加以调整，用白色纸张和红色纸张打印，白色纸模拟目的基因片段，红色纸模拟质粒，粘贴出环状DNA：同时提供剪刀（模拟限制酶）、透明胶带（模拟DNA连接酶）（如图1）。
【教学过程】
一、新课导入
【情景导入】研究人员评估表明糖尿病死亡率现 ( http: / / www.21cnjy.com )已居全世界疾病死亡率之首。目前中国糖尿病患者人数已居世界第二位，预计二○二五年时更将达五千九百三十万人。治疗糖尿病特效药是胰岛素，如何实现胰岛素的工厂化生产？（通过基因工程将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素/通过基因工程让转基因牛产胰岛素）
基因工程：指按照人们的愿望,进行严格的设计 ( http: / / www.21cnjy.com )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重组技术或基因拼接技术。
二、新课学习
【史观培养】阅读“科技探索之路”，回顾基因工程基础理论、操作步骤，了解技术的发展过程。
【实例分析】
“工欲善其事，必先利其器” ( http: / / www.21cnjy.com )。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”构建而成，它是如何产生的 阅读P4内容，找出答案。（指出基因工程操作的三种工具：限制酶、DNA连接酶、运载体，再逐一重点学习三种工具）
【问题导学】首先一起来学习“分子手术刀”—— 限制性核酸内切酶（限制酶），阅读P4内容，回答以下问题21世纪教育网版权所有
1. 这类酶主要来源于哪里？限制酶有多少种？（原核生物,约400种）
2.它识别的序列有什么特点？作用的结果 ( http: / / www.21cnjy.com )是什么？（识别特定核苷酸序列，切断磷酸二酯键，具特异性。产生黏性末端或平末端。举例：EcorⅠ、SamⅠ限制酶）
3.限制酶作用于哪个化学键？能准确找出来吗？（磷酸二酯键）
4.要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？（要切两个切口）
5.如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？（会产生相同的末端）
【知识总结】一、限制性核酸内切酶（限制酶）——分子手术刀
1.主要来源：原核生物
2. 种类：约400种
3. 作用特点：识别特定核苷酸序列，切断特定核苷酸之间的磷酸二酯键
4. 作用结果：产生黏性末端或平末端
【过渡】把DNA片段拼接成新的DNA分子，需要DNA连接酶。
【问题导学】请大家阅读课本P4-5的内容，回答以下问题。
1. DNA连接酶的功能是什么？（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。）21教育网
2.DNA连接酶有哪些种类，它们发 ( http: / / www.21cnjy.com )挥作用有何区别（E· coli DNA连接酶和T4DNA连接酶。E·coli DNA连接酶能连接黏性末端不能连接平末端，T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端，但连接平末端时效率较低）21cnjy.com
3. DNA连接酶志DNA聚合酶是 ( http: / / www.21cnjy.com )一回事吗？为什么？（不是一回事。相同点：形成磷酸二酯键。不同点：1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键；而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。2）DNA聚合酶需要以一条DNA链为模板；而DNA连接酶不需要模板。）21·cn·jy·com
【知识总结】二、DNA连接酶——“分子缝合针”
1. 功能：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：E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶
【问题导学】用什么方法才能将外源基因送入细胞中呢？这就需要运载体了。请大家阅读课本P6的内容,答以下问题。www.21-cn-jy.com
1.作为载体没有切割位点会如何？（外源DNA片段无法插入其中）
2.目的基因是否导入受体细胞，要如何去察觉？ ( http: / / www.21cnjy.com )（质粒DNA分子上有特殊的标记基因，如四环抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等，可根据标记基因的特性进行判断）
3.标记基因若被限制酶切割了，还能起标记的作用吗？（不能，标记基因的碱基序列已经被破坏。）
4.如果载体对受体细胞有害将会怎么样？（细胞生命活动将受影响，目的基因表达也将受影响）
5.基因工程的“运载体”必须满足哪些条件？（1.有一个和多个限制酶切割位点2.能自我复制 3.有特定标记基因 4.对受体细胞无害、易分离）2·1·c·n·j·y
6.常用的运载体有那些？他们都是天然的吗？（质粒，λ噬菌体的衍生物，动植物病毒等。一般是人工改造的）【来源：21·世纪·教育·网】
7. 总结出载体的作用（1.将外源基因转移到受体细胞中去。2.利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制。）21·世纪*教育网
阅读后，总结得出答案进行小组内交流、讨论，由代表与大家分享观点，老师指导同学们相互交流，并点评、补充。2-1-c-n-j-y
【知识总结】三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.条件：（1）有一个和多个限制酶切割位点（2）能自我复制 （3）有特定标记基因 （4）对受体细胞无害、易分离 21*cnjy*com
2.种类：质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
3.作用：（1）将外源基因转移到受体细胞中去（2）利用运载体在受体细胞内，对外源基因进行大量复制
【过渡】同学们刚刚都学了基 ( http: / / www.21cnjy.com )因工程的必备工具，如果你是科学家，你要如何利用这些工具完成基因工程的步骤呢？接下来以小组为单位模拟重组DNA分子的操作过程。
【情景模拟1】利用PPT ( http: / / www.21cnjy.com )给学生分别呈现限制性核酸内切酶EcoRI，BamHI识别的碱基序列和酶切位点，酶切过程以及DNA连接酶的作用位点（图2）。给学生分发教具：每组发两个带碱基序列的环状DNA，两张链状DNA，（且四个DNA上仅有EcoRI的酶切位点），剪刀，胶带（图3-4）。【来源：21cnj*y.co*m】
1.如果条件充分，此时我们得到的目的基因和载体是否能够成功连接？（能）
2.将多个EcoRI酶切后的载体与目的基因混合后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种类？请大家尝试操作。www-2-1-cnjy-com
各组进行模拟操作，展示操作成果，老师点 ( http: / / www.21cnjy.com )评，汇总，除得到载体与目的基因之间的连接外，还有载体与载体之间的连接，目的基因与目的基因之间的连接，以及载体自身环化，和目的基因自身环化等。其中载体及目的基因的自身环化是干扰重组的常见因素。图7-11
3.为什么会出现这么多种连接产物呢？（一种限制性核酸内切酶切割后产生的黏性末端只有一种，相同的黏性末端之间可以任意连接。） 【出处：21教育名师】
各小组挑出本组制作的载体与目的基因连接 ( http: / / www.21cnjy.com )后的重组DNA，互相观察并比较是否有不同。（点出：同向插入和异向插入。学生通过比较，能够发现有的小组目的基因插入方向与别组有不同，从而发现目的基因不同的插入方向将导致出现不同的基因产物。图12）
【过渡】我们如何解决目的基因定向插入这个问题呢？
【情景模拟2】分发另一套材料，每组两个环状DNA，两个链状DNA（都带EcoRI，BamHI两种酶切序列,图5-6），让学生再次模拟操作。【版权所有：21教育】
1.观察酶切位点数量和产生的黏性末端的特点（有目的基因和运载体都两种限制酶切割位点，两种限制酶切割产生的黏性末端是不同的）21教育名师原创作品
2.将多个EcoRI酶、BamHI ( http: / / www.21cnjy.com )酶切后的载体与目的基因混合后，加入DNA连接酶，其连接产物可能有哪些种类？（有：载体与目的基因连接而成的重组DNA，载体与载体间，目的基因与目的基因间仍会连接，但载体及目的基因自身环化问题得到解决，根据碱基互补配对原则，目的基因与载体连接的方向是唯一的。图13-15）21*cnjy*com
3.可以得出什么结论（载体上含有多个酶切 ( http: / / www.21cnjy.com )位点，利用双酶切的方法，可以保证目的基因的定向插入，同时还避免了载体及目的基因的自身环化，提高DNA重组率，实现目的基因的正确转录和表达。）
三、课堂小结
这节课主要学习了DNA重组技术的三种 ( http: / / www.21cnjy.com )基本工具——限制酶、DNA连接酶、运载体，大家要掌握其特点及其作用，同时要发挥空间想象力，借助课本的插图及模型构建，深刻掌握构建重组DNA分子的要领。
四、课堂练习
某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、Bam ( http: / / www.21cnjy.com )H I三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图所示，请回答下列问题：
( http: / / www.21cnjy.com )
⑴ 将含有目的基因的DNA与质 ( http: / / www.21cnjy.com )粒分别用Sal I酶切，酶切产物用______________ 催化连接后，两个DNA片段的连接结果有_______________种。
⑵ 构建重组质粒时，应选用__________________两种酶对___________________进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。
（3）为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，应在培养基中加入________，理由是________。
参考答案：(1)DNA连接酶 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank ) 3（提示：运载体-目的基因、目的基因-目的基因、运载体-运载体） (2)SalⅠ、HindⅢ 质粒和含抗盐基因的DNA
(3)氨苄青霉素 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank ) 重组质粒 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网" \t "_blank )中含抗氨苄青霉基因而抗四环素基因被破坏
【板书设计】
一、限制性核酸内切酶（限制酶）——分子手术刀
1.主要来源 2. 种类 3. 作用特点 4. 作用结果
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
1. 功能 2. 种类
三、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
1.条件 2.种类 3.作用
四、模拟重组DNA分子的操作
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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