重组技术的基本工具
DNA重组技术的工具(原创)
形式——黏性末端和平末端。
限制酶所 识别的序 列有什么 特点呢？
•大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成。
•中轴线两侧的碱基是反向对称重复排列的。
学案例 1
例1、下列关于限制酶的说法正确的是（ ） A、限制酶广泛存在于各种生物中，但微生物中 很少 B、一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C、不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端 D、限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键
学案例 2
答案： （1）限制酶 GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷 酸 腺嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 黏性 末端 （2） E· coli DNA 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺 嘌吟脱氧核苷酸 磷酸二酯键 T4DNA连 接酶
运输车：基因的载体
载体必须具备怎样的条件？
你能想象选用霍乱弧菌中的质粒来做载体的后 对受体细胞无害 果吗？ 具有某些标记基因，便于进行筛选（如抗菌 我们用肉眼看不到载体是否真正进入了受体细 素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等 ） 胞，那么如何鉴定？ 具有一个或多个限制酶切点，以便与外源基 没有切割位点，能进行 DNA的重组吗？ 因连接 能够在宿主细胞中复制并稳定地保存 重组 DNA如果不能复制，会是怎样的结果？
答案：B
缝合针：DNA连接酶
1.
2.
分类及作用： E· coli DNA连接酶：只能连接黏性末端； T4 DNA连接酶：既可“缝合”黏性末端， 又可“缝合”平末端。
缝合针：DNA连接酶
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为 什么？ 不是。DNA聚合酶是以一条DNA链为模板， 合成与模板链互补的DNA链；而DNA连接 酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起 来，不需要模板。 均合成磷酸二酯键。
学案1：3.1 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__________。
人教版生物选修三教案：1.1 DNA重组技术的基本工具 Word版含答案
1.1DNA重组技术的基本工具教学设计山东省沾化县第一中学韩振勇1 教材分析《DNA重组技术的基本工具》是人教版选修3专题1基因工程中第1节内容，本节是《基因工程》专题的基础，是掌握后面知识的保障。
对于基因工程，学生接触得很少，文字描述中会感到抽象，为巩固三种基因操作工具的作用特点，强化学生的动手能力和小组成员间的协作能力，可以设置一个模拟制作活动──构建重组DNA，将具体的操作程序有机联系起来，加深对这一程序的理解，有利于提高学生的认知水平和接受能力。
2 学情分析学生经过必修二的学习已经初步掌握DNA重组技术所需三种基本工具的作用等知识，基础知识较扎实，思维的目的性、连续性和逻辑性已初步建立。
但基因工程一节对学生来说难点较多，如果处理不好，会变成简单的死记硬背。
因此在教学过程中，应在教师引导下适时加强学生解决问题等方面的能力。
3 教学目标3.1 知识目标⑴简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。
⑵DNA重组技术的模拟操作。
3.2 能力目标尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案3.3 情感态度与价值观⑴关注基因工程的发展⑵认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
4 教学重点与难点4.1 教学重点DNA重组技术所需的三种基本工具的作用4.2 教学难点基因工程载体需要具备的条件。
6 教学反思学生了解到的基因工程实例是激发他们学习的兴趣。
我们通过创设情境，提出问题，引导学生积极参与教学活动，这既有利于调动学生学习的积极性，也有利于学生科学素养的全面提高。
比如：在介绍限制酶的的来源时，可以通过问题“限制酶从哪里来寻找”，诱导学生思考、阅读教材得出结论。
另外，本节内容比较抽象，上课过程中结合一些图片、动画，特别是让学生亲自去动手模拟制作DNA重组的模型，这样更能激发学生学习的热情，效果会更好。
学案17：DNA重组技术的基本工具
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。
高中生物选修3教案 第1章 基因工程
专题一 1.1 DNA重组技术的基本工具1、教材分析《DNA重组技术的基本工具》是人教版生物选修三专题一《基因工程》的第一节，本节内容主要是介绍了DNA重组技术的三种基本工具，是学习《基因工程的基本操作程序》的基础和前提。
2、教学目标1．知识目标：（1）简述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。
（2）简述DNA重组技术所需的三种基本工具。
2．能力目标：运用所学DNA重组技术的知识，模拟制作重组DNA模型。
3．情感、态度和价值观目标：（1）关注基因工程的发展。
（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、教学重点和难点1、教学重点DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
2、教学难点基因工程载体需要具备的条件。
4、学情分析学生在必修课中已经学习过关于基因工程的基础知识，对于本部分内容已经有了初步了解，所以学习起来应该不会有太大的困难。
5、教学方法1、学案导学：见学案。
2、新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习6、课前准备1．学生的学习准备：预习《DNA重组技术的基本工具》，初步把握DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。
七、课时安排：1课时一、教学过程(一) 预习检查、总结疑惑。
检查学生落实预习情况并了解学生的疑惑，使教学具有针对性。
（二）情景导入、展示目标。
教师首先提问：A.我们以前在哪部分学习过基因工程？（必修二从杂交育种到基因工程）B.回想一下，转基因抗虫棉是怎样培育出来的？经过了哪些主要步骤？（实质是基因工程的基本操作程序：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）从这节课开始，我们将深入学习基因工程，今天我们来学习DNA重组技术的基本工具。
我们来看本节课的学习目标。
（多媒体展示学习目标，强调重难点）（三）合作探究、精讲点拨。
DNA重组技术的基本工具
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。
DNA重组技术的基本工具定稿
形成两种末端 4、结果： 结果：
基因的针线──DNA连接酶 ──DNA 二、基因的针线──DNA连接酶
连接酶有两种： 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得 到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从 连接酶。 到的，称之为 连接酶 T4噬菌体中分离得到，称为 4连接酶。 噬菌体中分离得到， 噬菌体中分离得到 称为T 连接酶。
第三阶段
精子细胞
变形
精子
精子细胞变形中的主要变化： 精子细胞变形中的主要变化：
1.细胞核—— 1.细胞核—— 精子头的主要部分 细胞核 2.高尔基体—— 2.高尔基体—— 头部的顶体 高尔基体 3.中心体—— 3.中心体—— 精子的尾 中心体 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 线粒体 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 细胞内其他物质
二、基因表达载体的组成： 基因表达载体的组成：
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因
三、将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 感受态细胞 微生物细胞
(二)利用PCR技术扩增目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 PCR
聚合酶链式反应 概念：PCR全称为_______________， 全称为_______________ ① 概念：PCR全称为_______________，是一项 特定DNA DNA片段 体外 特定DNA片段 在生物____复制___________ ____复制___________的核酸合成技术 在生物____复制___________的核酸合成技术 DNA复制 ②原理：__________ 原理： DNA复制 已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________、 条件：_______________________、 四种脱氧核苷酸 _______________、 一对引物 _______________、___________ 、 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ___________. 指数 方式扩增， ____（ 方式： _____方式扩增 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 2n 环的次数） 环的次数） 结果： ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
高中生物人教版选修三同步导学：1.1 DNA重组技术的基本工具(理解+掌握+应用)
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。
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（2）类型
作用 种类 来源 是否缝合黏性末端 是否缝合平末端 大肠杆菌
E.Coli DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶
是 是
否 是，但效率低
T4噬菌体
●动手模拟2——若要高效促进人胰岛素基因与质粒 结合，请比较“问题4”的各种酶切方案，选出最合 适的方案。 问题 5：若只用一种限制酶切割获取胰岛素基因和质粒，
1、保持目的基因的完整性
2、在目的基因两侧能切除多余片段
• 如何将目的基因导入受体细胞？
3．基因的运载体 （阅读P6）
将 目的基因 送入受体细胞，常用 质粒 作为运载体。为了保证和目的基因链 接，运载体上也有多个限制酶切点。
• 如何将目的基因和质粒连接起来？
3.基因的针线——DNA连接酶（阅读P5-6）
黏性末端型限制酶：如:EcoRI限制酶
平末端型限制酶：如:SmaI限制酶
【动手建模1】人胰岛素基因的获取 下面是一段携带有人胰岛素基因的DNA片段，虚线框 内的片段即为人胰岛素基因，先用笔标记好上述的4种 限制酶识别序列，并画出各种限制酶的切割示意线， 思考并回答问题3、4。
BamHⅠ EcoRⅠ Hind Ⅲ BglⅡ
有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有 多个。
大肠杆菌的质粒： 最常用的质粒是大 肠杆菌的质粒，其 中常含有抗药基因， 如四环素的标记基 因。质粒的存在与 否对宿主细胞生存 没有决定性作用， 但复制只能在宿主 细胞内成。
课后拓展
• 由于重组质粒的构建是分子水平操作的， 肉眼是无法看见的。亲，你该如何对重组 质粒进行筛选？
作为运载体必须具备哪些条件？
1）能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2）载体DNA必须有一个或多个限制酶切点，以便目的 基因插入到载体上去。 3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。 4) 载体DNA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。 5) 载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操 作，太大就不便操作。
然后用DNA连接酶将酶切片段链接起来，请你说说会有多 少种链接类型。根据结果说说你对一种限制酶构建重组质 粒效率的看法。
EcoRⅠ 酶切
分离纯化
目的基因+质粒=重组质粒
成功了，oh，yeah
目的基因+质粒=重组质粒
实际用DNA连接 酶构建重组质粒时， 哪些DNA片段真 的那么听指挥吗？
反接 自环
EcoRⅠ Hind Ⅲ
一种酶切的结果展示
Hind Ⅲ
BamHⅠ
BglⅡ
EcoRⅠ
问题4：获取人类胰岛素基因，你选择的限制酶是什么？ （可以写出多种组合方案）
BamHⅠ EcoRⅠ Hind Ⅲ BglⅡ EcoRⅠ Hind Ⅲ
方案1：EcoRⅠ 方案2：EcoRⅠ+BglⅡ
方案3：BamH Ⅰ+BglⅡ 【归纳】选择的原因：
常用的运载体主要有两类：
1）细菌细胞质的质粒
2）噬菌体或某些动植物病毒
质粒： 质粒是染色体外能够进行自主复制的遗传单 位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外 的DNA分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌 和放线菌等生物中核以外的DNA分子。 质粒是基因工程最常用的运载体。
绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。
温故探新，问题导引
1．胞嘧啶（C） 2．腺嘌呤(A) 3．鸟嘌呤(G) 4．胸腺嘧啶(T) 5． 脱氧核糖 6． 磷酸 7． 胸腺嘧啶脱氧核苷酸 8． 碱基对 9． 氢键 10．一条脱氧核苷酸 链的片段
问题1：基因是什么？ 从右图可知，S基因是 DNA片段 。 有遗传效应的
问题2：请回忆所学的知识，基因工程需要哪些工具？ 限制酶、 DNA连接酶、 载体
一种限制 酶操作， 成功的机 会大吗？
问题6：若考虑使用两种限制酶切割，你选择 的最佳限制酶组合是 。
方案2： EcoRⅠ+BglⅡ
方案3：BamH Ⅰ+BglⅡ
坑呀！
最佳组合：
EcoRⅠ+BglⅡ
成功了，oh，yeah， 这才是真正的成功
知识梳理组技术 别名 体外 操作环境 需要用到的工具 限制酶 DNA连接酶 运载体 操作水平 分子水平 遗传学原理 基因重组 优点 打破物种之间界限， 定向改变生物性 状
合作探究，分享展示 1.基因的剪刀——限制性核酸内切酶（简称限制酶 ） （阅读P4-5） （1）来源：主要在原核生物细胞中 。 （2）特点：限制酶首先要识别特定的 脱氧核苷酸 序列， 其次要在每一条链中特定部位切割两个核苷酸之间 的 磷酸二酯 键 。（请你在学案第1页-DNA平面结构 图中圈出限制酶切割的位点，两条链各圈一个） （3）作用结果 ①黏性末端：在所识别序列的 中心轴线两侧 将DNA 的两条链分别切开时形成的末端。 ②平末端：在所识别序列的 中心轴线 处切开时形成的 末端。
1.1—DNA重组技术的基本工具
教学目标
课后反思
课标要求
学习目标
A简述DNA重组技术所 a.你收获的新名词： 需的三种工具的作用 b.你还存在哪些疑问？ B简述基因工程中载体 DNA重组技 需要具备的条件 术的基 本工具 C认同基因工程的诞生 和发展离不开理论研 究和技术创新
新课导入，接轨生活
• 基因敲除技术：通常意义上的基因敲除主要是应 用DNA同源重组原理，用设计的同源片段替代靶 基因片段，从而达到基因敲除的目的。