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高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具精品作业ppt课件
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这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具精品作业ppt课件，文件包含31重组DNA技术的基本工具课件新人教版2019选择性必修3-高二生物pptx、DNA的粗提取和鉴定mp4等2份课件配套教学资源，其中PPT共31页， 欢迎下载使用。
理解基因工程的概念（生命观念）
列表比较不同的限制酶、DNA连接酶的差异，区分DNA连接酶与DNA聚合酶（生命观念）
结合实例分析基因工程载体必须满足的条件（生命观念、科学思维）
学会DNA的粗提取与鉴定方法（科学探究）
基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的理论基础和相关技术的发展催生了基因工程。
上述仅是按照时间顺序简要提及基因工程相关基础理论的突破和技术的创新。有些你已经学习过，更多的将在本章中展开。科学提供对自然界的说明，技术将科学原理应用于认识自然、造福人类的实践，工程则综合运用多种技术来牛产人类所需要的产品。科学、技术、工程和社会的互动，不断调整着人类与自然界的关系，推动着文明的进步。
是指按照人们的愿望，通过 ，赋予生物 ，创造出更符合人们需要的 和 。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA 上进行设计和施工的，因此又叫作 。
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制品
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
（1）外源基因在受体细胞中能表达的原因：①不同生物的DNA分子的结构基本相同；②不同生物的基因在表达时都遵循“中心法则”，在受体细胞内定向表达；③所有生物共同一套遗传密码。（2）基因工程的特点：它是一种按人们的愿望，定向地改造生物遗传特性的技术，克服了“诱变育种”不定向的缺点；它是在体外进行的人为的基因重组；一旦成功，便可遗传；主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。
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”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？
（1）所有的分子工具：限制性内切核酸酶、DNA连接酶、载体（2）限制性内切核酸酶的特征：准确切割DNA分子，得到所需的目的基因 DNA连接酶的特征：能将目的基因连接到载体上 载体的特征：能将目的基因导入受体细胞中
一、基因工程的基本工具
限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称 。
主要是从 中分离纯化出来的
能够识别DNA分子的某种 ，并使每一条链中特定部位的 断开。
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有 —— 和 。
①黏性末端：限制酶在它识别序列的 将DNA分子的两条链 切开时，产生的是黏性末端。
②平末端：限制酶在它识别序列的 切开时，产生的是平末端
例如：流感嗜血杆菌(Haemphilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
（1）限制酶是一类酶而不是一种酶。
（2）限制酶作用的化学键只能是磷酸二酯键，而不是氢键。
（3）限制酶具有特异性，任何一种限制酶都只能识别和切断特定核苷酸序列，这是由酶的专一性所决定的。
（4）限制酶主要存在于微生物中，尤其是原核生物中
（5）限制酶的识别序列与被作用的DNA序列是不同的。前者一般由6个核苷酸组成，少数由4个、8个或其他数量的核苷酸组成；后者是双链序列
（6）判断粘性末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是将黏性末端旋转180°，同一种限制酶切割形成的黏性末端应该是完全相同的结构
DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）DNA连接酶够将被酶切的DNA片段拼接成新的DNA分子
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
既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）
DNA连接酶和DNA聚合酶的比较
都能催化形成磷酸二酯键
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
要将一个外源基因，如苏云金杆菌中的抗虫基因，导入受体细胞，还需要有运输工具，这就是“分子运输车”，又叫载体。
一是作为运载工具，与外源基因（即目的基因）的 DNA 片段结合，将目的基因转移到受体细胞中；
二是在受体细胞内对目的基因进行大量的复制。
将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞
将外源基因导入植物细胞
将外源基因导入动物细胞
来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别
（3）载体必须具备的条件：
①在受体细胞中能保存下来并能大量复制。
②有一个至多个限制酶切割位点，而且每种酶的切割位点最好只有一个，如大肠杆菌pBR322质粒就有多种限制酶的单一切割位点，可运载多种目的基因。
③有某种标记基因，便于筛选含重组 DNA 的细胞，如大肠杆菌pBR322质粒携带四环素抗性基因，该基因可作为筛选的标记基因。
④对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。
（4）质粒的结构与特点：
①质粒的结构：质粒是一种 、 、 真核细胞细胞核或原核细胞拟核 ，并具有 的 。
质粒存在于细菌和酵母菌等生物细胞中，最常用的是大肠杆菌质粒。
环状 DNA 分子，其基因属于细胞质基因。
④质粒作为载体的原因：
质粒 DNA 分子有一个至多个限制酶切割位点，供外源 DNA 片段插人其中；携带外源 DNA 片段的质粒进人受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体 DNA 上，随受体 DNA 同步复制；质粒上常有特殊的标记基因，便于重组 DNA 分子的筛选；质粒不影响受体细胞正常的生命活动。
终止子: 位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，使转录终止。
启动子: 位于基因的首端的一段特殊的DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质。
DNA复制的起始位点。
标记基因：供重组DNA的筛选
复制原点:DNA复制的起始位点。
请在两张纸上分别写上下面两段DNA序列：
请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcRI的识别序列和切割位点。然后,用剪刀进行“切割”。待切割位点全部切开后,将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处,并用透明胶条将切口粘连起来。
1.剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具” ?
剪刀代表限制酶，透明胶条代表DNA连接酶
2.你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？
可能是剪切位点或链接位点的选择不对（也可能是其他原因）。比如在书写将要重组的两个DNA分子时，一般要求有同一种限制酶的识别和切割位点，这样切割后才会露出相同的黏性末端，否则黏性末端不同，碱基就无法配对。
3.你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？
不能，真正的基因是具有遗传效应的DNA片段，且含有几百至几千个不等的碱基对。
DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。
DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精
富含DNA的材料，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜和猪肝等、研磨液、体积分数为95％的酒精、2 ml/L的NaCl溶液、二苯胺试剂和蒸馏水等。
烧杯、量筒、玻璃棒、研钵、纱布、漏斗、试管、试管架、试管夹、酒精灯、石棉网、三脚架、火柴、刀片和天平等。
（1）通过研磨释放 DNA
称取约30g 洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10 mL 研磨液，充分研磨（可加入少量石英砂助研）。
加入洗涤剂的目的是溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含物。加入食盐的目的是使构成染色体的核蛋白加速解聚，游离出 DNA 分子，并使 DNA 分子充分溶解于浓 NaCI 溶液中。
研磨液的成分一洗涤剂和食盐
（2）用预冷的酒精溶液提取 DNA
①在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500 r / min 的转速下离心5 min ，再取上清液放入烧杯中。
②在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%），静置2~3 min ，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的 DNA 。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000 r / min 的转速下离心5 min ，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA ）晾干。
（1）加入研磨液后，必须充分研磨，否则细胞核不会充分破碎，释放出的 DNA 量就会减少。
（2）粗提取的 DNA 中可能含有少量的蛋白质等。
（3）析出 DNA 时必须用“冷酒精”。预冷的酒精具有以下优点：①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制 DNA 降解；②抑制分子运动，使 DNA 易形成沉淀析出；③低温有利于增加 DNA 分子的柔韧性，减少其断裂。
（4）实验中出现的丝状物的主要成分是 DNA ，实际上每一根“丝”都是由许多 DNA 分子聚集在一起形成的，应用玻璃棒沿一个方向缓慢搅拌，避免破坏 DNA 。
（5）为减少 DNA 的损失，过滤过程一般使用纱布。
（3）二苯氨鉴定DNA
1.你提取出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？
2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？
3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。
观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多。二苯胺法鉴定：二苯胺鉴定呈现蓝色说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误，需要重新提取
本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。
实验结果不明显的可能原因①材料中的核物质没有充分释放出来，如研磨不充分或蒸馏水的量不够。②加入酒精后摇动或搅拌时过猛，DNA被破坏。③二苯胺最好现用现配，否则二苯胺变成浅蓝色，影响鉴定效果。
1.通过基因工程改造的生物为新物种。（ ）
2.基因工程产生的变异是不定向的（ ）
理解基因工程的概念（生命观念）
列表比较不同的限制酶、DNA连接酶的差异，区分DNA连接酶与DNA聚合酶（生命观念）
结合实例分析基因工程载体必须满足的条件（生命观念、科学思维）
学会DNA的粗提取与鉴定方法（科学探究）
基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的，正是这些学科的理论基础和相关技术的发展催生了基因工程。
上述仅是按照时间顺序简要提及基因工程相关基础理论的突破和技术的创新。有些你已经学习过，更多的将在本章中展开。科学提供对自然界的说明，技术将科学原理应用于认识自然、造福人类的实践，工程则综合运用多种技术来牛产人类所需要的产品。科学、技术、工程和社会的互动，不断调整着人类与自然界的关系，推动着文明的进步。
是指按照人们的愿望，通过 ，赋予生物 ，创造出更符合人们需要的 和 。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA 上进行设计和施工的，因此又叫作 。
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制品
定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍
（1）外源基因在受体细胞中能表达的原因：①不同生物的DNA分子的结构基本相同；②不同生物的基因在表达时都遵循“中心法则”，在受体细胞内定向表达；③所有生物共同一套遗传密码。（2）基因工程的特点：它是一种按人们的愿望，定向地改造生物遗传特性的技术，克服了“诱变育种”不定向的缺点；它是在体外进行的人为的基因重组；一旦成功，便可遗传；主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。
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”。那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？
（1）所有的分子工具：限制性内切核酸酶、DNA连接酶、载体（2）限制性内切核酸酶的特征：准确切割DNA分子，得到所需的目的基因 DNA连接酶的特征：能将目的基因连接到载体上 载体的特征：能将目的基因导入受体细胞中
一、基因工程的基本工具
限制性内切核酸酶——“分子手术刀”
切割DNA分子的工具是限制性内切核酸酶，又称 。
主要是从 中分离纯化出来的
能够识别DNA分子的某种 ，并使每一条链中特定部位的 断开。
DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有 —— 和 。
①黏性末端：限制酶在它识别序列的 将DNA分子的两条链 切开时，产生的是黏性末端。
②平末端：限制酶在它识别序列的 切开时，产生的是平末端
例如：流感嗜血杆菌(Haemphilus influenzae)d株中先后分离到3种限制酶，则分别命名为:
（1）限制酶是一类酶而不是一种酶。
（2）限制酶作用的化学键只能是磷酸二酯键，而不是氢键。
（3）限制酶具有特异性，任何一种限制酶都只能识别和切断特定核苷酸序列，这是由酶的专一性所决定的。
（4）限制酶主要存在于微生物中，尤其是原核生物中
（5）限制酶的识别序列与被作用的DNA序列是不同的。前者一般由6个核苷酸组成，少数由4个、8个或其他数量的核苷酸组成；后者是双链序列
（6）判断粘性末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是将黏性末端旋转180°，同一种限制酶切割形成的黏性末端应该是完全相同的结构
DNA连接酶——“分子缝合针”
（1）DNA连接酶够将被酶切的DNA片段拼接成新的DNA分子
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
既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接双链DNA片段的平末端（但连接平末端的效率相对较低）
DNA连接酶和DNA聚合酶的比较
都能催化形成磷酸二酯键
需要DNA的一条链作模板
形成完整的重组DNA分子
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
要将一个外源基因，如苏云金杆菌中的抗虫基因，导入受体细胞，还需要有运输工具，这就是“分子运输车”，又叫载体。
一是作为运载工具，与外源基因（即目的基因）的 DNA 片段结合，将目的基因转移到受体细胞中；
二是在受体细胞内对目的基因进行大量的复制。
将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞
将外源基因导入植物细胞
将外源基因导入动物细胞
来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别
（3）载体必须具备的条件：
①在受体细胞中能保存下来并能大量复制。
②有一个至多个限制酶切割位点，而且每种酶的切割位点最好只有一个，如大肠杆菌pBR322质粒就有多种限制酶的单一切割位点，可运载多种目的基因。
③有某种标记基因，便于筛选含重组 DNA 的细胞，如大肠杆菌pBR322质粒携带四环素抗性基因，该基因可作为筛选的标记基因。
④对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。
（4）质粒的结构与特点：
①质粒的结构：质粒是一种 、 、 真核细胞细胞核或原核细胞拟核 ，并具有 的 。
质粒存在于细菌和酵母菌等生物细胞中，最常用的是大肠杆菌质粒。
环状 DNA 分子，其基因属于细胞质基因。
④质粒作为载体的原因：
质粒 DNA 分子有一个至多个限制酶切割位点，供外源 DNA 片段插人其中；携带外源 DNA 片段的质粒进人受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体 DNA 上，随受体 DNA 同步复制；质粒上常有特殊的标记基因，便于重组 DNA 分子的筛选；质粒不影响受体细胞正常的生命活动。
终止子: 位于基因的尾端的一段特殊的DNA片断，使转录终止。
启动子: 位于基因的首端的一段特殊的DNA片断，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得蛋白质。
DNA复制的起始位点。
标记基因：供重组DNA的筛选
复制原点:DNA复制的起始位点。
请在两张纸上分别写上下面两段DNA序列：
请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcRI的识别序列和切割位点。然后,用剪刀进行“切割”。待切割位点全部切开后,将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切口处,并用透明胶条将切口粘连起来。
1.剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具” ?
剪刀代表限制酶，透明胶条代表DNA连接酶
2.你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？
可能是剪切位点或链接位点的选择不对（也可能是其他原因）。比如在书写将要重组的两个DNA分子时，一般要求有同一种限制酶的识别和切割位点，这样切割后才会露出相同的黏性末端，否则黏性末端不同，碱基就无法配对。
3.你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？
不能，真正的基因是具有遗传效应的DNA片段，且含有几百至几千个不等的碱基对。
DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。
DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精
富含DNA的材料，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜和猪肝等、研磨液、体积分数为95％的酒精、2 ml/L的NaCl溶液、二苯胺试剂和蒸馏水等。
烧杯、量筒、玻璃棒、研钵、纱布、漏斗、试管、试管架、试管夹、酒精灯、石棉网、三脚架、火柴、刀片和天平等。
（1）通过研磨释放 DNA
称取约30g 洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10 mL 研磨液，充分研磨（可加入少量石英砂助研）。
加入洗涤剂的目的是溶解细胞膜、核膜，释放出细胞内含物。加入食盐的目的是使构成染色体的核蛋白加速解聚，游离出 DNA 分子，并使 DNA 分子充分溶解于浓 NaCI 溶液中。
研磨液的成分一洗涤剂和食盐
（2）用预冷的酒精溶液提取 DNA
①在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500 r / min 的转速下离心5 min ，再取上清液放入烧杯中。
②在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%），静置2~3 min ，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的 DNA 。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000 r / min 的转速下离心5 min ，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA ）晾干。
（1）加入研磨液后，必须充分研磨，否则细胞核不会充分破碎，释放出的 DNA 量就会减少。
（2）粗提取的 DNA 中可能含有少量的蛋白质等。
（3）析出 DNA 时必须用“冷酒精”。预冷的酒精具有以下优点：①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制 DNA 降解；②抑制分子运动，使 DNA 易形成沉淀析出；③低温有利于增加 DNA 分子的柔韧性，减少其断裂。
（4）实验中出现的丝状物的主要成分是 DNA ，实际上每一根“丝”都是由许多 DNA 分子聚集在一起形成的，应用玻璃棒沿一个方向缓慢搅拌，避免破坏 DNA 。
（5）为减少 DNA 的损失，过滤过程一般使用纱布。
（3）二苯氨鉴定DNA
1.你提取出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？
2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？
3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同，分析产生差异的原因。
观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多。二苯胺法鉴定：二苯胺鉴定呈现蓝色说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误，需要重新提取
本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。
实验结果不明显的可能原因①材料中的核物质没有充分释放出来，如研磨不充分或蒸馏水的量不够。②加入酒精后摇动或搅拌时过猛，DNA被破坏。③二苯胺最好现用现配，否则二苯胺变成浅蓝色，影响鉴定效果。
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