第三章 第1节 重组DNA技术的基本工具（Word教师用书）-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019）

第1节　重组DNA技术的基本工具 [核心素养发展目标] 1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的(生命观念)。2.阐明重组DNA技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具(生命观念、科学思维)。3.DNA的提取和鉴定(科学探究)。 　重组DNA技术的基本工具 1．基因工程的概念 基因工程是指按照人们的愿望，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。从技术操作层面看，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。 2．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：识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 (3)切割产物：DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端。 ①黏性末端：由限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开形成。 ②平末端：由限制酶在它识别序列的中心轴线处将DNA分子的两条链分别切开形成。 ③两种切割末端图示： EcoR Ⅰ(在G和A之间切割) SmaⅠ(在G和C之间切割) 3．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)DNA连接酶的作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 (2)DNA连接酶的种类和特点 4．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” (1)常用载体——质粒 ①概念：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。 ②特点 a．质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。 b．携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，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。 ③在基因工程操作中，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，这些质粒上常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 (2)其他载体 基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。 【微练】 1．微思考：从化学本质看，重组DNA分子所需的三种工具分别属于何类物质或结构？ 提示 限制性内切核酸酶及DNA连接酶属于蛋白质，而“分子运输车”中质粒为环状双链DNA分子，此外还有噬菌体及动植物病毒。 2．辨正误： (1)重组DNA技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。(　　) (2)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。(　　) (3)当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA两条链分别切开时，产生的是黏性末端。(　　) (4)限制酶和DNA连接酶的作用部位一致，但作用相反。(　　) (5)所有DNA连接酶都能连接黏性末端和平末端。(　　) 提示 (1)×　基因工程中常用的工具酶有限制性内切核酸酶、DNA连接酶，载体不属于工具酶。 (2)×　限制性内切核酸酶具有特异性，一种限制性内切核酸酶只能识别一种特定的核苷酸序列。 (3)√　(4)√ (5)×　在基因工程操作中，DNA连接酶主要有两类：E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶，前者只能连接黏性末端；后者可连接黏性末端和平末端，但是连接平末端的效率相对较低。 　DNA的粗提取与鉴定 1．原理 (1)提取思路 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。 (2)提取原理 ①DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。 ②DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。 (3)鉴定原理 在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 2．DNA粗提取的实验过程 (1)称取约30 g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10 mL研磨液，充分研磨。 (2)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1_500_r/min的转速下离心5 min，再取上清液放入烧杯中。 (3)在上清液中加入体积相等的、预冷的体积分数为95%的酒精溶液，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10_000_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。 3．DNA的鉴定 取两支20 mL的试管，各加入2_mol/L的NaCl溶液5 mL。将丝状物或沉