3.1重组DNA技术的基本工具（教学设计）-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

新教材生物学 人教版 选择性必修3 生物技术与工程 第3章 第1节 教学设计 第3章　基因工程 第1节　重组DNA技术的基本工具 目录 一、核心素养对接 二、必备知识 三、探究实践 四、深化归纳 五、应用创新 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 第3章　基因工程 第1节　重组DNA技术的基本工具 一、核心素养对接 1．运用结构与功能观说明基因工程的各种工具的特点。 2．关注基因工程的诞生和发展历程，参与讨论基础理论和技术发展如何催生基因工程。 二、必备知识 （一）基因工程的概念及其诞生和发展 1．基因工程的概念 (1)操作场所：生物体外。 (2)操作技术：转基因等技术。 (3)操作结果：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。 (4)操作水平：DNA分子水平。 2．基因工程的诞生和发展 (1)基因工程的诞生 ①1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。 ②1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。 ③1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。 ④20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 ⑤1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。 (2)基因工程的发展 ①1982年，第一个基因工程药物——重组人胰岛素被批准上市。 ②1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。 ③1985年，穆里斯等人发明PCR，为获取目的基因提供了有效手段。 ④1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。 ⑤21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因组序列的了解。 ⑥2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术——CRISPR技术编辑了哺乳动物基因组。 （二）重组DNA技术的基本工具 1．限制性内切核酸酶(简称限制酶)——“分子手术刀” (1)来源：主要来自原核生物。 (2)功能：能够识别双链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)结果：产生黏性末端或平末端。 (4)应用：已知限制酶EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端并写出末端的种类。 EcoR Ⅰ限制酶和Sma Ⅰ限制酶识别的碱基序列不同，切割位点不同(填“相同”或“不同”)，说明限制酶具有专一性。 微思考 原核生物中的限制酶会切割它自己的DNA分子吗？为什么？ 提示：不会。因为它自身的DNA分子可能不具备这种酶的识别序列或者自身DNA分子相关序列被甲基化修饰，不被识别。 2．DNA连接酶——“分子缝合针” (1)作用：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)E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶的比较 　　种类 比较　　 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 特点 只能连接黏性末端 既可以连接黏性末端，又可以连接平末端 微思考 DNA连接酶和DNA聚合酶的作用有什么不同？ 提示：DNA连接酶连接的是DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。 3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” (1)质粒 ①质粒的本质：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质粒适于作基因运载体的特点 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(基因)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。 c．人工改造的质粒常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 (2)噬菌体、动植物病毒等。 微思考 细胞膜上的载体与基因工程中的载体有什么不同？ 提示：(1)化学本质不同：细胞膜上的载体化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)，也可能是生物，如动植物病毒、噬菌体等。 (2)功能不同：细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。 判一判(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．基因工程的原理是基因重组，不过在这里这种变异是定向的。 (√) 2．DNA