第1节 第1课时 基因工程的重要工具（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程（浙科版2019）

第一节　基因工程赋予生物新的遗传特性 课程内容标准 核心素养对接 1.概述基因工程的建立离不开遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科的发展。 2．阐明DNA重组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。 3．阐明基因工程的基本操作程序。 1.通过基因工程的诞生和发展生物学史的学习，认同科学发展的阶段性和继承性。(科学思维) 2．通过对基因工程三种基本工具特点，种类的学习，运用归纳与概括等方法，培养科学的思维习惯和能力。(科学思维) 3．举例说出基因工程的基本操作程序。(科学思维) 第一课时　基因工程的重要工具 [对应学生用书P68] 一、基因工程是在多个生物学分支学科的基础上发展而来 1．基因工程 (1)定义：指有意识地把一个人们所需要的基因转入另一个生物体中，使后者获得新的遗传性状或表达所需要产物的技术 (2)研究水平：分子水平 (3)操作对象：基因 (4)优点：打破常规育种难以突破的物种间的界限 (5)核心：构建重组的DNA分子 2．多学科的发展促进了基因工程的产生 二、对DNA进行剪切、连接和复制是实现重组DNA技术的基础 1．限制性内切核酸酶( restriction endonuclease)，简称“限制酶” (1)来源：主要存在于细菌等微生物中。 (2)作用：①识别双链DNA上特定的一小段核苷酸序列；②催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解。 (3)结果：形成末端有凸出的单链的黏性末端；或DNA末端没有单链部分的平末端。 (4)用限制性内切核酸酶剪切不同的DNA分子，得到的不同来源的DNA片段具有能互补配对的黏性末端或平末端，这正是能将不同来源的DNA片段连接起来的基础。 2．DNA连接酶 (1)作用：将不同来源的2个DNA分子的双链通过磷酸二酯键分别连接起来。 (2)种类：①E.coli DNA连接酶仅能连接黏性末端；②T4DNA连接酶既可以连接两个互补的黏性末端，也可以连接两个平末端。 3．载体 (1)作用：能与外源DNA相连接并将其送入受体细胞中进行扩增。 (2)理想的载体的特征：①含有复制起点，能够独立自主复制并稳定存在；②含有一种或多种限制酶的识别序列，方便外源基因插入载体中；③具有筛选作用的标记基因，以便能够通过表型鉴别含有载体的细胞。 (3)常见的载体：质粒、动植物病毒及噬菌体等。 1．提取原理 (1)①幼嫩的植物材料如果经过冷冻后再研磨，细胞结构容易被破坏； ②用十二烷基硫酸钠(SDS)处理材料，能使核蛋白变性并与DNA分离； ③乙二胺四乙酸二钠(EDTA)能抑制DNA酶活性，防止核DNA被酶解。 (2)DNA在2_mol/L的NaCl溶液中溶解度高，且Na＋与DNA形成钠盐；DNA钠盐不溶于酒精而某些蛋白质能溶于酒精。 2．鉴定原理 在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。 3．方法步骤 (1)研磨：称取10 g香蕉，放入研钵中，倒入10 mL研磨液，充分研磨。 (2)过滤：在漏斗中垫上尼龙纱布，将研磨液过滤入离心管中。 (3)离心：用天平称量装有液体的离心管的重量，将质量相近的离心管配对，放置于离心机相对位置。以3000 r/min的转速离心2 min，取上清液倒入小烧杯中。 (4)加冷酒精：向小烧杯中倒入体积是上清液两倍的冷酒精，静置3～5 min，可见白色的絮状物出现。用玻璃棒缓缓搅动，絮状物会缠在玻璃棒上。 (5)鉴定：取两支试管，一支试管中加入提取出的絮状物，并加入2 mL二苯胺试剂；另一支只加入2 mL二苯胺试剂。用95_℃ 水浴锅加热10 min，注意观察两支试管中溶液颜色的变化。 1．判正误 (1)通过基因工程产生的变异是不定向的。(×) (2)通过基因工程改造成的生物为新物种。(×) (3)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸对。(×) (4)DNA连接酶能通过氢键将两个碱基连接起来。(×) (5)E.coli DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端。(×) (6)限制酶和解旋酶的作用部位相同。(×) 2．微思考 (1)从结构上分析，为什么不同生物的DNA能够重组？ 提示　①基本组成单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。 ②空间结构相同：不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。 ③碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对，G与C配对。 (2)原核生物中存在的限制酶有什么作用呢？ 提示　原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原