第3章 第1节 重组DNA技术的基本工具（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高二生物选择性必修3 生物技术与工程同步学案（人教版）

该高中生物学课件聚焦基因工程中重组DNA技术的基本工具，从基因工程的学科基础与发展历程切入，通过梳理理论基础（如DNA双螺旋结构、遗传密码破译）与技术支持（如工具酶发现、PCR技术），搭建从学科史到核心工具（限制酶、DNA连接酶、载体）的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过限制酶切割示意图分析末端类型、对比表格归纳DNA相关酶的作用差异，培养归纳概括与对比分析能力。结合典题应用（如载体条件判断、酶作用辨析）强化探究实践，帮助学生构建知识网络，提升解题能力，也为教师提供结构化教学资源，助力素养导向教学实施。

第3章　基因工程 第1节　重组DNA技术的基本工具 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 目录 contents Part 01 预习新教材 探究新知能 Part 02 课时作业（十） Part 04 随堂巩固练 Part 03 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 预习新教材 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 重组DNA 基因 DNA分子 新的生物类型 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 限制酶 原核生物 数千 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 平末端 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 磷酸二酯键 大肠杆菌 黏性 黏性 平 磷酸二酯键 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 外源基因 质粒 动植物病毒 限制酶切割位点 自我复制 同步复制 标记基因 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 酒精 2 mol/L 蓝色 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 √ × × × √ 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 探究新知能 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 随堂巩固练 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 谢谢观看 第3章 基因工程 生物学 选择性必修3 学习目标 素养要求 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。 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。 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) 一、基因工程的概念和理论基础 1．基因工程的概念 基因工程的别名 基因拼接技术或_______________技术 操作环境 生物体外 操作对象 ______ 操作水平 _______________水平 结果 创造出__________________和生物产品 2.基因工程的诞生与发展 二、限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 1．简称：_________。 2．来源：主要来自____________。 3．种类：______种，常见的如：EcoRⅠ、SmaⅠ限制酶。 4．作用特点：能够识别双链DNA分子的特定_______________，并使每一条链中特定部位的_______________断开。 5．结果：产生____________或_________。 三、DNA连接酶——“分子缝合针” 1．作用：缝合双链DNA片段，恢复两个核苷酸之间的______________。 2．种类： 种类 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 ____________ T4噬菌体 特点 缝合______末端 缝合______末端和___末端 作用 缝合双链DNA片段，恢复两个核苷酸之间的_______________ 四、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 1．作用：将____________送入受体细胞中。 2．种类：______、噬菌体和_______________等。 3．条件： (1)具有一个至多个_____________________，供外源DNA插入其中。 (2)能在受体细胞中进行____________，或整合到受体DNA上，随受体DNA____________。 (3)具有____________，便于重组DNA分子的筛选。 五、DNA的粗提取与鉴定实验原理 (1)提取的原理： ①DNA不溶于______，而蛋白质可以，利用这一原理，可初步分离出蛋白质。 ②DNA在不同浓度的NaCl中溶解度不同，它能溶于____________的NaCl溶液。 (2)鉴定的原理： DNA＋二苯胺eq \o(――→,\s\up17(沸水浴))______ [自学效果诊断] 1．判正误 (1)基因工程的原理是基因重组，该技术引起的变异是定向的。( ) (2)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。( ) (3)DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的连接酶。( ) (4)原核细胞内的限制酶对细胞自身有害。( ) (5)载体的种类有质粒、噬菌体、动植物病毒等，其中动植物病毒必须是DNA病毒。( ) 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，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。 新知探究一　基因工程中的工具酶 下图表示两种限制酶识别DNA分子的特定序列，并在特定位点对DNA分子进行切割的示意图，请回答以下问题： (1)EcoR Ⅰ和Hpa Ⅰ的识别序列和识别位点分别是什么？产生的末端分别是哪种类型？ 提示：EcoR Ⅰ限制酶的识别序列是GAATTC，切割位点在G、A之间，切断磷酸二酯键，产生的是黏性末端，Hpa Ⅰ限制酶的识别序列是GTTAAC，切割位点在T、A之间，切断磷酸二酯键，产生的是平末端。 提示：DNA连接酶的作用是将2个不同来源的DNA片段拼接成1个完整的新的DNA分子。 区别：DNA连接酶不需要模板，催化连接2个DNA片段断口处的磷酸二酯键的形成，而DNA聚合酶催化DNA复制需要模板，形成与母链互补的子链，从而使DNA分子数增加。 (2)DNA连接酶的作用是什么？和DNA聚合酶的作用有什么区别？ (3)DNA连接酶有哪两种？来源有什么不同？作用有什么不同？ 提示：DNA连接酶有两种，即E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。前者来源于大肠杆菌，后者是从T4噬菌体中分离出来的。E.coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平末端之间进行连接。而T4 DNA连接酶既能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，又能将双链DNA片段平末端之间进行连接，但连接平末端之间的效率比较低。 [核心归纳] 1．限制酶的辨析 (1)限制酶是一类酶而不是一种酶。 (2)限制酶作用于磷酸二酯键，而不是氢键。 (3)不同种类的限制酶识别的序列与切割的位点不同，这与酶的专一性是一致的。 (4)在切割含目的基因的DNA分子时，需用限制酶切割2次，产生4个末端。只有这样，才能使目的基因的两端都有可连接的末端。 (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、5或8个核苷酸组成；后者是双链序列。 (6)判断两个末端是否为同一种限制酶切割产生的方法：将其中一个末端旋转180°，若与另一个完全相同，则说明这两个末端是由同一种限制酶切割产生的。 2．与DNA有关的酶的比较 名称 作用部位 作用底物 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA切成两个片段 DNA 连接酶 磷酸二酯键 DNA片段 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 DNA 聚合酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 名称 作用部位 作用底物 作用结果 DNA (水解)酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之间的氢键 DNA 将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链 RNA 聚合酶 磷酸二酯键 核糖核苷酸 将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端 [典题应用] 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，其化学本质是蛋白质 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．限制酶均特异性地识别含6个核苷酸的序列 解析：选B　 限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，A错误；限制酶具有专一性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，B正确；限制酶切割DNA后会形成黏性末端或平末端，C错误；大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成，D错误。 2．下列有关限制性内切核酸酶的叙述中错误的是(　　) A．用限制酶从一个DNA分子中部获取一个目的基因时，4个磷酸二酯键断裂 B．限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率就越小 C.eq \a\vs4\al( ↓　 ,— CATG —)和eq \a\vs4\al(　 ↓　 ,— GGATCC —)序列被限制酶切出的黏性末端碱基数相同 D．用不同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒，也可能形成重组质粒 解析：选B　 用限制酶从一个DNA分子中部获取一个目的基因时，需要对4个切割位点的核苷酸之间的磷酸二酯键切割，故4个磷酸二酯键断裂，A正确；限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的几率就越大，B错误；eq \a\vs4\al(　 ↓　 ,— CATG —)被限制酶切出的黏性末端是—CATG，eq \a\vs4\al(　 ↓　 ,— GGATCC —)被限制酶切出的黏性末端是GATC—，黏性末端碱基数都是4个，C正确；不同的限制酶切割也能形成相同的黏性末端，经DNA连接酶连接也能形成重组质粒，D正确。 新知探究二　基因工程的载体——“分子运输车” 下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图： (1)什么是质粒？ 提示：一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子，主要存在于细菌和酵母菌体内。其中最常用的是大肠杆菌质粒。 (2)质粒适宜作为基因载体有哪些特点？ 提示：质粒是具有自我复制能力的小型双链环状DNA分子，便于进入受体细胞。 (4)基因工程中常用的载体有哪些？ 提示：质粒、噬菌体、动植物病毒。 (3)天然质粒能直接用于基因工程中吗？ 提示：不能，因为天然质粒上一般没有标记基因。 [核心归纳] 1．作为载体必须具备的条件 (1)载体DNA必须有一个至多个限制酶切割位点，以便目的基因插入。 (2)能够在受体细胞中保留下来，且载体DNA必须具备自我复制能力，或能够整合到受体细胞染色体DNA上，并随染色体DNA进行同步复制。 (3)载体必须带有特殊的标记基因，以便重组后进行重组DNA的鉴定和筛选。常用的标记基因有抗生素抗性基因、荧光蛋白基因等。 (4)对受体细胞无害，不影响受体细胞正常的生命活动。 2．载体的三个要点分析 (1)基因工程中的载体≠细胞膜上的载体 两种载体的不同：基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同，前者的实质是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞，后者是蛋白质，与细胞膜的选择透过性有关。 (2)载体需要加工：一般来说，天然载体不能同时满足所有条件，要对其进行人工改造才可以使用。 (3)标记基因的筛选原理。 ①前提：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。 ②过程：含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性，然后在培养基中加入该抗生素。 ③结果：在培养基上，被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞，没被杀死的具有抗性的受体细胞得以筛选。 [典题应用] 3．质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它(　　) A．含蛋白质，从而能完成生命活动 B．能够自我复制，且能保持连续性 C．是RNA，能够指导蛋白质的合成 D．具有环状结构，能够携带目的基因 解析：选B　解答此题的关键是正确理解基因工程中载体的特点。质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种小型的环状DNA分子，其上有标记基因，便于检测。质粒在受体细胞中能随受体细胞DNA的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。 4．限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是 eq \a\vs4\al(　 ↓　 ,—CTTAAG— )和 eq \a\vs4\al(　 ↓　 ,—GAATTC—)。如图表示的是四种质粒和目的基因，其中箭头所指部位为酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适合作为图示目的基因载体的质粒是(　　) 解析：选A　目的基因两侧有MunⅠ和EcoRⅠ两种限制酶的识别序列，用这两种酶切割都可得到目的基因，且未破坏标记基因的结构；B中质粒无标记基因，不符合作为载体的条件；C、D中的标记基因都会被破坏。 [核心语句必背] 1．基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工，赋予生物新的遗传特性，创造更符合人们需要的新的生物类型和生物产品的技术，需要借助限制酶、DNA连接酶和运载体等工具来完成。 2．限制性内切核酸酶具有特异性，识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开，可以产生黏性末端或平末端。 3．DNA连接酶催化两个DNA片段之间磷酸二酯键的形成，从而将两个DNA片段连接起来。 4．质粒是最常用的外源基因运载体，具有多个限制酶切点，能够在宿主细胞内自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，还具有标记基因。 5．基因工程中所用的质粒需要在自然质粒的基础上进行人工改造。除质粒外，噬菌体、动植物病毒等也可以作为运载体。 1．以下有关基因工程的叙述，正确的是(　　) A．基因工程是细胞水平上的生物工程 B．基因工程的产物对人类都是有益的 C．基因工程育种的优点之一是目的性强 D．基因工程产生的变异属于人工诱变 解析：选C　基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行有目的地改造，然后导入受体细胞内，使目的基因在受体细胞内成功表达，产生人类所需要的基因产物。因而基因工程是分子水平上的生物工程，其产生的变异属于基因重组，而不属于人工诱变；基因工程虽是按照人们的意愿改造生物，目的性强，但并不是所有的基因产物对人类都有益。 2．有关DNA重组技术中的工具——“分子缝合针”“分子手术刀”“分子运输车”的组合正确的是(　　) ①DNA连接酶　②DNA聚合酶　③限制酶　④RNA聚合酶　⑤载体 A．②③⑤　　　　　 B．①③④ C．①③⑤ D．④③⑤ 解析：选C　基因工程中，“手术刀”是限制酶，“缝合针”是DNA连接酶，“运输车”是指将目的基因导入受体细胞的载体。 3．下图表示限制酶切割某DNA分子的过程，由图可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点是(　　) A．CTTAAG，切点在C和T之间 B．CTTAAG，切点在G和C之间 C．GAATTC，切点在G和A之间 D．GAATTC，切点在C和T之间 解析：选C　由题意知，该限制酶识别的核苷酸序列是GAATTC，专一切口是G和A。 4．下列关于几种酶作用的叙述，不正确的是(　　) A．DNA连接酶能使不同脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接 B．RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录 C．一种限制酶能识别多种核苷酸序列，并切割出多种目的基因 D．DNA聚合酶能把单个脱氧核苷酸分子连接成一条DNA单链 解析：选C　限制酶具有专一性，一种限制酶一般只能识别一种核苷酸序列，并在特定位点切割DNA分子。DNA连接酶能使不同DNA片段的脱氧核苷酸的磷酸与脱氧核糖连接，重新形成DNA分子；RNA聚合酶能与基因的特定位点结合，催化遗传信息的转录；DNA聚合酶能以DNA的一条链为模板，把单个脱氧核苷酸分子连接成一条DNA单链，复制形成新的DNA分子。 5．如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题： (1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是________，二者还具有其他共同点，如：①__________________，②_______________(写出两条即可)。 (2)若质粒DNA分子的切割末端为eq \a\vs4\al(—A,—TGCGC)，则与之连接的目的基因切割末端应为_______________；可使用______________把质粒和目的基因连接在一起。 (3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________，其作用是____________________。 (4)下列常在基因工程中作为载体的是(　　) A．苏云金杆菌抗虫基因 B．土壤农杆菌环状RNA分子 C．大肠杆菌的质粒 D．动物细胞的染色体 解析：图中a为大肠杆菌拟核中的遗传物质DNA。质粒是能自我复制的小型环状DNA分子，具有多个限制酶切点，便于连接多种目的基因；具有标记基因，便于检测目的基因是否导入受体细胞。DNA连接酶可将具有相同末端的质粒和目的基因连接起来。大肠杆菌的质粒是基因工程中最常用的载体，载体的本质为DNA，抗虫基因属于目的基因，不属于载体，染色体的主要成分为DNA和蛋白质，不属于载体。 答案：(1)DNA　①能够自我复制　②具有遗传效应　(2)eq \a\vs4\al(CGCGT—,A—)　DNA连接酶　(3)标记基因　供重组DNA的鉴定和选择 (4)C $