3.1 重组 DNA技术的基本工具导学案2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学导学案聚焦重组DNA技术的三种基本工具，通过基因工程定义导入，以限制酶、DNA连接酶、载体的作用机制及实例为知识支架，衔接DNA结构等前置知识，构建从工具原理到技术应用的学习脉络。 特色在于融合生命观念（阐明工具作用）、科学探究（DNA粗提取实验）与科学思维（六种酶对比表格），习题涵盖选择与综合题，既巩固基础又提升分析能力，助力学生形成结构与功能观，培养严谨的科学态度和实践能力。

3.1 重组 DNA技术的基本工具 导学案 班级： 姓名： 【学习目标】 1.生命观念：阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。 2.科学探究：进行 DNA的粗提取与鉴定。 3.社会责任：认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。 【教学重难点】 1.教学重点：重组DNA技术所需的三种基本工具的作用； 2.DNA的粗提取与鉴定。 2.教学难点：1.基因工程载体需要具备的条件； 2.DNA的粗提取与鉴定。 【知识导航】 基因工程：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制品 。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 重组DNA技术 。 一、分子手术刀—限制性内切核酸酶 1.全称和简称 全称：_限制性内切核酸酶_ 简称：__限制酶_ 2.来源：主要是从_原核生物__中分离纯化出来的 3.作用： ①能够识别_双链_DNA分子的某种_特定核苷酸序列 。 ②使_每一条_链中_特定部位_的_磷酸二酯键__断开。 4.作用部位：_磷酸二酯键__ 5.识别序列：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_个、_8_个或__其他数量_的核苷酸组成。 6.切割结果：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)EcoRⅠ限制酶切割 EcoRⅠ识别序列为GAATTC EcoRⅠ切割部位为GA之间的磷酸二酯键 (2)SmaⅠ限制酶切割 SmaⅠ识别序列为CCCGGG SmaⅠ切割部位为CG之间的磷酸二酯键 二、分子缝合针—DNA连接酶 1.功能：将__两个DNA片段连接起来_，恢复被限制酶切开的_磷酸二酯键__。 2.比较与DNA有关的六种酶 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聚合酶或热稳定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 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 三、分子运输车——载体 1.作用：携带外源DNA片段进入受体细胞。 2.种类：质粒、噬菌体 的衍生物、动植物病毒 等。 3.作为载体需具备的条件 ①_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__； ②_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_常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选_； ④_对受体细胞无害_。 【习题巩固】 1.玉米的PEPC酶固定CO2的能力较水稻的强60倍。我国科学家正致力于将玉米的PEPC基因导入水稻中,以提高水稻产量。下列有关该应用技术的叙述,不正确的是(　　) A.该技术是在DNA水平上进行设计和施工的 B.该技术的操作环境是生物体内 C.该技术的原理是基因重组 D.该技术的优点是定向产生人类需要的生物类型 2.(2024山东临沂月考)下列叙述符合基因工程概念的是(　　) A.白菜细胞与甘蓝细胞融合,杂种细胞中含有两种细胞中的全部基因 B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株 C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株 D.自然界中的噬菌体感染细菌后,其DNA整合到细菌DNA上 3.限制性内切核酸酶HindⅢ和XhoⅠ的识别序列及切割位点分别为5'-A↓AGCTT-3'和5'-C↓TCGAG-3',下列相关叙述正确的是(　　) A.两种限制酶是在同一种生物中分离出来的 B.两种限制酶切割DNA形成的黏性末端相同 C.用HindⅢ酶切割含目的基因的DNA片段和用XhoⅠ酶切割质粒后,目的基因和质粒能连接成重组质粒 D.实验中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果 4.DNA连接酶是基因工程的必需工具。下列有关DNA连接酶的叙述,错误的是(　　) A.DNA连接酶可以将任意的两个DNA片段连接成一个重组DNA分子 B.DNA连接酶发挥作用时不需识别特定的脱氧核苷酸序列 C.DNA连接酶可以催化两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成 D.E.coli DNA连接酶连接平末端的效率要远远低于T4 DNA连接酶 5.限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶,下列说法正确的是( ) A.DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键 B.限制酶只能切割双链DNA片段,不能切割烟草花叶病毒的核酸 C.限制酶识别序列越短,相应酶切位点在DNA中出现的概率一般越小 D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,能剪切自身的DNA 1.(2025·江苏南通联考)目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒,pBR322质粒是较早构建的质粒载体,其主要结构如下图所示。 (1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)pBR322分子中有单个EcoR Ⅰ限制酶作用位点,EcoR Ⅰ只能识别序列-GAATTC-,并只能在G和A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoR Ⅰ的切点,请画出目的基因两侧被限制酶EcoR Ⅰ切割后所形成的黏性末端。 (3)pBR322分子中另有单个的BamH Ⅰ限制酶作用位点,现将经BamH Ⅰ处理后的质粒与用另一种限制酶Bgl Ⅱ处理得到的目的基因,通过DNA连接酶作用恢复　　　　键,成功获得了重组质粒,说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无AmpR和TetR的大肠杆菌,将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养,得到如图二的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上,使绒布面蘸上菌落,然后将绒布按到含四环素的培养基上培养,得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二黑圈中的菌落表型是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,图三结果显示,多数大肠杆菌导入的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案 1--5BBDAB 6.　(1)筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞　(2)如下所示: (3)磷酸二酯　两种限制酶(BamH Ⅰ和Bgl Ⅱ)切割得到的黏性末端相同　(4)能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素　pBR322质粒 解析　(1)质粒作为基因表达载体的条件之一是要有抗性基因,以便于筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞。(2)同一种限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同,根据题意可知,该目的基因两侧被限制酶EcoR Ⅰ切割后所形成的黏性末端见答案。(3)DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键;而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接,表明经两种限制酶(BamH Ⅰ和Bgl Ⅱ)切割得到的DNA片段,其黏性末端相同。(4)由题意可知,与图三空圈相对应的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长,而不能在含四环素的培养基上生长,故可推知与图三空圈相对应的图二黑圈中的菌落能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素。由图二、图三结果显示,多数大肠杆菌都既能抗氨苄青霉素,又能抗四环素,而经限制酶BamH Ⅰ作用后,标记基因TetR被破坏,使导入目的基因的大肠杆菌不能抗四环素,故多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $