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

该高中生物学课件聚焦重组DNA技术的基本工具，通过抗虫棉培育、番木瓜抗病毒等情境导入，引导学生从基因工程概念出发，逐步学习限制酶、DNA连接酶、运载体的功能及特性，结合DNA粗提取实验形成理论到实践的学习支架。 其亮点在于以真实问题驱动科学思维，通过动手制作重组DNA模型、DNA粗提取实验培养探究实践能力，工具的结构与功能分析渗透生命观念。课堂小结系统梳理知识，小测巩固理解，助力学生构建知识体系，也为教师提供完整教学资源。

第3章 第1节 重组DNA技术的基本工具 学习目标 01 概述发酵工程及其基本环节 02 举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值 情境导入 抗虫棉 棉花细胞 普通棉花 (无抗虫特征) (含抗虫基因) 棉花植株 (有抗虫特征) 基因工程 抗虫基因 提取 苏云金芽孢杆菌（简称Bt） (有抗虫特征) 基因工程的诞生 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。 基因工程 基因 分子水平 基因重组 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 定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍 1.原理： 2.操作对象： 3.操作水平： 4.结果： 5.意义： 重组DNA技术 基因工程的诞生 01 从社会中来 转基因番木瓜（左）与非转基因番木瓜（右） 番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。 DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。 那么，科学家究竟用到了哪些“分子工具”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？ “分子手术刀” “分子缝合针” “分子运输车” 重组DNA技术的基本工具 剪 接 运 准确切割DNA分子 将DNA片段连接起来 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞 限制性内切核酸酶 DNA连接酶 运载体 01 从社会中来 02 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 1、来源： 2、种类： 主要来自原核生物 数千种 （限制酶不是一种酶，而是一类酶） 粘质沙雷氏杆菌 （Serratia marcesens） SmaⅠ 限制酶 9 EcoRⅠ 属名Escherichia首字母 种名coli 前两个字母 R型菌株 从中分离的第一种限制酶 大肠杆菌 （Escherichia coli R） EcoRⅠ 限制酶 02 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” （1）识别双链DNA分子的特定核苷酸序列 （2）使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 3. 作用特点： 磷酸二酯键 5’ A T G C T A C G 3’ 5’ 3’ 10 4.作用部位： 特定切点上的磷酸二酯键 A G T C A T T C G A T A G G A T C A T C A T A T 大肠杆菌(E.coli)的EcoRⅠ限制酶能特异性识别______________序列，并切割____和____之间的_______________。切割后产生____________。 GAATTC G A 磷酸二酯键 黏性末端 EcoRI 限制酶 限制酶 02 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 02 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” C C C G G G G G G C C C G G G C C C C C C G G G SmaI 限制酶只能识别 序列，切割 和 之间的 切开，切割后产生 。 CCCGGG C G 磷酸二酯键 平末端 SmaI 限制酶 限制酶 02 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？P71 破坏外源DNA，保护自我 2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？ P74二、1 缺乏特定的核苷酸序列 反向对称重复排列 G G A T C A T C A T A T G G G C C C C C C G G G 或甲基化保护特定的核苷酸序列 02 限制性内切核酸酶——“分子手术刀” 将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 用DNA连接酶连接两个片段之间的磷酸二酯键 G C T T A A A A T T C G G C T T A A A A T T C G 03 DNA连接酶——“分子缝合针” 种类 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 作用 差别 只连接____________ 缝合___________和____________ E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 黏性末端 黏性末端 平末端 （效率较低） 都能将双链DNA片段“缝合“起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 DNA连接酶 DNA聚合酶 相同 作用实质 化学本质 不 同 点 模板 作用对象 作用结果 用途 都能催化形成磷酸二酯键 都是蛋白质 不需要 需要DNA的一条链作模板 形成完整的重组DNA分子 形成DNA的一条链 基因工程 DNA复制 在两个DNA片段间形成磷酸二酯键 将单个核苷酸连接到已有DNA片段，形成磷酸二酯键 DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？ 旁栏思考题 04 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 质粒 将外源基因送入受体细胞, 在受体细胞内对目的基因进行大量复制 1.作用： 动植物病毒 噬菌体 2.种类： 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。 拟核 质粒 大肠杆菌 氨苄青霉素抗性基因 目的基因 复制起点 04 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 条件 原因 图示 能使目的基因稳定存在且数量可扩增 可携带多个或多种外源基因 便于重组DNA分子的筛选 对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞受到损伤 稳定存在并能自我复制或整合到受体DNA上 有一个至多个限制酶切割位点 具有特殊的标记基因 无毒害作用 3.载体需具备的条件： 拟核 质粒 大肠杆菌 氨苄青霉素抗性基因 目的基因 复制起点 04 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 【动手实践】 请利用两张纸，按照P73页，思考讨论”重组DNA”的要求完成操作，并完成讨论题： 剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具” ？ 你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？ 你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？ 04 基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 根据学生实际操作的情况进行指导。如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。 不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。 剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。 剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具” ？ 你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？ 你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？ DNA的粗提取与鉴定 DNA的粗提取与鉴定 利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。 一、提取的基本思路 二、实验原理： 1.DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。 2.DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同， 能溶于2mol/L NaCl溶液。 3.在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现 蓝色。 0 DNA溶解度 NaCl浓度 0.14mol/L 2mol/L DNA的粗提取与鉴定 DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等 注意： 1.选材： 三、材料用具 不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA DNA的粗提取与鉴定 2.试剂： 析出DNA 溶解DNA 鉴定DNA，要现配现用 试剂 作用 研磨液 体积分数为95%的酒精 2mol/L 的NaCl溶液 二苯胺试剂 蒸馏水 三、材料用具 DNA的粗提取与鉴定 四、方法步骤 研磨 ①称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入 ，充分研磨。 过滤取上清液 ②在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在 冰箱中放置几分钟后，再取 。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下 5min，再取上清液放入烧杯中。 10mL研磨液 4℃ 上清液 离心 研磨不充分，会使DNA分子不能从细胞核中释放出来，从而影响提取的DNA含量 不能用滤纸代替纱布，因为DNA会被吸附到滤纸上而大量损失。 上清液可能含有DNA、RNA以及蛋白质、脂质、糖类等。 DNA的粗提取与鉴定 分离 ③在上清液中加入 、 （体积分数为95%），静置2～3min，溶液中出现的 就是 。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10000r/min的转速下 5min，弃上清液，将管底的 晾干。 预冷的酒精溶液 体积相等的 白色丝状物 粗提取的DNA 离心 沉淀物（粗提取的DNA） ａ、抑制核酸水解酶活性，防止DNA降解； ｂ、低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少断裂。 ｃ、抑制分子运动，使DNA易形成沉淀析出 避免破坏DNA 动作要轻缓，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀。 搅拌时动作要轻缓的原因 DNA的粗提取与鉴定 DNA的鉴定 ④取两支20mL的试管，各加入 。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl溶液中。然后，向两支试管中各加入 。混合均匀后，将试管置于 中加热5min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。 2mol/L的NaCl溶液5mL 对照 4mL的二苯胺试剂 沸水 对照组 实验组 DNA的粗提取与鉴定 思考·讨论： 1.你提取出白色丝状物或沉淀物了吗？用二苯胺试剂鉴定的结果如何？ 观察提取的DNA的颜色，如果不是白色状物，说明DNA中的杂质较多。二苯胺试剂鉴定呈现蓝色，说明实验基本成功；如果不呈现蓝色，可能原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等。 2.你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？ 本实验出提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质。 3.与其他同学提取的DNA进行比较，看看实验结果有何不同分析产生差异的原因。 从多种方面比较实验结果，如DNA的纯度、DNA的颜色、二苯胺试剂显色的深浅等，看看哪种实验材料，哪种提取方法的效果更好。 本试验只是对DNA进行了粗提取，请查阅资料，了解实验室提取纯度较高的DNA的一种方法，并与本实验中所使用的方法进行比较，总结两种方法的异同。 实验室提取纯度较高的DNA的方法有不少。 　　例如，可以先添加质量分数为25%的SDS溶液，使蛋白质变性后与DNA分开；随后，加入氯仿——异丙醇混合液（体积比为24:1），通过离心将蛋白质及其它杂质除去，取清液；可重复上述操作几次，直至上清液变成透明的粘稠液体。此外，由于苯酚可以迅速使蛋白质变性，抑制核酸酶的活性，因此还可以先用苯酚处理，然后离心分层，这时DNA溶于上层水相，蛋白质变性后存在于酚层中，用吸管、微量移液器等实验用具就可以将二者分开。 五、进一步探究 DNA的粗提取与鉴定 05 课堂小结 限制酶 DNA连接酶 载体 ①有一个至多个限制酶切割位点； ②能自我复制或能整合到宿主DNA上；③有特殊的标记基因； ④对受体细胞无害。 质粒、噬菌体、动植物病毒 基因工程的基本工具 作为载体的条件 种类： 磷酸二酯键 来源： 主要来源于原核生物 特点： 作用部位： 具有专一性 结果： 形成黏性末端或平末端 连接部位： 种类： 作用： 把两条双链DNA片段拼接起来 磷酸二酯键 E.coli DNA连接酶、T4 DNA连接酶 06 课堂小测 1.下列关于基因工程的原理与操作说法错误的是( ) A.基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的 B.基因工程的核心原理是基因重组，可定向改造生物的遗传性状 C.基因工程中用作载体的质粒通常是经过人工改造的 D.基因工程需用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体 D 解析：基因工程是对DNA分子进行剪切、拼接、导入等操作，属于DNA分子水平的生物技术，A正确；基因工程的核心原理是基因重组，可按照人类意愿定向改造生物的遗传性状，B正确；天然质粒需经人工改造，添加启动子、终止子、标记基因等元件，才能作为基因工程的载体，C正确；基因工程的工具酶是限制酶和DNA连接酶，载体不属于工具酶，是运输工具，D错误。 06 课堂小测 2.DNA连接酶是基因工程中最常用的工具酶。下列箭头指向处属于DNA连接酶正确连接位点的是( ) A. B. C. D. C 解析：DNA连接酶的作用是将限制酶切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子，单链DNA中，5′端存在游离的磷酸基团(P)，3′端存在-OH，两个DNA片段之间的磷酸基团(P)和-OH在DNA连接酶作用下形成磷酸二酯键，ABD错误，C正确。故选C。 06 课堂小测 3.用限制酶EcoRⅤ单独切割某普通质粒，可产生14kb（1kb即1000个碱基对）的长链，而同时用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ联合切割该质粒，可得到三种长度的DNA片段，见下图（其中*表示EcoRⅤ限制酶切割后的一个黏性末端）。 若用MboⅠ限制酶单独切割该普通质粒，则产生的DNA片段的长度为( ) A.6和8 B.2.5和11.5 C.14 D.5.5和8.5 A 解析：用限制酶EcoRⅤ单独切割某普通质粒，可产生14kb(1kb即1000个碱基对)的长链，说明质粒中含有1个EcoRⅤ切点；同时用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ联合切割该质粒，可得到三种长度的DNA片段，说明质粒中含有2个MboⅠ切点。即质粒中含有1个EcoRⅤ切点，2个MboⅠ切点。且根据星号可知，EcoRⅤ限制酶将8kb的片段分割成两段，分别为2.5和5.5kb，据此可推测，若用MboⅠ限制酶单独切割该普通质粒，则产生的DNA片段为2种，应该是6和8kb，A正确。故选A。 感谢指正 Thanks To Correct Me Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 $