3.1 重组DNA技术的基本工具课件-2025—2026学年高二生物人教版选择性必修3

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，以抗虫棉培育案例导入，通过知识回顾（DNA结构、基因功能）衔接，结合自主学习任务单、合作探究（模拟限制酶切割与拼接）搭建学习支架，帮助学生构建工具作用的知识脉络。 其特色在于以问题链驱动科学思维，如通过限制酶识别序列分析、双酶切解决环化问题培养逻辑判断，实验部分（DNA粗提取）强调探究实践，步骤含选材分析与注意事项。知识总结用表格对比酶的作用，体现结构与功能观，助力学生提升探究能力，也为教师提供系统教学资源。

第三章 基因工程 3.1 重组DNA技术的基本工具 ₪基本过程： ₪ 操作环境： ₪ 操作水平： ₪原 理： ₪优 点： 体外 DNA分子水平 基因重组(广义) 克服远缘杂交不亲和，定向改造生物的遗传性状 ￭ 基因工程的概念 按照人们的愿望，通过体外DNA重组技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 又叫做重组DNA技术。 剪切→拼接→导入→表达 理论基础 拼接的基础 1. DNA的基本组成单位 。 表达的基础 2. 都遵循 原则 3. DNA分子的空间结构都是规则的 结构 1. 基因是控制生物 的结构与功能单位 2. 遗传信息的传递都遵循 法则 基因在空间上转移并成功表达 3. 生物界共用 。（相同的遗传信息在不同的生物体内表达出相同的蛋白质）。 DNA（基因） 转录 翻译 mRNA 蛋白质 相同（四种脱氧核苷酸） 碱基互补配对 双螺旋 中心 一套遗传密码 性状 ——基因的结构和功能 1.基因与DNA的关系？ 2.基因的基本单位是什么？ 基因是有遗传效应的DNA片段 CH2 H OH H H H H 碱基 磷酸 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 脱氧核苷酸 3.基因的功能？ 储存、传递、表达遗传信息 复制 子代DNA 转录、翻译 控制蛋白质合成 复制 转录 翻译 DNA RNA 逆转录 复制 蛋白质 知识回顾 知识回顾 ——DNA的结构 DNA的“五四三二一” （1）五种元素：C、H、O、N、P （2）四种碱基：A、T、C、G （3）三种物质：磷酸、脱氧核糖、含氮碱基 （4）两条长链：反向平行的脱氧核苷酸链 （5）一种结构：规则的双螺旋结构 氢键 磷酸二酯键 直径2nm 1、我国是棉花的生产和消费大国，棉花在种植过程中常常会受到棉铃虫的侵袭，这会使棉花大量减产。 2、苏云金杆菌有一种“杀虫基因”（Bt基因），该基因表达得到的抗虫蛋白能杀死棉铃虫。 棉花棉铃虫幼虫 【讨论】如何培育出能抗棉铃虫的棉花呢？请简单说明思路。 ￭从社会中来 资料： 苏云金杆菌 Bt基因 普通棉花DNA 抗虫棉 提取 导入 表达 Bt基因 苏云金杆菌 Bt基因 普通棉花DNA 抗虫棉 提取 导入 表达 结合下图，思考如何从苏云金杆菌中提取出Bt基因？ 剪刀破坏的是DNA的什么结构？任意位点都可以进行剪切吗？ ￭从社会中来 自主学习任务单 请同学们阅读教材P71，思考下列问题： 限制酶的主要来源？ 限制酶是一种酶还是一类酶？ 限制酶的作用特点是？ 限制酶识别的序列有何特点？ DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端有哪几种形式? （限时2min） 一、分子手术刀 ——限制性内切核酸酶（简称：限制酶） 一、分子手术刀 1 来源： 2 种类： 主要从 中分离纯化出来的。 数千种 （限制酶不是一种酶，而是一类酶） 能识别双链DNA分子的 序列， 并使每一条链中特定部位的 断开。 3 作用特点： 特定核苷酸 磷酸二酯键 专一性 4 识别序列特点： 大多数限制酶的识别序列由 组成， 也有少数为4个或8个或其他数量。 6个核苷酸 原核生物 ——限制性内切核酸酶（简称：限制酶） 中轴线 限制酶所识别的序列，呈现碱基互补对称。无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线（如图），中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向、对称、重复排列的，称为回文序列。 【推测】观察如下限制酶所识别的序列有什么特点？ 在识别序列中，正向读的碱基序列与另一条链反向读的碱基序列完全一致。 一、分子手术刀 5 结果： A G T C A T T C G A T A G G A T C A T C A T A T Eco RI 限制酶 Sma I 限制酶 C C C G G G G G G C C C G G G C C C C C C G G G 切点 切点 形成黏性末端或平末端 ——限制性内切核酸酶（简称：限制酶） 黏性末端 氢键如何断开? 氢键自动断开（易断裂易形成） ₪ 下面哪项不具有限制酶识别序列的特征（ ） A．GAATTC CTTAAG B．GGGGCCCC CCCCGGGG C．CTGCAG GACGTC D．CTAAATC GATTTAG D ￭实战演练 ₪ 下图表示三种黏性末端，下列说法正确的是（ ） A. 乙中的酶切位点在A与G之间 B. 甲、乙、丙是由两种限制酶作用产生 C. 若甲中G处发生突变，限制酶可能无法识别该切割位点 D. 限制性核酸内切酶作用于碱基对之间的氢键 C ￭实战演练 1. 请写出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？ 提示： 同种限制酶产生的黏性末端 。 相同 结论1： A TGATC CTAGA T CTAGT A T AGATC 结论1： 同种限制酶产生的黏性末端相同; 不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端，可通过DNA连接酶连接。 A TGATC CTAGA T (同尾酶) 使切割点的选择范围扩大. 1. 请写出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？ 2.请判断：以下黏性末端是由______种限制酶作用产生的。 3 注意观察识别序列和切割位点 ①找到切割位点 ②补全序列 做题技巧： 3.下图所示的黏性末端属于同一种限制酶切割产生的是（ ） C A.①② B.①③ C.②④ D.③④ 4. 结合下图，推断限制酶切一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？ 限制酶切一次可断开 个磷酸二酯键，产生 个游离的磷酸基团，产生 个黏性末端，消耗 分子水 2 2 2 2 请同学们在白色纸条中找到 EcoR Ⅰ识别序列和切割位点，模拟其从苏云金杆菌的DNA上提取出“Bt基因”。 目的基因的获取 合作探究一： （限时3min） 3’ 3’ 5’ 5’ -TCCTAGAATTCT…GGCAT…TGAATTCCATAC- -AGGATCTTAAGA…目的基因…ACTTAAGGTATG- Bt基因 一、分子手术刀 ——限制性内切核酸酶（简称：限制酶） 氢键自动断开（易断裂易形成） 能否直接导入棉花细胞? 项目 内容 运载体类型 作用 条件 能够在宿主细胞中复制并稳定保存 有一个或多个酶切位点，供外源DNA插入 对受体细胞无害 具有特殊标记基因，供重组DNA的鉴定和选择 质粒、噬菌体、动植物病毒 将外源基因导入受体细胞 假设 假如目的基因导入受体细胞后不能复制，转基因生物能产生预想性状吗？ 如果载体没有切割位点将会怎样？ 霍乱弧菌的质粒有多个限制酶切位点，你会用它做载体吗？ 如何确定目的基因是否进入受体细胞了？ 二、分子运输车 ——基因进入受体细胞的载体 请在红色环形纸带上找到EcoR Ⅰ识别序列和切割位点进行切割，并与探究一得到的“Bt基因”拼接成一个重组质粒。 目的基因与运载体结合（基因表达载体的构建） 合作探究二： （限时3min） Bt基因 质粒 二、分子运输车 ——基因进入受体细胞的载体 1 作用： 三、分子缝合针 ——DNA连接酶 将双链___________“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_____________。 DNA片段 磷酸二酯键 将双链___________“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的_____________。 DNA片段 磷酸二酯键 类型 来源 功能 相同点 差别 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 大肠杆菌 T4噬菌体 能连接黏性末端和 平末端（效率较低） 只能连接黏性末端 恢复磷酸二酯键 三、分子缝合针 ——DNA连接酶 1 作用： 2 分类： DNA连接酶和 DNA聚合酶是一回事吗?为什么？ DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 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 只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键 在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键 有标记基因的存在，可用含青霉素的培养基鉴别。 能复制，并带着插入的目的基因一起复制 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 能力的环状双链DNA分子。 有切割位点 复制 真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过 改造的。 人工 二、分子运输车 质粒——最常用的载体 拓展 ——标记基因对重组DNA的鉴定和选择原理 重组DNA导入受体细胞不是100%，而且导入率较低 如: 绿色荧光蛋白基因(GFP)、红色荧光蛋白基因(RFP) 标记基因通常有: ①抗生素的抗性基因 如: 抗氨苄青霉素基因(ampr)、 抗四环素基因(tetr) ②荧光蛋白基因 存活 不存活 思考讨论 ——重组DNA分子 1. 从以上操作可推知，在切割含“目的片段”的DNA分子时，需用限制酶切割____次此DNA分子，产生____个黏性末端。 2. 目的片段翻转过来，可以连接吗？原因？______ 3. 目的片段可以自身环化吗？原因？_______ 4. 切割目的基因和载体时，需要用______限制酶，目的是____________________ 2 4 可以 可以 同种 产生相同的黏性末端 *必须是同一种限制酶吗？ 不一定，不同的限制酶切割可能形成相同的黏性末端。 若将切割获得的目的基因(A)与运载体(B)混合后加入DNA连接酶会出现几种连接方式？ 目的基因与运载体连接方式（基因表达载体的构建） 合作探究三： （限时3min） 目的基因（A） 质粒（B） 5’ 3’ ￭ 组装结果探讨 A、B AA、AB、BB 自身环化 两两连接 （AA、BB、AB） 反向连接 如何解决? √ AA’、AB’、BB’ 目的基因（A） 质粒（B） 5’ 3’ ￭ 组装结果探讨 两两连接 （AA、BB、AB） AA B1B1 B2B2 AB1 AB2 √ 由图可知，每个片段两端的末端都不同， 没有自身环化和反向连接情况发生， 因此也没有与需要的重组质粒大小相同的其他片段， 为重组质粒的提取纯化创造了条件。 —— 双酶切 酶1 酶2 1. 下列操作中选用哪种限制酶切割来构建重组质粒？为什么？ ① 防止目的基因的自身环化 不选用E.coRI 的原因: ② 防止目的基因反向连接到载体 图1 图2 BamH I 和 Hind III ￭实战演练 不选用Sma I 的原因: 防止破坏目的基因和标记基因 1、选目的基因两端和运载体都有的酶切位点； 2、所选酶切位点 破坏目的基因以及标记基因（至少保留一个）。 3、选用同种限制酶易发生自身环化和反向连接 规律——选择酶切位点的原则： 不能 （解决办法：双酶切） ① ③ 连接在一起后，____________（能/不能）再被原本的限制酶识别。 ①…CTGCA …G ②…C …GTTAA G… ACGTC… ④ AATTC… G… 2. 以下哪些末端能够重新组合在一起( ) ② ④ 连接在一起后，____________（能/不能）再被原本的限制酶识别。 能 不能 √ …CTGCAG … …GACGTC … …CAATTC … …GTTAAG … A. ①③；②④ B. ①②；③④ C. ①④；②③ D.以上都不对 ￭实战演练 选目的基因两端和运载体都有的酶切位点； 所选酶切位点 破坏目的基因以及标记基因（至少保留一个） 选用同种限制酶切割易发生自身环化和反向连接 规律——选择酶切位点的原则： 不能 由不同限制酶切割所得的两个相同的黏性末端不能再被之前所用的限制酶识别 （解决办法：双酶切） A 3. 现有一长度为1000 碱基对(bp）的DNA 分子，单独用限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用KpnⅠ单独酶切得到400bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子。该 DNA 分子的酶切图谱正确的是（ ） ￭实战演练 D 课堂小结 重组DNA技术的 基本工具 分子缝合针 分子手术刀 ——限制性内切核酸酶(限制酶) 分子运输车 ——质粒、噬菌体、动植物病毒等 ——DNA连接酶 （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） 【总结】几种相关酶的比较 名称 作用部位 作用结果 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA(水解)酶 解旋酶 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 碱基对之间的 氢键 将DNA切成两个片段 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 将双链DNA分子局部解旋为单链 实验 DNA 的粗提取与鉴定 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 核小体 染色质 染色体 组蛋白 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 在一定温度下(沸水浴)，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色 课本P74-75 原理2：DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，能溶于2 mol/L的NaCl溶液中。 原理1: DNA不溶于酒精溶液， 一 实验原理 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 但某些蛋白质溶于酒精溶液 ₪ 提取原理： ₪ 鉴定原理： 二 材料用具 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 1.选材： DNA含量 的生物组织， 相对较高 如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等。 2.试剂： ①研磨液 ——破坏细胞，释放出细胞内的物质 ②体积分数为95%的酒精 ——析出DNA ③2mol/L 的NaCl溶液 ——溶解DNA ④二苯胺试剂 ——鉴定DNA （要现配现用，用棕色瓶保存） ⑤蒸馏水 （洗涤剂和食盐） 二 材料用具 DNA含量 的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等 问：能否选用牛、羊、马、猪等哺乳动物成熟的红细胞做实验材料？ 不能， 哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和线粒体，几乎不含DNA 问：能否选用鸡血细胞做实验材料？ 能，鸡是鸟类动物 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 相对较高 1.选材： 4℃冰箱中静置 上清液 称取 ，切碎，放入研钵，倒入 ， 研磨。 洋葱 研磨液 充分 V上清液：V预冷酒精= 1：1 ，静置2~3min 白色丝状物 （沉淀物） 用玻璃棒沿 搅拌，并用滤纸吸去上面的水分 一个方向 研磨 除杂 提取 鉴定 过滤(纱布） 离心（塑料离心管） 预冷酒精析出DNA 离心(塑料离心管） 1500r/min ， 5min 10000r/min ， 5min 5ml 2mol/L NaCl 取两支试管 4mL 二苯胺试剂 丝状物或沉淀物 5ml 2mol/L NaCl 4mL 二苯胺试剂 (体积分数为95%) 实验组 水浴加热5min，冷却后 对照组 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 蓝色 沸水 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 1. 如果研磨不充分会对实验结果产生怎样的影响？ 会使DNA分子不能从细胞核中释放出来， 最终提取的DNA量 2. 过滤能否用滤纸代替纱布？ 不可以。 因为DNA会被吸附到滤纸上而大量损失， 4. 除杂后获得的上清液中可能含有哪些细胞成分？ 可能含有DNA、RNA以及蛋白质、脂质、糖类等。 思考讨论 最终提取的DNA量 低温抑制DNA水解酶的活性，进而抑制DNA降解 3. 用纱布过滤的方法中，低温放置几分钟的作用？ 6. 搅拌时应轻缓、并沿一个方向的目的是什么？ 减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子 预冷的酒精具有以下优点： ①可抑制DNA水解酶的活性，进而抑制DNA降解 ②抑制分子运动，使DNA易形成沉淀析出 ③低温有利于增加DNA分子的柔韧性，减少其断裂 思考讨论 5. 提取时加入预冷酒精的目的是？ 使蛋白质等溶解在酒精中，DNA不溶于酒精而析出。 五 结果分析与评价 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，可能的原因有所提取的DNA含量低，或者在实验操作过程中出现了失误等 本实验粗提取的DNA可能仍然含有核蛋白、多糖等杂质 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？ 2. 你能分析出粗提取的DNA中可能含有哪些杂质吗？ 观察提取的DNA的颜色，如果不是白色丝状物，说明DNA中的杂质较多 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 注意事项 以血液（如鸡血细胞）为实验材料时，每100 mL血液中需要加入3 g柠檬酸钠，防止血液凝固 加入酒精和用玻璃棒搅拌时，动作要轻缓，且沿一个方向搅拌，以免加剧DNA分子的断裂，导致DNA分子不能形成絮状沉淀 利用动物细胞提取DNA破碎细胞的方法：动物细胞无细胞壁，可直接吸水涨破(省去研磨步骤) 提纯DNA时，选用体积分数为95%的冷酒精的原因：体积分数为95%的冷酒精提纯效果更佳 下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是(　　) A.新鲜猪血、菜花等动植物材料均可用于DNA的粗提取 B.植物材料需先研磨破碎细胞 C.DNA只能溶于2 mol/L的NaCl溶液 D.溶有DNA的NaCl溶液中加入二苯胺试剂后颜色呈紫色 B ￭实战演练 ◎实践与探究·DNA的粗提取与鉴定 ◎ Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 $