DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具(共32张PPT)
E·coliDNA连接酶
3)1977年DNA合成和测序技术的发明
E·coli DNA连接酶
或T4DNA连接酶
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵。
——特异性
（1）识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列
（2）在特定的位点切割DNA分子。
例如：大肠杆菌的EcoRⅠ限制酶只能识别GAATTC序
列，并在G和A之间切开。
“分子手术刀”---限制性核酸内切酶(限制酶)
• 限制酶的识别序列：
能被限制性内切酶特 大异多性数识限别制的酶切的割识部别位序都列具由
操作。
实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要 进行人工改造后才能用于基因工程操作。
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？
迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具 有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还 不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA 的酶。
通过长期的进化，细菌中含有某种限制酶，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到识别序列的
碱基上，使限制酶不能将其切开。
Haemophilus influenzae d )中先
后分离到3种限制酶，则分别命名为:
HindⅠ、HindⅡ、 HindⅢ
一、限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成
课件2：3.1.1 重组DNA技术的基本工具
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸， 他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
黏性末端
黏性末端
一、限制性核酸内切酶 ——分子手术刀 SmaI 限制酶的作用： 只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。
当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切 口，是平整的，这样的切口叫平末端。
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来， 即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
二、DNA连接酶 ——分子缝合针 （2）T4 DNA连接酶连接平末端，效率低
二、DNA连接酶 ——分子缝合针
E·coli DNA连接酶与T4DNA连接酶比较：
类型
来源
功能
相同点
差别
E·coliDNA连接酶 大肠杆菌
G AA TT C C TT AA G
一、限制性核酸内切酶 ——分子手术刀
G AA TTC CT T A A G
G AATT C C TT AA G
缺口怎么办？
二、DNA连接酶 ——分子缝合针
1. 作用： 将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶 切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 。
2. 种类： ⑴ E·coli DNA连接酶 ⑵ T4 DNA连接酶
• 2002年成功培育出我国第一个双价转基因抗虫棉新品种——中棉所41 ，该品种能够缓解棉铃虫抗药性。
我国成为世界第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家！
什么是基因工程？
指按照人们的愿望,进行严格的设计并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋 予生物以新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于 基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作DNA重组技术。
重组DNA技术的基本工具课件-高二生物人教版选择性必修3
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
➢几种相关酶的比较
名称 限制酶
作用部位 磷酸二酯键
作用结果 将DNA切成两个片段
DNA(水解)酶 磷酸二酯键
将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
DNA连接酶
磷酸二酯键
将两个DNA片段连接为一个DNA分子
DNA聚合酶
磷酸二酯键
功能 只能将具有互补__黏__性__末__端____的 “缝合”__两__种__末端，但连接
特性 DNA片段连接起来
__平ห้องสมุดไป่ตู้_末__端___之间的效率相对较低
相同点
都恢复被限制酶切开的___磷__酸__二__酯__键____。
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
➢连接黏性末端：
二、DNA连接酶——“分子缝合针”
过程演示：
重组DNA分子
5′ …ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC… 3′ 3′ …TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG… 5′
5′ …TCCTAGAATTCTCGGTATG AATTCCATAC… 3′ 3′ …AGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG… 5′
用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物；或将溶液倒入 塑料离心管中离心，取沉淀物晾干。
析出DNA
DNA的粗提取与鉴定
3.方法步骤
（4）DNA的鉴定： 将丝状物或沉淀物溶于2mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂， 混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min
对照组
实验组
水浴加热
思考1：如何评价结果？ DNA纯度： 看提取物颜色 DNA的量： 看与二苯胺反应颜色的深浅
DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具DNA重组技术是一种重要的分子生物学技术，用于改变基因组中的DNA序列，使之具有特定的功能。
这项技术的应用范围广泛，可以在基础研究、医学诊断、药物开发等领域发挥重要作用。
DNA重组技术的基本工具包括DNA片段的制备、限制性内切酶、DNA连接酶、质粒和载体等。
首先，DNA片段的制备是DNA重组技术的第一步。
通过PCR（聚合酶链反应）或限制性内切酶切割，可以从某个DNA源中获取特定的DNA片段。
PCR是一种体外扩增技术，可以将特定的DNA序列进行快速放大。
限制性内切酶是一类特殊的酶，可以识别特定的DNA序列并在该序列上切割DNA链。
通过PCR和限制性内切酶的组合应用，可以制备出需要的DNA片段。
其次，限制性内切酶是DNA重组技术中的重要工具之一。
限制性内切酶可以特异性地切割DNA链，并产生一定的粘性或平滑的DNA末端。
这些末端的特性决定了DNA片段连接的方式。
常用的限制性内切酶有EcoRI、BamHI、HindIII等。
当两个DNA片段具有相同的限制性内切酶切割位点时，它们可以通过限制性内切酶的连接来形成一个新的DNA分子。
接下来，DNA连接酶也是DNA重组技术中必不可少的工具之一。
DNA连接酶能够将两个DNA片段在适当的条件下连接在一起。
常用的DNA连接酶有T4 DNA连接酶和DNA聚合酶。
通过合适的实验条件和适当的连接酶，可以使两个DNA片段有效地连接成为一个整体。
此外，质粒和载体也是DNA重组技术中的重要工具。
质粒是一种小环状DNA分子，在细菌细胞中存在，并能自我复制。
载体则是质粒或其他DNA分子，用于携带所需的DNA片段。
通过将需要插入的DNA片段连接到载体上的限制性内切酶切割位点上，并将该载体转化至宿主细胞中，就可以实现外源DNA的导入。
在实际应用中，DNA重组技术的基本工具往往是共同配合使用的。
通过PCR或限制性内切酶的组合，可以制备出所需的DNA片段；通过限制性内切酶的连接和DNA连接酶的应用，可以将不同的DNA片段连接起来形成一个新的DNA分子；通过质粒和载体的应用，可以将需要插入的DNA片段导入到宿主细胞中实现转化。
教学设计18：1.1 DNA重组技术的基本工具
DNA重组技术的基本工具【教材分析】《DNA重组技术的基本工具》是人教版选修3专题1基因工程中第1节内容，本节是《基因工程》专题的基础，是掌握后面知识的保障。
但是基因工程操作技术学生接触得很少，文字描述抽象，为巩固基因工程操作中的三种工具的作用特点，强化学生的动手能力和小组成员间的协作能力，设置一个模拟制作活动──构建重组DNA，将具体的操作程序有机联系起来，加深,对三种工具的理解和应用，有利于提高学生的认知水平和接受能力。
【学情分析】学生经过必修二的学习已经初步掌握DNA重组技术所需三种基本工具等知识，有一定的知识基础，同时学生具备一定的逻辑思维能力和想象能力，但这些基本工具在实际应用中如何发挥作用，是非常抽象的内容，仅仅靠学生的想象，很难真正理解并融会贯通；中学生的心理发育特点，决定了他们更乐于通过实际动手操作来学相应的知识和技能。
【教学目标】（1）阅读课本知识，并回顾之前所学内容，能说出基因工程的概念、原理和优点。
（2）通过问题引领以及教师引导，学生自主阅读课本，能理解限制酶的作用、作用特点以及作用结果。
（3）通过自主学习，教师讲述，能说出（运）载体的种类、作用以及作为载体必须具备的条件。
（4）通过动画演示、教师讲述、自主学习，能说出DNA连接酶的种类和作用。
（5）列表比较说出DNA聚合酶和DNA连接酶的异同。
（5）小组合作、讨论、动手模拟操作重组DNA分子的形成，提高动手及合作能力。
（6）认同基因工程的发展离不开理论和技术的支撑。
【教学重、难点】教学重点：DNA重组技术所需的三种基本工具教学难点：基因工程载体需要具备的条件及几种酶的比较【教学策略】利用教学多媒体，自制教具，使抽象的问题形象化，引导学生自主动手操作模拟重组DNA分子的形成，而模拟操作穿插于整个教学活动中，突破教学难点和教学重点。
【课前准备】PPT，自制教具，红色环状纸环（模拟质粒）、白色纸带（模拟目的基因），剪刀（模拟限制酶）、透明胶（模拟DNA连接酶）【教学过程】创设情境，导入新课课件展示：害虫危害农作物的图片。
DNA重组技术的基本工具
巩固练习
限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不 同限制酶切割形成的DNA片段： (1) …CTGCA (2) …AC (3) GC…
…G （4） …G
…CTTAA (7) GT… CA…
…TG CG… (5) G… (6) …GC
ACGTC… …CG
(8)AATTC… G…
你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？
3、下列黏性末端属于同种内切酶切割而成的 是（ A ） ① T C G ② A A T T C
A G C T T A A
A G G T T C C A G
③
④
A G C T T C A G
A、①②
选 我
B、①③ C、①④ D、②③ ） B、DNA酶 D、运载体
4、下列哪一种酶是基因工程的工具酶（ A A、DNA连接酶 C、RNA酶
并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸 之间的磷酸二酯键断开.
想一想:
1. 这类酶在原核生物中起什么作用?
2. 为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？
C.识别序列的组成:大多数由六 个核苷酸组成
黏性末端
D.切割后产生的DNA片段末端 的形式 平末端
限制性内切酶
限制 酶
黏性末端和平末端
DNA连接酶——“分子缝合针”
常用的载体有：
质，λ噬菌体的衍生物，动植物病毒等
质粒
质粒是基因工 程最常用的运载体， 它广泛地存在于细 菌中，是一种裸露 的，结构简单、独 立于细菌拟核DNA 之外，能够自主复 制的很小的环状 DNA分子，大小只 有普通细菌拟核 DNA的百分之一。
要对天然质粒进行人工改造
1、下列不适合用于基因工程的运载体 是（ C ） A、质粒 B、噬菌体 选 审题 我 C、细菌 D、病毒 2、下列说法正确的是：（ D ） A、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、重组技术所用的工具酶是限制酶、 连接酶、运载体 选 D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因 我 进行大量复制的过程可称为“克隆”
DNA重组技术的基本工具定稿
形成两种末端 4、结果： 结果：
基因的针线──DNA连接酶 ──DNA 二、基因的针线──DNA连接酶
连接酶有两种： 连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得 到的，称之为E·coli连接酶。另一种是从 连接酶。 到的，称之为 连接酶 T4噬菌体中分离得到，称为 4连接酶。 噬菌体中分离得到， 噬菌体中分离得到 称为T 连接酶。
第三阶段
精子细胞
变形
精子
精子细胞变形中的主要变化： 精子细胞变形中的主要变化：
1.细胞核—— 1.细胞核—— 精子头的主要部分 细胞核 2.高尔基体—— 2.高尔基体—— 头部的顶体 高尔基体 3.中心体—— 3.中心体—— 精子的尾 中心体 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 4.线粒体—— 线粒体鞘膜(尾的基部) 线粒体 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 5.细胞内其他物质—— 原生质滴(球状, 细胞内其他物质
二、基因表达载体的组成： 基因表达载体的组成：
a、目的基因 b、启动子 c、终止子 d、标记基因
三、将目的基因导入受体细胞
将目的基因导入 植物细胞 方法 农杆菌转化法 基因枪法 花粉管通道法
将目的基因导入 ——显微注射法 显微注射法 动物细胞 将目的基因导入 ——感受态细胞 感受态细胞 微生物细胞
(二)利用PCR技术扩增目的基因 利用PCR技术扩增目的基因 PCR
聚合酶链式反应 概念：PCR全称为_______________， 全称为_______________ ① 概念：PCR全称为_______________，是一项 特定DNA DNA片段 体外 特定DNA片段 在生物____复制___________ ____复制___________的核酸合成技术 在生物____复制___________的核酸合成技术 DNA复制 ②原理：__________ 原理： DNA复制 已知基因的核苷酸序列 ③条件：_______________________、 条件：_______________________、 四种脱氧核苷酸 _______________、 一对引物 _______________、___________ 、 DNA聚合酶 DNA聚合酶 ___________. 指数 方式扩增， ____（ 方式： _____方式扩增 ④方式：以_____方式扩增，即____（n为扩增循 2n 环的次数） 环的次数） 结果： ⑤结果： 使目的基因的片段在短时间内成百万倍地扩增
生物重组dna技术的基本工具
生物重组DNA技术是利用基因工程方法对DNA分子进行重新组合和修改的技术。
下面是生物重组DNA技术中常用的基本工具：限制性内切酶（Restriction Enzymes）：这些酶能够识别DNA的特定序列，并在该序列上切割DNA分子。
限制性内切酶可以用于切割目标DNA和载体DNA，以便进行重组。
DNA连接酶（DNA Ligase）：这种酶能够将两条DNA分子的断裂末端连接在一起，形成一个完整的DNA分子。
DNA连接酶用于将目标DNA片段与载体DNA片段连接起来，构建重组DNA。
DNA聚合酶（DNA Polymerase）：DNA聚合酶能够在DNA模板上合成新的DNA链。
在重组DNA技术中，DNA聚合酶可用于扩增目标DNA片段，进行PCR（聚合酶链式反应）等操作。
电泳装置（Electrophoresis Apparatus）：电泳装置用于将DNA分子按照大小进行分离和纯化。
通过电泳，可以根据目标DNA的大小和电荷特性对其进行分离和检测。
载体（Vector）：载体是用于携带和复制重组DNA的DNA分子，如质粒或病毒。
载体提供了重组DNA在细胞中复制和表达的环境。
转化（Transformation）：转化是将重组DNA导入目标细胞中的过程。
通过转化，重组DNA 可以被细胞摄取并稳定地存在于细胞内。
DNA测序技术（DNA Sequencing）：DNA测序技术用于确定DNA分子的核酸序列。
它是生物重组DNA技术中重要的工具，可用于验证重组DNA的正确性和准确性。
这些基本工具在生物重组DNA技术中起着关键的作用，使研究人员能够对DNA进行精确的操作和修改，从而实现基因的克隆、重组和表达。
《DNA 重组技术的基本工具》 教学设计
《DNA 重组技术的基本工具》教学设计一、教学目标1、知识目标（1）简述 DNA 重组技术所需的三种基本工具的作用。
（2）理解限制酶的来源、特点及作用结果。
（3）理解 DNA 连接酶的种类、作用及与 DNA 聚合酶的区别。
（4）了解载体需要具备的条件及常用载体的种类。
2、能力目标（1）通过分析和讨论限制酶的作用特点，培养学生的逻辑思维能力。
（2）通过比较 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶，提高学生的对比分析能力。
3、情感态度与价值观目标（1）感受生物技术在现代社会中的重要作用，激发学生对生物科学的兴趣。
（2）体会科学研究的严谨性和创新性，培养学生的科学精神。
二、教学重难点1、教学重点（1）限制酶的作用特点和作用结果。
（2）DNA 连接酶的作用。
（3）载体需要具备的条件。
2、教学难点（1）限制酶的切割位点和切割方式。
（2）DNA 连接酶的作用机制。
三、教学方法讲授法、讨论法、直观演示法四、教学过程1、导入新课通过展示一些基因工程的实际应用成果，如转基因作物、基因治疗等，引起学生的兴趣，进而提出问题：这些成果是如何实现的？引出DNA 重组技术，从而导入本节课的主题——DNA 重组技术的基本工具。
2、讲解限制酶（1）介绍限制酶的来源：主要来自原核生物。
（2）展示限制酶切割 DNA 的动画或图片，讲解其特点：能够识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割 DNA 分子。
（3）以具体的例子说明限制酶的作用结果：产生黏性末端或平末端。
（4）组织学生讨论限制酶切割 DNA 的特异性，加深对其特点的理解。
3、讲解 DNA 连接酶（1）介绍 DNA 连接酶的种类：E·coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶。
（2）讲解两种连接酶的作用：将两个具有相同黏性末端或平末端的 DNA 片段连接起来。
（3）通过对比 DNA 连接酶和 DNA 聚合酶的作用，帮助学生理解它们的区别。
4、讲解载体（1）提出问题：如何将目的基因导入受体细胞？引出载体的概念。
2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册第3章 基因工程第1节 重组DNA技术的基本工具含答案
2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具课程内容标准核心素养对接1.简述重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。
2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
3.进行DNA的粗提取与鉴定。
1.科学思维——模拟重组DNA分子的操作过程，说出合成新DNA分子的基本原理。
2.科学探究——结合实验室条件，对DNA进行粗提取和鉴定。
知识点1基因工程及其诞生与发展1.基因工程的概念2.基因工程的诞生和发展(1)基因工程的诞生(2)基因工程的发展知识点2重组DNA技术的基本工具1.限制性内切核酸酶(简称限制酶)——“分子手术刀”是一类酶而不是一种酶对所连接的DNA片段两端的碱基序列没有专一性要求2.DNA连接酶——“分子缝合针”(1)作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。
(2)种类3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”(1)常用载体——质粒①化学本质：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。
②质粒作为载体所具备的条件及原因(2)其他载体：噬菌体、动植物病毒等。
(3)功能①相当于一种运输工具，将外源基因送入受体细胞。
②携带外源基因在受体细胞内大量复制。
(1)基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的(×)(2)S型细菌的DNA进入R型细菌并使R型细菌转化为S型细菌，发生了基因重组(√)(3)DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA(×)(4)E.coli DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端(×)(5)限制性内切核酸酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶(×)(6)新冠病毒(RNA病毒)可以作为基因工程的载体(×)教材P71图示拓展1.已知限制酶Eco RⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为和，分析回答下列问题：(1)在图中画出两种限制酶切割DNA后产生的末端。
高中生物(选择性必修第三册 人教版)教案讲义：重组DNA技术的基本工具含答案
第1节重组DNA技术的基本工具[学习目标]阐明重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。
一、基因工程的概念和工具酶1．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产品。
由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。
2．基因工程的工具酶(1)限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”来源主要来自原核生物种类数千种作用识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开结果产生黏性末端或平末端(2)DNA连接酶——“分子缝合针”①作用：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。
②种类种类来源特点E.coli DNA连接酶大肠杆菌只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段T4DNA连接酶T4噬菌体既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，但连接平末端的效率相对较低判断正误(1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种()(2)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列()(3)DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来()(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()答案(1)√(2)×(3)×(4)×解析(2)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。
(3)DNA连接酶能将两个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。
(4)限制酶和解旋酶的作用部位不同，限制酶作用于磷酸二酯键，解旋酶作用于氢键。
任务一：基因工程的理论基础1．基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？提示有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行重组；基因工程可以实现遗传物质在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。
1.1 DNA重组技术的基本工具
A、Sma1酶切
B、EcoR1酶切
C、BamH1和Hind3双酶切
C更合理。可以避免目的基因和质粒自身环化， 避免目的基因和质粒反向连接。
小结
基因工程 的工具
限制酶
主要存在于原核生物中 具有专一性(识别序列) 切开DNA分子的磷酸二酯键
DNA连 接酶
连接磷酸二酯键
种类
E.coliDNA连接酶 T4 DNA连接酶
基因工程的概念
基因工程的别名
DNA重组技术
操作环境 操作水平 基本过程
原理 结果
生物体外 DNA分子水平
剪切→ 拼接 → 导入 → 表达 基因重组
定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的产品。
1.1 DNA重组技术的基本工具
基因的剪刀——限制酶 基因的针线——DNA连接酶 基因的运载工具——运载体
黏性末端
G
AA T T C
C TTAA
G
黏性末端
G AAT T C C TTAAG
重组DNA分子
DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？
G
A ATT
CT T A A
G
三.分子运输车——运载体
运载体应该具备什么样的条件？
1.能够在宿主细胞中 复制并稳定地保存。
2.具多个限制酶切点， 以便与外源基因连 接。
3.具有某些标记基因， 便于进行鉴定和筛 选。
常用的运载体：质粒、λ噬菌体的衍 生物、动植物病毒
质粒
实际上在基因工程操作中，真正被用作载 体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行 过人工改造的。
表达载体
小箭头所指分别为限制性内切酶EcoRⅠ 、BamHⅠ的酶切位点，ampR为青霉素抗 性基因。tetR为四环素抗性基因，P为启动 子，T为终止子，ori为复制原点。
3.1.1 DNA重组技术的基本工具
能连接黏性末端 能连接黏性末端和 黏性末端和 T4噬菌体 二酯键 平末端(效率较低) 平末端(效率较低)
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
分子运输车” 三、基因的运载体——“分子运输车” 基因的运载体 分子运输车
载体需要的条件： ⒈载体需要的条件： ⑴有1-多个限制酶切点 ⑵对受体细胞无害 导入基因能在受体细胞中复制 能在受体细胞中复制、 ⑶导入基因能在受体细胞中复制、表达 有某些标记基因， ⑷有某些标记基因，便于筛选 常用运载体： ⒉常用运载体： ⑴细菌的质粒 ⑵λ噬菌体衍生物或某些动植物病毒
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具 重组技术
基因工程
提取目的基因 目的基因与运 载体结合 目的基因导入 受体细胞 目的基因的检 测与鉴定
1.1 DNA重组技术的基本工具 重组技术的基本工具
基因的“剪刀” 基因的“剪刀”——限制性核酸内切 限制性核酸内切 酶 基因的“针线” 基因的“针线”—— DNA连接酶 连接酶 基因的运载体
• 常用的载体：质粒 常用的载体：
重组DNA分子： 重组DNA分子： DNA分子 启动子 终止子 目的基因 标记基因
有切 割位 点 能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
有标记 基因的 存在， 存在， 可用含 氨苄青 霉素的 培养基 鉴别
注意： 注意：真正用作运载体的质粒都是人 工改造过的。 工改造过的。
不需要模板
连接酶——“分子缝合针” 分子缝合针” 二、DNA连接酶 连接酶 分子缝合针
1、种类： 种类：
E·coli DNA连接酶 coli DNA连接酶 DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 功能 相同点 差别 只能连接黏性末端 只能连接黏性末端
3.1重组DNA技术的基本工具教学设计-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3
1. 导入新课（5分钟）
目标： 引起学生对重组DNA技术的兴趣，激发其探索欲望。
过程：
开场提问：“你们知道什么是重组DNA技术吗？它与我们的生活有什么关系？”
展示一些关于重组DNA技术的图片或视频片段，让学生初步感受其魅力或特点。
简短介绍重组DNA技术的定义和重要性，为接下来的学习打下基础。
答案：重组DNA技术在基因工程中有着广泛的应用，包括：
1. 基因克隆：通过重组DNA技术，可以克隆目的基因并大量复制。
2. 基因编辑：利用限制酶和连接酶，可以精确地编辑目的基因的序列，实现对基因的改造。
3. 基因表达：通过重组DNA技术，可以在宿主细胞中实现目的基因的表达，获得特定的蛋白质产物。
4. 基因治疗：利用重组DNA技术，可以将正常基因导入病人体内，以治疗某些遗传性疾病。
小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。
每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。
5. 课堂展示与点评（15分钟）
目标： 锻炼学生的表达能力，同时加深全班对重组DNA技术的认识和理解。
过程：
各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。
其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。
布置课后作业：让学生撰写一篇关于重组DNA技术的短文或报告，以巩固学习效果。
六、教学资源拓展
1. 拓展资源
（1）教材延伸：引导学生阅读教材以外的相关文献，例如《自然》、《科学》等国际知名科学期刊上发表的有关重组DNA技术的最新研究论文，以了解该领域的最新进展。
（2）网络资源：推荐学生访问一些知名生物学相关网站，如美国国家生物技术信息中心（NCBI）、欧洲生物信息学研究所（EMBL-EBI）等，以获取更多关于重组DNA技术的研究资料和数据库信息。
3-1重组DNA技术的基本工具(教学课件)高中生物人教版 (2019)选择性必修3
两DNA片段要具 有相同且互补的 黏性末端才能拼 起来
注意：用DNA连接酶连接两个片段之间的磷酸二酯键 基因工程 不是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）
02 “分子缝合针”----DNA连接酶
2. 种类： ①E.coli DNA连接酶
• 从大肠杆菌中分离得到 • 只能连接互补黏性末端
识别序列 GAATTC
【反馈练习】
①…CTGCA …G
A. ①③；②④
②…G …CTTAA
③ G… ACGTC…
④ AATTC… G…
B. ①②；③④ C. ①④；②③ D.以上都不对
缺口怎么办？
02 “分子缝合针”----DNA连接酶 1. 作用：将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸
3’
5’
01 “分子手术刀”----限制性内切核酸酶（限制酶）
读：5’→ 3’
仔列4细 有. 识观何别察 特序点左列？侧特四点种：限制酶识别的特定序
①大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸 组成，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。
EcoRⅠ 5’……G-A-A-T-T-C……3’ 3’……C-T-T-A-A-G……
2）分类：E.Coli DNA连接酶、T4DNA连接酶（来源、区别？） 3.“分子运输车”—— 载体
1）作用：将外源基因送入受体细胞
2）种类：质粒（最常用）、噬菌体、动植物病毒
3）应具备条件： ①有一个至多个限制酶切割位点 ——供外源DNA片段（目的基因）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。
✭真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒 的基础上进行过人工改造的。
3.1重组DNA技术的基本工具
第三章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具（课前+课中+课后，三案一体）课前案【预习新知】一、基因工程的概念二、基因工程操作的基本工具1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”2.DNA连接酶——“分子缝合针”3.载体——“分子运输车”三、DNA的粗提取与鉴定实验1.实验原理（1）DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。
利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。
（2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。
（3）在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可作为鉴定DNA的试剂。
2.实验步骤（1）称取约30g洋葱，切碎，然后放入研钵中，倒入10mL研磨液，充分研磨。
（2）在漏斗上垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。
也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。
（3）在上清液中加入体积相等的、预冷的95%酒精溶液，静置23min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。
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；或在1000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物晾干。
（4）DNA的鉴定：取两支20mL的试管，各加入2mol/L的NaCl溶液5mL。
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4mL的二苯胺试剂。
混合均匀后，将试管置于沸水中加热5min。
待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。
【预习自测】1.限制酶的成分为蛋白质，其作用的发挥需要适宜的理化条件，高温、强酸或强碱均易使之变性失活。
（√）2.限制酶只能用于切割目的基因。
（X）3.限制酶切割位点应位于标记基因之外，不能破坏标记基因，以便进行检测。
（√）4.将制备的含有DNA的滤液加入预冷的95%酒精溶液，静置23min，可以将DNA析出。
DNA重组技术的基本工具PPT课件
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基因工程的工具酶
1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”
(1)来源
主要来自于 原核生物
。
(2)特点
① 识 别 双 链 DN特A 定核分苷酸子 的 某 种
序列；
磷酸二酯键
②使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的
断裂。
(3)作用结果
中心轴线两侧
①黏性末端：在所识别序列的
将
DNA的两条链分别切开时形成中的心末轴端线。
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基因进入受体细胞的载体—— “分子运输车”
1．载体的种类有 质粒 λ噬、菌体
动植的物衍病生毒物、
等。
2．常用载体——质粒
(1)质粒是一种自裸我露复的制、结构简单双、链独环立状于DN细A 菌拟核DNA之外，
并具有
限制酶切割 能 力 的
分子外。源
(2)质粒DNA分子上有标一记至基多因个
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A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 思维导图：
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2024/10/15
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3．载体的种类 (1)细菌质粒，它是细菌拟核DNA以外的小型双链环状DNA，有 的细菌只有一个，有的细菌有多个。 (2)λ噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的DNA。 一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人 们根据不同的目的和需求，对某些天然的载体进行人工改造。
《DNA 重组技术的基本工具》 知识清单
《DNA 重组技术的基本工具》知识清单DNA 重组技术是现代生物技术的核心之一，它让我们能够按照自己的意愿对生物的遗传物质进行改造和重组，从而实现对生物性状的精准调控和创新。
要实现 DNA 重组，就离不开一系列基本工具，下面让我们来详细了解一下这些重要的工具。
一、限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制酶是能够识别特定核苷酸序列，并在特定的位点切割 DNA 分子的酶。
1、来源限制酶主要来源于原核生物，原核生物可以利用限制酶来抵御外来DNA 的入侵。
2、作用特点具有特异性，能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
3、切割方式（1）错位切：产生的是黏性末端。
（2）平切：产生的是平末端。
4、作用结果产生 DNA 片段末端。
不同的限制酶识别的核苷酸序列和切割位点不同，这为 DNA 重组提供了多种可能性。
二、DNA 连接酶DNA 连接酶的作用是将两个具有相同末端的 DNA 片段连接起来。
1、种类（1）E·coli DNA 连接酶：只能连接黏性末端。
（2）T4 DNA 连接酶：既能连接黏性末端，又能连接平末端，但连接平末端的效率相对较低。
2、作用部位连接磷酸二酯键。
DNA 连接酶就像是“胶水”，将被切割开的 DNA 片段重新连接起来，形成一个完整的 DNA 分子。
三、载体载体是将目的基因送入受体细胞的“运输工具”。
1、作用（1）携带目的基因进入受体细胞。
（2）在受体细胞中稳定保存并复制，从而使目的基因能够大量表达。
2、具备的条件（1）能在受体细胞中稳定保存并大量复制。
（2）具有一个或多个限制酶切割位点，以便插入目的基因。
（3）具有标记基因，便于筛选含有目的基因的受体细胞。
3、种类（1）质粒：是一种小型的环状 DNA 分子，是基因工程中最常用的载体。
（2）λ噬菌体的衍生物。
（3）动植物病毒。
以质粒为例，它通常含有抗生素抗性基因作为标记基因，当受体细胞在含有相应抗生素的培养基中能够生长，就说明其可能已成功导入了含有目的基因的质粒。
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将不同种来源的DNA片段连接起来
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思考与探究 P7
2、为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？ 通过长期的进化，含有某种限制酶的 细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制 酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将 甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制 酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有 某种限制酶也不会使自身的DNA被切断， 并且可以防止外源DNA的入侵。
3、质粒
分布：许多细菌
有切割位点
本质：小型环状DNA分子。 有标记基因 能复制并带着 插入的目的基 因一起复制
工具3：运载体
1、需要的条件： ⑴有1~多个限制酶切点 ⑵能在受体细胞中自我复制，或整合到受体细胞的 染色体DNA上复制 ⑶有某些标记基因，便于筛选 ⑷对受体细胞无害 2、常用运载体： 质粒、λ噬菌体的衍生物或某些动植物病毒 3、质粒
抗虫基因
பைடு நூலகம்
与运载体DNA拼接 导入
1 .1、DNA重组技术的基本工具 “分子手术刀”-- 限制性核酸内切酶 “分子缝合针”-- DNA连接酶 “分子运输车”-- 运载体
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀” • 1、简称：限制酶 • 2、分布： 主要在原核生物中 • 寻根问底(P4)
• 你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是 是什么吗？
限制酶在原核生物中的作用
原核生物易受自然界外源DNA的入侵， 但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。
三、基因进入受体细胞的载体 ——“分子运输车”
1、载体必须具备的条件： ①能够在宿主细胞中复制或整合到受体细胞
的染色体DNA上复制 ②具有一至多个限制酶切点，以便与 外源基因连接 ③具有某些标记基因，便于进行筛选。 ④对受体细胞无害
• 2、常用的载体：
• • • 质粒（最常用) λ噬菌体的衍生物， 动植物病毒等
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
• • •
3、特点:（专一性）
•识别特定核苷酸列, 特定位点切割
断裂：磷酸二酯键
限制酶的识别特点
• 以中轴线双侧的DNA上碱基呈反向对称，重复排列 •
• 如：GAA TTC • CTT AAG
CCC GGG GGG CCC
EcoRⅠ
黏性末端
黏性末端
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6)第一例转基因动物问世
1980年第一个转基因小鼠问世 1982 年采用显微注射技术培养目出”超级小鼠” 1983年培育出第一例转基因烟草
7)PCR技术的发明
1988 年穆里斯发明了 PCR 技术 , 使基因工程 技术得到了进一步的发展和完善 . 获 1993 年 诺贝尔化学奖
1993年中国农业科学院的科学成功之路地培育出抗 棉铃虫的转基因抗虫棉
2、不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 （ D）
D、它是环状DNA
3、下列不适合用于基因工程的运载体 是（ C ） A、质粒 B、噬菌体 选 审题 我 C、细菌 D、病毒 4、下列说法正确的是：（ D ） A、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、重组技术所用的工具酶是限制酶、 连接酶、运载体 选 D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因 我 进行大量复制的过程可称为“克隆”
• 什么叫黏性末端？ 被限制酶切开的DNA两条单链的切口， 带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互 补配对，这样的切口叫黏性末端。
SmaⅠ
平末端
平末端
一、限制性核酸内切酶 ——“分子手术刀”
•
•
④作用： 切割DNA
⑤结果： 产生黏性未端和平末端
工具1：限制性核酸内切酶
1、简称： 限制酶 2、分布：主要在原核生物中
思考与探究 P7
3、天然的DNA分子可以直接用做基因工 程载体吗？为什么？
不可以，作为基因工程使用的载体必需满足一定 条件,且都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。
反馈练习：
• 1、在基因工程中，切割运载体和 含有目的基因的DNA片段，需使 用（ ） A. 同种限制酶 B. 两种限制酶 C. 同种连接酶 D. 两种连接酶
1965年桑格发明了氨基酸序列分析技术 1977年科学家又发明了DNA序列分析方法
• 4) DNA体外重组的实现 1972 年伯格 (P.Berg) 首先在体外进行 了 DNA 改造的研究 , 成功地构建了第 一个人工体外重组DNA分子.
5)重组DNA表达实验的成功
1973年博耶和科恩使重组DNA转入大肠杆菌中,转录 出相应的 mRNA,并使外源基因可以在原核细胞中成 功表达,至此表明基因工程正式问世. 1973年科学家才将质粒作为基因的载体使用 这是基因工程发展史上第一个成功的基因克隆实验 1973年科恩第一个建成“基因工程菌”，并创 立基因工程模式 1973年称这“基因工程元年”， 科恩被称为基因工程发展史上的创始人 科恩并向美国申报了世界上第一个基因工程的 专利技术
P7.思考与讨论：限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开 吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA片段:你是否能 用DNA连接酶将它们连接起来？ GC… …G … CTGCA ②…AC ③ ④ ①
…G …TG CG… …CTTAA G… ⑤ ACGTC… …GC ⑥ …CG GT… ⑦CA… AATTC… ⑧ G…
生物A基因片段 ……GAATTC…… ……CTTAAG……
生物B基因片段 ……GAATTC…… ……CTTAAG……
EcoRⅠ 酶切
……G AATTC…… ……CTTAA G…… ……G AATTC…… ……CTTAA G…… 不同来源的DNA片段混合 ……GAATTC…… ……CTTAAG…… ……GAATTC…… ……CTTAAG……
专题1.
基因工程
基因工程的概念 基因工程的发展史
1.1 基因工程的基本工具 1.2 基因工程的基本操作程序 1.3 基因工程的应用
1.4 蛋白质工程的崛起
你还记得我们吗？
• 氢键 • 磷酸二酯键 • DNA聚合酶
基因工程的概念：
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计， 并通过体外DNA重组和转基因等技术，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。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设 计和施工的，因此又叫做DNA重组技术或基因拼接技术。
E· coliDNA连接酶 大肠杆菌 T4DNA连接酶 T4噬菌体
寻根问底 (P6)
• DNA连接酶与DNA聚合酶 是一回事吗?为什么? 4、 DNA连接酶与DNA聚合酶比较
DNA聚合酶 DNA连接酶 将单个核苷酸连接到 在两个DNA片段之 已有的核酸片段上， 间形成磷酸二酯键 形成磷酸二酯键
作用 对象
• •• ••
3、特点:识别特定核苷酸列,
切割特定切点 （专一性） 切割DNA 4、作用： 5、结果： 产生黏性未端或平末端
思考?
• 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制 酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？ 要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。 • 如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶 来切割，会怎样呢？ 会产生相同的黏性(平)末端，然后让两 者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合 成重组的DNA分子了。
• • • • •
基因拼接技术或DNA重组技术 别名： 操作环境： 生物体外 基因重组 原理： 操作水平： DNA分子水平 结果： 定向地改造生物的遗传性状，获得 人类所需要的品种。
基因工程的产物
普通棉花
抗虫棉
基因工程培育抗虫棉的简要过程：
苏云金芽孢杆菌
提取
普通棉花(无抗虫基因) 棉花细胞(含抗虫基因) 转基因棉花植株
再见
技术发明命使基因工程的实施成为可能
1)基因转移载体的发现
1967 年罗思和赫林斯基发现细菌质粒有自我复制能 力,为基因转移找到一种运载工具.
2)工具酶的发现
1970 年阿尔伯 (W.Arber) 、内森斯 (D,Nathans) 、史密 斯(H.C.Smith)细菌中发现了第一个限制酶
3)DNA合成和测序技术的发明
②和⑦能连接形成
…ACGT… …TGCA…
③和⑥能连接形成
…GCGC… …CGCG…
反 向 对 称
④和⑧能连接形成
…GAATTC… …CTTAAG…
①和⑤能连接形成 …CTGCAG…
…G ACGTC…
思考与探究 P7
4、DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？ 迄今为止，所发现的DNA连接酶都 不具有连接单链DNA的能力，至于原因， 现在还不清楚，也许将来会发现可以连 接单链DNA的酶。
用途
DNA复制
基因重租
工具2： DNA连接酶
1、作用: ：把DNA片段拼接成新的DNA，
2、作用原理：催化磷酸二酯键形成 3、类型
coli DNA 连接酶 ①E· ②T4DNA 连接酶 来源：大肠杆菌 作用特点：只连接黏性末端
来源：T4噬菌体
作用特点：连接黏性末端和平末端
4、 DNA连接酶与DNA聚合酶比较
反馈练习：
5、以下是两种限制酶切割后形成的DNA片段，试分析： ①GC… ②AATTC… ③ …GC ④ …CTTAA CG… G… …CG …G (1)其中①和 是由一种限制酶切割形成的 末端，两者要重组成一个DNA 分子，所用DNA连接 酶通常是 。 （2） 和 是由另一种限制酶切割形成的 末端，两者要形成重组DNA片段，所用的连接酶通常 是 。
二、 DNA连接酶 ——“分子缝合针”