创新设计13-14生物(人教版)选修3课件：11DNA重组技术的基本工具

1、热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究11DNA重组技术的基本工具重组技术的基本工具 热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究课程标准课程标准列列举举DNA重组技术的基本工具。重组技术的基本工具。课标解读课标解读1.简简述述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。重组技术所需三种基本工具的作用。2.说明基因工程载体应具备的条件。说明基因工程载体应具备的条件。3.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术

2、创新。认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。 热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究1基因工程的概念基因工程的概念基基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外外 和和 等技术，赋予生物以新的等技术，赋予生物以新的_ _，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因工程是在生物产品。由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做工的，因此又叫做DNA重组技术。重组技术。基因工程的概念和理论基础基因工程的

3、概念和理论基础 DNA重组重组转基因转基因遗传遗传特性特性热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究2基因工程的理论基础和技术支持基因工程的理论基础和技术支持理论理论基基础础 是遗传物质是遗传物质DNA双螺旋结构和双螺旋结构和 的确立的确立 的破译的破译技术技术支持支持基因转移载体基因转移载体 的发现的发现多种多种 和和 ，以及，以及 酶酶(工具酶工具酶)的发现的发现DNA合成和合成和 技术的发明技术的发明 的实现、的实现、 的成功的成功第一例转基因动物问世、第一例转基因动物问世、 技术的发明技术的发明DNA中心法则中心法则遗传密码遗传密码质粒质粒限制酶限制酶连接酶连

4、接酶逆转录逆转录测序测序DNA体外重组体外重组重组重组DNA表达实验表达实验PCR热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维激活思维激活1 与与其他生物变异相比，基因工程所导致的变异有何其他生物变异相比，基因工程所导致的变异有何特点？特点？提示提示变异一般是不定向的，但基因工程使生物产生新的性变异一般是不定向的，但基因工程使生物产生新的性状变异却是定向的，是按照人们的实际需要进行的有目的的状变异却是定向的，是按照人们的实际需要进行的有目的的改造。改造。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究基因工程概念的理解基因工程概念的理解 基因工程

5、的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境生物体外生物体外操作对象操作对象基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达结果结果人类需要的生物类型和生物产品人类需要的生物类型和生物产品热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究特别提醒特别提醒基因工程具有以下五个方面的特点：基因工程具有以下五个方面的特点：(1)它是一种按照人们的意愿，定向地改造生物遗传特性的技术。它是一种按照人们的意愿，定向地改造生物遗传特性的技术。(2)在在DNA分子水平进行操作。分子水平进行操作。(3)是在

6、体外进行的人为的基因重组。是在体外进行的人为的基因重组。(4)一旦成功，便可遗传。一旦成功，便可遗传。(5)主要技术为体外主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术。重组技术和转基因技术。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【巩固【巩固1】 科科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术术基因工程，实施该工程的最终目的是基因工程，实施该工程的最终目的是()。A定向提取生物体内的定向提取生物体内的DNA分子分子B定向地对定向地对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”C在生物体外对在生物体外对DNA分子进行改造分子进行改

7、造D定向地改造生物的遗传性状定向地改造生物的遗传性状热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究解析解析基因工程的定义就是在生物体外，通过对基因工程的定义就是在生物体外，通过对DNA分子进行人分子进行人工工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就定向地改造了生物的遗传性状。产生出人类所需的基因产物，也就定向地改造了生物的遗传性状。答案答案D热热 点点 考考 向向 示示

8、 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究1限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”(1)来来源源主要来自于主要来自于 。(2)功能功能识别双链识别双链DNA分子的某种分子的某种 序列；序列；使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的 断断裂。裂。基因工程的工具酶基因工程的工具酶原核生物原核生物特定核苷酸特定核苷酸磷酸二酯键磷酸二酯键热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究(3)作用结果作用结果黏性末端：在所识别序列的黏性末端：在所识别序列的 将将DNA的两条链的两条链分别切开时形成的末端。分别切开时形成的末端。平末端

9、：在所识别序列的平末端：在所识别序列的 处切开时形成的末端。处切开时形成的末端。中心轴线两侧中心轴线两侧中心轴线中心轴线热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究2DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”(1)种种类类(2)作用结果：恢复被作用结果：恢复被 切开的两个核苷酸之间切开的两个核苷酸之间的的 ，拼接成新的，拼接成新的DNA分子。分子。 种类种类比较项目比较项目Ecoli DNA连接酶连接酶T4DNA连接酶连接酶来源来源 . .特点特点只能只能“缝合缝合”具有具有 的的双链双链DNA片段片段 既可以既可以“缝合缝合”双链双链DNA片段互补的片段互补的 又又可

10、以可以“缝合缝合”双链双链DNA片片段的段的 .大肠杆菌大肠杆菌T4噬菌体噬菌体互补的黏性末端互补的黏性末端黏性末端黏性末端平末端平末端限制酶限制酶磷酸二酯键磷酸二酯键热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维激活思维激活2 限限制酶的存在对细菌的生存有何重要意义？它为何制酶的存在对细菌的生存有何重要意义？它为何不切割自身的不切割自身的DNA?提示提示限制酶是细菌的一种防御性工具，当外源限制酶是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，侵入时，会利用限制酶将外源会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物

11、中主要起到切割外源限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA，使之失效，从，使之失效，从而达到保护自身的目的。细菌中限制酶之所以不剪切自身而达到保护自身的目的。细菌中限制酶之所以不剪切自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。可以降解掉。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究1限制酶与限制酶与DNA连接酶比较连接酶比较(1)区别区别作用作用应用应用限制酶限制酶使特定部位的磷酸二使特定部位的磷酸二酯键断裂酯键断裂用于提取目的基因和用于提取目

12、的基因和切割载体切割载体DNA连接酶连接酶在在DNA片段之间重新片段之间重新形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键用于基因表达载体的用于基因表达载体的构建构建热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究(2)两者的关系可表示为两者的关系可表示为热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究2DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶的比较聚合酶的比较DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶相同点相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不不同同点点模板模板不需要模板不需要模板需要需要DNA的一条链为模板的一条链为模板作用作用对象对象游

13、离的游离的DNA片段片段单个的脱氧核苷酸单个的脱氧核苷酸作用作用结果结果形成完整的形成完整的DNA分子分子形成形成DNA的一条链的一条链用途用途基因工程基因工程DNA复制复制热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究特别提醒特别提醒(1)由于氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与由于氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与限制酶和限制酶和DNA连接酶无关。连接酶无关。(2)限制酶与限制酶与DNA连接酶的化学本质均是蛋白质，其组成的基本连接酶的化学本质均是蛋白质，其组成的基本单位是氨基酸。单位是氨基酸。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究

14、究【巩固【巩固2】 下下列关于限制酶和列关于限制酶和DNA连接酶的说法中，正确的是连接酶的说法中，正确的是()。A其化学本质都是蛋白质其化学本质都是蛋白质BDNA连接酶可恢复连接酶可恢复DNA分子中的氢键分子中的氢键C在基因工程中在基因工程中DNA聚合酶可以替代聚合酶可以替代DNA连接酶连接酶D限制酶切割后一定能产生黏性末端限制酶切割后一定能产生黏性末端解析解析限制酶和限制酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质。连接酶的化学本质都是蛋白质。答案答案A热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究1载载体的种类体的种类 、 的衍生物、的衍生物、 等。等。2常用载体常用载体质粒

15、质粒(1)质质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，之外，并具有并具有 能力的能力的 分子。分子。基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车” 质粒质粒噬菌体噬菌体动植物病毒动植物病毒自我复制自我复制双链环状双链环状DNA热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究(2)质粒质粒DNA分子上有一至多个分子上有一至多个 位点，供位点，供 DNA片段插入其中。片段插入其中。(3)质粒上有特殊的质粒上有特殊的 ，供重组，供重组DNA的的 。(4)在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质在

16、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经过粒的基础上经过 的。的。限制酶切割限制酶切割外源外源标记基因标记基因鉴定和选择鉴定和选择人工改造人工改造热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维激活思维激活3 在在重组重组DNA分子的模拟操作中，剪刀所剪位置应属分子的模拟操作中，剪刀所剪位置应属何种部位？何种部位？提示提示剪刀所剪位置应为剪刀所剪位置应为3,5磷酸二酯键。磷酸二酯键。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究1载体的作用载体的作用(1)用用它作为运载工具，将目的基因送入受体细胞中去。它作为运载工具，将目的基

17、因送入受体细胞中去。(2)利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。利用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。2作为载体的必备条件作为载体的必备条件(1)有有一个或多个限制酶切割位点，供外源一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。片段插入。(2)具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。具备自我复制能力，且能在受体细胞中复制并稳定保存。(3)带有标记基因，供重组带有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。(4)必须是安全的，不会对受体细胞有害。必须是安全的，不会对受体细胞有害。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究3载体的种类载体的种类(

18、1)细细菌质粒，它是细菌拟核菌质粒，它是细菌拟核DNA以外的小型双链环状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。有的细菌只有一个，有的细菌有多个。(2)噬菌体的衍生物和某些动植物病毒的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。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。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究特别提醒特别提醒(1)质粒是基因工程中最常用的载体，它并非只存在于质粒是基因

19、工程中最常用的载体，它并非只存在于原核细胞中，某些真核细胞原核细胞中，某些真核细胞(如酵母菌如酵母菌)中也存在质粒，质粒上的中也存在质粒，质粒上的基因属于细胞质基因。它能自我复制，既可在自身细胞、受体细基因属于细胞质基因。它能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞复制，也可在体外复制。胞复制，也可在体外复制。(2)供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需要供目的基因插入的酶切位点所处的位置必须是在载体本身需要的基因之外，这样才不至于因目的基因的插入而使其失活。的基因之外，这样才不至于因目的基因的插入而使其失活。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【巩固【

20、巩固3】 质粒之所以能做基因工程的载体，是由于它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，且能保持连续性能够自我复制，且能保持连续性C含含RNA，能够指导蛋白质的合成，能够指导蛋白质的合成D具有环状结构，能够携带目的基因具有环状结构，能够携带目的基因解析解析质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状状DNA，其上有标记基因，便于检测。质粒在受体细胞中，其上有标记基因，便于检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞能随受体细胞DNA复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。复制而

21、复制，进行目的基因的扩增和表达。答案答案B热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究实验现象实验现象实验推论实验推论在含青霉素培养基在含青霉素培养基上生长情况上生长情况在含四环素培养基在含四环素培养基上生长情况上生长情况目的基因目的基因插入位置插入位置A能生长能生长能生长能生长aB不能生长不能生长能生长能生长bC能生长能生长不能生长不能生长cD不能生长不能生长不能生长不能生长c热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究解析解析若外源基因插入若外源基因插入a或或b点，则会破坏抗四环素基因或抗青霉点，则会破坏抗四环素基因或抗青霉素基因，则在含有四

22、环素或青霉素的培养基上不能生长，若质粒素基因，则在含有四环素或青霉素的培养基上不能生长，若质粒插入插入c点，两种基因保持完整，在分别含有每种抗生素的培养基点，两种基因保持完整，在分别含有每种抗生素的培养基上都能生长。上都能生长。答案答案B热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【例【例1】 下下列有关基因工程的叙述，正确的是列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基因工程的产物对人类都是有益的C基因工程产生的变异属于人工诱变基因工程产生的变异属于人工诱变D基因工程育种的优点之一

23、是目的性强基因工程育种的优点之一是目的性强基因工程的概念及特点基因工程的概念及特点 热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维导图：思维导图：热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究深度剖析深度剖析本题考查基因工程的概念。基因工程是在生物体外，本题考查基因工程的概念。基因工程是在生物体外，通过对通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的基因进，对生物的基因进行改造行改造(目的性强目的性强)和重新组合和重新组合(基因重组基因重组)，然后导入受体细胞内，然后导入受体细胞内进行繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，

24、产生出人类所需要的进行繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。基因工程是基因产物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。基因工程是分子水平上的生物工程。分子水平上的生物工程。答案答案D热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维深化思维深化基因工程的原理：基因工程的原理：(1)不同生物不同生物DNA分子得以重新拼接的基础：分子得以重新拼接的基础：DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；双链双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；所有生物

25、所有生物DNA碱基对均遵循严格的碱基对均遵循严格的“互补配对互补配对”原则，即原则，即A总总与与T配对，配对，G总与总与C配对配对如此，方可使具相同末端如此，方可使具相同末端(黏性末端或黏性末端或平末端平末端)的不同的不同DNA分子得以连接在一起。分子得以连接在一起。(2)外源基因在受体内表达的理论基础：外源基因在受体内表达的理论基础：基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位，具相对独基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位，具相对独立性；立性；遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向；遗传信息的传递都遵循中心法则所阐述的信息流动方向；生物界共用一套遗传密码。生物界共用一套遗传密码。 热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【例【例2】 基基因工程中，需使用特定的限制