新教材同步系列2024春高中生物第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具课件新人教版选择性必修3

第3章基因工程①阐述基础理论研究和技术进步催生了基因工程。②阐述DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。③认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。④阐述基因工程的原理及基本操作程序。⑤尝试设计某一转基因生物的研制过程。⑥举例说明基因工程的应用。⑦关注基因工程的进展。⑧认同基因工程的应用促进生产力的提高。⑨举例说明蛋白质工程崛起的缘由。⑩阐述蛋白质工程的原理，尝试运用逆向思维分析和解决问题。5个重点：①DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。②基因工程基本操作程序的四个步骤。③基因工程在农牧业和医药卫生等方面的应用。④蛋白质工程崛起的缘由。⑤蛋白质工程的原理。4个难点：①基因工程载体具备的条件。②利用PCR技术获取和扩增目的基因。③乳腺生物反应器生产药物。④蛋白质工程的原理。7个考点：①DNA重组技术所需的两种工具酶的作用。②基因工程的载体应具备的条件。③基因工程基本操作程序的四个步骤。④基因工程在农牧业、医药卫生等方面的应用。⑤蛋白质工程崛起的缘由。⑥蛋白质工程的原理。⑦蛋白质工程的应用。第1节重组DNA技术的基本工具课标要点学法指导1．说出基因工程的概念2．阐述重组DNA技术所需三种基本工具的作用3．认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新1．通过分解的方式从操作环境、水平、步骤、结果等方面理解基因工程的概念(生命观念)2．列表比较不同的限制酶、DNA连接酶的差异，区分DNA连接酶和DNA聚合酶(科学思维)3．结合实例分析基因工程载体必须满足的条件(科学思维、社会责任)知识导图

课前·新知导学

基因工程概念及工具酶1．基因工程概念按照人们的愿望，通过____________等技术，赋予生物新的______________，创造出更符合人们需要的新的______________和______________。由于基因工程是在_______________上进行设计和施工的，因此又叫作________________。转基因遗传特性生物类型生物产品DNA分子水平重组DNA技术2．“分子手术刀”——_____________________(1)来源：主要是从____________中分离纯化出来的。(2)作用：能够识别双链DNA分子的________________，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的______________断开。(3)结果：经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——____________和___________。限制性内切核酸酶原核生物特定核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端平末端3．“分子缝合针”——__________________DNA连接酶E.coliDNA

(2)作用结果：恢复被___________切开的两个核苷酸之间的______________，拼接成新的DNA分子。大肠杆菌互补黏性末端T4噬菌体黏性末端平末端限制酶磷酸

二酯键基因工程的原理是什么？____________________________。【答案】基因重组

下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B．基因工程的产物对生物都有利C．基因工程能定向改造生物的性状D．基因工程引起的变异属于基因突变【答案】C【解析】基因工程是分子水平上的生物工程，其产生的变异属于基因重组，A、D错误。基因工程是按照人们的意愿进行的，能定向改造生物的性状；基因工程的产物有的对生物有利，有的对生物不利，B错误、C正确。

“分子运输车”——基因进入受体细胞的载体1．作用将____________送入细胞。2．载体具备的条件(1)能够在受体细胞中进行_____________，或整合到____________上，随受体DNA进行同步复制。(2)有一个或多个__________切割位点，供外源基因插入。(3)具有特殊的___________，供重组DNA分子的筛选。外源基因自我复制受体DNA

限制酶标记基因3．种类(1)常用的载体：________，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_________________的___________DNA分子。(2)其他载体：噬菌体、_______________等。质粒自我复制能力环状双链动植物病毒质粒是基因工程中最常用的载体，它只存在于原核细胞中吗？_____________________________________。【答案】不是，某些真核细胞中也存在质粒，如酵母菌细胞内也存在质粒

质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是

(

)A．质粒只分布于原核细胞中B．在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA分子的筛选【答案】D【解析】质粒不只分布于原核生物中，在真核生物——酵母菌细胞内也有分布，A错误；并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点而成为合适的运载目的基因的工具，B错误；重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，也可以整合后复制，C错误；质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA分子的筛选，D正确。

DNA的粗提取与鉴定1．DNA的粗提取原理(1)DNA__________酒精，但某些蛋白质_______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溶液中的_________不同，它能溶于2mol/L的NaCl溶液。2．DNA的鉴定原理在一定温度下，DNA遇______________会呈现蓝色，因此，______________可以作为鉴定DNA的试剂。不溶于溶于溶解度二苯胺试剂二苯胺试剂3．方法步骤↓↓↓↓新鲜洋葱酒精二苯胺研磨洋葱组织时，如果研磨不充分，会对实验结果产生怎样的影响？_____________________________________。【答案】研磨不充分，会使细胞核内的DNA释放不完全，提取的DNA量变少，影响实验结果，导致看不到丝状物或沉淀物，用二苯胺试剂鉴定不显示蓝色

下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的原理的叙述，正确的是

(

)A．可用猪血作为实验材料，原因是猪血中的成熟红细胞有细胞核，细胞核中DNA含量多B．利用“DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，在2mol/L的NaCl溶液中析出”的特性提取DNAC．利用“DNA不溶于酒精，而细胞中的某些蛋白质溶于酒精”的特性可以初步分离DNA与蛋白质D．利用“DNA与二苯胺试剂作用呈现紫色”的特性鉴定DNA【答案】C【解析】猪血中的成熟红细胞不含细胞核，A错误；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，B错误；DNA不溶于酒精，而细胞中的某些蛋白质溶于酒精，可以利用这一特性进行DNA与蛋白质的初步分离，C正确；在沸水条件下，DNA与二苯胺试剂反应呈现蓝色，D错误。课堂·重难探究基因工程概念及工具酶分析[知识归纳]1．基因工程概念分析项目基因工程别称重组DNA技术原理基因重组操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果创造出人类需要的新的生物类型和生物产品2．限制性内切核酸酶的相关分析来源原核生物(主要)作用切割DNA分子作用部位磷酸二酯键作用特点具有特异性，即能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点切割磷酸二酯键作用结果形成黏性末端或平末端3．DNA连接酶的相关分析作用将DNA片段拼接成新的DNA分子作用部位磷酸二酯键种类E.coli

DNA连接酶：只连接黏性末端T4DNA连接酶：连接黏性末端和平末端[对点精练]1．(2023·广东潮州期中)下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是

(

)A．限制酶将DNA双链切割成两条单链B．同种限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段又可以切割质粒，因此不具有专一性D．E．coliDNA连接酶能催化平末端和黏性末端的连接【答案】C2．(2023·广东云浮期末)图甲、乙分别表示EcoRⅠ和SmaⅠ限制酶识别序列和切割位点(图中箭头处)，可形成不同的末端。据图分析，下列说法正确的是

(

)

A．限制酶可作用于DNA的磷酸二酯键和氢键B．识别黏性末端的DNA连接酶也能识别平末端C．限制酶的识别序列都是由6个核苷酸组成的D．图甲的末端“缝合”时有氢键的重新连接【答案】D【解析】限制酶使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，A错误；E.coli

DNA连接酶只能识别黏性末端，不能识别平末端，B错误；多数限制酶识别的核苷酸序列是由6个核苷酸组成，但不是所有限制酶的识别序列都是由6个核苷酸组成的，也可能识别5个或8个核苷酸序列，C错误；图甲的末端“缝合”时两个核苷酸之间由磷酸二酯键连接，两个黏性末端的互补碱基之间靠氢键连接，D正确。【易错易混】比较DNA连接酶和DNA聚合酶项目DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化形成磷酸二酯键不同点模板不需要需要作用实质在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸加到已存在的核苷酸链的3′端的羟基上，形成磷酸二酯键作用结果连接两个DNA片段延伸形成DNA子链[知识归纳]1．载体的作用(1)将目的基因送入受体细胞。(2)使目的基因在受体细胞内得到复制和表达。载体2．载体应具备的条件及原因分析具备条件原因分析有一个至多个限制酶切割位点供外源DNA基因插入其中能在受体细胞中进行自我复制，或能够整合到受体DNA上能使目的基因在受体细胞中得到复制和表达带有标记基因便于重组DNA分子的筛选对受体细胞无害不影响受体细胞的正常生命活动

3．质粒的分析(1)质粒的本质：环状双链DNA分子。(2)质粒的特点：能够进行自我复制。(3)质粒的存在场所：真核细胞细胞核以外、原核细胞拟核DNA以外。(1)切割目的基因应选用哪类限制酶？切割质粒呢？请说明理由。(2)限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ切割DNA后获得的黏性末端是否相同？(3)基因工程的载体和细胞膜上的载体有什么区别呢？(2)相同，均具有GATC—的黏性末端。(3)基因工程的载体和细胞膜上的载体的区别主要表现在两个方面：①化学本质不同。细胞膜上的载体的化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)，也可能是生物，如噬菌体、动植物病毒等。②功能不同。细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，用于把目的基因导入受体细胞。[对点精练]1．(2023·河北张家口期中)质粒是基因工程最常用的载体，下列有关质粒的说法正确的是

(

)A．质粒不仅存在于细菌中，也存在于某些病毒中B．细菌的基因只存在于质粒中C．质粒为小型环状DNA分子D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一【答案】C【解析】质粒主要存在于细菌、酵母菌等生物中，病毒中没有质粒，A错误；细菌基因主要存在于拟核DNA中，也有少数存在于质粒中，B错误；质粒为小型环状DNA分子，存在于细胞核外或拟核外的细胞质基质中，C正确；质粒是基因工程中的重要工具之一，但不是工具酶，基因工程中的工具酶是限制酶和DNA聚合酶，D错误。2．(2023·吉林名校期末)在重组DNA技术中，将外源基因导入受体细胞，通常是利用质粒作为载体。下列关于质粒的叙述，正确的是

(

)A．质粒是一种只存在于原核细胞中的结构简单的环状DNA分子B．质粒的复制和表达过程都遵循中心法则和碱基互补配对原则C．目的基因只有通过质粒整合到受体细胞的DNA中才能表达D．大多数天然质粒都不需要人工改造，可以直接作为载体使用【答案】B【解析】质粒是存在于许多细菌以及酵母菌(真核细胞)中的有自主复制能力的小型环状DNA分子，A错误；质粒的复制和表达都遵循中心法则，也遵循碱基互补配对原则，B正确；只需要将含有目的基因的质粒导入受体细胞，无需整合到受体细胞的DNA中也能表达，C错误；天然的质粒不能直接作为载体，基因工程中用到的质粒都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的，D错误。课堂·延伸提分易错易混：与DNA的有关的酶的作用底物、作用部位和作用产物项目作用底物作用部位作用产物限制酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键新的DNA分子解旋酶DNA分子氢键单链DNA例1如图表示DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，下面有关叙述不正确的是 (

)

A．①和②中的酶都是基因工程中所需的工具B．DNA复制会用到③和④中的酶C．除了③以外，①②④中的酶作用的都是相同的键D．③作用过程中会产生水【答案】D【解析】①中的酶为限制酶，②中的酶为DNA连接酶，都是基因工程中所需要的工具，A正确；DNA复制会用到③中的解旋酶和④中的DNA聚合酶，B正确；③中的酶作用于氢键，除了该酶以外，①②④中的酶作用的都是相同的键，即磷酸二酯键，C正确；③是解旋过程，该过程中不会产生水，D错误。错因分析：一是对4种酶的作用底物识记不清，二是对4种酶的作用部位没有掌握，三是对4种酶的作用产物理解不到位，以及对每种酶的使用掌握不清。解题技巧：探究性实验的解题方法例2基因工程中最常用的载体是质粒，作为载体，需有标记基因，如抗青霉素基因、抗四环素基因等。现欲鉴别某种细菌质粒抗药性基因的类别，设计了如下实验。材料用具：青霉素、四环素的10万单位溶液、菌种试管、已经灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱。方法步骤：第一步：取3个含细菌培养基的培养皿并分别标为1、2、3号，在酒精灯旁，用3只注射器分别注入1mL蒸馏水、青霉素溶液、四环素溶液，并使之分布在整个培养基表面。第二步：将接种环放在酒精灯的火焰______(填“上”或“旁”)灼烧，并在酒精灯的火焰________(填“上”或“旁”)取菌种，对3个培养皿分别接种。第三步：将接种后的3个培养皿放入37℃恒温箱中培养24h。请对结果进行预测：(1)若________号培养皿中细菌存活，说明该细菌质粒上有两种抗性基因。(2)若1号培养皿中细菌存活，2、3号培养皿中没有细菌存活，说明_____________________________________。(3)_____________________________________。(4)_____________________________________。【答案】第二步：上旁(1)1、2、3(2)该细菌质粒上两种抗性基因都没有(3)若1、2号培养皿中细菌存活，3号培养皿中没有细菌存活，说明该细菌质粒上有青霉素抗性基因(4)若1、3号培养皿中细菌存活，2号培养皿中没有细菌存活，说明该细菌质粒上有四环素抗性基因审题流程：第一步解读题干，获取有用信息由题干“基因工程中最常用的载体是质粒，作为载体，需有标记基因，现欲鉴别某种细菌质粒抗药性基因的类别”可以获得信息：①基因工程中最常用的载体是质粒；②质粒作为载体，需要有标记基因；③欲鉴别某种细菌质粒抗药性基因的类别。第二步对接教材和探究性实验的做题方法，迁移运用题干中“基因工程中最常用的载体”对接教材中《重组DNA技术的基本工具》一节中“分子运输车”。本实验“鉴别某种细菌质粒抗药性基因的类别”实验结果是未知的，为探究性实验。探究性实验的设计，遵循对照原则和单一变量原则。上述实验的自变量是培养基中添加的抗生素种类，因变量是培养基中的菌落生存情况；添加蒸馏水的组为空白对照组，分别添加四环素和青霉素的组均为实验组；实验中添加的试剂的量、培养条件等均属于无关变量，各组应相同且适宜。探究性实验的结果未知，实验结果和结论不唯一。根据上述分析可知，该实验中细菌可能存在4种类型，这4种类型的细菌在3组培养基中的生长情况不同，故实验结果可能有4种，对应的实验结论也就有4种。第三步结合小题，逐个突破根据题意可知，本实验的目的是鉴别某种细菌质粒抗药性基因的类别，即检测细菌在何种培养基中能正常生长、繁殖。根据已有的步骤安排，按照无菌操作的要求，第二步中应将接种环放在酒精灯的火焰上灼烧，并在酒精灯的火焰旁(无菌区)取菌种，对3个培养皿分别接种。实验结果和结论有多种可能：若细菌中含有某种抗生素抗性基因(标记基因)，该基因正常表达，则该细菌就有抵抗此抗生素的能力，就可以在含有该种抗生素的培养基中正常生长、繁殖，否则就不能在含有该抗生素的培养基中生存。因此：(1)若该细菌质粒上有两种抗性基因，则细菌可在1、2、3号培养基中存活。(2)若该细菌质粒上两种抗性基因都没有，则细菌可在1号培养基中存活，在2、3号培养基中无法存活。(3)若该细菌质粒上仅含有青霉素抗性基因，则细菌能在1、2号培养基中存活，而在3号培养基中无法存活。(4)若该细菌质粒上仅含有四环素抗性基因，则细菌可在1、3号培养基中存活，在2号培养基中无法存活。小练·素养达成1．(2023·山西名校阶段练习)下列不属于质粒作为载体的理由的是

(

)A．能自我复制

B．有一个至多个限制酶切割位点C．具有标记基因

D．它是环状DNA【答案】D【解析】质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，含有标记基因，便于受体细胞检测和筛选；有多个限制酶切点，以便与多种外源基因连接；能随着受体细胞DNA的复制而复制，使目的基因能在宿主细胞中保存下来并能大量复制，基因工程中并未要求载