重组DNA技术的基本工具（教学设计）-2025-2026学年高中生物人教版选择性必修3

3.1重组DNA技术的基本工具教案

一、教学目标

1.通过简介催生基因工程的基础理论和技术及基因工程的成果，提升学生的社会责任及追求科学的

精神。

2.通过介绍科学家对DNA重组技术三种基本工具的研究历史，渗透科学思维。

3.通过视频学习限制性内切核酸酶、DNA连接酶的功能、作用部位及作用结果，介绍载体为种类及

特点，渗透科学思维。

二、教学重难点

1.教学重点

（1）重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。

（2）DNA的粗提取与鉴定。

2、教学难点

（1）基因工程载体需要具备的条件。

（2）DNA的粗提取与鉴定。

三、教学步骤

【章导入】

理解并归纳基因工程的概念：

基因工程：指按照人们的愿望，通过一转基因一等技术,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一。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，因此又叫一重组DNA技术一°

（I）手段：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。

（2）目的：创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

（3）水平：分子水平。由于在DNA分子水平上进行设计和施工，因此又叫作重组DNA技术。

（4）操作对象：基因

（5）操作原理：基因重组

（6）操作环境：体外

（7）基本过程：剪切-拼接-＞导入一表达

（8）操作结果：定向地改造生物的遗传性状，获得符合人们需要的新的生物类型和生物产品

（9）优点：定向改造生物体的性状，目的性强（与诱变育种相比）

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育种周期短，克服远缘杂交不亲和障碍（与杂交育种相比）

【新课导入】

从社会中来

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“分子工具二

提出问题：那么，科学家究竟用到了哪些“分子工县”？这些“分子工具”各具有什么特征呢？

转基因番木瓜（左）/转基因番木瓜（公）

学生：课前查阅资料，欣赏转基因番木瓜与非转基因番木J限对比图片，了解分析转基因的效果，分

析相关原因。

提示：科学家用到了限制酵、DNA连接酵、载体等“分子工具”。限制酶能识别双DNA分子的特

定核甘酸序列，并将DNA双缝切断，形成具有黏性末端或平末端的片段。DNA连接醋催化醉胺酯

键的形成，即催化一个DNA片段3,端的羟基与另一个DNA片段5,端的磷酸基团上的羟基连接起

来形成酯键。载体上可以插入外源基因，它能携带该基因进入受体细胞，并在受体细胞中进行自我

复制，或者整合到受体DNA上，随着受体DNA同步复制。载体一般还带有标记基因，以便进行重

组DNA分子的筛选。

联系生活实例，激发学生的学习兴趣，引入新课。

提问：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？

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含口的基因

的DNA片取

,号入

受体细胞

根据图片和教材内容尝试作答:

广分子手术刀T艮制性内切核酸酶：

--------准确切割DNA分子

工具|一■乂分子缝合针卜DNA连接酶:

---------------将DNA片段连接起来

修分子运输车一载体：

将体外重组好的DNA分子导

入受体细胞

【新课讲授】

（一）限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

1.来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。

2.功能：能够识别双链DNA分子的特定核昔酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开,

因此具有专一性。

3.切割部位：磷酸二酯犍，限制酶只切割两个核苜酸之间的磷酸二酯键

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4.切割结果：切口有两利即黏性末端和平末端

展示限制酶切割DNA分子产生两种不同末端的示意图（箭头表示酶的切割位置）:

EcoRI

（在G与A之间切割）

3'

中右线

5'

Sma|

（在G与C之间切割）震室

平末端

中轴线

限制版切割DNA分子产生两种不同末端的示意图（箭头表示薛的切割位置）

结合教材中的内容和活动的经历，思考，回答问题:

I.限制前的作用特点有哪些？

2.限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，它们在原核生物中存在的意义是什么？

归纳总结:

大多数限制酶的识别序列由6个核甘酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量

的核甘酸组成

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5\..G-A-A[T-TC...3,

EcoRI,

y...C-T-TTA-A-G...5

5\..CCCG-G-G…3,

Smal

y...GGCCCC・・5

i

।

5\・.G-G-A4r-CC・・3

BamHIy...C-C-T-；A-G-G...5,

i

i

5,.......T-C-；G-A........3,

TaqI

39.......A-G-JC-T........5'

MA]A|T|Tic|

站性末战

①无论是6个碱基还是4个碱基，都可•以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是

反向对称重复排列的，这就是回文序列“

②能被限制的特异性识别的切割部位基本都具有回文序列：在切割部位，一条链正向读的威基顺序

与另一条链反向读的顺序完全一致。

A.形成的黏性末端（从5'往3'读）为AATT

B.一个限制酶切割一次断两个磷酸二酯键形成两个黏性末端

C.同一种限制酶切割形成的黏性末端相同

D.两个黏性木端有2个游离的磷酸基团

5.限制酶的命名：

资料卡：限制前是如何命名的呢？是用生物署名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个

字母的略语，以此来表示这个酶是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制酶是从大肠杆菌

CEscherichiacoli）的R型菌株分离来的，就用字母&Y>R表示；如果它是从大肠杆菌R型菌株中

分离出来的第一种限制酶，贝!进一步表示成EcoRI

现在已经从约300种微生物中分离出了约4000种限制性内核酸切酶（限制酶）。

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用生物属名的头一个字母与种加词的头两个字母，组成了3个字母的略语，以此来表示这个酶

是从哪种生物中分离出来的。例如，一种限制酶是从大肠杆菌（£sc力e〃R而c。〃）的R型菌株分离来

的，就用字母Ec〃R表示；如果它是从大幅杆菌R型菌株中分离出来的第•种限制酶，则进•步表

示成EcoRIo

5.识别序列：大多数限制前的识别序列由6个核甘酸组成，也有少数限制前的识别序列由4个、8

个或其他数量的核甘酸组成。

限制酶所识别的序列的特点是：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，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。

6.切割结果：DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式一黏性末端和平末端。

二、DNA连接酶——“分子缝合针”

让学生自学观察并思考：如果条件充分，此时我们得到的目的基因和载体是否能够成功连接？

学牛在阅读教材后教师继续樨出问题：DNA连接前的作用伟点是什么？

教师在学生回答问题后，利用课件展示DNA连接厢作用示意图，让学生更直观的学习DNA连接前

的作用机理。

m.iuWir

黏性末端〜

碱基配对

nfflEiE

t«ItrAAGAC

DNA连按醐的连接过程示意图

知识梳理：

1.作用：将两个DNA片段连接起来，恢复被限制前切开的两个核甘酸之间的磷酸二酯键，形成重组

DNA分子。。注意：不是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）。

2.分类：

种类EcoliDNA连接酝T4DNA连接酹

来源大肠杆菌T4噬菌体

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只能将具有互补黏性末端的DNA片既可以连接双链DNA片段互补的黏性

功能特性段连接起来，不能连接具有平末端的末端，又可以连接双链DNA片段的平末

DNA片段端（但连接平末端的效率相对较低）

相同点恢复的都是磷酸二酯键

旁栏思考（P72）:DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？

DNA连接的DNA聚合酶

相同点催化两个脱氧核昔酸之间形成磷酸二酯键

模板不需要模板需要DNA的一条链为模板

不

作用对象游离的DNA片段单个的脱氧核昔酸

同

点作用结果形成完整的DNA分子形成DNA的一条链

用途基因工程DNA复制

相同点①化学本质都是蛋白质

②都是催化形成磷酸二酯键

（三）基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

外源基因难以进入细胞，进入后也不容易稳定存在并表达。通常需要利用载体将基因送入细胞。

常用的载体是质粒，它是一种裸露的、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

教师指导学生阅读教材，并提问：

1.将多个EcoRI海切后的载体与目的基因混合后，加入什么可以使它们连接起来？其连接产物可能

有哪些种？

2.载体要与外源基因连接，需要具备什么条件？

学生小组之间互相讨论并回答问题。

知识梳理：

1.作用：

（1）将目的基因转移到受体细胞中去

（2）利用运载体在受体细胞内对目的基因进行大量复制

2.种类：

质粒、噬菌体和动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA

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片段的大小上也有很大差别。最常用的载体——质粒：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。

种类用途不同点

质粒、噬菌体将外源基因导入大肠杆菌等受体细胞

来源不同，在大小、结构、复制

植物病毒将外源基因导入植物细胞方式以及可以插入外源DNA片

段的大小也有很大差别

动物病毒将外源基因导入动物细胞

3.作为载体需具备的条件

（1）有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（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。

（3）常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。如四环素抗性基因、氨苇青霉素抗性基因、

产物具有颜色反应的基因等。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i寸人工改造的。

（4）对受体细胞无害等。

教师利用课件展示教材第73页的“思考•讨论”，并让学生小组之间互相讨论回答问题：

请在两张纸上分别写上下面两段DNA序列：

51-ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATAC-3，

3'-TATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG-51

5t-TCCTAGAATICTCGGTATGAATTCCATAC-3，

31-AGGATCTTAAGAGCCATACTrAAGGTATG-51

请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcoRi的识别序列和切割位点。然后，用剪刀进行

“切割，待切割位点全部切开后,将从下面那条DNA链上切下的片段重组到上面那条DNA链的切

口处，并用透明胶条将切口粘连起来。

讨论：

1.剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”？

提示答案：剪刀代表限制的；透明胶条代表DNA连接酹。

2.你制作的黏性末端的碱基能不能互相配对？如果不能，可能是什么原因造成的？

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提示答案：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。

3.你插入的DNA片段能称得上•个基因吗？

提示答案：不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。

小组成员之间互相讨论问他，并得出答案。

最后教师利用剩余时间，让学生阅读“探究♦实践”的实验内容，并利用课件展示这个实验为实验过

程，在观看结束后，教师提出问题，让学生进一步探究：本实验只是对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。

探究实践——DNA的粗提取与鉴定

【实验原理】

DNA、RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在差异，川以利用这些差异，选用适当的物

理或化学方法对它们进行提取。例如：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。DNA在不同浓度的NaCI溶液中溶解度不同，它能溶下2molL的NaCl

溶液。在一定温度下，DNA遇到二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试

剂。

【目的要求】

1.了解DNA的物理和化学性质，理解DNA粗提取和鉴定的原理。

2.学会DNA粗提取的方法以及用二苯胶试剂对DNA进行鉴定。

【材料用具】

1.材料：新鲜洋葱（也可以选择香焦、菠菜、菜花和猪肝等作为实验材料，提取DNA的方法可能稍

有不同）、研磨液、体积分数为95%的酒精、2mol/L的NaCl溶液、二苯胺试剂和蒸镭水等。研磨

液和二苯胺试剂的配制方法参见本书附录2。

2.用具：烧杯、量筒、玻璃棒、研钵、纱布、漏斗、试管、试管架、试管夹、酒精灯、石棉网、三

脚架、火柴、刀片和天平等。

【方法步骤】

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.在漏斗中垫上纱布，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。

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3.在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%）,静置2-3min,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：

或者将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min,弃上清液，将管底的沉淀物（粗

提取的DNA）晾于。

4.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

NaQ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，比校两支试管中溶液颜色的变化。

材料的获DNA鉴

析出DNADNA的鉴定

取与研磨定的结