生物人教版（2019）選擇性必修3 3.1重組DNA技術(shù)的基本工具

我國(guó)是棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。棉花在種植過程中，常常會(huì)受到一些害蟲的侵襲，其中以棉鈴蟲最為常見。棉鈴蟲可以使棉花產(chǎn)量減少三分之一，嚴(yán)重時(shí)，甚至能使一片棉田絕收。大量施用農(nóng)藥殺蟲不僅會(huì)提高生產(chǎn)成本，還可能造成農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的污染。要是能培育出自身就能抵抗蟲害的棉花新品種，這一問題就會(huì)迎刃而解，我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。為什么傳統(tǒng)的雜交育種方法培育不出抗蟲棉，基因工程卻可以呢？基因工程是如何進(jìn)行操作的？它給我們的生產(chǎn)和生活帶來了怎樣的影響？

指按照人們的愿望,通過轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)?；蚬こ?/p>

操作環(huán)境：

操作對(duì)象：

操作水平：

工程原理：

工程產(chǎn)物：生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物基因重組第3章基因工程1、不同生物的基因?yàn)槭裁茨芷唇樱?、外源基因?yàn)槭裁茨茉谑荏w細(xì)胞中表達(dá)？(1)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。(2)DNA分子都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則(3)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。(1)基因是控制生物性狀的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能單位。(2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則。(3)生物界共用一套遺傳密碼?；蚬こ陶Q生的理論基礎(chǔ)從社會(huì)中來轉(zhuǎn)基因木瓜

番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲而導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降?？茖W(xué)家通過精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，可抵御該病毒提高產(chǎn)量。DNA雙螺旋的直徑只有2nm，對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需要專門的“分子工具”。那么，科學(xué)家究竟用到了哪些“分子工具”？這些“分子工具”各具有什么特征呢？在培育轉(zhuǎn)基因番木瓜時(shí)，首先要在體外對(duì)含有所需要基因的DNA分子進(jìn)行“切割”、改造和“拼接”。重組DNA技術(shù)的基本工具準(zhǔn)確切割DNA分子將DNA片段再連接起來然后，將重組DNA分子導(dǎo)入番木瓜體細(xì)胞內(nèi)，并使其在細(xì)胞中表達(dá)。將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞限制性內(nèi)切核酸酶—“分子手術(shù)刀”來源：種類：主要來自原核生物特點(diǎn)：數(shù)千種能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。（因此具有專一性）（限制酶不是一種酶，而是一類酶）一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”

閱讀課本第71頁(yè)的內(nèi)容，思考限制性內(nèi)切核酸酶的來源

、種類、識(shí)別特點(diǎn)、切割特點(diǎn)、切割結(jié)果。學(xué)生活動(dòng)１來源：種類：主要來自原核生物特點(diǎn)：數(shù)千種能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開。（因此具有專一性）（限制酶不是一種酶，而是一類酶）作用部位：識(shí)別序列長(zhǎng)度：結(jié)果：特定切點(diǎn)上的磷酸二酯鍵大多數(shù)是6個(gè)核苷酸序列產(chǎn)生黏性末端或平末端5'3'5'3'TAGGTATCCA磷酸二酯鍵被限制酶切開的DNA切口處，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，這樣的切口叫黏性末端。一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”學(xué)生活動(dòng)２模擬活動(dòng)：切一切印證限制酶的作用特點(diǎn)和作用結(jié)果材料準(zhǔn)備：剪刀（模擬EcoRI限制酶，其識(shí)別序列為一GAATTC—，并在G—A之間“切割”）、打印好不同DNA堿基序列的紙帶2條。展開一、限制性內(nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”學(xué)生活動(dòng)３接續(xù)模擬活動(dòng)，將剪開的DNA片段正確鏈接起來。操作完之后討論問題。二、DNA連接酶—“分子縫合針”1.讓學(xué)生觀察相同的粘性末端堿基配對(duì)后，該怎么辦？2.用訂書釘鏈接，請(qǐng)問訂書器和訂書釘各自模擬什么？DNA連接酶的作用位點(diǎn)在哪？DNA連接酶的分類和作用特點(diǎn)？3.DNA連接酶和DNA聚合酶的作用相同嗎？嘗試簡(jiǎn)要說明。

將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。DNA連接酶—“分子縫合針”3作用：種類E·coli

DNA連接酶T4DNA連接酶來源作用相同點(diǎn)大腸桿菌T4噬菌體只能將具有互補(bǔ)黏性末端的DNA片段連接起來，不能連接具有平末端的DNA片段既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端（但連接平末端的效率相對(duì)較低）恢復(fù)的都是磷酸二酯鍵1.DNA連接酶能夠?qū)NA片段連接起來2.基因工程常用的DNA連接酶有兩種：DNA連接酶—“分子縫合針”3歸納總結(jié)DNA連接酶和DNA聚合酶的比較比較項(xiàng)目DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)作用實(shí)質(zhì)不同點(diǎn)模板作用對(duì)象作用結(jié)果 用途都能催化形成磷酸二酯鍵不需要需要DNA的一條鏈作模板形成完整的重組DNA分子形成DNA的一條鏈基因工程DNA復(fù)制只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵

外源基因很難進(jìn)入細(xì)胞，進(jìn)入后也不容易穩(wěn)定存在并表達(dá)，怎么解決這個(gè)問題呢？

將外源基因送入受體細(xì)胞，還需要有運(yùn)輸工具，這就是分子運(yùn)輸車，又叫載體或運(yùn)載體。作用作為運(yùn)輸工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞內(nèi)。1．載體三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”接續(xù)上面的模擬活動(dòng)呈現(xiàn)什么模擬目的基因、什么模擬載體？完成下列的問題討論學(xué)生活動(dòng)４三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1.要使攜帶的外源基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，需要具備什么條件？2.載體要與外源基因連接，需要具備什么條件？3.為了便于篩選重組DNA分子，載體需要具備什么條件？運(yùn)載體需具備的條件（1）能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存（2）有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)（3）有某些標(biāo)記基因（4）對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害、易分離能使目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)增可攜帶多個(gè)或多種外源基因便于重組DNA分子篩選有標(biāo)記基因的存在，可用含青霉素的培養(yǎng)基鑒別。有切割位點(diǎn)能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。4三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”限制酶DNA連接酶載體①對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害；②有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；③有特殊的標(biāo)記基因；④能自我復(fù)制或能整合到宿主DNA上。質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒基因工程的基本工具作為載體的條件種類:磷酸二酯鍵來源：主要來源于原核生物特點(diǎn)：作用部位：具有專一性結(jié)果：形成黏性末端或平末端連接部位：種類：作用：

【課堂小結(jié)】把兩條雙鏈DNA片段拼接起來磷酸二酯鍵E.coliDNA連接酶、T4

DNA連接酶提升討論：將目的基因和運(yùn)載體結(jié)合的過程中，最后可能會(huì)出現(xiàn)那些鏈接情況？我們需要篩選才能獲得，能不能想一種方法只得到我們需要的鏈接方法？一、概念檢測(cè)1.DNA連接酶是重組DNA技術(shù)常用的一種工具酶。下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.能連接DNA分子雙鏈堿基對(duì)之間的氫鍵B.能將單個(gè)脫氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵C.能連接用同種限制酶切開的兩條DNA片段，重新形成磷酸二酯鍵D.只能連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，不能連接雙鏈DNA片段的平末端練習(xí)與應(yīng)用C2.在重組DNA技術(shù)中，將外源基因送入受體細(xì)胞的載體可以是（

）A.大腸桿菌的質(zhì)粒B.切割DNA分子的酶C.DNA片段的黏性末端D.用來識(shí)別特定基因的DNA探針A二、拓展應(yīng)用1.想一想，為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？提示：迄今為止，在基因工程操作中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的，它們可以識(shí)別DNA上特定的堿基序列并使特定部位的磷酸二酯鍵斷開。微生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，可以將外源入侵的DNA降解。細(xì)菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因?yàn)楹心撤N限制酶的細(xì)胞的DNA分子或者不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到了限制酶所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶，也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA入侵。2.有2個(gè)不同來源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeI進(jìn)行切割，B片段分別用限制酶HindIⅢ、XbaI、EcoRV和XhoI進(jìn)行切割。各限制酶的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)如下。（1）哪種限制酶切制B片段產(chǎn)生的DNA片段能與限制酶SpeI切割A(yù)片段產(chǎn)生的DNA片段相連接？為什么？

（2）不同的限制酶切割可能產(chǎn)生相同的黏性末端，這在基因工程操作中有什么意義?

提示：識(shí)別DNA分子