生物选修ⅲ人教新课标1.1dna重组技术的基本工具教案

1.1 DNA重组技术的基本工具

教学 过程 教学内容 师：1973年转基因微生物一一转基因 转基因小鼠诞生；1983年第一例转基 教学手段 和预期 目标 方法 1.创设 情 境，引入对 大肠杆菌问世；1980年第一个转基因动物 基因重组技 术工具的学 因植物——转基因烟草出现，实现了一种 生物的某些性状在另一种生物中的表达。 习。 联系旧知识， 使学生认识到 拿出两种 不同颜色 的等宽的 纸条。 学生讨论。 同学们，性状的表达与我们从前学过 的什么过程有关？ 生：与基因控制蛋白质的合成有关。 师：假若这是一个DNA上的能指导合 成某种药物蛋白的基因（老师用手指出纸 条上的该区段），而这是一条烟草的 基因工程也是 建立在基因控 制蛋白质合成 的基础理论上| 的，不可割裂。 抽象变直观， DNA老师拿出另一纸条）。同学们分析， 要实现药物基因在烟草中的表达，提前要 做哪些关键工作？ 生：1.要将药物基因切割下来； 增强诱思的效 果。 第三个内 容不好回 2.要将药物基因整合到烟草的 DNA 上。 师：同学们说得对！但还应该实际考 虑冋题，这两条纸带所代表的 DNA是在同 一个细胞中吗？ 生：不是。 答，教师要 引导。 使学生认识到 科学的发展有 赖于技术的创 赞扬也是 教育的一 新。 师：所以这里就存在一个基因转移的 实际问题，谁能具体说一下？ 种方式。 生：就是如何将控制合成药物的基因 转入烟草细胞的冋题。 师：同学们思考的问题，正是科学家 们思考的问题。刚才我们所探讨的工作， 都是在分子水平上进行的，切割也好，连 接也好，转移也好，无一例外。中国有句 俗语叫“没有金刚钻儿，不揽瓷器活 儿”。科学家们在实施基因工程之前，苦 苦求索，终于找到了实施基因工程的三种 “金刚钻儿”，使基因工程的设想成为了 现实。这三种 弓丨导大家 思考。 “金刚钻儿”，一是准确切 割DNA勺工具，“分子手术刀” 合针” 限制 以上教学也是 将三种操作工 具整合到一个 完整的过程之 酶；二是DNA片段的连接工具，“分子缝 DNA连接酶；三是基因转移工 具，“分子运输车”——基因进入受体细 2.学习 中。 分 胞的载体。下面我们就来学习这方面的内 子手术 刀”容。 世制 酶。

师：在进入对限制酶的学习时，你们 可能最学生讨论。 关心的是这种工具酶到哪里去寻 找。我们不妨从讨论中及 时

以往学过的知识谈起，引 起思考。自然界中有各发现有 创新将直白的教学

种生物，它们所处 的环境不是真空。一些生物的 DNA可能进 思维 的学内容变得有思 入另一种生物的细胞中。这种可能，同学 们可用什么实例来说生，鼓 励发维力度。 明？ 生：噬菌体侵染细菌的实验。 的进化过程中被外源DNA的入侵而 绝灭，仍能保持一种稳定状态呢？ 生：生物体有的有免疫系统，如动物； 有的有保护作用的组织、器官，如植物。 师：那么作为单细胞的生物来讲，怎 么会有培养学生思维

那么复杂的结构和系统？它如何 来抵抗入侵的外及时鼓励 学的创造性。

生。 源DNA保护自身呢？ 生：只有让外来的DNA失效，才能保 护自身。 师：那么怎样才能让DNA失效？ 生：用表意 见。学生再 次议

师：那么现今存在的生物为什么没有 在长期论。

DNA酶，因为在必修课本中学 过。 师：用DNA酶，那么生物自身的DNA 不也要失效了吗？ 生：一种特殊的酶，能切割外来的DNA 而对自身不切割。 师：根据你们的分析可知，这种酶可 能是一种不同于DNA酶的、我们还没有认 识的酶。我们讨论至此，同学们是否有了 从哪里获得这种酶学生看书 的意向？ 生：到单细胞的生物中去找。 师：科学家的基本意向也和同学们一 样。单使其必须有处理外源DNA勺酶。科学家们 经过不懈的努力，终于从原核生物中分离 纯化出这种教师点拨 酶，叫做限制酶。迄今已从近 300种微生物中分离出4 000种限制酶。 这种酶与我们以前知道的 DNA酶的作用是 不同的。请同学们看书，学习限制酶特有 的作用。 师：书中告诉我们这种特殊的酶有什 么作用？ 生：它们能够识别双链DNA分子的某学生看插 图。

引导学生与 以上教学改变 直白的教学方 式，通过诱思, 提高学生的思 维能力。

细胞生物比多细胞生物更容易受到 外源DNA勺侵入。在长期的进化过程中，

DNA酶作对

比，在比较中 准确认识限制 酶。

3. 学习 子缝

针” -

种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特 定部让文字与插图 位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 断开。

结合，使抽象 师：以上这句话，说出了两层意思。 一是的文字在直观

识别特定核苷酸序列。请同学们看 图，EcoRI学生看书。 的插图中得以

只能识别GAATT的核苷酸序列， SmaI只识体现。

别CCCGG的核苷酸序列。第二 层意思是从特定部位的两个核苷酸之间 切开。请同学们看图，

EcoRI就从G和A

之间切开，SmaI就从C和G之间切开。

师：刚才我们提到科学家们已经分离 出4 000多种限制酶。由于酶的不同，它 们识别的特

定核苷酸序列也不同，这样就 为我们切割

DNAS供了多种特定的“手术 刀”。但它们切割DNA后形成的末端有两 种可能，请同学看图

联系旧知识， 提回答。

供一个比较 的对生：一种形成黏性末端，一种形成平 末端。 象，在比 较中加师：那么这两种末端是如何形成的 呢？请从深对 DNA连接书中找到答案。

酶的 认识。

生：限制酶在它识别序列的中心位置 两侧将

DNAW条单链分割开，就形成黏性 末端，而从学生看书,

识别序列的中心位置切开就产 生平末端。

接着议论。

师：切断的DNA片段要与受体细胞的 DNA提高学生思维 连接，同学们根据以往学习的经验，

的深刻性。

教师点拨。 准确认识DN

能说出用什么酶吗？

连接酶的作用 生：用DNA复制中的DNA聚合酶。

部位。 师：同学们想到用DNA聚合酶是很正 常

的，但是现在我们学习的这种连接与 DNAM制利用插图。 中的连接有所不同。请看书后议 论，由同学来回答。

看书学习。 解决本课的难

生：DNA连接酶是将双链的DNA片段连

点。 接起来，而DNA聚合酶则是将一个个脱氧 核苷酸连接起来。

师：同学们说得对，但还不深刻。比 如刚才说DNA1接酶是将双链的DNA片段 连接起来，就是说DNA1接酶是同时连接 双链的切口，而DNA聚合酶只是在单链上 将一个个脱氧提出问题，诱

核苷酸连接起来。相同之处 都是通过形成磷酸二将局部问 题导思考，解决 酯键来连接的。请同 学们在图中正确指出其位整合到 实际难点。 置。

工作 的全过师：开始时，我们学习了限制酶切割 后有两程 中思考。

种不同的结果，一种产生黏性末

D培养思维的广 阔性。

4.学习分 子端，一种产生平末端。那么恢复它们的连 接，所

运输 车” 一用DNA连接酶是否可以不加选择？ 同学们应从学生讨论。

fr因 进入受

体细 胞的载体。

书中求得真知，自己解答这个 问题。

生：应该有所选择。因为 E?coli DN 连接酶只能将双链DN卅段黏性末端之间 连接起来，不能将双链DNA片段平末端之 间连接起来。T4 DNA连接酶既可“缝合” 双链黏性末端， 也可“缝合”双链DNA 的平末端，但平末端之间连接的效率比 较低。

师：单纯的DNA片段是很难导入受体 细胞的，所以我们将切割下来的目的基因 导入受体细

利用插图加深 对载体必须具 备条

学生归纳。

培养学生的归 纳能力。

胞就需要有一个“分子运输 车”帮助。不是任何学生结合 插件的认 识。 的“分子运输车”都 可以用来作目的基因进入受图寻找。 体细胞的载 体的。其中的理由要从实际情况出发考虑 才能清楚。下面老师提出四个冋题供大豕 思考。

课内与课 外结合。

体现基础知识 的准确运用。 在运用中加深 对基础知识的 深层

1. 假如目的基因导入受体细胞后不能 复制将

怎样？

2?作为载体没有切割位点将怎样？ 3. 目的基因是否进入受体细胞，你如 何去

察觉？

4. 如果载体对受体细胞有害将怎样？ 不能分

离会怎样？

生：1.导入受体细胞的目的基因不能 复制，将在细胞增殖中丢失。

2. 载体没有切割位点，外源的目的基 因不可

能插入。

3. 如果载体上有遗传标记基因，这样， 在载

体进入受体细胞后，就可通过标记基 因的表达来检测。

4. 载体对受体有害，将影响受体细胞 新陈代

谢，进而使转入的目的基因也无立 足之地。载体不能分离，就不能获得更多 带有目的基因的载体。

师：可见以上内容，都是在选择合适 载体时必须考虑的。请同学们阅读课文， 归纳出充当基因进入受体细胞载体的必 要条件。

生：1.能自我复制；

2. 有切割位点； 3. 有遗传标记基因；

4.对受体细胞无害、易分离。 师：目前通常利用的载体是“质粒”。 质粒是能“友好”寄宿在细困细胞内的 小型的环状 DNA下面让我们通过插图一 起来认识质粒，尤其要在质粒载体结构模 式图上找出刚才归纳几个条件的具体体 现。 生：找到复制原点 说明质粒 能复制并能带着插入的目的基因一起复 制。 找到“目的基因的插入位点”——说 明质粒有切割位点。 找到“氨苄青霉素抗性基因”——说 明有标记基因的存在，将来可用含青霉素 的培养基鉴别。 找到此质粒来自大肠杆菌——说明没 有危害，大肠杆菌是非致病菌，大肠杆菌 分裂快，也便于从大里复制个体中分离出 来。 5.布置作 业。 1. 完成书后练习题。 2. 认真完成模拟制作 DNA重组模 型。希望大家动手、动脑协调配合，体会 每一步骤在基因重组中的真实含义。最后 结束时加强反思，回答书中提出的两个问 题。 经典例题剖析

下图表示限制酶切割某 DNA勺过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序 列及切点是

()

T A A

CTTAA

A^TTC

G

A. CTTAAG切点在C和T之间 B . CTTAAG切点在G和A之间 C. GAATTC切点在G和A之间 D . CTTAAC切点在C和T之间

【解析】 由图不难看出该限制酶识别的碱基序列是 GAATTC切点是G与A 之间。 答案C

基础试题训练

1.

基因工程中，科学家所用的“剪刀”、“针线”和“载体”分别是指(

在

)

A. 大肠杆菌病毒、质粒、DNA连接酶 B.噬菌体、质粒、DNA连接酶 C.DNA限制酶、RNA连接酶、质粒 D.DNA 限制酶、DNA连接酶、质粒 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 .它是环状 DNA

3?下列四条DNA分子，彼此间间具有粘性末端的一组是

丨丨丨 T A G G

丨丨丨 G G T A

（）

① ②

丨丨I T A C C

④

A.①② B?②③ C?③④ D ?②④

4?质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是

①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④蛋白质 ⑤环状RNA⑥ 环状DNA ⑦能“友好”地“借居”

A.①③⑤⑦ B.①④⑥ C ?①③⑥⑦ D.②③⑥⑦

5 ?有关基因工程的叙述中，错误的是 （） A. DNA连接酶将黏性未端的碱基对连接起来 B. 限制性内切酶用于目的基因的获得 C. 目的基因须由载体导入受体细胞 D?人工合成目的基因不用限制性内切酶

6?实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这 要利用限性内切酶。一种限制性内切酶能识别 DNA子中的GAATTC顺序，切点在 G和A之间，这是应用了

酶的（）

A.高效性 C.多样性

要作用是（）

B专一性

D.催化活性受外界条件影响

7. 人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主

A .提高受体细胞在自然环境中的耐药性 B. 有利于对目的基因是否导入进行检测 C. 增加质粒分子的分子量 D. 便于与外源基因连接

8.

因运载体所必须具有的条件是（多选）

下列属于基

（）

A、 具有某些标志基因 B、 具有环状的DNA分子 C、 能够在宿主细胞内复制

D、 具有多种限制性内切酶 9.

下列哪些可作为基因工程技术中常用的基因运载工具（多选） （）

A.大肠杆菌 B. 质粒

C.动物病毒 D. 线粒体

10. 在重组DNA技术中，不常用到的酶是

A、限制性内切酶 B、DNA聚合酶 C DNA连接酶 D、反转录酶

11. 多数限制性核酸内切酶切割后的 DNA末端为

A、平头末端 B、3突出末端 C 5突出末端

末端

D、粘性

12. 在基因工程中通常所使用的质粒是 A、细菌的染色体 DNA B、细菌染色体外的DNA C、病毒染色体DNA D、噬菌体DNA

13. (2006深圳一模考题)研究人员想将生长激素基因通过质粒介导入大肠杆菌细

胞内，以表达产生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因：A是抗链霉素基因， B是抗氨苄青霉素基因，且目的基因不插入到基因 A、B中，而大肠杆菌不带任

何抗性基因，则筛选获得“工程菌”的培养基中的抗抗生素首先应该

A、仅有链霉素 B、仅有氨苄青霉素

C同时有链霉素和氨苄青霉素 D、无链霉素和氨苄青霉素

14. (05全国I )镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改 变。检测这种碱

基序列改变必须使用的酶是

A.解旋酶 B. DNA 连接酶 C. 限制性内切酶 D 、RNA聚合 酶

创新应用训练

1. 番茄在运输和贮藏过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术， 通过抑制某种

促进果实成熟激素的合成， 可使番茄贮藏时间延长，培育成耐贮藏 的番茄新品种。这种转基因番茄已于 1993年在美国上市，请回答：

(1)促进果实成熟的重要激素是 _____________ 。

⑵ 在培育转基因番茄的操作中，所用的基因的“剪刀”是 ____________________ ，基

因的“针线”是 __________________ ，基因的“运输工具”是 ___________ 。

(3)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是 、 和 。 2、 (05天津理综)限制性内切酶I的识别序列和切点是 _&GATCC，限制性内 切酶U的识别序列和切点是_'GATCo_在质粒上有酶I的一个切点，在目的基因 的两侧各有一个酶U的

切点。

(1)请画出质粒被限制酶I切割后所形成的黏性末端。

⑵ 请画出目的基因两侧被限制酶U切割后所形成的黏性末端。

(3)在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连 接？为什

么？

基础试题训练

1、D 2、D 3、D 4、【解析】 质粒是细胞染色体外能够自主复制的很小 的环状的DNA分子，它能“友好”地“借居”在宿主细胞中。【答案】C 5、A

6 B 7、B 8、AC 9、BC 10、 11、D 12、B 13、C 14、C

创新应用训练

1、⑴乙烯 (2)限制性内切酶 DNA连接酶 载体 (3)目的性强 育种周期短 克服远源杂交的障碍

2、

—G\GATC C— 用酶I切割

f

—GGATCC—

—C CTAG fG—

—

CCTAG

G—

⑵

目的基因

目的基因

GATC

-GATC — 用酶H切割

.—

GATC

CTAG f

.. ..... . —CTAGf— —CTAG

- -……—CTAG(3)可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的

可以互补的)

(1)

GATC

(或是