1944年艾弗里等人通過(guò)肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，不僅證明了遺傳物質(zhì)是DNA，還證明了DNA可以在同種生物個(gè)體間轉(zhuǎn)移。
1961年尼倫伯格和馬太破譯了第一個(gè)編碼氨基酸的密碼子。截至19666年，64個(gè)密碼子均被破譯成功。
1970年科學(xué)家在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶）
1972年，伯格首先在體外進(jìn)行了DNA的改造，成功構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子。
1982年，第一個(gè)基因工程藥物-重組人胰島素被批準(zhǔn)上市?；蚬こ趟幬锍蔀槭澜绺鲊?guó)研究和投資開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
1953年沃森和克里克建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型并提出了遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說(shuō)。
1967年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移。
20世紀(jì)70年代初，多種限制酶、DNA連接酶和逆轉(zhuǎn)錄酶被相繼發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件。
1973年，科學(xué)家證明了質(zhì)粒可以作為基因工程的載體，并實(shí)現(xiàn)了物種間的基因交流。至此，基因工程正式問(wèn)世。
1985年，穆里斯等人發(fā)明PCR,為獲取目的基因提供了有效手段。
克服遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙、定向改造生物性狀
剪切→拼接→導(dǎo)入→表達(dá)
指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類(lèi)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)。
問(wèn)題1:不同生物的基因?yàn)槭裁茨芷唇?？為什么一種生物的基因可以在另一種生物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)?
①DNA的基本組成單位相同（四種脫氧核苷酸）
②都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則
③DNA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結(jié)構(gòu)與功能單位
②遺傳信息的傳遞都遵循中心法則
③生物界幾乎共用一套遺傳密碼
第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具（第一課時(shí)）
關(guān)注基因工程的誕生和發(fā)展歷程，參與討論基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展如何催生基因工程。（社會(huì)責(zé)任）
探究DNA的物理與化學(xué)性質(zhì)， 進(jìn)行DNA分子的提取與鑒定。（科學(xué)思維）
運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀說(shuō)明基因工程的各種工具的特點(diǎn)。（生命觀念）
情景視頻一：從社會(huì)中來(lái)
番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降?？茖W(xué)家通過(guò)精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。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(zhuān)門(mén)的“分子工具”。
問(wèn)題1:解決培育番木瓜的關(guān)鍵步驟需要哪些分子工具呢？這些“分子工具”各具有什么特征呢？
重組DNA技術(shù)的基本工具
將體外重組好的DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞
限制酶的來(lái)源？種類(lèi)？特點(diǎn)？識(shí)別序列長(zhǎng)度？切割結(jié)果？
為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？
合作探究一：請(qǐng)同學(xué)們自主閱讀教材P70-71，小組合作思考討論完成問(wèn)題。
推測(cè)限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？
某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？幾個(gè)末端？
一、限制性?xún)?nèi)切核酸酶——“分子手術(shù)刀”
限制酶不是一種酶，而是一類(lèi)酶
（1）識(shí)別雙鏈DNA分子特定核苷酸序列
一般為4~8個(gè)或其他數(shù)量的核苷酸，最常見(jiàn)的為6個(gè)核苷酸。
1.下面哪項(xiàng)不具有限制酶識(shí)別序列的特征（ ） A．GAATTC B．GGGGCCCC CTTAAG CCCCGGGG C．CTGCAG D．CTAAATC GACGTC GATTTAG
EcR Ⅰ(在G與A之間切割)
Sam Ⅰ(在G與C之間切割)
屬名Escherichia首字母
從中分離的第一個(gè)限制酶
例如：流感嗜血桿菌(Haemphilus influenzae)d株中先后分離到3種限制酶，則分別命名為:
EcRⅠ：大腸桿菌（Escherichia cli）R型菌株中分離出的第一個(gè)限制酶；SmaⅠ：粘質(zhì)沙雷氏菌（Serratia marcescens）中分離出的第一個(gè)限制酶。
1.現(xiàn)有一段DNA，含有g(shù)1、g2、g3，若要將g2提取出來(lái)，如何操作？
產(chǎn)生幾個(gè)末端？共產(chǎn)生幾個(gè)磷酸基團(tuán)？
能切下目的基因且不破壞目的基因
2.下圖中，選擇哪種限制酶來(lái)獲得抗病基因（目的基因）？
選擇限制酶切割目的基因的基本原則是：____________________________________________________。
問(wèn)題2: 推測(cè)限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？
限制酶是原核生物的一種防御工具，用來(lái)切割侵入細(xì)胞的外源DNA，以保證自身安全。
問(wèn)題3: 為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？
含某種限制酶的細(xì)菌的DNA分子不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者甲基化酶將甲基轉(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(kāi)。
2.下列黏性末端屬于由同種限制酶切割而成的是( ) ① ② ③　　　 ?、堋　　　　　　　　　　　　　　　　　? A.①② B.①③ C.①④ D.②③
用同種限制酶切割(EcRⅠ)
問(wèn)題4: 把兩種來(lái)源不同的DNA進(jìn)行重組，應(yīng)該怎樣處理？
二、DNA連接酶 ——“分子縫合針”
將雙鏈DNA片段“縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。
(1)可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)；
EcRI DNA連接酶
(2)兩DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能拼起來(lái)。
注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的DNA單鏈缺口，但不能將單個(gè)脫氧核苷酸連接到DNA鏈上！
既可把黏性末端“縫合”起來(lái)，又可把平末端“縫合”起來(lái)，但連接平末端效率較低。
DNA連接酶和DNA聚合酶的比較
都能催化形成磷酸二酯鍵
需要DNA的一條鏈作模板
形成完整的重組DNA分子
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
將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子
將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端
將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸
將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈
3.如圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是（ ）
A．DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶B．限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶D．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶
4.DNA連接酶是重組DNA技術(shù)中常用的一種工具酶。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(kāi)的兩條DNA片段，重新形成磷酸二酯鍵 D.DNA連接酶只能連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端
5.以下是幾種不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列敘述正確的是（ ）
A.以上DNA片段是由4種限制酶切割后產(chǎn)生的B.②片段是在識(shí)別序列為 的限制酶作用下形成的C.①和④兩個(gè)片段在DNA聚合酶的作用下可形成重組DNA分子D.限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵
6.限制酶和DNA連接酶是基因工程的工具酶，以下說(shuō)法正確的是 （ ） A.DNA連接酶連接的是兩條鏈堿基對(duì)之間的氫鍵 B.限制酶只能切割雙鏈DNA片段，不能切割煙草花葉病毒的核酸 DNA連接酶既能連接黏性末端，也能連接平末端 D.限制酶主要從原核生物中分離純化而來(lái)，所以也能剪切自身的DNA
合作探究二：請(qǐng)同學(xué)們自主閱讀教材P72，小組合作思考討論完成問(wèn)題。
三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 ——“分子運(yùn)輸車(chē)”
①能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存。②具一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，供外源DNA片段（目的基因）插入其中。③具有某些標(biāo)記基因，便于進(jìn)行鑒定和選擇。④必須是安全的 ，對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害。
①作為運(yùn)載工具，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中②在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制
①細(xì)菌的質(zhì)粒：質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。②病毒：λ噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒等。
質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體
自我復(fù)制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制
有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)
對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害、易分離
具有多種特殊的標(biāo)記基因
7.質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體，它的主要特點(diǎn)是（ ?。倌茏灾鲝?fù)制 ②不能自主復(fù)制 ③結(jié)構(gòu)很小 ④蛋白質(zhì) ⑤環(huán)狀RNA ⑥環(huán)狀DNA ⑦能“友好”地“借居” A．①③⑤⑦ B．①④⑥ C．①③⑥⑦ D．②③⑥⑦
8.下列關(guān)于質(zhì)粒的敘述，正確的是（ ） A.質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器 B.質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子 C.質(zhì)粒只有在侵入宿主細(xì)胞后在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制 D.細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過(guò)程一定是在宿主細(xì)胞外獨(dú)立進(jìn)行
9.下列關(guān)于基因運(yùn)輸工具——載體，必須具備的條件之一及理由均正確的是（ ） A.能夠復(fù)制，以便目的基因插入其中 B.具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，便于目的基因的表達(dá) C.具有某些標(biāo)記基因，便于重組DNA的篩選 D.對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害，便于重組DNA的篩選
問(wèn)題5: 剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”？
剪刀代表限制酶；透明膠條代表DNA連接酶。
問(wèn)題6: 你制作的黏性末端的堿基能不能互補(bǔ)配對(duì)?如果不能，可能是什么原因造成的？
如果制作的黏性末端的堿基不能互補(bǔ)配對(duì)，可能是剪切位點(diǎn)或連接位點(diǎn)選得不對(duì)，也可能是其他原因。
問(wèn)題7: 你插入的DNA片段能稱(chēng)得上一個(gè)基因嗎？
因?yàn)榛虻拈L(zhǎng)度一般在100個(gè)堿基對(duì)以上。
質(zhì)粒、噬菌體 、動(dòng)植物病毒
10.如表為常用的限制酶及其識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，據(jù)表分析以下說(shuō)法正確的是(　　)
(注：Y表示C或T，R表示A或G)
A.一種限制酶只能識(shí)別一種脫氧核苷酸序列B.限制酶的切割位點(diǎn)一定位于識(shí)別序列的內(nèi)部C.不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端D.限制酶切割后形成的不一定都是黏性末端
11.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)之間的氨鍵 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(kāi)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
12.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(lái)識(shí)別特定基因的DNA探針
13.質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，下列關(guān)于質(zhì)粒的說(shuō)法正確的是(　　) A．質(zhì)粒在宿主細(xì)胞內(nèi)都要整合到染色體DNA上 B．質(zhì)粒是獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的小型細(xì)胞器 C．基因工程使用的質(zhì)粒一定含有標(biāo)記基因和復(fù)制原點(diǎn) D．質(zhì)粒上堿基數(shù)量之間存在A＋G＝U＋C
14.圖1為某種質(zhì)粒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖2表示某外源DNA上的目的基因，小箭頭所指分別為限制酶EcRⅠ、BamHⅠ、HindⅢ的酶切位點(diǎn)。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( ??)A.在基因工程中若只用一種限制酶完成對(duì)質(zhì)粒和外源DNA的切割，則可選 EcRⅠB.如果將一個(gè)外源DNA分子和一個(gè)質(zhì)粒分別用 EcRⅠ酶切后，再用DNA連接酶連接，形成一個(gè)含有目的基因的重組DNA，此重組DNA中 EcRⅠ酶切點(diǎn)有1個(gè)C.為了防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，酶切時(shí)可使用BamHⅠ和Hind Ⅲ 兩種限制酶同時(shí)處理D.質(zhì)粒是一種結(jié)構(gòu)很小的、能自主復(fù)制的環(huán)狀DNA，是基因工程中最常用的載體
15．四種限制酶的切割位點(diǎn)如圖所示，下列敘述錯(cuò)誤的是（???????）
A．上圖中EcRⅠ、PstⅠ兩種酶切割后的DNA片段可以用E.cliDNA連接酶連接 B．圖中SmaⅠ、EcR V兩種酶切割后的DNA片段，可以用T4DNA連接酶連接 C．DNA連接酶催化目的基因片段與質(zhì)粒載體片段連接的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵 D．限制酶能識(shí)別特定的核苷酸序列，具有專(zhuān)一性，不同的限制酶切割不能產(chǎn)生相同的黏性末端

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第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 選擇性必修3

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