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高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具教课内容课件ppt
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这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具教课内容课件ppt，共20页。PPT课件主要包含了你愿意接受挑战吗，材料分析，“分子手术刀”，EcoRI，SmaI，中轴线，黏性末端，平末端，小试身手，不一定能等内容，欢迎下载使用。
国际基因工程机器大赛（Internatinal Genetically Engineered Machine cmpetitin, iGEM）
假如你是他们中的一员，请与你的团队创造出一个对社会有意义的基因工程产品吧。
你能说出哪些生活中的基因工程产品？
一条小虫引发的科技大战 ——中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实
我国是世界上最大的棉花生产国，全国常年种植面积在8000万亩左右，占我国农作物种植面积的3％，棉花的产值占农作物总产值的10％。棉花是两亿棉农的重要经济来源，棉花出了问题，也会影响1900万名纺织及相关行业工人的生计。1992年我国黄河流域棉区棉铃虫特大灾害暴发，后又迅速向长江流域棉区蔓延，棉铃虫产生了强烈的抗药性，即使是喷上20多次农药，也不能完全将它杀光。此时，国外科学家已经找到了一种新办法，不用喷农药就能将棉铃虫彻底消灭。这种技术就是转基因抗虫棉技术。此时，该国外公司提出：如果中国肯出9000万美元的价格，他们可以提供转基因抗虫棉育种材料帮助我们研制转基因抗虫棉，但却坚决不出售核心技术，也就是专利权。是高价买下没有知识产权的国外技术，还是背水一战，研制具有自主知识产权的自己的技术？接受国外公司的条件，我们有可能在最短时间内遏制猖獗的棉铃虫。但这同时意味着，我国未来的棉花产业将从此受到他国制约。“不管困难多大，我们一定要研制出自己的转基因抗虫棉！”几番深思熟虑后，国家领导和专家们最终选择了背水一战。
思考问题：1. 如何让棉花也表达出Bt抗虫蛋白，进而获得抗虫的能力？2.苏云金杆菌DNA中的Bt抗虫蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花细胞中表达吗？为什么？3.如何获得苏云金杆菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接吗？
苏云金杆菌能够产生一种杀虫晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），这种蛋白被鳞翅目害虫（如棉铃虫）吃下后，会在碱性环境的肠道中被蛋白酶水解后释放出毒性肽。毒性肽与害虫肠道中的特殊受体结合，使细胞膜穿孔，打破了细胞的渗透平衡，最后引起细胞坏死。但人等哺乳动物的肠道环境为酸性，并且没有害虫肠道中的特殊受体，即使吃下去，也不会释放毒性肽。因此Bt抗虫蛋白只会杀死鳞翅目害虫，而不会对人等哺乳动物产生任何副作用。
基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。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，因此又叫作重组DNA技术。
请你推测培育转基因抗虫棉需要哪些“分子工具”？“分子手术刀”“分子缝合针”“分子运输车”
20世纪50年代，科学家发现细菌具有抵抗噬菌体感染的能力。他们确定了这种防御系统是基于细菌内的一种酶，这种酶可以特异性的切割噬菌体的DNA序列，可以通过消化噬菌体DNA来限制病毒作用，因此称为限制性核酸内切酶，简称限制酶。
思考问题：1. 根据已有知识和材料分析，细菌内的限制酶可能具有什么特征？2. 回顾DNA的结构，你认为限制酶“切割”DNA的部位在哪里？为什么？
观察限制酶识别位点及其“切割”DNA后产生的末端的特点。
限制酶的命名：例如，EcR I是从大肠杆菌（Escherichia cli）的R型菌株分离来的，且是从该种菌株中分离出来的第一种。
观察限制酶BamH I和Sau3A I的识别序列和切割位点，回答下列问题。1. 能被BamH I切割的DNA，______（能/不能）被Sau3A I切割；2. 能被Sau3A I切割的DNA，____________（能/不能/不一定能）被BamH I切割。3. 这两种酶切割后产生的DNA片段______（能/不能）发生碱基互补配对。
1967年，世界上3个科学实验室同时发现在大肠杆菌细胞中存在一种可以封闭DNA链上缺口的酶。这种酶借助ATP或NAD水解提供的能量催化一条DNA链的5'-PO4与另一条DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键，因此被称为DNA连接酶。DNA连接酶在DNA复制、修复和重组中起着重要的作用。
思考问题： DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？请完成下列表格。
化学本质都是蛋白质；都催化形成磷酸二酯键
以一条DNA链为模板，将单个核苷酸连接成一条互补的DNA链，形成新的DNA分子
催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，形成重组DNA分子
只连接具有互补黏性末端的DNA片段
可连接互补的黏性末端和平末端，但连接平末端的效率相对较低。
恢复被限制酶切开的磷酸二酯键
请阅读教材P72第一段，了解DNA连接酶的类型，完成下列表格。
质粒是一种裸露的、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。1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。
观察右侧大肠杆菌及质粒结构模式图，回答问题：1. 若将质粒与经限制酶切割的目的基因连接，需要具备什么条件？2. 要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，质粒还需要具备什么条件？3. 我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，如何筛选重组DNA分子的质粒载体呢？
在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。
1. 请在两张彩纸上分别写上模拟Bt 基因和pBI121质粒的DNA序列，每段序列准备2份。
5’ B t ’ 3’基因’
5’ pBI121 ’ 3’ 质 粒 ’
2. 请将代表pBI121质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒（如下图所示）。
3. 请根据EcR I限制酶的识别序列和切割位点，用剪刀模拟EcR I，获得酶切后的Bt 基因和pBI121质粒。
切割后的DNA序列如下图所示：
4. 请尝试用胶带模拟DNA连接酶，将Bt 基因重组到pBI121质粒上。重组DNA分子的实验中往往会将多个酶切后的Bt 基因和pBI121质粒混合后，再加入DNA连接酶，其连接产物可能有多少种？请大家尝试操作。
思考问题：（1）为什么会出现这么多种连接产物呢？（2）如何实现目的基因的定向插入（与载体同向连接）呢？
思考问题：（1）除用EcR I切割目的基因和质粒，能否用限制酶Bgl II和BamH I分别切割基因和质粒，双酶切后的两者能否连接在一起？（2）若能，将产生几种连接产物？请在彩纸上模拟获得的连接产物。
5. 观察Bt 基因和pBI121质粒上的其他限制酶切割位点：
5’ pBI121 ’ 3’ 质 粒 ’
思考问题：载体与载体重组得到的DNA，载体与目的基因重组得到的DNA上都有标记基因（如某抗生素的抗性基因），二者可通过含有该抗生素的选择培养基被筛选出来，但如何筛选出含目的基因的重组DNA呢？
通过动手操作双酶切及连接产物，发现可获得以下结果：
利用网络、书籍、图书馆等资源，查询、检索和了解含有目的基因的重组DNA的筛选方法都有哪些？想一想，为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？预习第2节 基因工程的基本操作程序
国际基因工程机器大赛（Internatinal Genetically Engineered Machine cmpetitin, iGEM）
假如你是他们中的一员，请与你的团队创造出一个对社会有意义的基因工程产品吧。
你能说出哪些生活中的基因工程产品？
一条小虫引发的科技大战 ——中国农科院棉花研究所开发抗虫棉纪实
我国是世界上最大的棉花生产国，全国常年种植面积在8000万亩左右，占我国农作物种植面积的3％，棉花的产值占农作物总产值的10％。棉花是两亿棉农的重要经济来源，棉花出了问题，也会影响1900万名纺织及相关行业工人的生计。1992年我国黄河流域棉区棉铃虫特大灾害暴发，后又迅速向长江流域棉区蔓延，棉铃虫产生了强烈的抗药性，即使是喷上20多次农药，也不能完全将它杀光。此时，国外科学家已经找到了一种新办法，不用喷农药就能将棉铃虫彻底消灭。这种技术就是转基因抗虫棉技术。此时，该国外公司提出：如果中国肯出9000万美元的价格，他们可以提供转基因抗虫棉育种材料帮助我们研制转基因抗虫棉，但却坚决不出售核心技术，也就是专利权。是高价买下没有知识产权的国外技术，还是背水一战，研制具有自主知识产权的自己的技术？接受国外公司的条件，我们有可能在最短时间内遏制猖獗的棉铃虫。但这同时意味着，我国未来的棉花产业将从此受到他国制约。“不管困难多大，我们一定要研制出自己的转基因抗虫棉！”几番深思熟虑后，国家领导和专家们最终选择了背水一战。
思考问题：1. 如何让棉花也表达出Bt抗虫蛋白，进而获得抗虫的能力？2.苏云金杆菌DNA中的Bt抗虫蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花细胞中表达吗？为什么？3.如何获得苏云金杆菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接吗？
苏云金杆菌能够产生一种杀虫晶体蛋白（Bt抗虫蛋白），这种蛋白被鳞翅目害虫（如棉铃虫）吃下后，会在碱性环境的肠道中被蛋白酶水解后释放出毒性肽。毒性肽与害虫肠道中的特殊受体结合，使细胞膜穿孔，打破了细胞的渗透平衡，最后引起细胞坏死。但人等哺乳动物的肠道环境为酸性，并且没有害虫肠道中的特殊受体，即使吃下去，也不会释放毒性肽。因此Bt抗虫蛋白只会杀死鳞翅目害虫，而不会对人等哺乳动物产生任何副作用。
基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。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，因此又叫作重组DNA技术。
请你推测培育转基因抗虫棉需要哪些“分子工具”？“分子手术刀”“分子缝合针”“分子运输车”
20世纪50年代，科学家发现细菌具有抵抗噬菌体感染的能力。他们确定了这种防御系统是基于细菌内的一种酶，这种酶可以特异性的切割噬菌体的DNA序列，可以通过消化噬菌体DNA来限制病毒作用，因此称为限制性核酸内切酶，简称限制酶。
思考问题：1. 根据已有知识和材料分析，细菌内的限制酶可能具有什么特征？2. 回顾DNA的结构，你认为限制酶“切割”DNA的部位在哪里？为什么？
观察限制酶识别位点及其“切割”DNA后产生的末端的特点。
限制酶的命名：例如，EcR I是从大肠杆菌（Escherichia cli）的R型菌株分离来的，且是从该种菌株中分离出来的第一种。
观察限制酶BamH I和Sau3A I的识别序列和切割位点，回答下列问题。1. 能被BamH I切割的DNA，______（能/不能）被Sau3A I切割；2. 能被Sau3A I切割的DNA，____________（能/不能/不一定能）被BamH I切割。3. 这两种酶切割后产生的DNA片段______（能/不能）发生碱基互补配对。
1967年，世界上3个科学实验室同时发现在大肠杆菌细胞中存在一种可以封闭DNA链上缺口的酶。这种酶借助ATP或NAD水解提供的能量催化一条DNA链的5'-PO4与另一条DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键，因此被称为DNA连接酶。DNA连接酶在DNA复制、修复和重组中起着重要的作用。
思考问题： DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？请完成下列表格。
化学本质都是蛋白质；都催化形成磷酸二酯键
以一条DNA链为模板，将单个核苷酸连接成一条互补的DNA链，形成新的DNA分子
催化具有互补黏性末端或平末端的DNA片段连接起来，形成重组DNA分子
只连接具有互补黏性末端的DNA片段
可连接互补的黏性末端和平末端，但连接平末端的效率相对较低。
恢复被限制酶切开的磷酸二酯键
请阅读教材P72第一段，了解DNA连接酶的类型，完成下列表格。
质粒是一种裸露的、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。1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。
观察右侧大肠杆菌及质粒结构模式图，回答问题：1. 若将质粒与经限制酶切割的目的基因连接，需要具备什么条件？2. 要使携带的外源基因在受体细胞中稳定存在，质粒还需要具备什么条件？3. 我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，如何筛选重组DNA分子的质粒载体呢？
在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等。它们的来源不同，在大小、结构、复制方式及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差别。
1. 请在两张彩纸上分别写上模拟Bt 基因和pBI121质粒的DNA序列，每段序列准备2份。
5’ B t ’ 3’基因’
5’ pBI121 ’ 3’ 质 粒 ’
2. 请将代表pBI121质粒的序列首尾黏贴在一起，模拟环化质粒（如下图所示）。
3. 请根据EcR I限制酶的识别序列和切割位点，用剪刀模拟EcR I，获得酶切后的Bt 基因和pBI121质粒。
切割后的DNA序列如下图所示：
4. 请尝试用胶带模拟DNA连接酶，将Bt 基因重组到pBI121质粒上。重组DNA分子的实验中往往会将多个酶切后的Bt 基因和pBI121质粒混合后，再加入DNA连接酶，其连接产物可能有多少种？请大家尝试操作。
思考问题：（1）为什么会出现这么多种连接产物呢？（2）如何实现目的基因的定向插入（与载体同向连接）呢？
思考问题：（1）除用EcR I切割目的基因和质粒，能否用限制酶Bgl II和BamH I分别切割基因和质粒，双酶切后的两者能否连接在一起？（2）若能，将产生几种连接产物？请在彩纸上模拟获得的连接产物。
5. 观察Bt 基因和pBI121质粒上的其他限制酶切割位点：
5’ pBI121 ’ 3’ 质 粒 ’
思考问题：载体与载体重组得到的DNA，载体与目的基因重组得到的DNA上都有标记基因（如某抗生素的抗性基因），二者可通过含有该抗生素的选择培养基被筛选出来，但如何筛选出含目的基因的重组DNA呢？
通过动手操作双酶切及连接产物，发现可获得以下结果：
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