高中生物人教版 (2019)選擇性必修3第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具教課內(nèi)容課件ppt

這是一份高中生物人教版 (2019)選擇性必修3第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具教課內(nèi)容課件ppt，共20頁。PPT課件主要包含了你愿意接受挑戰(zhàn)嗎，材料分析，“分子手術(shù)刀”，EcoRI，SmaI，中軸線，黏性末端，平末端，小試身手，不一定能等內(nèi)容，歡迎下載使用。
國際基因工程機(jī)器大賽（Internatinal Genetically Engineered Machine cmpetitin, iGEM）
假如你是他們中的一員，請與你的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出一個對社會有意義的基因工程產(chǎn)品吧。
你能說出哪些生活中的基因工程產(chǎn)品？
一條小蟲引發(fā)的科技大戰(zhàn) ——中國農(nóng)科院棉花研究所開發(fā)抗蟲棉紀(jì)實(shí)
我國是世界上最大的棉花生產(chǎn)國，全國常年種植面積在8000萬畝左右，占我國農(nóng)作物種植面積的3％，棉花的產(chǎn)值占農(nóng)作物總產(chǎn)值的10％。棉花是兩億棉農(nóng)的重要經(jīng)濟(jì)來源，棉花出了問題，也會影響1900萬名紡織及相關(guān)行業(yè)工人的生計(jì)。1992年我國黃河流域棉區(qū)棉鈴蟲特大災(zāi)害暴發(fā)，后又迅速向長江流域棉區(qū)蔓延，棉鈴蟲產(chǎn)生了強(qiáng)烈的抗藥性，即使是噴上20多次農(nóng)藥，也不能完全將它殺光。此時，國外科學(xué)家已經(jīng)找到了一種新辦法，不用噴農(nóng)藥就能將棉鈴蟲徹底消滅。這種技術(shù)就是轉(zhuǎn)基因抗蟲棉技術(shù)。此時，該國外公司提出：如果中國肯出9000萬美元的價格，他們可以提供轉(zhuǎn)基因抗蟲棉育種材料幫助我們研制轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，但卻堅(jiān)決不出售核心技術(shù)，也就是專利權(quán)。是高價買下沒有知識產(chǎn)權(quán)的國外技術(shù)，還是背水一戰(zhàn)，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的自己的技術(shù)？接受國外公司的條件，我們有可能在最短時間內(nèi)遏制猖獗的棉鈴蟲。但這同時意味著，我國未來的棉花產(chǎn)業(yè)將從此受到他國制約?！安还芾щy多大，我們一定要研制出自己的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉！”幾番深思熟慮后，國家領(lǐng)導(dǎo)和專家們最終選擇了背水一戰(zhàn)。
思考問題：1. 如何讓棉花也表達(dá)出Bt抗蟲蛋白，進(jìn)而獲得抗蟲的能力？2.蘇云金桿菌DNA中的Bt抗蟲蛋白基因（Bt 基因）可以在棉花細(xì)胞中表達(dá)嗎？為什么？3.如何獲得蘇云金桿菌DNA中的Bt 基因？DNA分子可以被切割、改造和拼接嗎？
蘇云金桿菌能夠產(chǎn)生一種殺蟲晶體蛋白（Bt抗蟲蛋白），這種蛋白被鱗翅目害蟲（如棉鈴蟲）吃下后，會在堿性環(huán)境的腸道中被蛋白酶水解后釋放出毒性肽。毒性肽與害蟲腸道中的特殊受體結(jié)合，使細(xì)胞膜穿孔，打破了細(xì)胞的滲透平衡，最后引起細(xì)胞壞死。但人等哺乳動物的腸道環(huán)境為酸性，并且沒有害蟲腸道中的特殊受體，即使吃下去，也不會釋放毒性肽。因此Bt抗蟲蛋白只會殺死鱗翅目害蟲，而不會對人等哺乳動物產(chǎn)生任何副作用。
基因工程是指按照人們的愿望，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。從技術(shù)操作層面看，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，因此又叫作重組DNA技術(shù)。
請你推測培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉需要哪些“分子工具”？“分子手術(shù)刀”“分子縫合針”“分子運(yùn)輸車”
20世紀(jì)50年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌具有抵抗噬菌體感染的能力。他們確定了這種防御系統(tǒng)是基于細(xì)菌內(nèi)的一種酶，這種酶可以特異性的切割噬菌體的DNA序列，可以通過消化噬菌體DNA來限制病毒作用，因此稱為限制性核酸內(nèi)切酶，簡稱限制酶。
思考問題：1. 根據(jù)已有知識和材料分析，細(xì)菌內(nèi)的限制酶可能具有什么特征？2. 回顧DNA的結(jié)構(gòu)，你認(rèn)為限制酶“切割”DNA的部位在哪里？為什么？
觀察限制酶識別位點(diǎn)及其“切割”DNA后產(chǎn)生的末端的特點(diǎn)。
限制酶的命名：例如，EcR I是從大腸桿菌（Escherichia cli）的R型菌株分離來的，且是從該種菌株中分離出來的第一種。
觀察限制酶BamH I和Sau3A I的識別序列和切割位點(diǎn)，回答下列問題。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. 這兩種酶切割后產(chǎn)生的DNA片段______（能/不能）發(fā)生堿基互補(bǔ)配對。
1967年，世界上3個科學(xué)實(shí)驗(yàn)室同時發(fā)現(xiàn)在大腸桿菌細(xì)胞中存在一種可以封閉DNA鏈上缺口的酶。這種酶借助ATP或NAD水解提供的能量催化一條DNA鏈的5'-PO4與另一條DNA鏈的3'-OH生成磷酸二酯鍵，因此被稱為DNA連接酶。DNA連接酶在DNA復(fù)制、修復(fù)和重組中起著重要的作用。
思考問題： DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？請完成下列表格。
化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)；都催化形成磷酸二酯鍵
以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸連接成一條互補(bǔ)的DNA鏈，形成新的DNA分子
催化具有互補(bǔ)黏性末端或平末端的DNA片段連接起來，形成重組DNA分子
只連接具有互補(bǔ)黏性末端的DNA片段
可連接互補(bǔ)的黏性末端和平末端，但連接平末端的效率相對較低。
恢復(fù)被限制酶切開的磷酸二酯鍵
請閱讀教材P72第一段，了解DNA連接酶的類型，完成下列表格。
質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、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。1973年，科學(xué)家證明質(zhì)?？梢宰鳛榛蚬こ痰妮d體，構(gòu)建重組DNA，導(dǎo)入受體細(xì)胞，使外源基因在原核細(xì)胞中成功表達(dá)，并實(shí)現(xiàn)物種間的基因交流。
觀察右側(cè)大腸桿菌及質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖，回答問題：1. 若將質(zhì)粒與經(jīng)限制酶切割的目的基因連接，需要具備什么條件？2. 要使攜帶的外源基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，質(zhì)粒還需要具備什么條件？3. 我們用肉眼看不到載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞，如何篩選重組DNA分子的質(zhì)粒載體呢？
在基因工程中使用的載體除質(zhì)粒外，還有噬菌體、動植物病毒等。它們的來源不同，在大小、結(jié)構(gòu)、復(fù)制方式及可以插入外源DNA片段的大小上也有很大差別。
1. 請?jiān)趦蓮埐始埳戏謩e寫上模擬Bt 基因和pBI121質(zhì)粒的DNA序列，每段序列準(zhǔn)備2份。
5’ B t ’ 3’基因’
5’ pBI121 ’ 3’ 質(zhì) 粒 ’
2. 請將代表pBI121質(zhì)粒的序列首尾黏貼在一起，模擬環(huán)化質(zhì)粒（如下圖所示）。
3. 請根據(jù)EcR I限制酶的識別序列和切割位點(diǎn)，用剪刀模擬EcR I，獲得酶切后的Bt 基因和pBI121質(zhì)粒。
切割后的DNA序列如下圖所示：
4. 請嘗試用膠帶模擬DNA連接酶，將Bt 基因重組到pBI121質(zhì)粒上。重組DNA分子的實(shí)驗(yàn)中往往會將多個酶切后的Bt 基因和pBI121質(zhì)粒混合后，再加入DNA連接酶，其連接產(chǎn)物可能有多少種？請大家嘗試操作。
思考問題：（1）為什么會出現(xiàn)這么多種連接產(chǎn)物呢？（2）如何實(shí)現(xiàn)目的基因的定向插入（與載體同向連接）呢？
思考問題：（1）除用EcR I切割目的基因和質(zhì)粒，能否用限制酶Bgl II和BamH I分別切割基因和質(zhì)粒，雙酶切后的兩者能否連接在一起？（2）若能，將產(chǎn)生幾種連接產(chǎn)物？請?jiān)诓始埳夏M獲得的連接產(chǎn)物。
5. 觀察Bt 基因和pBI121質(zhì)粒上的其他限制酶切割位點(diǎn)：
5’ pBI121 ’ 3’ 質(zhì) 粒 ’
思考問題：載體與載體重組得到的DNA，載體與目的基因重組得到的DNA上都有標(biāo)記基因（如某抗生素的抗性基因），二者可通過含有該抗生素的選擇培養(yǎng)基被篩選出來，但如何篩選出含目的基因的重組DNA呢？
通過動手操作雙酶切及連接產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)可獲得以下結(jié)果：
利用網(wǎng)絡(luò)、書籍、圖書館等資源，查詢、檢索和了解含有目的基因的重組DNA的篩選方法都有哪些？想一想，為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？預(yù)習(xí)第2節(jié) 基因工程的基本操作程序