人教版选修3 1.1 DNA重组技术的基本工具 学案 (1).doc

1.1dna重组技术的基本工具目标导航1.结合课本插图，记住dna重组技术所需三种基本工具的作用。2.结合图15，识记基因工程中，作为载体需要具备的条件。重难点击1.dna重组技术所需三种基本工具的作用。2.基因工程载体需要具备的条件。课堂导入方式一：抗虫棉的研究开发是中国发展农业转基因技术，打破跨国公司垄断，抢占国际生物技术制高点的成功事例。抗虫棉的应用使棉铃虫得到了有效控制，使杀虫剂用量降低了7080%，有效保护了农业生态环境，减少了农民喷药中毒事故，为棉花生产和农业的可持续发展做出了巨大贡献。师：要实现抗虫基因在棉花中的表达，提前要做哪些关键工作？生：要将抗虫基因切割下来；要将抗虫基因整合到棉花的dna上。师：这里存在一个基因转移的实际问题，就是如何将控制抗虫的基因转入棉花细胞的问题。师：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“金刚钻儿”是什么？有什么特点和具体作用？下面我们就来学习这方面的内容。方式二：美国新奥尔良奥德班濒危物种研究中心为探索一些人类疾病的治疗方法，以猫为实验对象(猫的基因构成与人类相似)进行了一系列实验。为了了解外源基因是否可以安全地移植到猫科动物的基因序列中，该研究中心利用基因工程技术培育出美国首只转基因夜光猫。紫外线灯光下夜光猫的眼睛、牙床和舌头会发出鲜艳的橙黄色的荧光。夜光猫的培育施工是在dna分子水平上进行的，在微小的dna分子上进行的操作，需要专用的工具。这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！一、基因工程的概念、理论基础及技术支持1.基因工程的概念(1)操作环境：生物体外。(2)操作对象：基因。(3)操作水平：dna分子水平。(4)主要技术：体外dna重组和转基因等技术。(5)操作结果：赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。(6)操作原理：基因重组。2. 基因工程的理论基础和技术支持理论基础dna是遗传物质的证明dna双螺旋结构和中心法则的确立遗传密码的破译技术支持基因转移载体质粒的发现多种限制酶和连接酶，以及逆转录酶(工具酶)的发现dna合成和测序技术的发明dna体外重组的实现、重组dna表达实验的成功第一例转基因动物问世、pcr技术的发明合作探究1.基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？答案(1)有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行；(2)基因工程可以在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。2.不同生物的dna分子能拼接起来的原因是什么？答案(1)dna分子的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；(2)双链dna分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；(3)所有生物的dna碱基对均遵循严格的“碱基互补配对原则”。3.外源基因能够在受体内表达，并使受体表现出相应的性状，为什么？答案(1)基因是控制生物体性状的结构和功能单位，具有相对独立性；(2)遗传信息的传递都遵循中心法则；(3)生物界共用一套遗传密码。1.判断正误(1)基因工程的原理是基因重组，只不过所发生的变异是定向的()(2)基因工程育种与杂交育种相比的优点是打破了生殖隔离()(3)基因工程是一种可以定向改造生物遗传特性的人工诱变()答案(1)(2)(3)2. 科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()a.定向提取生物体内的dna分子b.定向地对dna分子进行人工“剪切”c.在生物体外对dna分子进行改造d.定向地改造生物的遗传性状问题导析(1)基因工程是在体外进行基因重组，然后导入受体细胞内。(2)重组基因在受体细胞内表达，产生人类所需的生物类型和生物产品，也就定向地改造了生物的遗传性状。答案d二、基因工程操作的两种工具酶1.限制性核酸内切酶“分子手术刀”来源主要来自原核生物种类约4 000种特点识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列切割特定核苷酸序列中的特定位点作用断裂特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键结果产生黏性末端或平末端2.dna连接酶“分子缝合针”(1)作用：将双链dna片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)种类：种类来源特点ecoli dna连接酶大肠杆菌只能“缝合”具有互补黏性末端的双链dna片段t4dna连接酶t4噬菌体既可以“缝合”双链dna片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链dna片段的平末端合作探究1.分析下图，回答关于限制性核酸内切酶的问题：(1)请举例说明限制性核酸内切酶的“限制性”表现在什么地方？这体现了酶的哪种特性？答案表现在两方面：限制性核酸内切酶只能识别双链dna分子上某种特定的脱氧核苷酸序列；只能在识别序列上特定的两个脱氧核苷酸之间进行切割。如ecor只能识别gaattc序列，且只切割ga之间的磷酸二酯键；这体现了酶具有专一性。(2)在切割含目的基因的dna分子时，限制性核酸内切酶要切割几个磷酸二酯键？为什么？答案4个。dna分子为双链，且目的基因两端均含有限制性核酸内切酶的识别位点。(3)所有的限制性核酸内切酶识别的脱氧核苷酸序列、切割位点相同吗？为什么？答案不相同。限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶，不同种类的限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点不同，这与酶的专一性有关。2.请思考回答关于dna连接酶的问题：(1)dna连接酶和限制酶的作用和作用部位是否相同？答案dna连接酶和限制酶的作用正好相反，前者是“缝合”，后者是“切割”；但二者作用部位相同，都是特定部位的磷酸二酯键。(2)dna连接酶的识别有无特异性？能否催化连接不同限制酶切割形成的黏性末端？答案dna连接酶无识别的特异性，对于相同(或互补)的黏性末端以及平末端都能连接，连接的是磷酸二酯键。不同限制酶切割形成的黏性末端只要相同(或互补)，就可催化连接。3.在下图中标出限制酶、dna连接酶、dna聚合酶和dna解旋酶的作用部位。答案如图所示限制酶、dna连接酶和dna聚合酶作用于a处化学键，而解旋酶作用于b处化学键。3.判断正误(1)不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端()(2)dna重组技术所需要的工具酶有限制酶、dna连接酶和载体()(3)限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害()(4)限制酶和dna连接酶的作用部位一致，但作用相反()(5)t4dna连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端()(6)dna连接酶能连接所有相同或互补的黏性平端，故该酶没有专一性()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)4.如下图，两个核酸片段在适宜条件下，经x酶的催化作用，发生下列变化，则x酶是()a.dna连接酶b.rna聚合酶c.dna聚合酶d.限制酶问题导析(1) dna连接酶可以连接两个dna片段之间的磷酸二酯键。(2)rna聚合酶可以催化单个游离的核糖核苷酸形成rna。(3)dna聚合酶可以催化单个游离的脱氧核糖核苷酸形成dna。(4)限制酶可以将dna分子从特定的位点进行切割。答案a一题多变(1)若上图中的图改为下图，则x酶应对应哪个选项？答案d项。(2)根据图中的片段，写出对应的限制性核酸内切酶识别的特定核苷酸序列。答案所识别的核苷酸序列为gaattc。dna连接酶和dna聚合酶的异同点比较项目dna连接酶dna聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点模板不需要模板需要dna的一条链为模板作用对象游离的dna片段单个的脱氧核苷酸作用结果形成完整的dna分子形成dna分子的一条链用途基因工程dna分子复制三、基因进入受体细胞的载体1.种类：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。2.常用载体质粒(1)本质：质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核dna之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状dna分子。(2)质粒作为载体所具备的条件能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体dna上，随染色体dna进行同步复制。有切割位点：有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组dna的鉴定和选择。(3)作用作为运输工具，将目的基因导入受体细胞。质粒携带目的基因在受体细胞内大量复制。合作探究1.基因工程的载体和主动运输的载体有哪些区别？答案(1)主动运输中载体的化学本质是蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。(2)基因工程中的载体的化学本质是dna，其作用是携带目的基因进入受体细胞。2.载体的组成分析质粒载体结构模式图，回答下列问题：(1)质粒上抗生素抗性基因有什么作用？答案作为标记基因，供重组dna的鉴定和选择。(2)作为基因进入受体细胞的载体，要求必须对受体细胞无害，为什么？答案载体如果对受体细胞有害，其一旦被导入受体细胞，就会影响受体细胞的生命活动，甚至破坏受体的生命活动。5.质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是()细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况细菌在含四环素的培养基上的生长状况能生长能生长能生长不能生长不能生长能生长a.是c；是b；是ab.是a和b；是a；是bc.是a和b；是b；是ad.是c；是a；是b问题导析(1)细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，所以插入点是c。(2)对细菌来说，能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而不能在含四环素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因正常而抗四环素基因被破坏，插入点为b。(3)细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因被插入而破坏，故插入点为a。答案a一题多变判断正误(1)为供外源dna插入质粒，质粒dna分子上有一个至多个限制酶切割位点()(2)质粒上的特殊标记基因可以供外源dna片段插入质粒()(3)细菌核区的dna也常被用做载体()答案(1)(2)(3)基因工程的基本工具限制性核酸内切酶(分子手术刀)dna连接酶(分子缝合针)载体(分子运输车)1.下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是()a.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的b.工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能c.遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据d.基因工程必须在同物种间进行答案d解析基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物的遗传性状。2.下列关于限制酶和dna连接酶的说法中，正确的是()a.其化学本质都是蛋白质b.dna连接酶可恢复dna分子中的氢键c.在基因工程中dna聚合酶可以替代dna连接酶d.限制酶切割后一定能产生黏性末端答案a解析限制酶和dna连接酶的化学本质都是蛋白质。3.结合图，判断下列有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是()a.切断a处的酶为限制性核酸内切酶b.连接a处的酶为dna连接酶c.切断b处的酶为解旋酶d.切断b处的酶为限制性核酸内切酶答案d解析切断a处磷酸二酯键的酶是限制性核酸内切酶，连接a处磷酸二酯键的酶为dna连接酶；切断b处氢键的酶为解旋酶。4.下列有关细菌质粒的叙述，正确的是 ()a.质粒是存在于细菌细胞中的一种颗粒状的细胞器b.质粒是细菌细胞中能自我复制的小型环状dna分子c.质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内才能复制d.细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行答案b解析质粒是细菌细胞质中能自我复制的小型环状dna分子，可以在细菌细胞内或宿主细胞内复制。5.如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同，都是，二者还具有其他共同点，如，(写出两条即可)。(2)若质粒dna分子的切割末端为，则与之连接的目的基因切割末端应为；可使用把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒dna上称为，其作用是。(4)下列常在基因工程中用作载体的是()a.苏云金芽孢杆菌抗虫基因b.土壤农杆菌环状rna分子c.大肠杆菌的质粒d.动物细胞的染色体答案(1)dna能够自我复制具有遗传效应(2)dna连接酶(3)标记基因供重组dna的鉴定和选择(4)c解析质粒是基因工程中最常用的载体，是一种祼露的、结构简单、独立于细菌拟核dna之外，并具有自我复制能力的双链环状dna分子，具有一个至多个限制酶切割位点，进入受体细胞后能自我复制，具有标记基因便于重组dna的鉴定和选择。基础过关1.切取动物控制合成生长激素的基因，注入鲇鱼受精卵中，与其dna整合后产生生长激素，从而使鲇鱼比同种正常鱼增大34倍。此项研究遵循的原理是()a.基因突变b.基因重组c.细胞工程d.染色体变异答案b解析将动物控制合成生长激素的基因注入鲇鱼受精卵中，通过dna复制、转录、翻译合成特定的蛋白质，表现出特定的性状，此方法依据的原理是基因重组。2.以下有关基因工程的叙述，正确的是()a.基因工程是细胞水平上的生物工程b.基因工程的产物对人类都是有益的c.基因工程产生的变异属于基因突变d.基因工程育种的优点之一是目的性强答案d解析基因工程是对基因(分子结构)的操作而非细胞水平的操作；基因工程可以创造出符合人们要求的新产品，但并非一定是对人类有益的；基因工程产生的变异属于基因重组而不是基因突变；基因工程育种是按照人们的需要进行的，因而目的性强。3.下列关于限制酶的叙述中，错误的是()a.它能在特殊位点切割dna分子b.同一种限制酶切割不同的dna分子产生的黏性末端能够很好地进行碱基配对c.它能任意切割dna，从而产生大量dna片段d.每一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列答案c解析限制酶是基因工程的重要工具之一；每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割dna分子；同一种限制酶切割不同的dna分子产生的黏性末端能进行互补配对。4.关于限制酶识别序列和切开部位的特点，叙述错误的是()a.所识别的序列都可以找到一条中轴线b.中轴线两侧的双链dna上的碱基是反向对称重复排列c.只识别和切割特定的核苷酸序列d.在任何部位都能将dna切开答案d解析一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割dna分子。5.下图为dna分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()a.dna连接酶、限制酶、解旋酶b.限制酶、解旋酶、dna连接酶c.解旋酶、限制酶、dna连接酶d.限制酶、dna连接酶、解旋酶答案c解析限制酶能够识别双链dna分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端或平末端；dna连接酶是在两个dna片段之间形成磷酸二酯键；解旋酶能使dna分子双螺旋结构解开，氢键断裂；所以处是解旋酶作用部位，处是限制酶作用部位，处是dna连接酶作用部位。6.下列关于dna连接酶的作用的叙述，正确的是()a.将单个核苷酸加到某dna片段末端，形成磷酸二酯键b.将断开的两个dna片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键c.连接两条dna链上碱基之间的氢键d.只能将双链dna片段互补的黏性末端连接起来答案b解析选项a是dna聚合酶的作用。dna连接酶能将双链dna片段末端连接起来，重新形成磷酸二酯键。d项只涉及了ecolidna连接酶的作用。7.如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具酶是()a.dna连接酶和解旋酶b.dna聚合酶和限制性核酸内切酶c.限制性核酸内切酶和dna连接酶d.dna聚合酶和rna聚合酶答案c解析目的基因和载体结合需“分子手术刀”限制性核酸内切酶和“分子缝合针”dna连接酶。此过程不涉及dna复制，不需要dna聚合酶和解旋酶。8.下列哪项不是基因工程中经常使用的载体()a.细菌质粒b.噬菌体的衍生物c.动植物病毒 d.细菌拟核区的dna答案d解析细菌拟核内的dna分子不具备载体的基本条件，不能用于基因工程。能力提升9.质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是()a.质粒只分布于原核细胞中b.在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点c.携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体dna上才会随后者的复制而复制d.质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组dna的鉴定选择答案d解析质粒不只分布于原核生物中，在真核生物酵母菌细胞内也有分布，a项错误；并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点而成为合适的运载目的基因的工具，b项错误；重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，也可以整合后复制，c项错误；质粒上的抗性基因常作为标记基因，d项正确。10.某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述不正确的是()a.获取基因a的限制酶的作用部位是图中的b.连接基因a与载体的dna连接酶的作用部位是图中的c.基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯dna分子的复制而复制，传给子代细胞d.通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状答案b解析限制酶和dna连接酶的作用部位都位于，但两者作用相反；载体具有在宿主细胞中复制的能力，与目的基因结合后，目的基因也会在宿主细胞中一起复制；基因工程的目的就是定向改造生物的遗传性状。11.通过dna重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是ggatcc，请回答下列问题：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是。(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是，“插入”时用的工具是，其种类有。答案(1)限制酶dna连接酶(2)(3)基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的载体质粒、动植物病毒、噬菌体的衍生物等解析基因工程所用的工具酶是限制酶和dna连接酶。不同生物的基因之所以能整合在一起，是因为基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的。将目的基因导入受体细胞，离不开载体的协助，基因工程中用的载体除质粒外，还有动植物病毒、噬菌体的衍生物等。12.基因工程中，需要使用限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是ggatcc，限制酶的识别序列和切点是gatc。(1)根据已知条件和图回答下列问题：上述质粒用限制酶切割，目的基因用限制酶切割。将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的。请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：。(2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是。答案(1)dna连接酶检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞(2)dna结构基本相同(其他合理答案亦可)解析要形成重组质粒，质粒只能出现一个切口，并且至少保留一个标记基因，因序列在gene上，因此用限制酶切割质粒，保留gene标记基因；目的基因必须切割两次，切割后产生的黏性末端能与质