新教材高中生物选择性必修3课件：3 1 重组DNA技术的基本工具(人教版)

第1节

重组DNA技术的基本工具阐明重组DNA技术所需的三种基本工具的作用。学习目标一、基因工程的概念和工具酶二、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”网络构建课时对点练内容索引一、基因工程的概念和工具酶1.基因工程的概念：指按照人们的愿望，通过

，赋予生物

，创造出更符合人们需要的

。由于基因工程是在DNA

水平上进行设计和施工的，因此又叫作___

。教材梳理预习新知夯实基础转基因等技术新的遗传特性新的生物类型和生物产品分子重组DNA技术概念剖析2.基因工程的工具酶(1)限制性内切核酸酶(限制酶)——“分子手术刀”来源主要来自________种类数千种作用识别双链DNA分子的

，使每一条链中_______

的

断开结果产生

或平末端原核生物特定核苷酸序列特定部位磷酸二酯键黏性末端(2)DNA连接酶——“分子缝合针”①作用：将

连接起来，恢复被

切开的两个核苷酸之间的

。②种类两个DNA片段限制酶磷酸二酯键种类来源特点

DNA连接酶________只能将具有

的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段T4DNA连接酶T4噬菌体既可以“缝合”双链DNA片段互补的

，又可以“缝合”双链DNA片段的

，但连接平末端的效率相对较低E.coli大肠杆菌互补黏性末端黏性末端平末端(1)通过基因工程产生的变异是不定向的(

)(2)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列(

)(3)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来(

)(4)E.coliDNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端(

)(5)限制酶和解旋酶的作用部位相同(

)判断正误×××××探讨点1基因工程的理论基础1.为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？核心探讨突破重难强化素养提示(1)DNA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。2.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？提示(1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。(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。探讨点2限制酶1.请结合限制酶的作用特点，回答以下问题：(1)限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗？提示不能。(2)请结合下图，推断限制酶切一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？提示断开两个磷酸二酯键；产生2个游离的磷酸基团；产生2个黏性末端；消耗两分子水。2.请写出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同？同种限制酶产生的黏性末端相同，不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端。3.请判断：以下黏性末端是由

种限制酶作用产生的。34.推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？提示限制酶是原核生物的一种防御工具，用来切割侵入细胞的外源DNA，以保证自身安全。5.为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？提示含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列，或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。探讨点3

DNA连接酶1.请比较DNA连接酶和DNA聚合酶并完成下表。种类DNA聚合酶DNA连接酶不同点作用实质催化

加到已有脱氧核苷酸片段上，形成磷酸二酯键催化

片段之间形成磷酸二酯键作用结果催化形成与模板链互补的DNA链，形成新的双链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分子单个脱氧核苷酸两个DNA不同点模板__________相同点①化学本质都是蛋白质；②都是催化形成磷酸二酯键需要不需要2.请判断：DNA片段经限制酶处理后产生的相同黏性末端，再经过DNA连接酶处理后，形成的新的识别序列，能否再被所用的限制酶识别。(1)若两个相同黏性末端都是由同种限制酶(EcoRⅠ)切割后所得，

(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶识别(如图)。(2)若两个相同黏性末端是由不同限制酶切割所得，

(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶识别(如图)。能不能1.回文序列限制酶特异性识别和切割的部位具有回文序列，即在切割部位，一条链正向读的碱基顺序，与另一条链反向读的顺序完全一致。例如：EcoRⅠ限制酶识别的DNA序列为

，为回文序列。2.即使用不同的限制酶进行切割，但只要切割后产生的黏性末端相同就可用DNA连接酶连接起来。核心归纳3.与DNA相关的几种酶的比较项目DNA连接酶限制酶DNA聚合酶解旋酶作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键氢键作用对象DNA片段DNA单个的脱氧核苷酸DNA作用结果将两个DNA片段连接成完整的DNA分子切割DNA分子将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链末端将双链DNA分子局部解旋为单链1.限制酶a和b的识别序列和切割位点如图所示，下列有关说法正确的是典题应用及时反馈知识落实A.一个DNA分子中，酶a与酶b的识别序列可能有多个B.酶a与酶b切出的黏性末端不能相互连接C.酶a与酶b切断的化学键不完全相同D.用酶a切割有3个切割位点的环状DNA分子，得到4种切割产物√解析一个DNA分子中，可能存在一个至多个酶a与酶b的识别序列，A正确；由题图可知，酶a与酶b的识别序列虽然不同，但切出的黏性末端相同(或互补)，互补的黏性末端能相互连接，B错误；酶a与酶b切断的化学键均为相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，C错误；用酶a切割有3个切割位点的环状DNA分子，可得到3种切割产物，D错误。2.在基因工程操作过程中，DNA连接酶的作用是A.将任意两个DNA片段连接起来B.将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，包括DNA片段和碱基对之

间的氢键C.连接具有相同黏性末端或平末端的DNA片段，即形成磷酸二酯键D.只连接具有相同黏性末端的DNA片段碱基对之间的氢键√二、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”教材梳理预习新知夯实基础1.种类：质粒、

、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、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有

能力的环状双链DNA分子。噬菌体自我复制(2)质粒作为载体所具备的条件及原因条件原因稳定存在并能___________________________能使目的基因稳定存在且数量可扩增有一个至多个

位点可携带多个或多种外源基因具有特殊的________便于重组DNA分子的____无毒害作用对受体细胞无毒害作用，避免受体细胞受到损伤自我复制或整合到受体DNA上限制酶切割标记基因筛选(3)作用①作为运输工具，将外源基因导入

。②质粒携带

在细胞内大量复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。细胞外源DNA片段(1)作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因(

)(2)质粒是环状双链DNA分子，是基因工程常用的载体(

)(3)载体(如质粒)和细胞膜中的载体蛋白的成分相同(

)(4)作为载体，必须要有标记基因(

)判断正误×√×√标记基因的筛选原理载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上，能够生存的是被导入了载体的受体细胞。如图所示：关键点拨探讨点载体需具备的条件1.载体要与外源DNA片段连接，需要具备什么条件？核心探讨突破重难强化素养提示具有一个或多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。2.要使携带的外源DNA片段在受体细胞中稳定存在，载体需要具备什么条件？提示能在受体细胞中自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，这样它携带的外源DNA片段才能在受体细胞中复制，不至于丢失。3.我们用肉眼看不到载体是否进入受体细胞，为了便于筛选重组DNA分子，载体需要具备什么条件？提示具有标记基因，便于重组DNA分子的筛选。载体的类型、作用及条件核心归纳3.基因运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由均正确的是A.能够复制，以便目的基因插入其中B.具有多个限制酶切割位点，便于目的基因的表达C.具有某些标记基因，便于重组DNA的筛选D.对受体细胞无害，便于重组DNA的筛选典题应用及时反馈知识落实√解析作为载体必须具备的条件之一是能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因，A错误；作为载体要具有一至多个限制酶切割位点，便于目的基因的插入，B错误；作为载体要具有某些标记基因，便于重组DNA的筛选，C正确；携带外源DNA片段的载体进入受体细胞后，能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA进行同步复制，所以要对受体细胞无害，以便受体细胞能正常增殖，D错误。4.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)示意图，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是插入点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①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长A.①是c；②是b；③是aB.①是a和b；②是a；③是bC.①是a和b；②是b；③是aD.①是c；②是a；③是b√插入点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①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长网络构建课时对点练题组一基因工程的概念和工具酶1.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对点训练12345678910111214151617√1813解析基因工程的内容就是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。1234567891011121415161718132.科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列关于这一先进技术的理论依据不正确的是A.所有生物共用一套遗传密码B.基因能控制蛋白质的合成C.兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构成，

都遵循相同的碱基互补配对原则D.兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先123456789101112151617141813√解析题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质，说明控制其合成的mRNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A项正确；基因是通过转录获得mRNA，进而控制蛋白质的合成，B项正确；基因通常是有遗传效应的DNA片段，只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核苷酸，C项正确；生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系，D项错误。1234567891011121516171418133.下列关于限制酶的说法正确的是A.限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的B.一种限制酶通常只能识别一种特定的核苷酸序列C.不同的限制酶切割DNA后都会形成黏性末端D.限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键1234567891011121516171418√解析限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，A项错误；DNA分子经限制酶切割后形成黏性末端或平末端，C项错误；限制酶的作用部位是双链DNA分子特定核苷酸之间的磷酸二酯键，D项错误。134.下列关于基因工程中的DNA连接酶的叙述，不正确的是A.DNA连接酶的化学本质是蛋白质B.DNA连接酶能够连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键C.基因工程中可以用DNA聚合酶替代DNA连接酶D.根据来源不同，DNA连接酶可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接

酶两大类12345678910111215161714√1813解析DNA连接酶的化学本质是蛋白质，根据来源不同可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两大类，DNA连接酶连接的是两个DNA片段之间的磷酸二酯键，而DNA聚合酶连接的是DNA片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，因此在基因工程中不能用DNA聚合酶替代DNA连接酶，故选C。1234567891011121516171418135.下列关于如图所示黏性末端的叙述，正确的是123456789101112151617141813A.①与③是由相同限制酶切割产生的B.DNA连接酶可催化①与③的连接C.经酶切形成④需要脱去2分子水D.DNA连接酶与DNA聚合酶均能作用于上述黏性末端√解析①与③的黏性末端相同，但它们的识别序列不同，应不是相同的限制酶切割产生的，A项错误；酶切获得④需要消耗2分子水，C项错误。1234567891011121516171418136.下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是A.用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口，有2个磷酸二酯键

被断开B.限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大C.序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数不同D.T4DNA连接酶和E.coliDNA连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接12345678910111215161714√1813解析用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口，有4个磷酸二酯键被断开，A错误；序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数相同，都是4个，C错误；T4DNA连接酶和E.coliDNA连接酶都能催化黏性末端的连接，但只有T4DNA连接酶可以连接平末端，D错误。1234567891011121516171418137.(2021·河北沧州一中高二月考)限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶，以下说法正确的是A.DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键B.限制酶只能切割双链DNA片段，不能切割烟草花叶病毒的核酸C.E.coliDNA连接酶既能连接黏性末端，也能连接平末端D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来，所以也能剪切自身的DNA1234567891011121516171418√13123456789101112151617141813解析DNA连接酶连接的是两个DNA片段，A项错误；限制酶只能切割双链DNA片段而不能切割RNA，烟草花叶病毒的核酸为RNA，B项正确；E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端，不能连接平末端，C项错误；限制酶主要从原核生物中分离纯化而来，但是因为原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰，所以不能剪切自身的DNA，D项错误。8.(2021·齐河县第一中学高二期中)如图所示，两个核酸片段在适宜条件下，经过X酶的催化作用，发生下列变化。下列相关叙述正确的是123456789101112151617141813A.X酶是DNA聚合酶B.X酶是从大肠杆菌中分离得到的C.X酶能催化磷酸二酯键的形成D.X酶能催化游离的核苷酸合成DNA√123456789101112151617141813解析由图可知，该酶的作用是将两个DNA片段连接起来，故是DNA连接酶；DNA连接酶不一定是从大肠杆菌中分离得到的，也可以从其他生物中得到，B错误；DNA连接酶能催化磷酸二酯键的形成，C正确。题组二“分子运输车”——载体9.质粒是基因工程中最常用的外源基因运载工具。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.携带外源基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的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分子的筛选123456789101112151617141813√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外源基因的工具，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，也可以整合到受体DNA上，随染色体DNA进行同步复制，C项错误。12345678910111215161714181310.(2021·天津市第一中学期末)下列关于质粒的叙述，正确的是A.细菌质粒和真核细胞DNA的基本组成单位不同B.细菌质粒的复制过程一定是在受体细胞外独立进行的C.质粒是存在于所有细胞中的蛋白质合成的场所D.质粒是细胞质中能够自我复制的环状DNA分子12345678910111215161714解析细菌质粒是环状DNA分子，和真核细胞DNA的基本组成单位相同，都是脱氧核苷酸，A错误；细菌质粒的复制过程可在受体细胞内进行，B错误；细胞中蛋白质合成的场所是核糖体，C错误。18√1311.(2021·山东枣庄高二期中)下列有关基因工程的叙述，正确的是A.限制酶只存在于原核生物中，只能识别DNA分子的特定核苷酸序列B.只有同种限制酶切割的末端才能连接，不同限制酶切割的末端不能

连接C.基因工程中，只能利用天然质粒，质粒上的标记基因用于重组DNA

的筛选D.质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的环状双链

DNA综合强化1234567891011121516171418√13解析限制酶大多来自于原核生物，只能识别DNA分子的特定核苷酸序列，A错误；不同限制酶切割的黏性末端相同也能连接，B错误；天然的质粒不能直接作为载体，基因工程中用到的质粒都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的，C错误；质粒是一种裸露的、结构简单、独立于原核细胞拟核DNA和真核细胞细胞核之外并具有自我复制能力的双链环状DNA分子，D正确。12345678910111215161714181312.如图表示一个DNA分子片段，下列有关的叙述错误的是1234567891011121516171418A.限制酶将a处切断，一定形成黏性末端B.DNA连接酶将a处连接会脱去一分子水C.DNA复制时需要解旋酶切断b处，基因工程操作中不需要D.b处是指氢键√13解析限制酶会将DNA切出具有黏性末端或平末端的两个片段，A项错误；磷酸二酯键的形成是一个脱水缩合的反应，B项正确；DNA复制需要解旋酶，而基因工程不需要，C项正确；观察题图，可以确定b处为碱基之间形成的氢键，D项正确。12345678910111215161714181313.下列有关如图所示的黏性末端的说法，错误的是123456789101112131516171418A.甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的B.甲、乙具有相同的黏性末端，可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能C.DNA连接酶的作用位点是b处D.切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子

片段√12345678910111215161714解析据图可知，切割形成甲、乙、丙黏性末端的限制酶识别序列与切割位点分别是—GAATTC—(在G与A之间切割)、—CAATTG—(在C与A之间切割)、—CTTAAG—(在C与T之间切割)，即甲、乙、丙是由不同的限制酶切割产生的，A正确；甲、乙的黏性末端互补，所以甲、乙可以形成重组DNA分子；甲、丙的黏性末端不互补，所以甲、丙无法形成重组DNA分子，B正确；181312345678910111215161714DNA连接酶可以恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，而b处是氢键，C错误；1813甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段为

，其中没有切割产生甲的限制酶的识别序列及酶切位点，所以切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段，D正确。14.下图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中a表示标记基因，b表示胰岛素基因，E1表示某限制酶的酶切位点，现用该种限制酶分别切割质粒和胰岛素基因，后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因，下列选项中不可能出现的是123456789101112131516171418√15.(2021·山东滨州高二期中)已知限制性内切核酸酶XmaⅠ和SmaⅠ的识别序列分别为C↓CCGGG和CCC↓GGG。下列有关这两种限制酶及应用的叙述，错误的是A.这两种限制酶作用的底物都是双链DNA，切开磷酸二酯键B.这两种限制酶切割后形成的末端不同C.SmaⅠ切割DNA后形成的末端可用E.coliDNA连接酶连接D.使用这两种酶时需注意控制反应温度、时间等1234567891011121516171418√13解析SmaⅠ切割DNA后形成的是平末端，只能用T4DNA连接酶连接，E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端，C错误。16.(2021·山东聊城高二期中)限制酶能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并使特定部位的磷酸二酯键断开。修饰酶能对DNA或RNA的碱基进行修饰，防止DNA或RNA被限制酶破坏。某些噬菌体能寄生在特定大肠杆菌体内进行繁殖。下列叙述正确的是A.不能被噬菌体侵染的大肠杆菌，细胞膜上可能没有噬菌体可识别的特异

性受体B.能被噬菌体侵染的大肠杆菌，体内无核糖体，不能合成破坏外源DNA的

限制酶C.能寄生于大肠杆菌的噬菌体，DNA上一定没有大肠杆菌限制酶的识别位点D.能寄生于大肠杆菌的噬菌体，DNA上不可能存在与大肠杆菌相同的修饰物123456789101112151617141813√解析不能被噬菌体侵染的大肠杆菌，细胞膜上可能没有噬菌体可识别的特异性受体，使得噬菌体不能对其识别并侵染，A正确；大肠杆菌为原核生物，体内有核糖体，B错误；如果噬菌体的DNA上有修饰酶的识别位点，修饰酶能对DNA的碱基进行修饰，防止DNA被限制酶破坏，即使其DNA上有大肠杆菌限制酶的识别位点，其DNA也能在大肠杆菌内复制和表达，使得噬菌体能寄生于大肠杆菌，C错误；能寄生于大肠杆菌的噬菌体，DNA上可能也存在与大肠杆菌相同的修饰物，防止其被大肠杆菌内的限制酶识别并破坏，D错误。12345678910111215161714181317.(2021·北京市十一学校高二期中)下图所示的酶M和酶N是两种限制酶，图中DNA片段只注明了黏性末端处的碱基种类，其他碱基的种类未作注明。下列叙述中不正确的是123456789101112151617141813A.多个片段乙与丁混合在一起，可用DNA连接酶拼接得到环状DNAB.多个片段乙与丁混合，只由两个DNA片段连接成的环状DNA分子共有

4种C.一种限制酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核糖核苷酸序列D.若酶M特异性剪切的DNA片段是

，则酶N特异性剪切片段

是123456789101112151617141813√解析多个片段乙和多个片段丁混合在一起，用DNA连接酶拼接得到环状DNA，其中只由两个DNA片段连接成的环状DNA分子有3种，即片段乙与片段乙连接、片段丁与片段丁连接、片段乙和片段丁连接，A正确，B错误；123