2017-2018学年高中生物 专题1 细胞工程 1.1 DNA重组技术的基本工具学案 新人教版选修3

1、1.1基因重组技术的基本工具目标导航1。结合课本插图，记住DNA重组技术所需的三种基本工具的功能。2.参考图1-5，记住基因工程中作为载体所需的条件。难以点击1。三个基本工具的作用1。基因重组技术。2.基因工程载体的要求。课堂介绍模式一：抗虫棉的研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范例。抗虫棉的应用有效地控制了棉铃虫，减少了70 80%的农药用量，有效地保护了农业生态环境，减少了农民因喷洒农药造成的中毒事故，为棉花生产和农业的可持续发展做出了巨大贡献。老师：要实现抗虫基因在棉花中的表达，需要提前做哪些关键工作？健康：切断抗虫基因；有必要将抗虫基因整合到棉

2、花的DNA中。老师：这里有一个基因转移的实际问题，即如何将控制昆虫抗性的基因转移到棉花细胞中。老师：中国有句谚语，“没有金刚钻，就没有瓷器”。在进行基因工程之前，科学家们努力寻找，最终发现了三种“金刚钻”，这使基因工程的想法成为现实。这三种“金刚钻之子”是什么？有什么特点和具体功能？让我们了解一下这个。模式2:美国新奥尔良奥德班濒危物种研究中心对猫(猫的遗传组成与人类相似)进行了一系列实验，以探索一些人类疾病的治疗方法。为了知道外源基因能否安全地移植到猫科动物的基因序列中，研究中心利用基因工程技术培育了美国第一只转基因夜光猫。发光猫的眼睛、牙龈和舌头在紫外线照射下会发出明亮的橙黄色荧光。发光猫

3、的培育是在脱氧核糖核酸分子的水平上进行的，对微小的脱氧核糖核酸分子的操作需要特殊的工具。这些是什么工具？他们各自的角色是什么？让我们一起来看看吧！一、基因工程的概念、理论基础和技术支持1.基因工程的概念(1)操作环境：体外。(2)操作对象：基因。(3)操作层面：脱氧核糖核酸分子层面。(4)主要技术：基因重组和体外转基因。(5)运行结果：赋予生物体新的遗传特性，创造更符合人们需求的新的生物类型和生物产品。(6)工作原理：基因重组。2.基因工程的理论基础和技术支持理论基础脱氧核糖核酸是遗传物质的证据脱氧核糖核酸双螺旋结构和中心法则的建立遗传密码的破译技术支持基因转移载体质粒的发现各种限制酶和连接酶

4、，以及逆转录酶(工具酶)的发现发明了脱氧核糖核酸合成和测序技术体外基因重组的实现及重组基因表达实验的成功第一例转基因动物和聚合酶链反应技术的发明合作调查1.基因工程操作引起的基因重组和有性生殖中的基因重组有什么主要区别？答案是(1)有性生殖中的基因重组是随机的，只能在同一物种中进行；(2)基因工程可以在不同物种间重组，具有很强的方向性，可以定向改变生物体的特性。2.不同生物体的脱氧核糖核酸分子能够拼接在一起的原因是什么？答案(1)1)脱氧核糖核酸分子的基本单位都是四种脱氧核苷酸；(2)双链脱氧核糖核酸分子的空间结构是规则的双螺旋结构；(3)所有生物体的脱氧核糖核酸碱基对都遵循严格的“碱基互补配

5、对原则”。3.外源基因可以在受体中表达，并使受体表现出相应的性状。为什么？答案是(1)基因是控制生物体特征的结构和功能单位，具有相对独立性；(2)遗传信息的传递遵循中心法则；(3)生物世界共享一套遗传密码。1.判断对错(1)遗传原则回答(1) (2) (3)2.经过多年的努力，科学家们创造了一种新的生物技术基因工程，而实施这个项目的最终目标是()A.定向提取生物体中的脱氧核糖核酸分子B.定向对脱氧核糖核酸分子进行人工“切割”C.脱氧核糖核酸分子在体外被修饰d .定向转化生物体的遗传特征问题分析(1)基因工程是在体外重组基因，然后将它们引入受体细胞。(2)重组基因在受体细胞中的表达产生人类所需的

6、生物类型和生物产物，从而定向转化生物体的遗传特性。答案D基因工程操作的两种工具酶1.限制性内切酶“分子手术刀”来源主要来自原核生物类型大约4000种特征识别双链脱氧核糖核酸分子的特定核苷酸序列切割特定核苷酸序列中的特定位点影响在特定位置破坏两个核苷酸之间的磷酸二酯键结果导致粘性或扁平的末端2.脱氧核糖核酸连接酶“分子缝合针”(1)功能：双链DNA片段被“缝合”以恢复被限制性酶切割的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)类型：类型来源特征生态脱氧核糖核酸连接酶大肠杆菌只有具有互补粘性末端的双链DNA片段才能被“缝合”T4DNA连接酶t4噬菌体它可以“缝合”双链DNA片段的互补粘性末端和双链DNA片段

7、的扁平末端合作调查1.分析下图，回答关于限制性内切酶的问题：(1)请举例说明限制性核酸内切酶的“限制性”表现在哪里。这反映了酶的什么特征？答案在于两个方面：限制性内切酶只能识别双链DNA分子上的特定脱氧核苷酸序列；切割只能在识别序列上两个特定的脱氧核苷酸之间进行。例如，EcoR只能识别GAATTC序列，只能切断G和A之间的磷酸二酯键；这表明这种酶具有特异性。(2)当切割含有靶基因的脱氧核糖核酸分子时，限制性内切酶应该切割多少磷酸二酯键？为什么？有四个答案。DNA分子是双链的，目标基因的两端都含有限制性内切酶的识别位点。(3)所有限制性内切酶识别的脱氧核苷酸序列和切割位点是否相同？为什么？答案是

8、不同的。限制性内切酶是一种酶而不是一种酶。不同种类的限制性内切酶识别不同的序列和切割位点，这与酶的特异性有关。2.请考虑回答关于脱氧核糖核酸连接酶的问题：(1)脱氧核糖核酸连接酶和限制性内切酶的功能和位点相同吗？答：脱氧核糖核酸连接酶和限制性内切酶有相反的作用，前者是“缝合”，后者是“切割”；然而，它们具有相同的作用位点，即特定位点的磷酸二酯键。(2)对2)脱氧核糖核酸连接酶的识别是特异性的吗？你能催化不同限制性酶形成的粘性末端的连接吗？答：脱氧核糖核酸连接酶没有识别特异性。它可以连接同一个(或互补的)粘端和平端，它是磷酸二酯键。只要不同限制性内切酶形成的粘性末端相同(或互补)，它们就能催化连

9、接。3.在下图中标出限制性内切酶、脱氧核糖核酸连接酶、脱氧核糖核酸聚合酶和脱氧核糖核酸解旋酶的作用位点。答案如图所示限制性内切酶、脱氧核糖核酸连接酶和脱氧核糖核酸聚合酶作用于甲的化学键，而解旋酶作用于乙的化学键3.判断对错(1)不同的限制性内切酶必须形成不同的粘性末端()(2)重组技术所需的工具酶包括限制性内切酶、连接酶和载体()(3)限制性内切酶对原始原核细胞有害()(4)限制性内切酶和脱氧核糖核酸连接酶具有相同的作用位点，但作用方向相反()(5)T4DNA连接酶可以连接粘端和平端()(6)脱氧核糖核酸连接酶可以连接所有相同或互补的粘性末端，因此它没有特异性()答案(1)、(2)、(3)、(

10、4) (5) (6)4.如下图所示，在合适的条件下，两个核酸片段在X酶的催化下发生如下变化，那么X酶是()A.核糖核酸聚合酶C.脱氧核糖核酸聚合酶限制酶问题分析(1)脱氧核糖核酸连接酶可以连接两个脱氧核糖核酸片段之间的磷酸二酯键。(2)核糖核酸聚合酶能催化单个游离核糖核苷酸形成核糖核酸。(3)脱氧核糖核酸聚合酶能催化单个游离脱氧核苷酸形成脱氧核糖核酸。(4)限制性内切酶可以从特定位点切割脱氧核糖核酸分子。回答一一个问题是可变的(1)如果上图中的图片变成下图，那么X酶应该对应哪个选项？答案的d项。(2)根据图中的片段写出相应限制性内切酶识别的特定核苷酸序列。答案确定的核苷酸序列是GAATTC。脱

11、氧核糖核酸连接酶和脱氧核糖核酸聚合酶的异同比较项目dna连接酶dna聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成差异模板模板不是必需的需要一条脱氧核糖核酸链作为模板动作对象游离的脱氧核糖核酸片段一个脱氧核苷酸行动结果形成完整的脱氧核糖核酸分子形成一条脱氧核糖核酸分子链使用遗传工程脱氧核糖核酸分子复制第三，基因进入受体细胞的载体1.物种：质粒、噬菌体衍生物、动植物病毒等。2.通用载体质粒(1)本质：质粒是一种裸露的、简单的结构，独立于细菌的类核DNA，并具有自我复制的能力。(2)质粒作为载体的条件(1)自我复制：在受体细胞中自我复制，或整合入染色体DNA，并与染色体DNA同步复制。存在切割

12、位点：存在一个或多个用于外源基因插入的限制性内切酶切割位点。有标记基因：有特殊的标记基因用于重组DNA的鉴定和选择。(3)功能(1)作为运输手段，将靶基因导入受体细胞。质粒携带的目的基因在大量受体细胞中复制。合作调查1.基因工程载体和主动运输载体有什么区别？回答(1)主动运输载体的化学本质是蛋白质，其功能是将离子、氨基酸、核苷酸和其他物质运入和运出细胞。(2)基因工程中载体的化学本质是脱氧核糖核酸，其功能是将靶基因携带到受体细胞中。2.载体的组成分析质粒载体的结构模式，并回答以下问题：(1)抗生素抗性基因在质粒上的作用是什么？答案作为识别和选择重组脱氧核糖核酸的标记基因。(2)作为基因进入受体

13、细胞的载体，它必须对受体细胞无害。为什么？如果应答载体对受体细胞有害，一旦被导入受体细胞，将会影响受体细胞的生命活动，甚至破坏受体细胞的生命活动。5.质粒是基因工程中最常用的载体，存在于许多细菌中。如图所示，细菌质粒上有一个标记基因。从标记基因可以推断外源基因(靶基因)是否成功转移。根据外源基因的插入位置，细菌在培养基上的生长是不同的。如图所示，它是外源基因的插入位置(插入点是甲、乙和丙)。根据表中提供的细菌生长情况，请猜测三种重组细菌外源基因的插入点。正确的组是()细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长细菌在含四环素培养基上的生长可以成长可以成长可以成长无法成长无法成长可以成长A.为c；二是乙；

14、这是一个B.是甲和乙；为a；是bC.(1)是a和b；二是乙；这是一个D.为碳；为a；是b问题分析(1) (1)细菌可以在含有氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，表明氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因没有被破坏，因此插入点为c(2)对于(2)细菌，它们可以在含有氨苄青霉素的培养基上生长，但不能在含有四环素的培养基上生长，表明它们的氨苄青霉素抗性基因正常，四环素抗性基因被破坏，插入点为b(3) (3)细菌不能在含有氨苄青霉素的培养基上生长，这意味着它们的氨苄青霉素抗性基因被插入并破坏，所以插入点是a回答一有一个问题是可以改变的对还是错(1)为了将外源DNA插入质粒，质粒DNA分子上有一个或多个限制性

15、酶切位点()(2)质粒上的特殊标记基因可用于将外源基因片段插入质粒()(3)细菌核区的DNA常被用作载体()答案(1) (2) (3)基因工程的基本工具限制性核酸中毒酶(分子手术刀)脱氧核糖核酸连接酶(分子缝合针)载体(分子转运体)1.以下关于基因工程诞生的说法是不正确的()A.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学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基础D.基因工程必须在同一物种中进行答案D分析基因工程可以在不同的物种之间进行，它可以打破生殖隔离的界限，定向转化生物体的遗传特征。2.以下关于限制性内切酶和脱氧核糖核

16、酸连接酶的陈述是正确的()A.它的化学本质是蛋白质B.脱氧核糖核酸连接酶可以恢复脱氧核糖核酸分子中的氢键C.基因聚合酶可以取代基因工程中的连接酶D.限制性酶切后必须产生粘性末端回答一分析限制性内切酶和脱氧核糖核酸连接酶都是化学性质的蛋白质。3.根据图表，判断以下关于工具酶在基因工程中的作用的陈述，哪一个是不正确的()A.在限制性内切酶的位置切断酶B.连接位置a的酶是脱氧核糖核酸连接酶c、将b位的酶切为解旋酶d .将b位的酶切割成限制性内切酶答案D在甲位点切割磷酸二酯键的酶是限制性内切酶，在甲位点连接磷酸二酯键的酶是脱氧核糖核酸连接酶。切断乙处氢键的酶是解旋酶。4.以下关于细菌质粒的陈述是正确的

17、()A.质粒是存在于细菌细胞中的颗粒细胞器B.质粒是能够在细菌细胞中自我复制的圆形小分子C.质粒只有在侵入宿主细胞后才能在宿主细胞中复制D.细菌质粒的复制过程必须在宿主细胞外独立进行回答乙解析质粒是一种小的环状DNA分子，可以在细菌细胞质中自我复制，也可以在细菌细胞或宿主细胞中复制。5.图为大肠杆菌和质粒载体的结构模型图，根据图回答以下问题：(1)a和质粒所代表的物质的化学本质是相同的，两者有其他的共同点，如、(只写两个)。(2)如果质粒脱氧核糖核酸分子的切割端是，与其相连的靶基因的切割端应该是；质粒和目标基因可以连接在一起。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上被称为，它的功能是。(4)以下是基因工程中常用的载体()A.苏云金杆菌抗虫基