【配套K12】2018版高中生物第1章基因工程1.1DNA重组技术的基本工具学案新人教版选修3

1．1 DNA重组技术的基本工具1．了解基因工程的概念、诞生及发展。

2．掌握限制酶及DNA连接酶的种类及作用。

(重、难点)3．理解运载体的种类及应具备的条件。

(难点)1．基因工程的概念(1)操作场所：生物体外。

(2)操作技术：DNA重组和转基因等技术。

(3)操作结果：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。

(4)操作水平：DNA分子水平。

2．基因工程的诞生与发展(连线)①DNA是遗传物质的证明②基因转移载体的发现③工具酶的发现 A.基础理论④遗传密码的破译⑤DNA体外重组的实现⑥重组DNA表达实验的成功⑦PCR技术的发明 B.技术支持⑧DNA双螺旋结构和中心法则的确立提示：①④⑧—A ②③⑤⑥⑦—B3．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”(1)来源：主要来自原核生物。

(2)种类：约4 000种。

(3)特点：具有专一性，表现在两个方面：①识别——双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。

②切割——特定核苷酸序列中的特定位点。

(4)作用：断裂特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

(5)结果：产生黏性末端或平末端。

4．DNA 连接酶——“分子缝合针”[合作探讨]探讨1：与其他生物变异相比，基因工程所导致的变异有何特点？提示：变异一般是不定向的，但基因工程使生物产生新的性状变异却是定向的，是按照人们的实际需要进行的有目的的改造。

探讨2：氢键的断裂与重新形成与限制酶和DNA 连接酶是否有关？提示：氢键是分子间作用力，其断裂与重新形成均与限制酶和DNA 连接酶无关。

探讨3：限制酶和DNA 解旋酶的作用部位有什么不同？提示：限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，DNA 解旋酶作用于碱基对的两个碱基之间的氢键。

探讨4：只有DNA 连接酶才能连接形成磷酸二酯键吗？ 提示：DNA 聚合酶也能形成。

[思维升华]1．DNA 连接酶与限制性核酸内切酶的比较 (1)区别2．DNA 连接酶与DNA 聚合酶的比较1．下表所示为常用的限制酶及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法，正确的是( )【导学号：72240000】注：Y A ．限制酶切割后不一定形成黏性末端 B ．限制酶的切割位点一定在识别序列的内部 C ．不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端 D ．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列【解析】 由表中信息可知，Hind Ⅱ能识别4种不同的核苷酸序列；Sau 3A Ⅰ酶的切割位点在识别序列的外部；Bam H Ⅰ酶与Sau 3A Ⅰ酶切割后能形成相同的黏性末端；Sma Ⅰ酶切割后产生的是平末端。

【答案】 A2．下列有关DNA 连接酶的叙述正确的是( )A ．T 4DNA 连接酶只能将双链DNA 片段互补的黏性末端之间连接起来B ．E ·coli DNA 连接酶能将双链DNA 片段平末端之间进行连接C ．DNA 连接酶能恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键D ．DNA 连接酶可连接DNA 双链的氢键，使双链延伸【解析】 DNA 连接酶能使两个DNA 片段之间形成磷酸二酯键，从而将它们连接起来。

E ·coli DNA 连接酶只能将双链DNA 片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA 片段平末端之间进行连接。

T 4DNA 连接酶既可以“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。

【答案】 C1．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”：(1)种类①质粒：常存在于原核细胞和酵母菌中，是一种分子质量较小的、环状的、裸露的DNA 分子，独立于拟核之外。

②λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等。

(2)目的①将目的基因转运到宿主细胞中去。

②在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

(3)必备条件①在宿主细胞中保存下来并大量复制。

②有多个限制酶切割位点。

③有一定的标记基因，便于筛选。

④对受体细胞无害。

2．重组DNA分子的模拟操作(1)材料用具：剪刀代表Eco R_Ⅰ，透明胶条代表DNA连接酶。

(2)切割位点：①分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出—GAATTC—序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。

②再从另一条链上互补的碱基之间寻找Eco R Ⅰ相应的切口剪开。

(3)操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能互补配对；否则，说明操作有误。

[合作探讨]探讨1：将外源基因直接导入受体细胞可行吗？为什么？提示：不可行。

直接把外源基因导入受体细胞，外源基因在细胞内不能进行复制、转录和稳定保存。

探讨2：质粒上抗生素抗性基因有什么作用？提示：作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

探讨3：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？提示：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。

[思维升华]1．使用载体的目的在基因工程中，使用载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制(称为克隆)。

2．作为载体应具备的条件(1)能在受体细胞中复制并稳定保存。

(2)具有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中。

(3)具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

3．质粒(1)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双链环状DNA分子。

(2)质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入其中。

(3)质粒DNA分子上有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

(1)基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同，前者的实质是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞，后者是蛋白质，与细胞膜的选择透过性有关。

(2)一般来说，天然载体不能同时满足上述条件，要对其进行人工改造才可以使用。

(3)标记基因的筛选原理①前提：载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。

目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。

②过程：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，然后在培养基中加入该抗生素。

③结果：在培养基上，被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞，没被杀死的具有抗性的受体细胞得以筛选。

1．作为基因的运输工具——质粒，必须具备的条件之一及理由是 ( )【导学号：72240001】A．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B．具有多个限制酶切割位点，以便于目的基因的表达C．具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件D．能够在体细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选【解析】质粒必须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；质粒分子上必须有一个至多个限制酶切割位点，供目的基因插入其中；具有某些标记基因，以便于鉴定和筛选。

【答案】 A2．下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，amp为氨苄青霉素抗性基因，tet为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。

若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA的细胞，应选用的质粒是( )【解析】A项破坏了复制必需的序列。

B项氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好，在四环素培养基上和氨苄青霉素培养基上都能生长。

C项氨苄青霉素抗性基因被破坏，四环素抗性基因完好，能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长。

D项氨苄青霉素抗性基因完好，四环素抗性基因被破坏。

【答案】 C1．下列有关基因工程的叙述正确的是( )A．DNA连接酶的作用是使互补的黏性末端之间发生碱基A与T，C与G之间的连接B．基因工程中使用的载体最常见的是大肠杆菌C．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞并可促进目的基因的表达D．基因工程造成的变异，实质上相当于人为的基因重组，但却产生了定向变异【解析】DNA连接酶连接DNA基本骨架上一个脱氧核苷酸的磷酸和另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖，形成磷酸二酯键，A项错误；最常用的载体是质粒，大肠杆菌是最常用的受体细胞，B项错误；载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，与目的基因的表达没有关系，C项错误；基因工程的原理是基因重组，是按照人们的意愿来操作实施的，故是一种定向的变异，D项正确。

【答案】 D2．下列说法中不正确的有 ( )①限制酶主要是从真核生物中分离纯化出来的②DNA连接酶都是从原核生物中分离得到的③所有限制酶识别的核苷酸序列均由6个核苷酸组成④不同限制酶切割DNA的位点不同⑤有的质粒是单链DNAA．①②④⑤B．①②③⑤C．②③④⑤D．①③④⑤【解析】限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，有很少量是来自真核生物——酵母菌，①错误；T4DNA连接酶来源于T4噬菌体(一种病毒)，②错误；Eco R Ⅰ、SmaⅠ限制酶识别的序列均为6个核苷酸，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成，③错误；不同限制酶切割DNA的位点不同，切割出不同的黏性末端或平末端，④正确；所有的质粒都是双链的环状DNA分子，⑤错误。

故选B。

【答案】 B3．如图为DNA分子结构示意图，下列对该图的描述正确的是( )【导学号：72240002】A．④的名称是胞嘧啶脱氧核苷酸B．解旋酶作用的部位是⑩C．某限制性核酸内切酶可选择⑨处作为切点D．DNA连接酶可连接⑩处断裂的化学键【解析】图中④包含上一个脱氧核苷酸的磷酸①和下一个脱氧核苷酸的五碳糖②和碱基③，不是一个脱氧核苷酸，选项A错误；限制性核酸内切酶的作用部位是⑩磷酸二酯键，解旋酶的作用是解开DNA双链，作用部位是⑨氢键，选项B、C错误；DNA连接酶可连接⑩处断裂的磷酸二酯键，选项D正确。

【答案】 D4．下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是 ( )A．通常情况下，a与d需要用同一种限制酶进行切割B．b能识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开C．c连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对D．b代表的是限制性核酸内切酶，c代表的是RNA聚合酶【解析】b是限制性核酸内切酶，能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，并使DNA 分子的每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，而不是使氢键断开；c是DNA连接酶，能连接两个DNA片段。

【答案】 A5．除了下列哪一项之外，其余的都是基因工程的载体所必须具备的( )A．能在宿主细胞中复制并保存B．具有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接C．具有标记基因，便于进行筛选D．是环状形态的DNA分子【解析】作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在宿主细胞内稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量目的基因。

同时要具有某些标记基因，是为了通过标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，从而进行筛选。