高二下学期生物人教版选择性必修3 3.1重组DNA技术的基本工具(第一课时) 学案 (1)

高二生物选择性必修3 第三章第1节第1节重组DNA技术的基本工具（第一课时）（带答案解析）
[学习目标]
1.阐明重组DNA技术所需三种基本工具及其作用。

2.说出基因工程中载体所具备的条件。

3.尝试进行DNA的粗提取与鉴定。

[重难点]
重点:1.重组DNA技术所需三种基本工具的作用。

2.进行DNA的粗提取与鉴定。

难点:重组DNA技术所需三种基本工具的作用。

[学习过程]
一、基因工程的概述
【自主学习】阅读教材70页
1.基因工程的概念：指按照人们的愿望,通过转基因等技术,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。

从技术操作层面看,由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此又叫作重组DNA技术。

2.基因工程的诞生与发展(选择对应的序号):
A.基础理论____①④⑧___。

B.技术支持____②③⑤⑥⑦_______。

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
④DNA双螺旋结构和中心法则的确立
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
⑧遗传密码的破译二、限制性内切核酸酶(限制酶) 
【自主学习】阅读教材71页
1.来源:限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。

2.功能:识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部
位的磷酸二酯键断开。

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.作用结果:当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时,产生的是黏性末端;当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时,产生的是平末端。

三、DNA连接酶——“分子缝合针”
【自主学习】阅读教材72页
1.功能:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。

2.种类
【自主学习】阅读教材72-73页
(1)种类:
①质粒:分子质量较小的、环状的、裸露的____双链DNA分子_________,独立于原核细胞的拟核或真核细胞细胞核之外。

②噬菌体和_____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有一个至多个______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______无害。

【合作探究】
养殖家禽的饲料中富含谷物,纤维素是谷物中的重要成分,但家禽消化道中缺少能降解纤维素的酶,阻碍了家禽对饲料的吸收与利用。

研究人员利用重组DNA技术改造乳酸杆菌,将其添加于饲料中,以提高家禽养殖效率。

如表为改造过程中所使用的几种限制酶识别序列及切割位点。

问题1.若某DNA分子中含有两个Bam HⅠ的识别序列,该DNA分子将被切成的DNA片段数目、断裂磷酸二酯键的数目分别是多少?
提示：该DNA分子将被切成3个片段,共断裂2个磷酸二酯键。

2.Eco RⅠ和MfeⅠ切割后产生的黏性末端能否被DNA连接酶连接?请说明理由。

提示：能。

二者切割后产生的黏性末端相同,可被DNA连接酶连接。

3.若改造过程中,研究人员用Bam H Ⅰ和Hin d Ⅲ切割外源DNA获得目的基因,质粒上是否需要添加Bam H Ⅰ和Hin d Ⅲ的切割位点?为什么?
提示：需要。

添加Bam HⅠ和Hin dⅢ的切割位点便于将目的基因插入质粒上。

【归纳比较】
限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶的分析比较
1.下列关于限制性内切核酸酶(限制酶)的叙述,正确的是()
A.均来源于原核生物
B.识别序列均由6个核苷酸组成
C.特异性表现在识别和切割两个方面
D.也可识别RNA分子的特定核苷酸序列
【解析】选C 限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,A错误;大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成,B错误;限制酶能识别特定的核苷酸序列,并切割特定核苷酸之间的磷酸二酯键,C正确;限制酶可识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,不能识别RNA分子的特定核
苷酸序列,D错误。

2.如图表示限制酶切割某DNA分子的过程,从图中可知,该限制酶能识别的碱基序列及切割位点是( )
A.5'-CTTAAG-3',切点在C和T之间
B.5'-CTTAAG-3',切点在G和A之间
C.5'-GAATTC-3',切点在G和A之间
D.5'-CTTAAC-3',切点在C和T之间
【解析】选C 两条链均按照5'→3'方向分析,由题图可知该限制酶识别的碱基序列为5'-GAATTC-3',并在G与A之间断开磷酸二酯键,故选C。

3.对DNA连接酶的功能描述正确的是( )
A.将碱基、脱氧核糖和磷酸之间的化学键连接起来
B.在基因工程中只作用于一个切口处的两个黏性末端
C.用于DNA复制时母链与子链间形成氢键
D.与DNA聚合酶作用的部位相同,作用对象不同
【解析】选D DNA连接酶连接的是磷酸二酯键,A错误;DNA连接酶在基因工程中可作用于一个切口处的两个黏性末端,B错误;DNA复制过程中需要解旋酶和DNA聚合酶等,母链和子链通过碱基互补配对用氢键连接起来,C错误;DNA连接酶连接双链DNA片段的切口,即能将断开的两个DNA片段连接起来,而DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到已有的单链DNA上,D正确。

4.(2021安徽宿州高二期中)根据如图判断,下列有关工具酶功能的叙述,错误的是
( ) A.DNA连接酶可以连接c处
B.DNA聚合酶可以连接a处
C.解旋酶可以使b处解开
D.限制酶可以切断a处
【解析】选A DNA连接酶连接的是两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,而c是脱氧核苷酸中磷酸与脱氧核糖之间的连接键,A错误;DNA聚合酶能将单个脱氧核苷酸连接到单链DNA上,形成磷酸二酯键,B正确;解旋酶能解开DNA分子的双螺旋结构,即使氢键(b)断裂,C正确;限制性内切核酸酶和DNA连接酶都作用于磷酸二酯键,其中限制性内切核酸酶可以切断a处,D正确。

5.基因工程中,需要使用限制酶切割目的基因和质粒。

已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是↓—GGATCC—,限制酶Ⅱ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:
①上述质粒用限制酶切割,目的基因用限制酶切割。

②若将目的基因和质粒连接起来需用到。

③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)①ⅠⅡ②DNA连接酶③便于重组DNA分子的筛选(2)DNA结构基本相同(其他合理答案亦可)
【解析】(1)①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,序列在GeneⅡ上,因此用限制酶Ⅰ切割质粒,保留GeneⅠ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粒的黏性末端互补,序列中有限制酶Ⅱ的识别序列和切点,因此用限制酶Ⅱ切割目的基因。

②DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。

③质粒中的标记基因用于重组DNA 分子的筛选。

(2)DNA由四种脱氧核苷酸组成,含有2条链且为双螺旋结构,因此不同生物的基因可以拼接。