重組DNA技術(shù)的基本工具教案-高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

PAGE22第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具課堂互動(dòng)探究案課程標(biāo)準(zhǔn)1.基因工程是一種重組DNA技術(shù)。2．概述基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。3．闡明DNA重組技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要利用限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具。素養(yǎng)達(dá)成1.了解基因工程的概念、誕生及發(fā)展。(生命觀念、社會(huì)責(zé)任)2．掌握限制酶及DNA連接酶的作用。(科學(xué)思維)3．理解載體需具備的條件。(科學(xué)思維)在亞洲和非洲的貧困地區(qū)，人們由于無法獲取足夠的肉類和蔬菜，導(dǎo)致維生素A嚴(yán)重缺乏，據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，全世界有1.2億～2.5億人缺乏維生素A，每年約有100多萬兒童因缺乏維生素A失去生命。胡蘿卜素可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)變成維生素A，因此，科學(xué)家利用基因工程技術(shù)，將有關(guān)酶的基因轉(zhuǎn)入水稻中，并誘導(dǎo)它們?cè)谒炯?xì)胞中表達(dá)，使水稻體內(nèi)能夠合成β-胡蘿卜素。如果人每天食用的大米含β-胡蘿卜素，就能滿足人體對(duì)維生素A的需求。人們是怎樣將胡蘿卜體內(nèi)的基因轉(zhuǎn)移到水稻體內(nèi)的呢？這個(gè)過程中需要哪些技術(shù)和操作工具呢？探究點(diǎn)一基因工程及其誕生與發(fā)展【導(dǎo)學(xué)】背景材料我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，就是通過精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”構(gòu)建成的。培育抗蟲棉首先要在體外對(duì)含有抗蟲基因的DNA分子進(jìn)行“切割”、改造、修飾和“拼接”，然后導(dǎo)入棉花體細(xì)胞內(nèi)，并使重組DNA在細(xì)胞中表達(dá)。[思考交流]1．填寫下表，理解基因工程的概念。手段通過體外________和________等技術(shù)，賦予生物新的________目的按照人們的愿望，創(chuàng)造出更符合人們需要的新的________和________設(shè)計(jì)和施工水平________________水平[易錯(cuò)提醒](1)有性生殖中的基因重組是隨機(jī)的，并且只能在同一物種間進(jìn)行。(2)基因工程可以定向地改變生物的性狀，可以在不同物種間進(jìn)行基因重組。[方法鏈接]基因重組的三種主要類型(1)減數(shù)第一次分裂四分體時(shí)期，同源染色體上的非姐妹染色單體間發(fā)生交叉互換，導(dǎo)致染色單體上的基因重新組合。(2)減數(shù)第一次分裂后期，隨著非同源染色體的自由組合，非同源染色體上的非等位基因也自由組合。(3)人工操作導(dǎo)致的基因重組，即基因工程。2.不同生物的DNA能夠拼接成功的基礎(chǔ)是什么？3．一種生物的基因能在另一種生物的細(xì)胞中成功表達(dá)的基礎(chǔ)是什么？4．有性生殖中的基因重組是隨機(jī)的，且只能在同一物種間進(jìn)行?；蚬こ滩僮鲗?dǎo)致的基因重組與有性生殖中的基因重組有何區(qū)別？【核心】1．基因工程的原理是基因重組自然狀態(tài)下基因重組有兩種情況：減數(shù)第一次分裂前期四分體的非姐妹染色單體間的交叉互換和減數(shù)第一次分裂后期非同源染色體的自由組合。基因工程突破了生殖隔離，實(shí)現(xiàn)了不同種生物間的基因重組。2．基因工程的理論基礎(chǔ)(1)拼接的基礎(chǔ)①基本組成單位相同：不同生物的DNA分子都是由脫氧核苷酸構(gòu)成的。②空間結(jié)構(gòu)相同：不同生物的DNA分子一般都是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。③堿基配對(duì)方式相同：不同生物的DNA分子中兩條鏈之間的堿基配對(duì)方式均是A與T配對(duì)，G與C配對(duì)。(2)表達(dá)的基礎(chǔ)：生物界共用一套遺傳密碼，相同的遺傳信息在不同生物體內(nèi)可表達(dá)出相同的蛋白質(zhì)。3．基因工程可以按照人們的意愿，定向改造生物的遺傳特性，從而產(chǎn)生定向的變異，并可實(shí)現(xiàn)不同物種間的基因交流，打破生殖隔離。應(yīng)與現(xiàn)代進(jìn)化論中的“變異是不定向的”“物種間存在生殖隔離”區(qū)分開來。【檢測(cè)反饋】1．下列對(duì)基因工程的說法，錯(cuò)誤的是()A．基因工程是在分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工B．基因工程屬于染色體變異C．基因工程可以導(dǎo)入不同種生物的基因D．基因工程可定向改變生物性狀2．以下事實(shí)與基因工程的誕生無關(guān)的是()①肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)②中心法則的確立③克隆羊“多莉”的誕生④精子獲能機(jī)理的揭示⑤遺傳密碼的破譯⑥質(zhì)粒、限制酶、連接酶及逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)⑦DNA合成儀的問世⑧體外重組DNA分子構(gòu)建的成功⑨重組DNA進(jìn)入受體細(xì)胞并成功表達(dá)A．①⑥B．③⑥C．③④D．④⑤3．科學(xué)家經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)——基因工程。實(shí)施該工程的最終目的是()A．定向提取生物體的DNA分子B．定向地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”C．在生物體外對(duì)DNA分子進(jìn)行改造D．定向地改造生物的遺傳性狀4．下列敘述符合基因工程概念的是()A．在細(xì)胞內(nèi)將DNA進(jìn)行重組，賦予生物新的遺傳特性B．將人的干擾素基因重組到質(zhì)粒上后導(dǎo)入大腸桿菌，獲得能產(chǎn)生人干擾素的菌株C．用紫外線照射青霉菌，使其DNA發(fā)生改變，通過篩選獲得青霉素高產(chǎn)菌株D．自然界中天然存在的噬菌體自行感染細(xì)菌后其DNA整合到細(xì)菌DNA上探究點(diǎn)二基因工程的工具酶【師問導(dǎo)學(xué)】一、背景材料[易錯(cuò)警示](1)限制酶不切割自身DNA的原因是該生物中不存在該酶的識(shí)別序列或識(shí)別序列已被修飾。(2)限制酶作用于磷酸二酯鍵，而不是氫鍵。(3)DNA連接酶無識(shí)別的特異性，對(duì)于相同或互補(bǔ)的黏性末端以及平末端都能連接。[思考交流]1．DNA分子中磷酸與脫氧核糖是如何連接的？該化學(xué)鍵的名稱是什么？2．限制酶的作用特點(diǎn)是什么？所識(shí)別的序列有何特點(diǎn)？作用后的結(jié)果有哪兩種形式？3．DNA連接酶的作用是什么？二、下圖中的圖1和圖2分別表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意圖。請(qǐng)據(jù)圖回答：1．請(qǐng)說出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶識(shí)別的堿基序列及切割的位點(diǎn)。2．EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶作用的結(jié)果分別是什么？3．以上實(shí)例說明限制酶有何特性？該特性的含義是什么？4．DNA連接酶、限制酶和DNA聚合酶都作用于哪種化學(xué)鍵，分別對(duì)這種化學(xué)鍵有何影響？[特別提醒](1)限制酶是一類酶而不是一種酶。(2)不同種類的限制酶識(shí)別的序列與切割的位點(diǎn)不同，這與酶的專一性是一致的。(3)在切割含目的基因的DNA分子時(shí)，需用限制酶切割2次，產(chǎn)生4個(gè)末端。只有這樣，才能使目的基因的兩端都有可連接的末端。(4)限制酶的識(shí)別序列與被作用的DNA序列是不同的。前者一般由6個(gè)核苷酸組成，少數(shù)由4、5或8個(gè)核苷酸組成；后者是雙鏈序列。(5)DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口連接起來，因此DNA連接酶不需要模板。兩個(gè)DNA片段要具有互補(bǔ)的黏性末端才能通過DNA連接酶拼接起來；平末端只能用T4DNA連接酶連接。(6)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端相同，同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同，即同一種限制酶一定能切出相同的黏性末端，相同的黏性末端不一定來自同一種限制酶的切割。【核心】1．限制酶與DNA連接酶的比較(1)區(qū)別項(xiàng)目作用應(yīng)用限制酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂用于提取目的基因和切割載體DNA連接酶在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵用于基因表達(dá)載體的構(gòu)建(2)兩者的關(guān)系可表示為：(3)磷酸二酯鍵指的是下圖圓圈中的化學(xué)鍵，而限制酶切割或DNA連接酶連接的只能是箭頭所指處的化學(xué)鍵，因?yàn)槿χ辛硪粋€(gè)化學(xué)鍵屬于一個(gè)核苷酸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(4)識(shí)別序列的特點(diǎn)呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無論是奇數(shù)個(gè)堿基還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一條中心軸線(如圖)，中心軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向、對(duì)稱、重復(fù)排列的。如以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱；為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱。中軸線(5)作用結(jié)果：限制酶切割DNA產(chǎn)生的DNA末端有黏性末端和平末端兩種形式。①黏性末端是限制性內(nèi)切核酸酶在它識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時(shí)形成的，如圖所示：②平末端是限制性內(nèi)切核酸酶在它識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)形成的，如圖所示：2．DNA連接酶與DNA聚合酶的比較項(xiàng)目DNA連接酶DNA聚合酶相同點(diǎn)催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵不同點(diǎn)模板不需要模板需要DNA的一條鏈為模板作用對(duì)象游離的DNA片段單個(gè)的脫氧核苷酸作用結(jié)果形成完整的DNA分子形成DNA的一條鏈用途基因工程DNA復(fù)制三、回答下列問題：1．為什么限制酶主要從原核生物中分離純化而來？推測(cè)它在原核生物中的作用是什么？它會(huì)不會(huì)切割自己的DNA分子？2．限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶的作用是否都體現(xiàn)了酶的專一性？3.與DNA相關(guān)的五種酶的比較名稱作用部位作用結(jié)果限制酶磷酸二酯鍵將DNA切成兩個(gè)片段DNA連接酶磷酸二酯鍵將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子DNA聚合酶磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端DNA(水解)酶磷酸二酯鍵將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸解旋酶堿基對(duì)之間的氫鍵將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈，形成兩條長(zhǎng)鏈【檢測(cè)反饋】1．限制酶a和b的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是()A．一個(gè)DNA分子中，酶a與酶b的識(shí)別序列可能有多個(gè)B．酶a與酶b切出的黏性末端不能相互連接C．酶a與酶b切斷的化學(xué)鍵不完全相同D．用酶a切割有3個(gè)識(shí)別位點(diǎn)的質(zhì)粒，得到4種切割產(chǎn)物2．下列有關(guān)DNA連接酶的敘述，正確的是()A．T4DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來B．E.coliDNA連接酶能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接C．DNA連接酶能恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵D．DNA連接酶可連接DNA雙鏈的氫鍵，使雙鏈延伸3．下列關(guān)于幾種酶作用的敘述，錯(cuò)誤的是()A．DNA連接酶能使不同脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接B．RNA聚合酶能與基因的特定位點(diǎn)結(jié)合，催化遺傳信息的轉(zhuǎn)錄C．一種限制酶能識(shí)別多種核苷酸序列，并切割出多種目的基因D．DNA聚合酶能把單個(gè)脫氧核苷酸分子連接成一條DNA單鏈4．下表所示為常用的限制酶及其識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，由此推斷以下說法，正確的是()限制酶名稱識(shí)別序列和切割位點(diǎn)限制酶名稱識(shí)別序列和切割位點(diǎn)BamHⅠeq\o(GG,\s\up6(↓))ATCCKpnⅠGGTAeq\o(CC,\s\up6(↓))EcoRⅠeq\o(GA,\s\up6(↓))ATTCSau3AⅠeq\o(G,\s\up6(↓))ATCHindⅡGTeq\o(YR,\s\up6(↓))ACSmaⅠCCeq\o(CG,\s\up6(↓))GG注：Y＝C或T，R＝A或G。A．限制酶切割后不一定形成黏性末端B．限制酶的切割位點(diǎn)一定在識(shí)別序列的內(nèi)部C．不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端D．一種限制酶一定只能識(shí)別一種核苷酸序列探究點(diǎn)三基因工程中的載體【導(dǎo)學(xué)】1．質(zhì)粒作為目的基因的載體，其本質(zhì)是什么？2．所有載體都是質(zhì)粒嗎？為什么？3．將外源基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞可行嗎？為什么？4．質(zhì)粒上的一些抗生素抗性基因有什么作用？5．細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體有什么不同？[特別提醒](1)基因工程中的載體與細(xì)胞膜上物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體不同，前者的實(shí)質(zhì)是DNA分子，能將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，后者是蛋白質(zhì)，與細(xì)胞膜的選擇透過性有關(guān)。(2)一般來說，天然載體不能同時(shí)滿足上述條件，要對(duì)其進(jìn)行人工改造才可以使用。【核心】1．作為載體所具備的條件條件分析穩(wěn)定并能復(fù)制目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)大有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)可攜帶多個(gè)或多種外源基因具有特殊的標(biāo)記基因便于重組DNA的鑒定和選擇無毒害作用避免受體細(xì)胞受到損傷2.常用載體的種類及用途種類用途質(zhì)粒將外源基因?qū)氪竽c桿菌等受體細(xì)胞λ噬菌體的衍生物植物病毒將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞動(dòng)物病毒將外源基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞3.標(biāo)記基因的篩選原理(1)前提：載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。(2)過程：含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，受體細(xì)胞對(duì)該抗生素產(chǎn)生抗性，因此培養(yǎng)受體細(xì)胞的培養(yǎng)基中加入該種抗生素即可篩選。(3)結(jié)果：在培養(yǎng)基上，被抗生素殺死的是沒有抗性的受體細(xì)胞，沒被殺死的具有抗性的受體細(xì)胞得以篩選。原理如圖所示：【檢測(cè)反饋】1．質(zhì)粒是基因工程中最常用的目的基因運(yùn)載工具。下列有關(guān)敘述正確的是()A．質(zhì)粒是只存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自主復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子B．在質(zhì)粒上總能找到一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)C．?dāng)y帶目的基因的重組質(zhì)粒只有整合到宿主細(xì)胞的染色體DNA上才會(huì)隨后者的復(fù)制而復(fù)制D．質(zhì)粒上的抗性基因常作為標(biāo)記基因，便于重組DNA的鑒定和選擇2．下面是四種不同質(zhì)粒的示意圖，其中ori為復(fù)制必需的序列，amp為氨芐青霉素抗性基因，tet為四環(huán)素抗性基因，箭頭表示一種限制性內(nèi)切核酸酶的酶切位點(diǎn)。若要得到一個(gè)能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的含重組DNA的細(xì)胞，應(yīng)選用的質(zhì)粒是()3．作為基因的運(yùn)輸工具——載體，必須具備的條件之一及理由是()A．能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因B．具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá)C．具有某些標(biāo)記基因，以使目的基因能夠與其結(jié)合D．對(duì)宿主細(xì)胞無傷害，以便于重組DNA的鑒定和選擇4．限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別是和。如圖表示四種質(zhì)粒和目的基因，其中，質(zhì)粒上箭頭所指部位為酶的識(shí)別位點(diǎn)，陰影部分表示標(biāo)記基因。適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是()探究點(diǎn)四DNA的粗提取與鑒定【師問導(dǎo)學(xué)】1．實(shí)驗(yàn)材料的選?。翰溉閯?dòng)物的紅細(xì)胞和雞的血液提取DNA效果更好的是________。原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．實(shí)驗(yàn)操作分析：(1)實(shí)驗(yàn)過程要充分地研磨，如果研磨不充分，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響？(2)實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)如何使用玻璃棒攪拌？為什么？DNA的粗提取與鑒定中的注意事項(xiàng)(1)過濾含DNA的黏稠物時(shí)不能用濾紙代替紗布，否則會(huì)因DNA被吸附到濾紙上，而導(dǎo)致DNA大量損失。(2)用玻璃棒攪拌時(shí)，動(dòng)作要緩慢且沿同一方向進(jìn)行，目的是防止DNA被破壞。(3)二苯胺試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用，否則二苯胺會(huì)變成淺藍(lán)色，影響鑒定效果。(4)鑒定DNA還可使用甲基綠染液，甲基綠染液可將DNA染成綠色。【核心】1．加入洗滌劑的目的是溶解細(xì)胞膜、核膜，釋放出細(xì)胞內(nèi)含物。加入食鹽的目的是使構(gòu)成染色體的核蛋白加速解聚，游離出DNA分子，并使DNA分子充分溶解于濃NaCl溶液中。2．過濾不能用濾紙代替紗布，因?yàn)镈NA會(huì)被吸附到濾紙上而大量損失，影響最終提取的DNA量。3．濾液中可能含有DNA、RNA以及蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類等細(xì)胞成分?！緳z測(cè)反饋】1．下列各項(xiàng)中不宜選作DNA提取材料的是()A．洋蔥表皮細(xì)胞B．鮮豌豆種子C．人的紅細(xì)胞D．豬肝2．下面不能影響DNA粗提取含量的是()A．選材B．洗滌劑的用量C．二苯胺的用量D．?dāng)嚢韬脱心サ某潭?．玻璃棒攪拌出的較純凈的DNA的顏色以及DNA遇二苯胺(沸水浴)染上的顏色分別是()A．黃色、紫色B．白色、磚紅色C．白色、藍(lán)色D．藍(lán)色、磚紅色4．用過濾的方法得到含DNA的NaCl溶液后，還要用酒精處理，才可以得到較純的DNA，這是因?yàn)?)A．DNA易溶于酒精，而濾液中某些雜質(zhì)不易溶于酒精B．DNA不易溶于酒精，而濾液中某些雜質(zhì)易溶于酒精C．DNA和濾液中其他成分更易溶于酒精D．DNA和濾液中其他成分都不溶于酒精【主干落實(shí)】1．基因工程的基本原理是基因重組，外源DNA能在受體細(xì)胞表達(dá)的理論基礎(chǔ)是密碼子的通用性。2．DNA重組技術(shù)的基本工具有限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和使目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體。3．限制性內(nèi)切核酸酶可識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并在特定位點(diǎn)上切割。4．E.coliDNA連接酶只能連接黏性末端，而T4DNA連接酶既能連接黏性末端，也能連接平末端。5．質(zhì)粒作為基因工程的載體需具備的條件有：能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并自我復(fù)制；具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)；具有標(biāo)記基因。6．在基因工程中使用的載體除質(zhì)粒外，還有噬菌體、動(dòng)植物病毒等。【練習(xí)】1.下列關(guān)于限制酶的說法，不正確的是()A．限制酶廣泛存在于各種生物中，主要分布在真核生物中B．限制酶可以將DNA分子切開C．一種限制酶通常只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列D．一般不同的限制酶切割DNA的切點(diǎn)不同2．質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，下列有關(guān)質(zhì)粒的說法錯(cuò)誤的是()A．質(zhì)粒不僅存在于細(xì)菌中，某些病毒也具有B．質(zhì)粒作為載體時(shí)，應(yīng)具有標(biāo)記基因和多個(gè)限制酶切點(diǎn)C．質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于擬核(或細(xì)胞核)外的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中D．質(zhì)粒能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定保存，并在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制3．現(xiàn)有一長(zhǎng)度為1000個(gè)堿基對(duì)(bp)的DNA分子，用限制酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1000bp，用KpnⅠ單獨(dú)酶切后得到400bp和600bp兩種長(zhǎng)度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同時(shí)酶切后得到200bp和600bp兩種長(zhǎng)度的DNA分子。如圖所示，該DNA分子的酶切圖譜正確的是()4．如圖為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問題。(1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)相同，都是____________，二者還具有其他共同點(diǎn)，如________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(寫出兩條即可)(2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為，則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)為____________，可使用________把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。(3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上稱為________，其作用是________________________________________________________________________。(4)下列常在基因工程中用作載體的是()A．蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因B．土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子C．大腸桿菌的質(zhì)粒D．動(dòng)物細(xì)胞的染色體(六)練習(xí)與應(yīng)用概念檢測(cè)1．C2．A拓展應(yīng)用1．提示：迄今為止，在基因工程操作中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的，它們可以識(shí)別DNA上特定的堿基序列并使特定部位的磷酸二酯鍵斷開。微生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，可以將外源入侵的DNA降解。細(xì)菌中限制酶之所以不切割自身的DNA，是因?yàn)楹心撤N限制酶的細(xì)胞的DNA分子或者不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到了限制酶所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶，也不會(huì)使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA入侵。2．(1)XbaⅠ。因?yàn)閄baⅠ與SpeⅠ切割產(chǎn)生了相同的黏性末端。(2)提示：識(shí)別DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶被稱為同尾酶。同尾酶使構(gòu)建載體時(shí)，切割位點(diǎn)的選擇范圍擴(kuò)大。例如，我們選擇了用某種限制酶切割載體，如果目的基因的核苷酸序列中恰好含有該限制酶的識(shí)別序列，那么用該限制酶切割含有目的基因的DNA片段時(shí)，目的基因就很可能被切斷；這時(shí)可以考慮用合適的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的識(shí)別序列)來獲取目的基因。第3章基因工程第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具探究點(diǎn)一【導(dǎo)學(xué)】1．DNA重組轉(zhuǎn)基因遺傳特性生物類型生物產(chǎn)品DNA分子2．提示：都由四種脫氧核苷酸組成，都具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。3．提示：所有生物共用一套遺傳密碼。4．提示：基因工程可以在不同物種間進(jìn)行基因重組，并且方向性強(qiáng)，可以定向地改變生物的性狀?！緳z測(cè)反饋】1．解析：基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，A正確；基因工程屬于基因重組，B錯(cuò)誤；基因工程可以導(dǎo)入不同種生物的基因，C正確；基因工程可按照人們的意愿，定向改變生物性狀，D正確。答案：B2．解析：肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明了一個(gè)生物的遺傳物質(zhì)可在同種的另一個(gè)生物的細(xì)胞中發(fā)揮作用，證明了轉(zhuǎn)基因技術(shù)的可能性，①有關(guān)；中心法則的確立使人們認(rèn)識(shí)了遺傳信息的表達(dá)過程，奠定了基因工程的理論基礎(chǔ)，②有關(guān)；克隆羊“多莉”的誕生、精子獲能機(jī)理的揭示都屬于細(xì)胞水平的研究成果，與基因工程的誕生無關(guān)，③④無關(guān)；遺傳密碼的破譯使人們認(rèn)識(shí)到核酸與蛋白質(zhì)中的氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這也是基因工程誕生的理論基礎(chǔ)，⑤有關(guān)；質(zhì)粒、限制酶、連接酶及逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)、DNA合成儀的問世為基因工程誕生提供了技術(shù)支持，⑥⑦有關(guān)；體外重組DNA分子構(gòu)建的成功、重組DNA進(jìn)入受體細(xì)胞并成功表達(dá)標(biāo)志著基因工程的誕生，⑧⑨有關(guān)。答案：C3．解析：該題的關(guān)鍵詞是“最終目的”，A、B、C三項(xiàng)都是基因工程的技術(shù)手段，這些手段的目的是定向改造生物的遺傳性狀，故選D項(xiàng)。答案：D4．解析：基因工程是在生物體外將DNA進(jìn)行重組，賦予生物新的遺傳特性，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)符合基因工程的概念；C項(xiàng)屬于誘變育種；D項(xiàng)外源基因?qū)爰?xì)菌不是人為操作的，不屬于基因工程的范疇。答案：B探究點(diǎn)二【導(dǎo)學(xué)】一、1．提示：DNA分子中磷酸與脫氧核糖交替連接。其中同一核苷酸內(nèi)部磷酸與脫氧核糖的5號(hào)碳相連，相鄰兩核苷酸之間磷酸與3號(hào)碳相連。連接形成的化學(xué)鍵叫磷酸二酯鍵。2．提示：(1)一種限制酶只能識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子。(2)限制酶所識(shí)別的序列一般都具有反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的特點(diǎn)。(3)黏性末端和平末端。3．提示：將具有相同或互補(bǔ)黏性末端以及具有平末端的DNA片段之間的磷酸二酯鍵連接起來“縫合”成新的DNA分子。二、1．提示：EcoRⅠ限制酶識(shí)別的堿基序列是GAATTC，切割位點(diǎn)在G和A之間；SmaⅠ限制酶識(shí)別的堿基序列是CCCGGG，切割位點(diǎn)在G和C之間。2．提示：EcoRⅠ限制酶將DNA切割成黏性末端，SmaⅠ限制酶將DNA切割成平末端。3．提示：說明限制酶具有專一性。專一性指的是限制酶能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上進(jìn)行切割。4．提示：均作用于磷酸二酯鍵，DNA連接酶和DNA聚合酶是形成磷酸二酯鍵，限制酶是破壞磷酸二酯鍵。三、1．提示：原核細(xì)胞容易受到外源DNA的入侵，原核細(xì)胞中的限制酶能夠切割入侵的外源DNA而保護(hù)自身。原核細(xì)胞中的限制酶不會(huì)切割自己的DNA分子，因?yàn)槊妇哂袑Ｒ恍曰蜃约旱腄NA分子已被修飾而不被識(shí)別。2．提示：限制性內(nèi)切核酸酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開，體現(xiàn)了酶的專一性。E.coliDNA連接酶能將具有互補(bǔ)黏性末端的DNA片段連接起來，對(duì)末端的堿基序列沒有要求；T4DNA連接酶既可以連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以連接雙鏈DNA分子的平末端，都對(duì)末端的堿基序列沒有要求，專一性不強(qiáng)。【檢測(cè)反饋】1．解析：一個(gè)DNA分子中，可能存在一個(gè)至多個(gè)酶a與酶b的識(shí)別序列，A正確；由圖可知，酶a與酶b識(shí)別的序列雖然不同，但切出的黏性末端相同，相同的黏性末端能相互連接，B錯(cuò)誤；酶a與酶b切斷的化學(xué)鍵均為相鄰脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，C錯(cuò)誤；質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子，用酶a切割有3個(gè)識(shí)別位點(diǎn)的質(zhì)粒，可得到3種切割產(chǎn)物，D錯(cuò)誤。答案：A2．解析：DNA連接酶能使兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，從而將它們連接起來。E.coliDNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來，不能將雙鏈DNA片段平末端之間進(jìn)行連接。T4DNA連接酶既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端。答案：C3．解析：限制酶具有專一性，一種限制酶一般只能識(shí)別一種核苷酸序列，并在特定位點(diǎn)切割DNA分子。DNA連接酶能使不同DNA片段的脫氧核苷酸的磷酸與脫氧核糖連接，重新形成DNA分子；RNA聚合酶能與基因的特定位點(diǎn)結(jié)合，催化遺傳信息的轉(zhuǎn)錄；DNA聚合酶能以DNA的一條鏈為模板，把單個(gè)脫氧核苷酸分子連接成一條DNA單鏈，復(fù)制形成新的DNA分子。答案：C4．解析：由表中信息可知，HindⅡ能識(shí)別4種不同的核苷酸序列；Sau3AⅠ酶的切割位點(diǎn)在識(shí)別序列的外部；BamHⅠ酶與Sau3AⅠ酶切割后能形成相同的黏性末端；SmaⅠ酶切割后產(chǎn)生的是平末端。答案：A探究點(diǎn)三【導(dǎo)學(xué)】1．提示：小型環(huán)狀DNA。2．提示：不是，除了質(zhì)粒外，載體還有動(dòng)植物病毒和λ噬菌體的衍生物。3．提示：不可行，因?yàn)槿绻麤]有載體導(dǎo)入受體細(xì)胞，目的基因無法進(jìn)行自我復(fù)制和穩(wěn)定存在以及表達(dá)。4．提示：檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。5．提示：(1)化學(xué)本質(zhì)不同：細(xì)胞膜上的載體化學(xué)成分是蛋白質(zhì)；基因工程中的載體可能是物質(zhì)，如質(zhì)粒(DNA)、λ噬菌體的衍生物，也可能是生物，如動(dòng)植物病毒等。(2)功能不同：細(xì)胞膜上的載體功能是協(xié)助細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞；基因工程中的載體是一種“分子運(yùn)輸車”，把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。【檢測(cè)反饋】1．解析：質(zhì)粒不只分布于原核生物中，在真核生物(如酵母菌)細(xì)胞內(nèi)也有分布，A錯(cuò)誤；并不是每個(gè)質(zhì)粒上都有限制酶的切割位點(diǎn)，B錯(cuò)誤；重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后，有的是在細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制，有的是整合到宿主細(xì)胞染色體DNA上隨染色體DNA復(fù)制，C錯(cuò)誤；質(zhì)粒上的抗性基因常作為標(biāo)記基因，便于重組DNA的鑒定和選擇，D正確。答案：D2．解析：根據(jù)題意，選用的質(zhì)粒上應(yīng)有復(fù)制必需序列和四環(huán)素抗性基因，且不含氨芐青霉素抗性基因。A項(xiàng)破壞了復(fù)制必需的序列，B項(xiàng)氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因都完好，C項(xiàng)氨芐青霉素抗性基因被破壞，四環(huán)素抗性基因完好，D項(xiàng)氨芐青霉素抗性基因完好，四環(huán)素抗性基因被破壞。答案：C3．解析：作為載體必須能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因，A正確；作為載體必須具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于目的基因的插入，而不是表達(dá)，B錯(cuò)誤；作為載體必