【同步学与练】高中生物人教版（2019）选择性必修3学案：第3章 第1节 重组DNA技术的基本工具（学生版）

第1节重组DNA技术的基本工具[学习目标]阐明重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。一、基因工程的概念和工具酶1．基因工程：指按照人们的愿望，通过________等技术，赋予生物____________，创造出更符合人们需要的______________________。由于基因工程是在________水平上进行设计和施工的，因此又叫作____________。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(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判断正误(1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移，人们可以定向选育新品种()(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连接酶能将两碱基通过氢键连接起来()(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()任务一：基因工程的理论基础1．基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？2．为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？3．为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达？任务二：限制性内切核酸酶(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？(2)请结合图示，推断限制酶切割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？2．推测限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？3．为什么限制酶不切割细菌本身的DNA分子？4．有2个不同来源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ进行切割，B片段分别用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ进行切割。各限制酶的识别序列和切割位点如图。(1)请写出限制酶SpeⅠ、HindⅢ、XbaⅠ和XhoⅠ切割形成的黏性末端。(2)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？(3)哪种限制酶切割B片段产生的DNA片段能与限制酶SpeⅠ切割A片段产生的DNA片段相连接？为什么？连接完成后，该重组DNA分子的新连接处能否再被所用的限制酶识别？为什么？与DNA相关的几种酶的比较项目DNA连接酶DNA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拓展延伸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eq\o(=====,\s\up7(GAATTC),\s\do5(CTTAAG))，为回文序列。2．同尾酶识别DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割产生相同黏性末端的限制酶被称为同尾酶。同尾酶构建载体时，切割位点的选择范围扩大。例如，我们选择了用某种限制酶切割载体，如果目的基因的核苷酸序列中恰好有该限制酶的识别序列，那么用该限制酶切割含有目的基因的DNA片段时，目的基因就很可能被切断；这时可以考虑用合适的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的识别序列)来获取目的基因。1．以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述正确的是()A．以上DNA片段是由4种限制酶切割后产生的B．②片段是在识别序列为eq\a\vs4\al\co1(GAATT,CTTAA)的限制酶作用下形成的C．①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下可形成重组DNA分子D．限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键2．DNA连接酶是基因工程的必需工具。下列有关DNA连接酶的叙述，错误的是()A．DNA连接酶可以将任意的两个DNA片段连接成一个重组DNA分子B．DNA连接酶发挥作用时不需要识别特定的脱氧核苷酸序列C．DNA连接酶可以催化两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成D．有些DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端二、基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”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。(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(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。判断正误(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)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体()任务三：载体需具备的条件和载体的选择1．载体要与外源DNA片段连接，需要具备什么条件？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？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？4．根据标记基因的作用，有同学认为在含有某种抗生素的培养基中筛选存活的受体细胞不一定是导入目的基因的受体细胞，这种说法是否合理？并说明理由。5．若用家蚕作为某基因表达载体的受体细胞，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用噬菌体作为载体，其原因是什么？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：3．(2023·贵州安顺高二联考)质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是()A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自我复制的小型环状双链DNA分子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．携带目的基因的重组质粒只有整合到受体细胞的染色体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的筛选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

第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具一、教材梳理1．转基因新的遗传特性新的生物类型和生物产品DNA分子重组DNA技术2．(1)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)①两个DNA片段限制酶磷酸二酯键②E.coli大肠杆菌互补黏性末端黏性末端平末端判断正误(1)√(2)×(3)×(4)×解析(2)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。(3)DNA连接酶能将两个DNA片段连接起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(4)限制酶和解旋酶的作用部位不同，限制酶作用于磷酸二酯键，解旋酶作用于氢键。核心探讨任务一1．有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行重组；基因工程可以实现遗传物质在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。2．(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。3．(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。任务二1．(1)不能。(2)断开2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2分子水。2．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。3．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。4．(1)SpeⅠ：HindⅢ：XbaⅠ：XhoⅠ：(2)同种限制酶产生的黏性末端相同；不同的限制酶切割可能会形成相同的黏性末端。(3)限制酶XbaⅠ；因为XbaⅠ与SpeⅠ切割产生了相同的黏性末端。不能再被所用的限制酶识别；因为所用的两种限制酶均不能识别该重组DNA分子的新连接处的脱氧核苷酸序列。典题应用1．D[图中①④是同一种限制酶切割形成的，因此以上DNA片段是由3种限制酶切割后产生的，A错误；②片段是在识别序列为的限制酶作用下形成的，B错误；①④连接形成重组DNA分子需要的是DNA连接酶，C错误。]2．A[DNA连接酶可以连接平末端或互补配对的黏性末端，而非任意的两个DNA片段，A错误。]二、教材梳理1．噬菌体2．(1)自我复制(2)自我复制或整合到受体DNA上限制酶切割标记基因筛选(3)①细胞②外源DNA片段判断正误(1)×(2)√(3)×(4)×解析(1)作为载体的质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标记基因。(3)载体(如质粒)的成分是DNA，细胞膜中的载体的成分是蛋白质。(4)DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶，载体不属于工具酶。核心探讨任务三1．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．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