2019-2020學(xué)年高中生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時(shí) 基因工程的發(fā)展歷程和工具學(xué)案 蘇教版選修3

《2019-2020學(xué)年高中生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時(shí) 基因工程的發(fā)展歷程和工具學(xué)案 蘇教版選修3》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時(shí) 基因工程的發(fā)展歷程和工具學(xué)案 蘇教版選修3（20頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第1課時(shí) 基因工程的發(fā)展歷程和工具 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 明目標(biāo)、知重點(diǎn)難點(diǎn) 了解基因工程的概念、誕生及發(fā)展。 掌握限制酶及DNA連接酶的作用。（重、難點(diǎn)） 理解載體需具備的條件。（難點(diǎn)） 一、閱讀教材P7～9第三段完成基因工程發(fā)展歷程的相關(guān)問題 1．理論與技術(shù)基礎(chǔ) (1)沃森和克里克建立了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 (2)科恩伯格及其合作者首次在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶。 (3)梅塞爾森和斯塔爾發(fā)現(xiàn)了DNA半保留復(fù)制的機(jī)理。 (4)克里克提出了描述遺傳信息流向的中心法則。 (5)尼倫伯格和霍拉納等破譯了全部64種遺傳密碼。 (6)羅思和赫林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌擬核外的質(zhì)粒

2、具有自我復(fù)制能力，并能在細(xì)菌細(xì)胞之間轉(zhuǎn)移。 (7)在大腸桿菌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了DNA連接酶。 (8)特明和巴爾的摩發(fā)現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)錄酶，證明遺傳信息也可以從RNA反向傳遞到DNA。 (9)史密斯等人分離到第一種特異性很強(qiáng)的限制性核酸內(nèi)切酶。 2．基因工程 (1)概念：在體外通過人工“剪切”和“拼接”等方法，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞，并使重組基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物的技術(shù)，又稱為DNA重組技術(shù)。 (2)誕生事件：1973年，斯坦福大學(xué)科學(xué)家科恩等將兩種不同來(lái)源的DNA分子進(jìn)行體外重組，并首次實(shí)現(xiàn)了重組DNA分子在大腸桿菌中的表達(dá)。 (3)發(fā)展階段：1

3、973～1976年為開始期；1977年生產(chǎn)出生長(zhǎng)抑制素釋放因子，到1981年為發(fā)展期； 1983年通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出世界上首例轉(zhuǎn)基因植物——轉(zhuǎn)基因煙草，以后為迅猛發(fā)展期。 二、閱讀教材P9第四段～P12分析基因工程的工具——酶與載體 1．“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶 (1)能識(shí)別DNA分子上特定的脫氧核苷酸序列。 (2)在合適的反應(yīng)條件下使每條鏈中特定部位的兩個(gè)脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 (3)切割出黏性或平口末端。 2．“分子針線”——DNA連接酶 連接兩個(gè)DNA片段形成兩個(gè)磷酸二酯鍵成為一個(gè)重組DNA。 3．“分子搬運(yùn)工”——目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體 (

4、1)常用的載體有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物以及一些動(dòng)植物病毒等。 (2)質(zhì)粒DNA分子常用作載體，其至少包括： ①含有復(fù)制原點(diǎn)且能保證在受體細(xì)胞中進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制的復(fù)制區(qū)。 ②獨(dú)特的標(biāo)記基因，用于鑒定和選擇重組DNA分子。 ③目的基因(外源基因)插入位點(diǎn)，便于目的基因的插入。 判一判 (1)通過基因工程改造成的生物為新物種。(×) (2)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA解旋酶的作用部位相同。(×) (3)DNA連接酶起作用時(shí)不需要模板。(√) (4)限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別特定的核苷酸序列。(√) (5)重組DNA分子中的標(biāo)記基因的作用是用于篩選獲得含重組DNA分子的受體細(xì)胞。(√)

5、 連一連 　基因工程中的工具酶——限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 要實(shí)現(xiàn)基因工程中的“剪切”和“拼接”過程必須有操作工具。結(jié)合教材P9第四段～P12邊做邊學(xué)內(nèi)容完成以下探究。 探究1　完善下圖并回答下列問題，理解限制性核酸內(nèi)切酶的作用 (1)作用特點(diǎn)：每種限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列，且在特定位點(diǎn)上切割DNA分子。該序列也稱為識(shí)別序列，一般具有回文序列。 (2)切割結(jié)果：按照切割的方式不同，可分為錯(cuò)位切和平切，大部分限制性核酸內(nèi)切酶在切開DNA雙鏈時(shí)為錯(cuò)位切。錯(cuò)位切是在DNA分子兩條鏈的不同部位進(jìn)行切割，切割后兩個(gè)末端均留下一段游離的單鏈，

6、這種單鏈被稱為黏性末端。平切是在DNA分子兩條鏈上相同的部位進(jìn)行切割，切割后形成一個(gè)平口末端。 (3)由上圖推出：限制性核酸內(nèi)切酶的作用部位是圖中[4](圖中數(shù)字表示)連接相鄰脫氧核苷酸的鍵(磷酸二酯鍵)，而不是堿基間的[1]氫鍵。 探究2　觀察下圖并回答下列問題，DNA連接酶的連接作用 　 (1)從上圖來(lái)看DNA連接酶的作用是把DNA分子“梯子”的扶手?jǐn)嗫谔庍B接起來(lái)。結(jié)果是形成一條重組DNA分子。 (2)從圖中DNA連接酶的作用部位分析，它與限制性核酸內(nèi)切酶的作用部位相同(“相同”“不同”或“無(wú)法確定”)。 探究3　觀察下圖，歸納DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的關(guān)系 (

7、1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵。 (2)限制酶和DNA連接酶的作用結(jié)果相反(相同、相反)。 (3)限制酶能識(shí)別特定的脫氧核苷酸序列，在特定位點(diǎn)上切割DNA分子；DNA連接酶無(wú)特定位置。 (1)從下圖中的①和②中選出限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶四種酶的作用部位。 提示：限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和DNA聚合酶作用于①部位；DNA解旋酶作用于②部位。 (2)上述四種酶中具有識(shí)別作用的是哪個(gè)？ 提示：限制性核酸內(nèi)切酶。 1．DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的比較 項(xiàng)目 作用 應(yīng)用 限制性核 酸內(nèi)切酶 使特定部位

8、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.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 突破1　限制酶 1．限制酶是一種核酸切割酶，可辨識(shí)并切割DNA分子上特定的脫氧核苷酸序列。如圖所示為四種限制

9、酶BamHⅠ、EcoRⅠ、Hind Ⅲ以及Bgl Ⅱ的辨別序列，箭頭表示每一種限制酶的特定切割部位，其中哪兩種限制酶所切割出來(lái)的DNA片段末端可以互補(bǔ)黏合？其正確的末端互補(bǔ)序列應(yīng)該為(　　) A．BamHⅠ和EcoRⅠ；末端互補(bǔ)序列為—AATT— B．BamHⅠ和HindⅢ；末端互補(bǔ)序列為—GATC— C．EcoRⅠ和HindⅢ；末端互補(bǔ)序列為—AATT— D．BamHⅠ和BglⅡ；末端互補(bǔ)序列為—GATC— 解析：選D。A項(xiàng)中BamHⅠ切割出的末端序列為—GATC—，EcoRⅠ切割出的末端序列為—AATT—，兩者不能互補(bǔ)黏合；B項(xiàng)中HindⅢ切割出的末端序列為—AGCT—，與B

10、amHⅠ切割出的末端序列不能互補(bǔ)黏合；同理可推出C項(xiàng)所示兩種限制酶所切割出來(lái)的末端也不能互補(bǔ)黏合，只有D項(xiàng)所示兩種限制酶所切割出來(lái)的末端才能互補(bǔ)黏合。 限制酶的識(shí)別序列和切割末端的判斷, (1)識(shí)別序列的特點(diǎn)：呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱，無(wú)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?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如以中心線為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱；以AT為軸，兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱。,(2)判斷黏性末端或平口末端是否由同一種限制酶切割形成的方法是：將黏性末端或平口末端之一旋轉(zhuǎn)180°后，看它們是否是完全相同的結(jié)構(gòu)。)　 突破2　DNA連接酶 2．下列關(guān)

11、于DNA連接酶作用的敘述，正確的是(　　) A．將單個(gè)核苷酸加到某DNA片段末端，可形成磷酸二酯鍵 B．連接兩條DNA鏈上堿基之間的氫鍵 C．將斷開的兩個(gè)DNA片段的骨架連接起來(lái)，重新形成磷酸二酯鍵 D．只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間連接起來(lái)，不能將雙鏈DNA片段平口末端之間進(jìn)行連接 解析：選C。DNA連接酶的功能是催化兩個(gè)雙鏈DNA分子片段之間的磷酸二酯鍵的形成，從而將兩個(gè)DNA分子連接起來(lái)；有的DNA連接酶既能連接黏性末端，也能連接平口末端。 有關(guān)DNA的三種酶的區(qū)別 (1)DNA酶即DNA水解酶，是將DNA水解的酶； (2)DNA聚合酶是在DNA復(fù)制過程中，催

12、化形成新DNA分子的酶，是將單個(gè)游離的脫氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板； (3)DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段的兩個(gè)缺口同時(shí)連接，不需要模板，兩者作用的化學(xué)鍵相同，都是磷酸二酯鍵?！? 　基因工程中的“分子搬運(yùn)工”——載體[學(xué)生用書P4] 　完成下圖，結(jié)合教材P12第一～三段內(nèi)容回答相關(guān)問題： (1)各組成部分的功能 ①?gòu)?fù)制區(qū)：含有復(fù)制原點(diǎn)，保證在受體細(xì)胞中進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制。 ②獨(dú)特的標(biāo)記基因：最常見的是抗生素抗性基因，如氨芐青霉素抗性基因、四環(huán)素抗性基因或某些生化表型等標(biāo)志基因。用于鑒定和選擇重組DNA分子。 ③目的基因插入位點(diǎn)：是某種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn)，便于目

13、的基因的插入。通常一個(gè)質(zhì)粒上會(huì)含有多種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn)。 (2)用限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和外源DNA分子，并通過DNA連接酶的連接成為外源基因表達(dá)載體。 (1)怎樣選用限制酶？ 提示：限制酶識(shí)別的切割位點(diǎn)，不能在載體的復(fù)制起始點(diǎn)、標(biāo)記基因等載體必需的基因片段，切點(diǎn)所處位置必須在載體需要的基因片段之外，避免載體因目的基因的插入而失活或影響鑒定和篩選。 (2)作為載體必須具有一個(gè)至多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)，而且每種酶的切點(diǎn)最好只有一個(gè)，為什么？ 提示：因?yàn)槟撤N限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別單一切點(diǎn)，若載體上有一個(gè)以上的酶切點(diǎn)，則切割重組后可能丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)

14、區(qū)，則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制。一個(gè)載體若只有某種限制性核酸內(nèi)切酶的一個(gè)切點(diǎn)，則酶切后既能把環(huán)打開接納外源DNA片段，又不會(huì)丟失自己的片段。 基因工程中的載體 種類 常用的載體有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等 質(zhì)粒 ①質(zhì)粒是最早應(yīng)用的載體； ②結(jié)構(gòu)：細(xì)菌細(xì)胞中的很小的環(huán)狀DNA分子； ③特性：質(zhì)粒的存在對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)影響； ④重組質(zhì)粒的形成：用同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割質(zhì)粒和外源DNA分子，并通過DNA連接酶的連接，就能將質(zhì)粒和外源DNA分子組成一個(gè)重組質(zhì)粒(重組DNA分子) 作用 將外源基因送入受體細(xì)胞 條件 ①能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存； ②具有一

15、個(gè)至多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)； ③具有某些標(biāo)記基因 突破1　質(zhì)粒載體 1．下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述，正確的是(　　) A．細(xì)胞膜上的載體和基因工程中的載體的化學(xué)本質(zhì)相同 B．質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C．載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 D．質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器 解析：選C。細(xì)胞膜上載體的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，而基因工程中載體的化學(xué)本質(zhì)是小型環(huán)狀DNA分子，故A錯(cuò)誤；質(zhì)粒是基因工程中常用的運(yùn)載體，但不是唯一的，B錯(cuò)誤；運(yùn)載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接，C正確；質(zhì)粒不屬于細(xì)胞器，D錯(cuò)誤。

16、 細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體的區(qū)別 (1)化學(xué)本質(zhì)不同：細(xì)胞膜上的載體的化學(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)、也可能是生物，如噬菌體和動(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?！? 突破2　載體的標(biāo)志基因 2．在基因工程中，可依據(jù)受體細(xì)胞的類型及其生理特性來(lái)選擇合適的載體，既能高效地?cái)y帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞，又能方便地進(jìn)行檢測(cè)。已知有以下幾類含有不同標(biāo)記基因的質(zhì)粒，不可作為侵入大腸桿菌的載體的是(已知青霉素可殺死大腸桿菌，四環(huán)素不能殺死大腸桿菌)(　

17、　) 解析：選B。A質(zhì)粒攜帶目的基因是否進(jìn)入大腸桿菌，可用含有青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，如果大腸桿菌不死亡，說明這些大腸桿菌已含有了A質(zhì)粒上的標(biāo)記基因表達(dá)出的性狀，進(jìn)一步說明目的基因已被攜帶進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，故A項(xiàng)不符合題意；B質(zhì)粒上的抗四環(huán)素標(biāo)記基因?qū)Υ竽c桿菌無(wú)影響，所以不能用于對(duì)目的基因是否進(jìn)入大腸桿菌的檢測(cè)，即該載體不可作為侵入大腸桿菌的載體，B項(xiàng)符合題意；C和D質(zhì)粒上的標(biāo)記基因均可明顯指示目的基因是否進(jìn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，故C、D項(xiàng)均不符合題意。 載體上標(biāo)記基因的標(biāo)記原理 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。當(dāng)含

18、有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素，所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞，原理如下圖所示： 　 核心知識(shí)小結(jié) [網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建] [關(guān)鍵語(yǔ)句] 1.限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)是識(shí)別雙鏈DNA分子上特定的核苷酸序列，并在特定位點(diǎn)上切割。 2.限制酶和DNA連接酶的作用部位都是兩個(gè)脫氧核苷酸間的磷酸二酯鍵，二者作用結(jié)果相反；DNA連接酶沒有識(shí)別能力。 3.在基因工程中使用的載體除質(zhì)粒外，還有λ噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等。 [隨堂檢測(cè)] 知識(shí)點(diǎn)一　基因工程的發(fā)展歷程 1．下列有關(guān)基因

19、工程誕生的說法，不正確的是(　　) A．基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 B．工具酶和載體的發(fā)現(xiàn)使基因工程的實(shí)施成為可能 C．遺傳密碼的破譯為基因的分離和合成提供了理論依據(jù) D．基因工程必須在同物種間進(jìn)行 解析：選D?；蚬こ炭稍诓煌锓N間進(jìn)行，它可打破生殖隔離的界限，定向改造生物遺傳性狀。 知識(shí)點(diǎn)二　基因工程的工具 2．下面是3種限制性核酸內(nèi)切酶對(duì)DNA分子的識(shí)別序列和剪切位點(diǎn)圖(箭頭表示切點(diǎn)，切出的斷面為黏性末端)。相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　) 限制酶1：↓GATC　限制酶2：CCC↓GGG 限制酶3：G↓GATCC A．不同的限制酶有不

20、同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，體現(xiàn)了酶的專一性 B．限制酶2和3識(shí)別的序列都包含6個(gè)堿基對(duì) C．限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同 D．能夠識(shí)別和切割RNA分子內(nèi)一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2 解析：選D。酶具有專一性，不同的限制酶有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，A項(xiàng)正確；據(jù)圖可知，限制酶2和3識(shí)別的序列分別是CCCGGG和GGATCC，均為6個(gè)堿基對(duì)，故B項(xiàng)正確；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均為GATC，C項(xiàng)正確；限制酶只能識(shí)別特定的DNA序列，因此三種限制酶均不能識(shí)別和切割RNA中核糖核苷酸序列，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3．對(duì)DNA連接酶的功能描述，正確的是(　　) A．將堿基、脫氧核糖、磷

21、酸之間的化學(xué)鍵連接起來(lái) B．在基因工程中只作用于一個(gè)切口處的兩個(gè)黏性末端 C．用于DNA復(fù)制時(shí)母鏈與子鏈間形成氫鍵 D．與DNA聚合酶作用的部位相同，作用對(duì)象不同 解析：選D。DNA連接酶作用部位為磷酸二酯鍵，在基因工程中作用于兩個(gè)切口的黏性末端，DNA聚合酶也是作用于磷酸二酯鍵，作用對(duì)象為游離的脫氧核苷酸。 4．下圖表示某種質(zhì)粒和人的胰島素基因，其中a表示標(biāo)記基因，b表示胰島素基因，E1表示某限制酶的酶切位點(diǎn)，現(xiàn)用該種限制酶分別切割質(zhì)粒和胰島素基因，后用DNA連接酶連接切割后的質(zhì)粒和胰島素基因，下列選項(xiàng)中不可能出現(xiàn)的是(　　) 答案：C 5．如圖為重組質(zhì)粒形成示意圖。將

22、此重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，然后將大腸桿菌放在四種培養(yǎng)基中培養(yǎng)：a——無(wú)抗生素的培養(yǎng)基，b——含四環(huán)素的培養(yǎng)基，c——含氨芐青霉素的培養(yǎng)基，d——含四環(huán)素和氨芐青霉素的培養(yǎng)基。含重組質(zhì)粒的大腸桿菌能生長(zhǎng)的是(　　) A．a(chǎn)　　　　　　　　 B．a(chǎn)和c C．a(chǎn)和b D．b和c 解析：選B。從圖中可以看出人的生長(zhǎng)激素基因插入到抗四環(huán)素基因中，導(dǎo)致抗四環(huán)素基因結(jié)構(gòu)被破壞，無(wú)法表達(dá)，重組質(zhì)粒只有抗氨芐青霉素基因能夠表達(dá)，導(dǎo)入此重組質(zhì)粒的大腸桿菌只能夠在無(wú)抗生素或含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。 6．下圖表示兩種限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別DNA分子的特定序列，并在特定

23、位點(diǎn)對(duì)DNA進(jìn)行切割的示意圖，請(qǐng)回答以下問題： (1)圖中甲和乙代表______________________________。 (2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。 (3)圖中甲和乙經(jīng)過相應(yīng)操作均形成兩個(gè)片段，切口的類型分別為________、________。甲中限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn)是______之間，乙中限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn)是________之間。 (4)由圖解可以看出，限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)是__________________________。 (5)如果甲中G堿基發(fā)生基因突變，可能發(fā)生的情況是_________

24、________________。 解析：從圖解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相應(yīng)的限制性核酸內(nèi)切酶(EcoRⅠ、HpaⅠ)的作用下，在特定的位點(diǎn)被切割成兩部分。前者是在識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)分別切開，形成的末端是黏性末端；后者是在識(shí)別序列的中心軸線處切開，形成的末端是平口末端。 答案：(1)有特殊脫氧核苷酸序列的DNA片段　(2)兩種不同的限制性核酸內(nèi)切酶　(3)黏性末端　平口末端　G、A　A、T　(4)能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定脫氧核苷酸序列，并從特定的位點(diǎn)將DNA分子切割　(5)限制性核酸內(nèi)切酶不能識(shí)別切割位點(diǎn) [課時(shí)作業(yè)] 一、選擇題 1．下列有關(guān)基因工程的敘述

25、，正確的是(　　) A．基因工程是細(xì)胞水平上的生物工程 B．基因工程的產(chǎn)物對(duì)人類都是有益的 C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變 D．基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng) 解析：選D?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造(目的性強(qiáng))和重新組合(基因重組)，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。但并不是所有的基因產(chǎn)物對(duì)人類都有益?；蚬こ淌欠肿铀缴系纳锕こ獭? 2．下列四條DNA片段，可以由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的是(　　) A．①②　　　　　　　　　 B．②③ C．③④

26、D．②④ 解析：選D。只有②和④兩個(gè)黏性末端的堿基是互補(bǔ)的，可能是由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的。 3．鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測(cè)這種堿基序列改變必須使用的酶是(　　) A．解旋酶 B．DNA連接酶 C．限制性核酸內(nèi)切酶 D．RNA聚合酶 解析：選C。解旋酶是在DNA復(fù)制時(shí)要用的酶，A錯(cuò)誤；DNA連接酶是用來(lái)連接目的基因與質(zhì)粒的工具酶，B錯(cuò)誤；檢測(cè)過程中必須用到限制性核酸內(nèi)切酶，C正確；RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過程用的酶，D錯(cuò)誤。 4．PU和GATA可以識(shí)別基因的特定序列，繼而激活相關(guān)基因的表達(dá)，由此推測(cè)，PU和GATA的結(jié)構(gòu)更接近下列選項(xiàng)

27、中的(　　) A．限制酶 B．蛋白酶 C．淀粉酶 D．DNA連接酶 解析：選A。由于PU和GATA可以識(shí)別基因的特定序列，從這方面來(lái)分析，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該接近限制酶，因?yàn)橄拗泼敢材茏R(shí)別基因中特定的脫氧核苷酸序列，故A正確。 5．下列各選項(xiàng)中，a、b、c、d代表的結(jié)構(gòu)說法正確的是(　　) A．a(chǎn)—質(zhì)粒RNA B．b—DNA連接酶 C．c—限制酶 D．d—外源基因 解析：選D。a代表質(zhì)粒DNA，故A錯(cuò)誤；b代表限制酶，故B錯(cuò)誤；c代表DNA連接酶，故C錯(cuò)誤；d代表外源基因，即目的基因，故D正確。 6．如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性核酸

28、內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是(　　) A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 解析：選C。圖示中①表示該酶切割DNA分子雙鏈產(chǎn)生黏性末端的過程，用到的酶是限制性核酸內(nèi)切酶，②是黏性末端連接的過程，用到的酶是DNA連接酶，③是DNA分子解旋的過程，要用解旋酶，④是DNA分子復(fù)制時(shí)子鏈的形成過程，需要DNA聚合酶。 7．下列不可作為基因工程中的標(biāo)記基因的是(　　) A．抗性基因 B．發(fā)光基因 C．產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因 D．貯藏蛋白的基因 解析：選D。標(biāo)記基因的作用是方便之后的篩選，所以標(biāo)記基因一定要有一定的鑒別篩選能力

29、，比如抗性基因，可以通過加入對(duì)應(yīng)抗生素殺死未成功轉(zhuǎn)化的細(xì)胞，而發(fā)光基因和有顏色反應(yīng)的基因，也可以通過其發(fā)光或產(chǎn)生某種顏色的反應(yīng)，篩選轉(zhuǎn)化成功的細(xì)胞，但是貯藏蛋白的基因，無(wú)法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)化的成功與否進(jìn)行檢測(cè)，故不能作為基因工程的標(biāo)記基因，故選D。 8．如圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是(　　) A．DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶 B．限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶 C．解旋酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶 D．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶 解析：選C。限制酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，

30、并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開； DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵；解旋酶能使DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂，所以①處是解旋酶作用部位，②處是限制性核酸內(nèi)切酶作用部位，③處是DNA連接酶作用部位。 9．針對(duì)如圖的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．限制酶將a處切斷，一定形成相同的黏性末端 B．DNA連接酶將a處連接會(huì)脫去一分子水 C．DNA復(fù)制時(shí)需要解旋酶切斷b處，基因工程操作中不需要 D．b處的化學(xué)鍵是氫鍵 解析：選A。限制酶會(huì)將DNA切出具有黏性末端或平口末端的兩個(gè)片段，A項(xiàng)錯(cuò)誤；磷酸二酯鍵的形成是一個(gè)脫水縮合的反應(yīng)，B項(xiàng)正確；DNA復(fù)

31、制需要解旋酶，而基因工程不需要，C項(xiàng)正確；觀察該圖，可以確定b處為堿基對(duì)之間形成的氫鍵，D項(xiàng)正確。 10．將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達(dá)腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞至少含一個(gè)重組質(zhì)粒 B．每個(gè)重組質(zhì)粒至少含一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn) C．每個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)至少插入一個(gè)ada D．每個(gè)插入的ada至少表達(dá)一個(gè)腺苷酸脫氨酶分子 解析：選C。A項(xiàng)正確，大腸桿菌成功表達(dá)出腺苷酸脫氨酶，說明每個(gè)大腸桿菌都至少含一個(gè)重組質(zhì)粒；B項(xiàng)正確，每個(gè)重組質(zhì)粒應(yīng)至少含一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)，以便ada的插入；C項(xiàng)錯(cuò)誤

32、，質(zhì)粒pET28b作為載體，可有多個(gè)不同的限制酶酶切位點(diǎn)，并不是每個(gè)位點(diǎn)都插入了ada，這要看限制酶切割后的黏性末端是否與目的基因的黏性末端相同；D項(xiàng)正確，由于這些目的基因成功表達(dá)，所以每個(gè)ada至少表達(dá)一個(gè)腺苷酸脫氨酶分子。 11．構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)可選用四種限制酶，其識(shí)別序列如圖。為防止酶切片段的自身環(huán)接，不可選用的限制酶組合是(　　) A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 解析：選C。為防止酶切片段的自身環(huán)接，需要用不同的限制酶進(jìn)行切割，而且不同的限制酶切割后產(chǎn)生的黏性末端不同。限制酶①和②切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，可選用，與題意不符，A項(xiàng)錯(cuò)誤；限制酶②和③切割后產(chǎn)生的

33、黏性末端也不同，可選用，與題意不符，B項(xiàng)錯(cuò)誤；限制酶①和④切割后產(chǎn)生的黏性末端相同，不可選用，與題意相符，C項(xiàng)正確；限制酶③和④切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，可選用，與題意不符，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 12．如圖為某種質(zhì)粒的簡(jiǎn)圖，小箭頭所指分別為限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點(diǎn)，P為轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)部位。已知目的基因的兩端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點(diǎn)，受體細(xì)胞為無(wú)任何抗藥性的原核細(xì)胞。下列敘述正確的是(　　) A．將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切，在DNA連接酶作用下，由兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有兩種 B．DNA連接酶的作用是將酶切后得到的黏性末端連接起來(lái)，形成一個(gè)重組

34、質(zhì)粒時(shí)形成兩個(gè)磷酸二酯鍵 C．為了防止目的基因反向粘連和質(zhì)粒自行環(huán)化，酶切時(shí)可選用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ D．能在含青霉素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的受體細(xì)胞表明該目的基因已成功導(dǎo)入該細(xì)胞 解析：選C。如果將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切，那么酶切后二者的黏性末端相同，在DNA連接酶作用下，由兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有三種，只有一種符合基因工程的需求；DNA連接酶的作用是將酶切后的目的基因和質(zhì)粒的黏性末端連接起來(lái)形成重組質(zhì)粒，該過程形成4個(gè)磷酸二酯鍵；為了防止目的基因和質(zhì)粒自行環(huán)化，酶切時(shí)可選用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ，這樣切割后得到的DNA片段兩側(cè)的黏性末端不同；

35、由于受體細(xì)胞為無(wú)任何抗藥性的原核細(xì)胞，因此能在含青霉素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，可能是受體細(xì)胞成功導(dǎo)入了目的基因，也可能是只導(dǎo)入了不含目的基因的載體。 二、非選擇題 13．如圖為體外對(duì)DNA分子進(jìn)行切割和拼接的示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答以下問題： (1)EcoRⅠ是一種________________酶，其識(shí)別序列是____________，切割位點(diǎn)是________與________之間的________鍵，切割產(chǎn)生的DNA片段末端形式為________________。 (2)將不同來(lái)源的DNA片段“縫合”起來(lái)，需要________酶或________酶。它們均屬于________酶，作用是____

36、________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 其中能“縫合”兩個(gè)雙鏈DNA片段的平口末端的酶是________________。 解析：圖解表示EcoRⅠ將兩個(gè)DNA分子在特定序列的特定位點(diǎn)切開并通過DNA連接酶進(jìn)行拼接的過程。E·coliDNA

37、連接酶只能“縫合”兩個(gè)互補(bǔ)的黏性末端，而T4DNA連接酶既可以“縫合”兩個(gè)互補(bǔ)的黏性末端，也可以“縫合”平口末端。 答案：(1)限制性核酸內(nèi)切　—GAATTC—　鳥嘌呤脫氧核苷酸(或G)　腺嘌呤脫氧核苷酸(或A)　磷酸二酯　黏性末端　(2)E·coliDNA連接　T4DNA連接　DNA連接　催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，將兩個(gè)雙鏈DNA片段“縫合”起來(lái)　T4DNA連接酶 14．啤酒酵母菌是啤酒生產(chǎn)上常用的典型的發(fā)酵酵母菌。除用于釀造啤酒及其他的飲料酒外，還可發(fā)酵面包。菌體維生素、蛋白質(zhì)含量高，可作食用、藥用和飼料。科學(xué)家將大麥細(xì)胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌種可

38、產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒。基本的操作過程如下： (1)該技術(shù)定向改變了啤酒酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來(lái)源中屬于________。 (2)為了將LTP1基因?qū)虢湍妇?xì)胞內(nèi)，所用的載體是________。 (3)要使載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)使用________進(jìn)行切割。假如載體被切割后，得到的分子末端序列為，則能與該載體連接的抗病基因分子末端有____________(多選)，其中跟是同一種限制酶切割的是________。 (4)有C進(jìn)入的啤酒酵母菌分別在含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況是___________________________

39、_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)由圖可知該技術(shù)屬于基因工程，該變異屬于基因重組。(2)據(jù)圖可以看出，載體來(lái)自大腸桿菌，一定是質(zhì)粒。(3)跟具有相同黏性末端的是A、B、C，它們能相互連接，但來(lái)自同一種限制酶切割的是A。(4)由于質(zhì)粒上抗四環(huán)素基因被破壞，所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活。 答案：(1)基因重組　(2)(大腸桿菌

40、的)質(zhì)粒 (3)限制酶　A、B、C　A (4)在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活 15．目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒，pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如圖所示，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題： (1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因，以便于___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)pBR322分子中有單個(gè)EcoRⅠ限制酶

41、作用位點(diǎn)，EcoRⅠ只能識(shí)別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)EcoRⅠ的切點(diǎn)，請(qǐng)畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端：________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)pBR322分子中另有單個(gè)的BamHⅠ限制酶作用位點(diǎn)，現(xiàn)將經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與另一種限制酶Bgl Ⅱ處理得到的目的基因，通過DNA連接酶作用恢復(fù)________鍵，成功獲得了重組質(zhì)粒，說明_

42、_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)為了檢測(cè)上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無(wú)ampr和tetr的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖三的結(jié)果(空圈表示與圖二對(duì)照無(wú)菌落的位置)。與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是__________________

43、_____________， 圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是_____________________________________。 解析：(1)質(zhì)粒作為基因表達(dá)載體的條件之一是要有抗性基因，以便于篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。(2)同一限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同，根據(jù)題意可知：該目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端為： (3)DNA連接酶催化兩個(gè)DNA片段形成磷酸二酯鍵；而通過DNA連接酶作用能將兩個(gè)DNA分子片段連接，表明經(jīng)兩種限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。(4)由題意知：由于與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的大腸

44、桿菌能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，故可推知與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素。由圖二、圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素和四環(huán)素，而經(jīng)限制酶BamHⅠ作用后，標(biāo)記基因tetr已被破壞，故重組質(zhì)粒不能抗四環(huán)素，故多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒。 答案：(1)篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 (2) (3)磷酸二酯　兩種限制酶(BamHⅠ和Bgl Ⅱ)切割得到的黏性末端相同 (4)能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素　pBR322質(zhì)粒 16．下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的

45、切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問題： 限制酶 BamHⅠ HindⅢ EcoRⅠ SmaⅠ 識(shí)別序列 及切割 位點(diǎn) ↓　 GGATCC CCTAGG ↑ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ ↓ GAATTC CTTAAG ↑ ↓ CCCGGG GGGCCC ↑ (1)一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有________和________個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。 (2)若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越________。 (3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，

46、不能使用SmaⅠ切割，原因是________ ________________________________________________________________________。 (4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止____________________________________________________。 (5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入________酶。 (6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了__________________________

47、________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有0、2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。 (2)若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，含有的C—G堿基對(duì)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越高。(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。 (4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化。 (5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入DNA連接酶。 (6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞。 答案：(1)0　2 (2)高 (3)SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 (4)質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化 (5)DNA連接 (6)鑒別和篩選含有目的基因的細(xì)胞 20