2017-2018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)展歷程和工具同步備課教學(xué)案 浙科版選修3

《2017-2018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)展歷程和工具同步備課教學(xué)案 浙科版選修3》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《2017-2018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)展歷程和工具同步備課教學(xué)案 浙科版選修3（18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]　1.結(jié)合教材P7～9，簡(jiǎn)述基因工程的發(fā)展歷程。2.結(jié)合教材P9～12，舉例說(shuō)出限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的作用、特點(diǎn)。3.概述質(zhì)粒的含義、特性及其在基因工程中的作用。 [重難點(diǎn)擊]　基因工程的基本工具的作用和特點(diǎn)。 方式一　抗蟲(chóng)棉的研究開(kāi)發(fā)是我國(guó)發(fā)展農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，打破跨國(guó)公司壟斷，搶占國(guó)際生物技術(shù)制高點(diǎn)的成功事例?？瓜x(chóng)棉的應(yīng)用使棉鈴蟲(chóng)得到了有效控制，使殺蟲(chóng)劑用量降低了70%～80%，有效保護(hù)了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，減少了農(nóng)民噴藥中毒事故，為棉花生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。 師：要實(shí)現(xiàn)抗蟲(chóng)基因在棉花中的表達(dá)，提前要做哪些關(guān)

2、鍵工作？ 生：要將抗蟲(chóng)基因切割下來(lái)；要將抗蟲(chóng)基因整合到棉花的DNA上。 師：這里存在一個(gè)基因轉(zhuǎn)移的實(shí)際問(wèn)題，就是如何將控制抗蟲(chóng)的基因轉(zhuǎn)入棉花細(xì)胞的問(wèn)題。 師：中國(guó)有句俗語(yǔ)叫“沒(méi)有金剛鉆兒，不攬瓷器活兒”?？茖W(xué)家們?cè)趯?shí)施基因工程之前，苦苦求索，終于找到了實(shí)施基因工程的三種“金剛鉆兒”，使基因工程的設(shè)想成為了現(xiàn)實(shí)。這三種“金剛鉆兒”是什么？有什么特點(diǎn)和具體作用？下面我們就來(lái)學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。 方式二　科學(xué)設(shè)想，能否讓禾本科植物也能固定空氣中的氮？能否讓細(xì)菌“吐出”蠶絲？能否讓微生物產(chǎn)生人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？經(jīng)過(guò)多年努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)——基

3、因工程。這一技術(shù)是在DNA分子水平上進(jìn)行的，在微小的DNA分子上進(jìn)行的操作，需要專(zhuān)用的工具。這些工具是什么？各自的作用是什么？讓我們一起來(lái)了解一下吧！ 一、基因工程的發(fā)展歷程 1．理論與技術(shù)基礎(chǔ)的發(fā)展 1953年：沃森和克里克建立DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。 ↓ 1957年：科恩伯格等首次發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶。 ↓ 1958年：梅塞爾森和斯塔爾發(fā)現(xiàn)DNA半保留復(fù)制的機(jī)理。克里克提出中心法則。 ↓ 1961～1966年：尼倫伯格等破譯遺傳密碼。 ↓ 1967年：羅思和赫林斯基等發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)工具質(zhì)粒和DNA連接酶。 ↓ 1970年：特明和巴爾的摩各自在RNA病毒中發(fā)現(xiàn)

4、逆轉(zhuǎn)錄酶。史密斯等人分離到限制性核酸內(nèi)切酶。 ↓ 1977年：桑格首次完成基因組的測(cè)序工作。 2．重組DNA技術(shù)的發(fā)展 (1)1972年科學(xué)家伯格等實(shí)驗(yàn) ①過(guò)程 重組的雜種DNA 分子 ②成就：世界上首次DNA分子體外重組。 (2)1973年科學(xué)家科恩等實(shí)驗(yàn) 重組DNA分子 大腸桿菌―→子代大腸桿菌(雙重抗性) (3)不同物種間DNA重組實(shí)驗(yàn) ①過(guò)程：非洲爪蟾核糖體蛋白基因的DNA片段＋大腸桿菌質(zhì)粒―→重組DNA―→大腸桿菌―→轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)mRNA。 ②成就：打破了傳統(tǒng)的種間遺傳物質(zhì)不能交換的重重壁壘，開(kāi)創(chuàng)了基因工程。 3．基因工程的概念 方法 人工“剪切”和

5、“拼接”等 原理 對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合(基因重組) 操作水平 基因(分子)水平 目的 產(chǎn)生人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物 操作環(huán)境 體外 優(yōu)點(diǎn) 定向改造生物的遺傳性狀 1．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。基因工程操作導(dǎo)致的基因重組與前述基因重組有何區(qū)別？ 答案　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。 2．基因工程的理論基礎(chǔ) (1)不同生物的DNA分子能拼接起來(lái)的原因分析 ①基本組成單位相同：都是四種脫氧核苷酸。 ②雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)相同：都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 ③DNA堿基對(duì)之間的關(guān)系相

6、同：均遵循嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。 (2)外源基因能夠在受體內(nèi)表達(dá)，并使受體表現(xiàn)出相應(yīng)的性狀的原因分析 ①基因的功能特點(diǎn)：控制生物體性狀的結(jié)構(gòu)和功能單位，具有相對(duì)獨(dú)立性。 ②遺傳信息的傳遞方向都遵循中心法則。 ③生物界共用一套遺傳密碼。 1. 科學(xué)家們經(jīng)過(guò)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．定向提取生物體內(nèi)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 答案　D 解析　基因工程能按照人們的意愿通過(guò)相關(guān)技術(shù)操作賦予生物以新的遺傳特性。 2．目前，科學(xué)

7、家把兔子血紅蛋白基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，在大腸桿菌細(xì)胞中合成了兔子的血紅蛋白。下列不是這一先進(jìn)技術(shù)的理論依據(jù)的是(　　) A．所有生物共用一套遺傳密碼 B．基因能控制蛋白質(zhì)的合成 C．兔子血紅蛋白基因與大腸桿菌的DNA都是由四種脫氧核苷酸構(gòu)成，都遵循相同的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 D．兔子與大腸桿菌有共同的原始祖先 答案　D 解析　題干表述的是目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞并得以表達(dá)的過(guò)程，目的基因在不同生物細(xì)胞中能夠表達(dá)出相同的蛋白質(zhì)，說(shuō)明控制其合成的信使RNA上的密碼子是共用的，相同的密碼子決定相同的氨基酸，A正確；基因是通過(guò)轉(zhuǎn)錄出信使RNA，進(jìn)而控制蛋白質(zhì)的合成，B正確；基因是有遺傳效應(yīng)的DN

8、A片段，只要是雙鏈DNA都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，其組成原料都是四種脫氧核苷酸，C正確；生物之間是否有共同的原始祖先與轉(zhuǎn)基因技術(shù)之間沒(méi)有必然關(guān)系，D錯(cuò)誤。 二、基因工程操作的兩種工具酶 1．“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(又稱(chēng)限制酶) (1)來(lái)源：主要從原核生物中分離出來(lái)。 (2)特點(diǎn)：具有特異性(專(zhuān)一性)。 ①識(shí)別DNA分子上特定的脫氧核苷酸序列。 ②斷開(kāi)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。 (3)識(shí)別序列 ①組成：大多數(shù)由6個(gè)核苷酸組成。 ②特點(diǎn)：一般具有回文序列。 (4)作用結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平口末端。 2．“分子針線(xiàn)”——DNA連接酶 (1

9、)作用：連接DNA分子基本骨架之間的磷酸二酯鍵。 (2)結(jié)果：形成重組DNA分子。 1．仔細(xì)觀(guān)察下列兩種限制酶作用示意圖，嘗試回答下列問(wèn)題： (1)兩種限制酶的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)分別是什么？ 答案　EcoRⅠ的識(shí)別序列為GAATTC，切割位點(diǎn)是在G和A之間。HaeⅢ的識(shí)別序列有AGGCCT，切割位點(diǎn)在G和C之間。 (2)由以上分析可知限制酶的作用是什么？有何作用特點(diǎn)？ 答案　限制酶的作用是：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，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(kāi)。特點(diǎn)是特異性地識(shí)別和切割雙鏈DNA分子。 2．如圖1所示，E·coliDNA連

10、接酶和T4DNA連接酶均可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，相當(dāng)于把梯子兩邊的扶手的斷口連接起來(lái)。DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶的關(guān)系如圖2所示： 由圖可知DNA連接酶的作用部位是“①”還是“②”，形成了什么化學(xué)鍵？與限制性核酸內(nèi)切酶相比作用部位和作用結(jié)果有何異同？ 答案　DNA連接酶的作用部位為①，形成了磷酸二酯鍵。DNA連接酶和限制性核酸內(nèi)切酶作用部位都是磷酸二酯鍵，但作用結(jié)果不同，前者是斷裂磷酸二酯鍵，形成DNA片段，后者是形成磷酸二酯鍵，連接DNA片段。 3．DNA連接酶和DNA聚合酶的異同 (1)DNA連接酶和DNA聚合酶均能形成磷酸二酯鍵，二者的作用對(duì)象相同嗎？為什

11、么？ 答案　不相同。DNA連接酶是將兩個(gè)DNA片段連接起來(lái)，而DNA聚合酶是將單個(gè)的脫氧核苷酸加到已有的DNA片段上。 (2)比較DNA連接酶和DNA聚合酶的異同點(diǎn) 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分子的一條鏈 用途 基因工程 DNA分子復(fù)制 4.在下圖中標(biāo)出限制酶、DNA連接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶的作用部位。 答案　如圖所示 限制酶、DN

12、A連接酶和DNA聚合酶作用于a處化學(xué)鍵，而解旋酶作用于b處化學(xué)鍵。 3．下表為常用的限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)及其識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，由此推斷以下說(shuō)法中，正確的是(　　) 限制性核酸內(nèi)切酶 識(shí)別序列和切割位點(diǎn) 限制性核酸內(nèi)切酶 識(shí)別序列和切割位點(diǎn) BamHⅠ G↓GATCC KpnⅠ GGTAC↓C EcoRⅠ G↓AATTC Sau3AⅠ ↓GATC HindⅡ GTY↓RAC SmaⅠ CCC↓GGG 注：Y表示C或T，R表示A或G A．一種限制酶只能識(shí)別一種核苷酸序列 B．限制酶切割后一定形成黏性末端 C．不同的限制酶可以形成相同的黏性末

13、端 D．限制酶的切割位點(diǎn)在識(shí)別序列內(nèi)部 答案　C 解析　根據(jù)表格內(nèi)容可以推知，每種限制酶都能識(shí)別特定的核苷酸序列，但不一定只能識(shí)別一種序列，如限制酶HindⅡ，A項(xiàng)錯(cuò)誤；限制酶切割后能形成黏性末端或平口末端，如限制酶HindⅡ切割后露出平口末端，B項(xiàng)錯(cuò)誤；不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端，如限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后露出的黏性末端相同，C項(xiàng)正確；限制酶的切割位點(diǎn)可以位于識(shí)別序列的外側(cè)，如Sau3AⅠ，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 一題多變 判斷正誤： (1)一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識(shí)別一種特定的核糖核苷酸序列(　　) (2)限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度、pH的影響，總有一個(gè)最合適

14、的條件(　　) (3)限制性核酸內(nèi)切酶能破壞相鄰脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵(　　) (4)限制性核酸內(nèi)切酶不只存在于原核生物中，其合成場(chǎng)所是核糖體(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√ 解析　限制性核酸內(nèi)切酶只能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定的脫氧核苷酸序列，不能識(shí)別RNA分子的核糖核苷酸序列，(1)錯(cuò)誤；同其他的酶一樣，限制性核酸內(nèi)切酶同樣受溫度和pH的影響，而且具有發(fā)揮最大催化效率的最適溫度和最適pH，(2)正確；限制性核酸內(nèi)切酶催化的是特定部位磷酸二酯鍵的斷裂，屬于水解反應(yīng)，(3)正確；限制性核酸內(nèi)切酶主要從原核生物中分離純化，也有來(lái)自真核細(xì)胞的，其本質(zhì)是蛋白質(zhì)，在核

15、糖體上合成，(4)正確。 4．下列關(guān)于DNA連接酶作用的敘述，正確的是(　　) A．將單個(gè)核苷酸加到某個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵 B．將斷開(kāi)的2個(gè)DNA片段的骨架連接起來(lái)，重新形成磷酸二酯鍵 C．連接2條DNA鏈上堿基之間的氫鍵 D．只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端連接起來(lái)，而不能將兩者之間的平口末端進(jìn)行連接 答案　B 解析　DNA連接酶和DNA聚合酶都是催化2個(gè)脫氧核苷酸分子之間形成磷酸二酯鍵。但DNA連接酶是在2個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，將2個(gè)DNA片段連接成重組DNA分子；DNA聚合酶是將單個(gè)的脫氧核苷酸分子加到已存在的DNA片段上形成磷酸二酯鍵，合成新的D

16、NA分子。 三、基因工程中的工具——載體 1．常用的載體：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動(dòng)、植物病毒等。質(zhì)粒是最早應(yīng)用的載體，它是細(xì)菌細(xì)胞中的一類(lèi)祼露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀DNA分子。 2．質(zhì)粒的基本結(jié)構(gòu) (1)重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后要擴(kuò)增產(chǎn)生更多的帶有目的基因的質(zhì)粒，因此應(yīng)具備復(fù)制原點(diǎn)。 (2)重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后要進(jìn)行鑒定和篩選，一般利用質(zhì)粒上特殊的標(biāo)記基因。 (3)為了便于外源DNA分子的插入，要求質(zhì)粒必須有一個(gè)至多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn)。 下圖為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖探究以下問(wèn)題： 1．a(chǎn)代表的物

17、質(zhì)和質(zhì)粒都能進(jìn)行自我復(fù)制，它們的化學(xué)本質(zhì)都是什么？ 答案　DNA。 2．某目的基因切割末端為，為使質(zhì)粒和目的基因連接在一起，質(zhì)粒應(yīng)有的一段核苷酸序列及被限制酶切割的末端分別是什么？ 答案?。瑼CGCGT－　CGCGT－ 　 －TGCGCA－；　　 A－ 3．氨芐青霉素抗性基因，能控制某物質(zhì)的合成，該物質(zhì)能抵抗氨芐青霉素，使含有該基因的生物能在含氨芐青霉素的環(huán)境中存活。因此，氨芐青霉素抗性基因在基因工程載體上能起什么作用？ 答案　用作標(biāo)記基因，供重組DNA的鑒定與選擇。 4．由以上分析總結(jié)作為載體必須具備哪些條件？ 答案　作為載體必須具備的條件：(1)必須有一個(gè)至多個(gè)限制酶

18、切割位點(diǎn)；(2)必須具備自我復(fù)制的能力；(3)必須有標(biāo)記基因。 拓展提升　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(méi)有抵抗相關(guān)抗生素的能力。 (2)過(guò)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，然后在培養(yǎng)基中加入該抗生素。 (3)結(jié)果：在培養(yǎng)基上，被抗生素殺死的是沒(méi)有抗性的受體細(xì)胞，沒(méi)被殺死的具有抗性的受體細(xì)胞得以篩選。如下圖： 5．質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細(xì)菌體內(nèi)。某細(xì)菌質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過(guò)標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)入

19、成功。外源基因插入的位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置(插入點(diǎn)有a、b、c)，請(qǐng)根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長(zhǎng)情況，推測(cè)①②③三種重組后細(xì)菌的外源基因插入點(diǎn)，正確的一組是(　　) 細(xì)菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況 細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況 ① 能生長(zhǎng) 能生長(zhǎng) ② 能生長(zhǎng) 不能生長(zhǎng) ③ 不能生長(zhǎng) 能生長(zhǎng) A.①是c；②是b；③是a B．①是a和b；②是a；③是b C．①是a和b；②是b；③是a D．①是c；②是a；③是b 答案　A 解析?、偌?xì)菌能在含氨芐青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說(shuō)明抗氨芐青霉素基因和抗四

20、環(huán)素基因沒(méi)有被破壞，所以插入點(diǎn)是c。對(duì)②細(xì)菌來(lái)說(shuō)，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)，說(shuō)明其抗氨芐青霉素基因正常而抗四環(huán)素基因被破壞，插入點(diǎn)為b。③細(xì)菌不能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說(shuō)明其抗氨芐青霉素基因被插入而破壞，故插入點(diǎn)為a。 一題多變 判斷正誤： (1)為供外源DNA插入質(zhì)粒，質(zhì)粒DNA分子上有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)(　　) (2)質(zhì)粒上的特殊標(biāo)記基因可以供外源DNA片段插入質(zhì)粒(　　) (3)細(xì)菌核區(qū)的DNA也常被用做載體(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)× 1．下列有關(guān)基因工程誕生的說(shuō)法，不正確的是(　　) A．

21、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 答案　D 解析　基因工程可在不同物種間進(jìn)行，它可打破生殖隔離的界限，定向改造生物的遺傳性狀。 2．下列關(guān)于限制酶和DNA連接酶的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．其化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì) B．DNA連接酶可恢復(fù)DNA分子中的氫鍵 C．在基因工程中DNA聚合酶可以替代DNA連接酶 D．限制酶切割后一定能產(chǎn)生黏性末端 答案　A 解析　限制酶和DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。 3．已

22、知某種限制酶在一線(xiàn)性DNA分子上有3個(gè)酶切位點(diǎn)，如圖中箭頭所指。如果該線(xiàn)性DNA分子在3個(gè)酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷，則會(huì)產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長(zhǎng)度的DNA片段?，F(xiàn)有多個(gè)上述線(xiàn)性DNA分子，若在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶酶切后，這些線(xiàn)性DNA分子最多能產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的DNA片段種類(lèi)數(shù)是(　　) A．3 B．4 C．9 D．12 答案　C 解析　解本題的關(guān)鍵是要理解“在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷”，即一個(gè)DNA分子可能被切了一個(gè)位點(diǎn)，也可能被切了兩個(gè)或三個(gè)位點(diǎn)，要分開(kāi)考慮，不要遺漏和重復(fù)。切一個(gè)位點(diǎn)情況下可得到a和bcd、ab

23、和cd、abc和d；切兩個(gè)位點(diǎn)情況下可得到a、b和cd；a、bc和d；ab、c和d；切三個(gè)位點(diǎn)情況下可得到a、b、c、d。一共可以得到九種片段，分別是a、b、c、d、ab、abc、bc、bcd、cd。 4．下列有關(guān)細(xì)菌質(zhì)粒的敘述，正確的是 (　　) A．質(zhì)粒是存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀的細(xì)胞器 B．質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子 C．質(zhì)粒只有在侵入宿主細(xì)胞后在宿主細(xì)胞內(nèi)才能復(fù)制 D．細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過(guò)程一定是在宿主細(xì)胞外獨(dú)立進(jìn)行 答案　B 解析　質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子，可以在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)或宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制。 5．通過(guò)DNA重

24、組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示了這一技術(shù)的基本過(guò)程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是________________________________。 人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細(xì)胞染色體中時(shí)需要的酶是________________。 (2)請(qǐng)畫(huà)出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過(guò)程圖。 —G↓GATCC— 　　　　　　　―→ (3)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”到羊的染色體內(nèi)，原因是________________

25、________ ________________，“插入”時(shí)用的工具是___________________________________， 其種類(lèi)有______________________________________________。 答案　(1)限制酶　DNA連接酶 (2) (3)基因的組成、堿基配對(duì)方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的　載體　質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、λ噬菌體的衍生物等 解析　基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶。不同生物的基因之所以能整合在一起，是因?yàn)榛虻慕M成、堿基配對(duì)方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，離不開(kāi)載體的協(xié)助，基因工程中用的載體除質(zhì)粒外

26、，還有動(dòng)植物病毒、λ噬菌體的衍生物等。 課時(shí)作業(yè) [學(xué)考達(dá)標(biāo)] 1．切取動(dòng)物控制合成生長(zhǎng)激素的基因，注入鲇魚(yú)受精卵中，與其DNA整合后產(chǎn)生生長(zhǎng)激素，從而使鲇魚(yú)比同種正常魚(yú)增大3～4倍。此項(xiàng)研究遵循的原理是(　　) A．基因突變 B．基因重組 C．細(xì)胞工程 D．染色體變異 答案　B 解析　將動(dòng)物控制合成生長(zhǎng)激素的基因注入鲇魚(yú)受精卵中，通過(guò)DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯合成特定的蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出特定的性狀，此方法依據(jù)的原理是基因重組。 2．以下有關(guān)基因工程的敘述，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(lèi)都是有益的 C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于

27、基因突變 D．基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng) 答案　D 解析　基因工程是對(duì)基因(分子結(jié)構(gòu))的操作而非細(xì)胞水平的操作；基因工程可以創(chuàng)造出符合人們要求的新產(chǎn)品，但并非一定是對(duì)人類(lèi)有益的；基因工程產(chǎn)生的變異屬于基因重組而不是基因突變；基因工程育種是按照人們的需要進(jìn)行的，因而目的性強(qiáng)。 3．下列關(guān)于限制酶的敘述中，錯(cuò)誤的是(　　) A．它能在特定位點(diǎn)切割DNA分子 B．同一種限制酶切割不同的DNA分子產(chǎn)生的黏性末端能夠很好地進(jìn)行堿基配對(duì) C．它能任意切割DNA，從而產(chǎn)生大量DNA片段 D．每一種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列 答案　C 解析　限制酶是基因工程的重要工具之一；每種限

28、制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子；同一種限制酶切割不同的DNA分子產(chǎn)生的黏性末端能進(jìn)行互補(bǔ)配對(duì)。 4．下列關(guān)于限制酶識(shí)別序列和切割部位的特點(diǎn)，敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．所識(shí)別的序列都可以找到一條中軸線(xiàn) B．中軸線(xiàn)兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ(chēng)重復(fù)排列 C．只識(shí)別和切割特定的核苷酸序列 D．在任何部位都能將DNA切開(kāi) 答案　D 解析　一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子。 5．下圖為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、限制酶、解旋酶 B．

29、限制酶、解旋酶、DNA連接酶 C．解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D．限制酶、DNA連接酶、解旋酶 答案　C 解析　限制酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，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裂，形成黏性末端或平口末端；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(kāi)，氫鍵斷裂；所以①處是解旋酶作用部位，②處是限制酶作用部位，③處是DNA連接酶作用部位。 6．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)粒只分布于原核細(xì)胞中 B．在所有的質(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

30、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)記基因供重組DNA的鑒定選擇 答案　D 解析　質(zhì)粒不只分布于原核生物中，在真核生物——酵母菌細(xì)胞內(nèi)也有分布，A項(xiàng)錯(cuò)誤；并不是所有的質(zhì)粒都能找到限制酶的切割位點(diǎn)而成為合適的運(yùn)載目的基因的工具，B項(xiàng)錯(cuò)誤；重組質(zhì)粒進(jìn)入受體細(xì)胞后，可以在細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制，也可以整合后復(fù)制，C項(xiàng)錯(cuò)誤；質(zhì)粒上的抗性基因常作為標(biāo)記基因，D項(xiàng)正確。 [高考提能] 7．下列說(shuō)法中不正確的有(　　) ①限制酶主要是從真核生物中分離純化出來(lái)的　②DNA連接酶都是從原核生物中分離得到的?、鬯邢拗泼缸R(shí)別的核苷酸序列均由6

31、個(gè)核苷酸組成?、懿煌拗泼盖懈頓NA的位點(diǎn)不同　⑤有的質(zhì)粒是單鏈DNA A．①②④⑤ B．①②③⑤ C．②③④⑤ D．①③④⑤ 答案　B 解析　限制酶主要是從原核生物中分離純化出來(lái)的，有很少量是來(lái)自真核生物——酵母菌，①錯(cuò)誤；T4DNA連接酶來(lái)源于T4噬菌體(一種病毒)，②錯(cuò)誤；EcoR Ⅰ、Sma Ⅰ限制酶識(shí)別的序列均為6個(gè)核苷酸，也有少數(shù)限制酶的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核苷酸組成，③錯(cuò)誤；不同限制酶切割DNA的位點(diǎn)不同，切割出不同的黏性末端或平口末端，④正確；所有的質(zhì)粒都是雙鏈的環(huán)狀DNA分子，⑤錯(cuò)誤。故選B。 8．限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別是

32、－C↓TTAAG－和－G↓AATTC－。如圖表示的是四種質(zhì)粒和目的基因，其中箭頭所指部位為酶的識(shí)別位點(diǎn)，質(zhì)粒的陰影部分表示標(biāo)記基因。適于作為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是(　　) 答案　A 解析　目的基因兩側(cè)有MunⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶的識(shí)別序列，用這兩種酶切割都可得到目的基因；B中質(zhì)粒無(wú)標(biāo)記基因，不符合作為載體的條件；C、D中的標(biāo)記基因都會(huì)被破壞。 9．某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過(guò)基因工程的方法，將基因a與載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。下列有關(guān)這一過(guò)程的敘述不正確的是(　　) A．獲取基因a的限制酶的作用部位是

33、圖中的① B．連接基因a與載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的② C．基因a進(jìn)入馬鈴薯細(xì)胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細(xì)胞 D．通過(guò)該技術(shù)人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀 答案　B 解析　限制酶和DNA連接酶的作用部位都是圖中的①，但兩者作用相反；載體具有在宿主細(xì)胞中復(fù)制的能力，與目的基因結(jié)合后，目的基因也會(huì)在宿主細(xì)胞中一起復(fù)制；基因工程的目的就是定向改造生物的遺傳性狀。 10．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，Ampr為氨芐青霉素抗性基因，Tetr為四環(huán)素抗性基因，箭頭表示一種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)。若要得到一個(gè)能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)

34、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(　　) 答案　C 解析　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，在四環(huán)素培養(yǎng)基上和氨芐青霉素培養(yǎng)基上都能生長(zhǎng)。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，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)。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，能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)而不能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。 11．基因工程中，需要使用限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，便于重組和篩選。已知限制酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。

35、 (1)根據(jù)已知條件和上圖回答下列問(wèn)題： ①上述質(zhì)粒用限制酶________切割，目的基因用限制酶__________切割。 ②將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，還要加入適量的______________。 ③請(qǐng)指出質(zhì)粒上至少要有一個(gè)標(biāo)記基因的理由：_______________________________ ________________________________________________________________________。 (2)不同生物的基因可以拼接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是_____________________________________ ___

36、_____________________________________________________________________。 答案　(1)①Ⅰ　Ⅱ?、贒NA連接酶?、蹤z測(cè)重組質(zhì)粒(或目的基因)是否導(dǎo)入受體細(xì)胞　(2)DNA結(jié)構(gòu)基本相同(其他合理答案亦可) 解析　要形成重組質(zhì)粒，質(zhì)粒只能出現(xiàn)一個(gè)切口，并且至少保留一個(gè)標(biāo)記基因，因序列在GeneⅡ上，因此用限制酶Ⅰ切割質(zhì)粒，保留GeneⅠ標(biāo)記基因；目的基因必須切割兩次，切割后產(chǎn)生的黏性末端能與質(zhì)粒的黏性末端互補(bǔ)，序列中有酶Ⅱ的切割序列，因此用酶Ⅱ，產(chǎn)生的黏性末端互補(bǔ)。 12．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

37、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)如圖一所示。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)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限制酶作用位點(diǎn)，EcoRⅠ只能識(shí)別序列－GAATTC－，并只能在G和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(huà)出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端

38、：_______________________。 (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)粒與用另一種限制酶BglⅡ處理得到的目的基因，通過(guò)DNA連接酶作用恢復(fù)____________鍵，成功獲得了重組質(zhì)粒，說(shuō)明__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (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

39、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_______________________________， 圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是______________________________________________。 答案　(1)篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 (2)如圖所示： 目的基因 －G　AATTC－……－G　AATTC－ －CTTAA　G－……－CTTAA　G－ (3)磷酸二

40、酯　兩種限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)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 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)同一種限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同，圖見(jiàn)答案。(3)DNA連接酶催化兩個(gè)DNA片段形成磷酸二酯鍵；而通過(guò)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：由于有圖三空圈相對(duì)應(yīng)的大腸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)

41、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，而經(jīng)限制酶BamHⅠ作用后，標(biāo)記基因Tetr被破壞，故導(dǎo)入目的基因的大腸桿菌不能抗四環(huán)素，即多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒。 [真題體驗(yàn)] 基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌，結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。請(qǐng)回

42、答下列問(wèn)題： (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有_________________(答出兩點(diǎn)即可)，而作為基因表達(dá)載體，除滿(mǎn)足上述基本條件外，還需具有啟動(dòng)子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是_________________________________ ________________________________________________________________________； 并且________________和___________

43、_____________的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于_______________________

44、_________________________________________________。 答案　(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、含一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)(答出兩點(diǎn)即可) (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng)　含有質(zhì)粒載體　含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)　二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長(zhǎng)　四環(huán)素 (3)受體細(xì)胞 解析　(1)作為載體必須具備如下特點(diǎn)：①能自我復(fù)制，從而在受體細(xì)胞中穩(wěn)定保存；②含標(biāo)記基因，以供重組DNA的鑒定和選擇；③具一個(gè)至多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)以便外源DNA片段插入。(2)在含有氨芐青霉素的培

45、養(yǎng)基上，只有具有Ampr的大腸桿菌才能夠生長(zhǎng)。而Ampr位于質(zhì)粒上，故未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的大腸桿菌細(xì)胞中無(wú)Ampr，故不能在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，而僅含有質(zhì)粒載體的和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌均具有Ampr，因而能在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)。目的基因的插入破壞了質(zhì)粒載體的Tetr，故含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌不能在含有四環(huán)素的平板上生長(zhǎng)，從而與僅含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌得以區(qū)分。(3)噬菌體是病毒，無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，無(wú)法自主合成DNA，需借助宿主細(xì)胞完成DNA復(fù)制。 14．(2012·新課標(biāo)全國(guó)，40改編)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問(wèn)題： (1)限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后

46、產(chǎn)生的片段，其末端類(lèi)型有______________和________________。 (2)質(zhì)粒載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下： AATTC……G 　　　G……CTTAA 為使載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點(diǎn)是_________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)按其來(lái)源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類(lèi)，即________DNA連接酶和________DNA連接酶。 (4)基因工程中除質(zhì)粒外，______________________和________________也可作為載體。 答案　(1)黏性末端　平口末端　(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的相同　(3)E·coli　T4(4)λ噬菌體的衍生物　動(dòng)植物病毒　 - 18 -