1、第1课时DNA重组技术的基本工具目标导读1.结合课本插图，简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。2.结合教材P6图15，简述基因工程中载体需要具备的条件。重难点击DNA重组技术三种基本工具的作用和特点。1DNA分子的组成2DNA的平面结构(1)配对的碱基，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。CG比例越大，DNA分子结构越稳定。(2)脱氧核苷酸聚合形成长链的过程中产生水，即脱氧核苷酸DNAH2O。(3)和之间的化学键为磷酸二酯键。(4)之间的化学键为氢键，可用解旋酶断裂，也可加热断裂。(5)每个脱氧核糖连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上相连接。3基因与DNA的关系从上图可知
2、，S基因是有遗传效应的DNA片段。课堂导入如图为“黄金水稻”，是将类胡萝卜素基因导入水稻内培育而成的，这种技术就是基因工程，是一种精细的DNA拼接技术，需要一些特殊的工具才能进行，今天我们就来学习DNA重组技术的基本工具。探究点一基因工程的概念及工具酶1基因工程的概念图1为我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。培育抗虫棉首先要在体外对含有抗虫基因的DNA分子进行“切割”、改造、修饰和“拼接”，然后，导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达。由上述资料填写下表，理解基因工程的概念。操作对象基因(DNA)操作环境生物体外操作水平DNA分子水平技术手段DN
3、A重组和转基因等技术目的创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品2.基因工程的工具酶(1)“分子手术刀”限制性核酸内切酶(限制酶)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。小贴士限制酶所识别序列的特点呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中心轴线，如图所示，中心轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如GCCG以中心线为轴，两侧碱基互补对称；CGCGATGCGC以AT为轴，两侧碱基互补对称。作用结果：形成DNA片段末端。a黏性末端是限制性核酸内切酶在
4、识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时形成的，如图所示。b平末端是限制性核酸内切酶在识别序列的中心轴线处切开时形成的，如图所示。观察图2，说明限制酶切割的位置在2、4(处)。(2)“分子缝合针”DNA连接酶作用：将双链DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。DNA连接酶种类和作用的区别种类来源作用Ecoli DNA连接酶大肠杆菌缝合黏性末端被切开的磷酸二酯键，不能连接平末端T4 DNA连接酶T4噬菌体缝合黏性末端和平末端，但平末端之间连接的效率比较低归纳提炼1DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较(1)区别作用应用限制性核酸内切酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体DNA连
5、接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于基因表达载体的构建(2)两者的关系可表示为：2DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点模板不需要模板需要DNA的一条链为模板作用对象游离的DNA片段单个的脱氧核苷酸作用结果形成完整的DNA分子形成DNA的一条链用途基因工程DNA分子复制活学活用1下图为DNA分子的切割和连接过程，据图回答下列问题。(1)EcoR是一种_酶，其识别序列是_，切割位点是_与_之间的_键。切割结果产生的DNA末端片段形式为_。(2)不同来源的DNA片段结合，在这里需要的酶是_连接酶，此酶的作用是在_和_之间形成_
6、键而起缝合作用的。还有一种连接平末端的连接酶是_。答案(1)限制性核酸内切GAATTC鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯黏性末端(2)EcoliDNA鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯T4DNA连接酶解析限制酶能识别特定的核苷酸序列(碱基序列)，并使两个特定核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，DNA连接酶的作用是将不同来源的DNA片段连接起来。方法链接与DNA分子有关的四种酶的作用部位图解：(1)作用于a(磷酸二酯键)的酶：限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶。(2)作用于b(氢键)的酶：解旋酶。探究点二“分子运输车”载体载体的作用是作为运载工具，将目的基因转移到受体细胞中去，并在受体细胞内
7、大量复制。常用的载体有细菌的质粒、病毒等。1质粒来源于许多细菌和酵母菌等生物，是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。2作为载体的条件有：(1)载体DNA要携带目的基因，因此要求载体DNA必须有一个至多个限制酶切割位点。(2)目的基因进入受体细胞后要进行DNA复制，因此要求携带目的基因的载体具有自我复制的特点或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。(3)目的基因进入受体细胞后要进行鉴定和选择，一般利用质粒上特殊的标记基因。(4)霍乱弧菌有强烈的致病性，也含有质粒，但一般不用来做载体。因此，我们选择的载体应该对受体细胞无害。3
8、常用载体种类质粒、噬菌体的洐生物和灭活的动植物病毒等。其中最常用的载体是质粒。归纳提炼细胞膜上的载体与基因工程中的载体的区别(1)化学本质不同：细胞膜上的载体化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)、噬菌体的衍生物，也可能是生物，如动植物病毒等。(2)功能不同：细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。活学活用2限制酶Mun和限制酶EcoR的识别序列及切割位点分别是CAATTG和GAATTC。如图表示四种质粒和目的基因，其中，箭头所指部位为限制酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因
9、载体的质粒是()问题导析(1)据图可知，能识别此目的基因的两端序列的是限制酶Mun和EcoRI。(2)质粒B上无标记基因，不适合作为载体；质粒A和C都有上述限制酶的识别位点，但是C的切割位点在标记基因上。答案A解析由图可知，质粒B上无标记基因，不适合作为载体；质粒C和D的标记基因上都有限制酶的识别位点；只有质粒A上既有标记基因，且Mun的切割位点不在标记基因上。基因工程的基本工具限制性核,酸内切酶(分子手术刀)DNA连接酶(分子缝合针)载体(分子运输车)1下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是()A通常情况下，a与d需要用同一种限制酶进行切割Bb能识别特定的核苷酸
10、序列，并将A与T之间的氢键切开Cc连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对Db代表的是限制性核酸内切酶，c代表的是RNA聚合酶答案A解析b是限制性核酸内切酶，能识别特定的核苷酸序列并使DNA分子的每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，而不是使氢键断开；c是DNA连接酶，能连接两个DNA片段。2关于限制酶识别序列和切开部位的特点，叙述错误的是()A所识别的序列都可以找到一条中轴线B中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列C只识别和切割特定的核苷酸序列D在任何部位都能将DNA切开答案D解析一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割DNA分子。3质粒之
11、所以能做基因工程的载体，是由于它()A含蛋白质，从而能完成生命活动B能够自我复制，且能保持连续性C含RNA，能够指导蛋白质的合成D具有环状结构，能够携带目的基因答案B解析质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中，是一种很小的环状DNA分子，其上有标记基因，便于检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。4通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答下列问题。(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_。人体蛋白质基因
12、“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是_。(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是_，“插入”时用的工具是_，其种类有_。答案(1)限制酶DNA连接酶(2)(3)基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的载体质粒、动植物病毒、噬菌体的衍生物等解析基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶，不同生物的基因之所以能整合在一起，是因为基因的组成、碱基配对方式和空间结构是相同的。将目的基因导入受体细胞，离不开载体的协助，基因工程中常用的载体除质粒外，还有动植物病毒、噬菌体的衍生物等。基础过关知识点一基因工程的概念和工具酶1实施基因工程
13、的最终目的是()A提取生物体的DNA分子B对DNA分子进行人工剪切C在生物体外对DNA分子进行改造D创造符合人们需要的新生物类型和生物产品答案D解析A、B和C三项均为基因工程操作的具体内容，但不是基因工程的目的。实施基因工程的最终目的是通过基因操作定向改造生物的遗传物质，创造符合人们需要的新的生物类型和生物产品。2下列关于限制酶的叙述中，错误的是()A它能在特殊位点切割DNA分子B同一种限制酶切割不同的DNA产生的黏性末端能够很好地进行碱基配对C它能任意切割DNA，从而产生大量DNA片段D每一种限制酶只能识别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。每种限制酶只能识别特定的核苷
14、酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。同一种限制酶切割不同的DNA产生的黏性末端能进行互补配对。3下列有关限制酶的说法，正确的是()A限制酶主要是从真核生物中分离出来的B限制酶的识别序列只能由6个核苷酸组成C限制酶能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开D限制酶切割产生的DNA片段末端都为黏性末端答案C解析限制酶主要存在于微生物中。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的位点上切割DNA分子，切开后形成两种末端黏性末端和平末端。少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。4下列关于DNA连接酶的叙述，不正确的是()A催
15、化相同黏性末端的DNA片段之间的连接B催化相同平末端的DNA片段之间的连接C催化两个黏性末端互补碱基氢键的形成D催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间磷酸二酯键的形成答案C解析氢键是分子间作用力，其断裂和形成与DNA连接酶无关。5如图，两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下述变化，则此酶是()ADNA连接酶 BRNA聚合酶CDNA聚合酶 D限制酶答案A解析DNA连接酶可以将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来。知识点二载体6作为基因工程中的“分子运输车”载体，应具备的条件是()必须有一个至多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上载体必须具备自我复制的能力，或整合到受体染
16、色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制必须带有标记基因，以便进行重组后的筛选必须是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去大小应合适，太大则不易操作A BC D答案D解析基因操作中要使载体携带目的基因，其上必须有一个至多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上；载体必须具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制；必须带有标记基因，以便进行重组后的筛选；必须是安全的；大小应合适，太大则不易操作。7下列哪项不是基因工程中经常使用的载体()A细菌质粒 B噬菌体的衍生物C动植物病毒 D细菌拟核区的DNA答案D解析细菌拟核内的D
17、NA分子不具备载体的基本条件，不能用于基因工程。8下列有关细菌质粒的叙述，正确的是()A质粒是存在于细菌细胞中的一种颗粒状的细胞器B质粒是细菌细胞中能自主复制的小型环状DNA分子C质粒只有在侵入宿主细胞后在宿主细胞内复制D细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的答案B解析质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子，可以在细菌细胞内或宿主细胞内复制。能力提升9下列对基因工程的理解，正确的是()它是一种按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的工程对基因进行人为改造是体外进行的人为的基因重组在实验室内，利用相关的酶和原料合成DNA主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术在DNA分子水平进行
18、操作一旦成功，便可遗传A BC D答案D解析基因工程可以对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物，而不是对基因进行人为改造。10基因工程在操作过程中需要限制酶、DNA连接酶、载体三种工具。以下有关基本工具的叙述，正确的是()A所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成B所有DNA连接酶均能连接黏性末端和平末端C真正被用作载体的质粒都是天然质粒D原核生物内的限制酶可切割入侵的DNA分子而保护自身答案D解析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、5或8个核苷酸组成；DNA连接酶包括EcoliDN
19、A连接酶和T4DNA连接酶，前者只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来；在基因工程操作中真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。11现有一长度为1 000碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR 单独酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用Kpn 单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoR、Kpn同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是()答案D解析由题干条件可知用EcoR酶切后，并不能将DNA分为两段，故可判断为环状DNA，再根据“用EcoR、Kpn同时酶切后得到20
20、0 bp和600 bp两种长度的DNA分子”可得到答案D。12下列黏性末端是由同一种限制酶切割而成的是()TCGGACTTAAACTGTCCAAATTCGAGCTTCAGA B C D答案B解析只有和两个黏性末端的碱基是互补的，可以说明一般情况下是由同一种限制酶切开。13基因工程中，需要使用限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶的识别序列和切点是GGATCC，限制酶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：上述质粒用限制酶_切割，目的基因用限制酶_切割。将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的_。请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：_。(2)
21、不同生物的基因可以拼接的结构基础是_。答案(1)DNA连接酶检测重组质粒(或目的基因)是否导入受体细胞(2)DNA结构基本相同(其他合理答案均可)解析要形成重组质粒，质粒只能出现一个切口，并且至少保留一个标记基因，因序列在Gene上，因此用限制酶切割质粒，保留Gene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，序列中有酶的切割序列，因此用酶，产生的末端互补。14下图表示两种限制性核酸内切酶识别DNA分子特定序列，并在特定位点对DNA进行切割的示意图，请回答以下问题：甲：5TCGAATTC3AGCTTAAG TCGAATTCAGCTTAAG乙：5GTTAAC3CA
22、ATTG GTTAACCAATTG(1)图中甲和乙代表_。(2)EcoR、Hpa代表_。(3)图中甲和乙经过相应操作均形成两个片段，切口的类型分别为_、_。(4)由图解可以看出，限制酶的作用特点是_。答案(1)有特殊脱氧核苷酸序列的DNA片段(2)两种不同的限制酶(3)黏性末端平末端(4)每种限制酶都能识别特定的脱氧核苷酸序列并从特定的位点将DNA分子切开解析从图解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相应的限制酶(EcoR、Hpa)的作用下，在特定的位点被剪切成两部分。前者是在识别序列的中心轴线两侧分别切开，形成的末端是黏性末端；后者是在识别序列的中心轴线处切开，则产生平末端。EcoR
23、能将甲片段以图中方式剪切成两部分，但不能将乙片段剪切成两部分，说明每种限制酶的识别序列和切点具有高度的专一性。个性拓展15根据模拟制作重组DNA分子的活动，甲DNA分子、乙DNA分子被EcoR酶(识别序列为GAATTC，并在G与A之间切开)切后，即可获得所需的目的基因和质粒，回答以下问题：(1)绿色硬纸板(甲DNA分子)的碱基序列为：ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATACTATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG红色硬纸板(乙DNA分子)的碱基序列为：TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATACAGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG其中，_DNA分子含有“目的基因”，_DNA分子是“质粒”。(2)用“剪刀”进行切割。酶切割位点在_(“a处”还是“b处”)，请用“”在甲、乙两DNA分子上标出EcoR酶的作用位点。(3)你模拟插入的DNA片段能称得上一个基因吗？_。答案(1)乙甲(2)a处绿色硬纸板(甲DNA分子)的碱基序列为：ATAGCATGCTATCCATGAATTCGGCATACTATCGTACGATAGGTACTTAAGCCGTATG红色硬纸板(乙DNA分子)的碱基序列为：TCCTAGAATTCTCGGTATGAATTCCATACAGGATCTTAAGAGCCATACTTAAGGTATG(3)不能