第一章基因工程學(xué)案蘇教版

第一章基因工程

第1課時基因工程的誕生、發(fā)展和工具

【目標(biāo)導(dǎo)航】1.說出基因工程誕生的理論與實(shí)踐依據(jù)、發(fā)展階段和基因工程的含義及其

主要實(shí)驗(yàn)成果。2.舉例說出限制性核酸內(nèi)切酶的作用、特點(diǎn)。3.舉例說出DNA連接酶的作

用。4.簡述質(zhì)粒的含義、特性及其在基因工程中的作用。

知識清單?

一、基因工程的誕生和發(fā)展

1.基因工程是指在通過人工"”和“”等方法，對生物的基因

進(jìn)行的和重新組合，然后受體細(xì)胞并使重組基因在受體細(xì)胞中,產(chǎn)生人

類需要的的技術(shù)，又稱為技術(shù)?；蚬こ淌窃赺____水平上操作、改

變生物的的技術(shù)，包括基因的、、以及在受體細(xì)

胞內(nèi)的和等過程。

2.艾弗里證明了是遺傳物質(zhì)、沃森和克里克闡明了結(jié)

構(gòu)，尼倫貝格等破譯了，這些都為基因工程的創(chuàng)立作出了重要的理論鋪墊，而

酶和酶等工具酶、等載體和酶的發(fā)現(xiàn)，則直接

促使了基因工程的誕生。

3.基因工程的誕生和發(fā)展經(jīng)歷了三個時期：1973?1976年為期；1977-1981

年為期；1982年以后為迅猛發(fā)展和期。1973年，美國科學(xué)家科恩和博

耶等將的DNA分子進(jìn)行體外重組，并首次實(shí)現(xiàn)了在大腸桿菌中的,

創(chuàng)立了的新技術(shù)基因工程；不久，又有科學(xué)家將第一個—核生物的

基因?qū)氪竽c桿菌，使大腸桿菌產(chǎn)生了相應(yīng)的；1977年，科學(xué)家使得生長激素抑制

素基因在大腸桿菌中成功表達(dá)；1978年，在大腸桿菌中成功合成；1979年，

____________基因在大腸桿菌中成功表達(dá)；1980年，____________基因在大腸桿菌中成功

表達(dá)……1982年，美國科學(xué)家帕米特等采用法，將經(jīng)過重組的帶有

________________基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入小鼠的受精卵內(nèi)，成功獲得帶有基因的

小鼠。該小鼠生長迅速，體型是同一胎其他小鼠的1.8倍，稱為小鼠。這一實(shí)驗(yàn)被認(rèn)

為是基因工程的發(fā)展史上的一個里程碑。

二、基因工程中的工具——酶與載體

1.限制性核酸內(nèi)切酶——分子手術(shù)刀

(1)來源：第一種限制酶從中分離并純化。

(2)作用：每種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別DNA分子的，且在特定位

點(diǎn)上切割DNA分子。

(3)切割結(jié)果：大部分限制性核酸內(nèi)切酶在切開DNA雙鏈時，切□處兩個末端都帶有由

若干組成的單鏈，這種單鏈被稱為末端。

2.DNA連接酶——分子針線

(1)作用：把DNA分子“梯子”的連接起來。

(2)結(jié)果：形成一條分子。

3.載體----運(yùn)載工具

(1)常用種類：、以及一些可以起載體作用的動植物病毒。

(2)質(zhì)粒：來自于中的一種很小的分子。

對點(diǎn)訓(xùn)練?

知識點(diǎn)一基因工程的誕生和發(fā)展

1.下列關(guān)于基因工程的敘述，不正確的是()

A.基因工程的原理是基因重組

B.運(yùn)用基因工程技術(shù)，可使生物發(fā)生定向變異

C.一種生物的基因轉(zhuǎn)接到另一-種生物的DNA分子上，屬于基因工程的內(nèi)容

D,是非同源染色體上非等位基因的自由組合

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.基因工程的目的是獲得目的基因表達(dá)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物

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)之一是可以定向地使生物產(chǎn)生可遺傳的變異

知識點(diǎn)二限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶

3.限制性核酸內(nèi)切酶I的識別序列和切點(diǎn)是一G^GATCC—,限制性核酸內(nèi)切酶II的識

別序列和切點(diǎn)是一'GATC-。在質(zhì)粒上有酶I的一個切點(diǎn)，在目的基因的兩側(cè)各有1個酶

II的切點(diǎn)。

(1)請畫出質(zhì)粒被限制性核酸內(nèi)切酶I切割形成黏性末端的過程。

⑵請畫出目的基因兩側(cè)被限制性核酸內(nèi)切酶II切割形成黏性末端的過程。

(3)在DNA連接酶的作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接起

來？為什么？

4.下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制

酶的酶切位點(diǎn)。請回答下列問題：

限制酶BamH1Hind]SLEcoR1Sma1

IIl

識別序

GGATCCAAGCTTGAATTCCCCGGG

列及切

CCTAGGTTCGAACTTAAGGGGCCC

割位點(diǎn)

rrr

EcoRI目的基因&oRl

?川?川川miimiimi外源DNA

BamHISmaIHi

圖2

(1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaI切割前、后，分別含有個游離的磷酸基

團(tuán)。

(2)若對圖中質(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。

⑶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

(4)與只使用EcoRI相比較，使用BamHI和Hind山兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源

DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止__________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

(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

前。

(6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了

___________________________________________________________________________O

知識點(diǎn)三“分子運(yùn)輸車”二載體

5.將ada(腺甘酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達(dá)腺甘酸脫氨酶。

下列敘述錯誤的是()

A.每個大腸桿菌細(xì)胞至少含一個重組質(zhì)粒

B.每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點(diǎn)

C.每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點(diǎn)至少插入一個aA

D.每個插入的ada至少表達(dá)一個腺甘酸脫氨酶分子

6.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：

(Da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：①，②(寫出兩條即可)。

(2)若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為工CGC'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)氨芾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教體的是()

A.蘇云金芽抱桿菌抗蟲基因

B.土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子

C.大腸桿菌的質(zhì)粒

D.動物細(xì)胞的染色體

課后作業(yè)?]

【基礎(chǔ)落實(shí)】

1.人們將蘇云金芽抱桿菌中的抗蟲基因?qū)朊藁?xì)胞中培育成為抗蟲棉，這個過程中

所利用的主要原理是（）

A.基因突變B.基因重組

C.基因工程D.染色體變異

2.下列有關(guān)限制酶知識的敘述，錯誤的是（）

A.產(chǎn)生于細(xì)胞內(nèi)，同時可以在細(xì)胞外起作用

B.一種限制酶可以識別多種特定的核苜酸序列

C.限制酶作用于兩個核甘酸之間的磷酸二酯鍵

D.微生物中的限制酶對自身DNA無損害作用

3.屬于''分子縫合針”的是（）

①￡\co〃DNA連接酶②T4DNA連接酶③DNA聚合酶④解旋酶⑤RNA聚合酶

A.①②③B.①②

C.①②⑤D.②④

4.限制性核酸內(nèi)切酶EcoRI對DNA的識別序列是GAATTC,當(dāng)用它處理環(huán)狀DNA

分子時，可形成（）

A.兩端相同的線性DNA,有黏性末端

B.兩端相同的線性DNA,無黏性末端

C.兩端不同的線性DNA,一端有黏性末端，一端無黏性末端

D.兩種末端無法判斷

5.在基因工程中用來修飾改造生物基因的工具是（）

A.限制酶和DNA連接酶

B.限制酶和DNA水解酶

C.限制酶和載體

D.連接酶和載體

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內(nèi)切

酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是（）

A.①②③④B.①②④③

C.①④②③D.①④③②

【能力提升】

7.下列關(guān)于基因工程的敘述，錯誤的是（）

A.目的基因由載體導(dǎo)入受體細(xì)胞

B.限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶

C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無生物活性

D.載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)

8.2008年諾貝爾化學(xué)獎授予了“發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了水母綠色熒光蛋白”的三位科學(xué)家。如

果將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，再將該融合基因轉(zhuǎn)入

真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)就會帶有綠色熒光。綠色熒光蛋白在該研究中的主要作用

是（）

A.追蹤目的基因在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過程

B.追蹤目的基因插入到染色體上的位置

C.追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布

D.追蹤目的基因編碼的蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

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)檢測發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。下列有關(guān)這

一過程的敘述不正確的是()

——G—①A—A—T—T—C——

—C仲—TI—TI—AI—AI—GI——

A.獲取基因a的限制酶的作用部位是圖中的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.通過該技術(shù)人類實(shí)現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀

10.限制酶是一種核酸內(nèi)切酶，可識別并切割DNA分子上特定的核甘酸序列。下圖為

四種限制酶BamHl、EcoRI,，源ffl和Bg/H的識別序列和切割位點(diǎn)：

BamWIEcoRIHind\WBglll

IIII

GGATCCGAATTCAAGCTTAGATCT

CCTAGGCTTAAGTTCGAATCTAGA

tttt

切割出來的DNA黏性末端可以互補(bǔ)配對的是()

A.BamHI和EcoRI

B.BamHI和Hindill

C.BamHI^11BglII

D.EcoRI和Hind\\\

11.通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運(yùn)用這一技術(shù)使羊

奶中含有人體蛋白質(zhì)，下圖表示了這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能

識別的序列和切點(diǎn)是一G.GATCC—,請回答：

羊蛋白質(zhì)耳因染色體卜.的其他基因

羊染色體片段「-----1---1----

1ZZI/III----

移去羊的蛋白質(zhì)基因I----------1

I—人體蛋白質(zhì)基因

I-|--------

1i

表達(dá)分泌含人體蛋白質(zhì)的羊乳

(1)從羊染色體中“剪下"羊蛋白質(zhì)基因的酶是o人體蛋白質(zhì)基因

“插入”羊體細(xì)胞染色體中時需要的酶是。

(2)請畫出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過程圖。

—GIGATCC—

⑶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

12.請根據(jù)下面的實(shí)驗(yàn)原理和材料用具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)粒的抗生素基因所控制的抗菌

類別。

實(shí)驗(yàn)原理：作為載體的質(zhì)粒須有標(biāo)記基因，這一標(biāo)記基因可以是抗生素抗性基因，故有

抗生素抗性基因的細(xì)菌，其質(zhì)?？梢赃x作為載體(抗生素抗性基因一般位于質(zhì)粒上)。

材料用具：青霉素溶液、10萬單位/mL的四環(huán)素溶液、菌種、滅菌的含有細(xì)菌培養(yǎng)基

的培養(yǎng)皿、酒精燈、接種環(huán)、一次性注射器、蒸儲水、恒溫箱等。

(1)方法步驟：

第一步：取三個含細(xì)菌培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿，編號1、2、3,在酒精燈旁，用三支注射器分

別注入1毫升的蒸儲水、青霉素溶液和四環(huán)素溶液，并使之在整個培養(yǎng)皿表面均勻分布；

第二步：;

第三步：將接種后的三個培養(yǎng)皿放入37°C恒溫箱中培養(yǎng)24小時。

(2)預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：

①若1號培養(yǎng)皿中細(xì)菌正常生長，2、3號培養(yǎng)皿中細(xì)菌不能存活，說明該細(xì)菌質(zhì)粒既

無青霉素抗性基因，也無四環(huán)素抗性基因；

②___________________________________________________________________________

③___________________________________________________________________________

④，

(3)設(shè)置［號培養(yǎng)皿的目的是進(jìn)行________________________________________________

【綜合拓展】

13.基因工程中，需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1

的識別序列和切點(diǎn)是一G.GATCC-,限制酶II的識別序列和切點(diǎn)是—tATC-。

GGATCQ目可拳”GATC

IIlliIlliIIIIIII11

CCTAGGCTAG

注:G-eI和GeneII表示兩種標(biāo)記基因

Q表示限制摩儀市的識別序列放大

(1)根據(jù)已知條件和圖回答：

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請指出質(zhì)粒上至少要有一個標(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_______________________________________

(3)大腸桿菌是首先成功表達(dá)外源基因的宿主菌，但不能表達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)，哺乳

類細(xì)胞、昆蟲細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)雖然能表達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的哺乳類細(xì)胞蛋白，但操作復(fù)雜，表達(dá)水平

低，不易推廣使用?；蚬こ讨谐＿x用酵母菌作為受體細(xì)胞，請從細(xì)胞結(jié)構(gòu)等方面分析用酵

母菌作受體細(xì)胞能克服上述不足的理由:______________________________________________

第1課時基因工程的誕生、發(fā)展和工具

知識清單

一、1.體外剪切拼接改造導(dǎo)入表達(dá)基因產(chǎn)物重組DNA基因遺傳性

狀分離體外重組轉(zhuǎn)移復(fù)制表達(dá)2.DNADNA分子的雙螺旋遺傳密碼限制

性核酸內(nèi)切DNA連接質(zhì)粒逆轉(zhuǎn)錄3.開始發(fā)展實(shí)際應(yīng)用兩種不同來源表達(dá)

定向改造生物真rRNA人胰島素人生長激素人干擾素顯微注射大鼠生長激素

大鼠生長激素巨型

二、1.(1)流感嗜血桿菌(2)特定核甘酸序列

(3)特定核甘酸黏性

2.(1)扶手?jǐn)嗫冖浦亟MDNA3.(1)質(zhì)粒噬菌體(2)細(xì)菌細(xì)胞DNA

對點(diǎn)訓(xùn)練

1.D［基因工程實(shí)現(xiàn)了將一種生物的基因與另一種生物的基因組合到同一個體中的愿

望，所以這是一種基因重組現(xiàn)象?；蚬こ淌莾煞N生物間的基因重組，而非同源染色體上非

等位基因的自由組合僅限于一種生物的一個個體減數(shù)分裂過程中。|

思路導(dǎo)引理解基因工程的概念；回憶必修二基因重組的概念;搞清兩個概念間的關(guān)系。

知識鏈接對基因工程的理解

(1)操作環(huán)境：生物體外

(2)優(yōu)點(diǎn)

①與雜交育種相比：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。②與誘變育種相比：定向改造生物

性狀。

(3)操作水平：分子水平.

(4)原理：基因重組。

(5)本質(zhì)：甲(供體：提供目的基因)導(dǎo)七乙侵體：表達(dá)目的基因)，即基因未變，合成

蛋白質(zhì)未變，只是合成場所的轉(zhuǎn)移。

2.D［基因工程是在分子水平上，對DNA進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，按照人們的意愿定向地

改造生物性狀，創(chuàng)造出符合人們需要的生物類型或生物產(chǎn)品，基本原理應(yīng)為基因重組。］

思路導(dǎo)引明確基因工程的含義、優(yōu)點(diǎn)、操作水平；回憶人工誘變的原理。

知識鏈接1.不同基因拼接為重組DNA的理論基礎(chǔ)

(l)DNA分子的基本單位相同，都是由脫氧核甘酸構(gòu)成的。

(2)空間結(jié)構(gòu)相同，不同生物的DNA分子，都是由兩條反向平行的脫氧核甘酸長鏈形成

的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

(3)堿基配對方式相同，不同生物的DNA分子中，兩條鏈之間的堿基配對方式均是A

與T配對，G與C配對。

2.外源基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的理論基礎(chǔ)

(1)基因是控制生物性狀的獨(dú)立遺傳單位。

(2)遺傳信息的傳遞都遵循中心法則闡述的信息流動方向。

(3)生物界共用一套遺傳密碼。

3.(1)

用限制性核酸

-G1GATCC-內(nèi)切除1切割.一GGATCC-

-CCTAGfG-,―CCTAG

⑵

目的基因用限制性核酸

GATC-……-IGATC一內(nèi)切唧口切割

—CTAGf—……一CTAGf—

目的基因

GATC-……-GATC—

-CTAGCTAG

(3)能。因?yàn)樯鲜鰞煞N不同限制能切割后形成的黏性末端是相同的。

解析限制酶具有專一性，即一種限制酶只能識別一種特定的核昔酸序列并從特定的切

點(diǎn)將DNA分子切開。被限制酶切開的DNA兩條單鏈切口，如果各含有幾個伸出的、可互

補(bǔ)配對的核苔酸，這種切口就是黏性末端。兩個黏性末端之間，只要切口處伸出的核甘酸間

互補(bǔ)，就能在DNA連接酶的作用下連接起來。雖然限制酶I和限制晦II識別的序列和切點(diǎn)

不完全相同，但是形成的黏性末端是相同的，存在著互補(bǔ)關(guān)系，因此在DNA連接酶的作用

下是可以連接起來的。

思路導(dǎo)引仔細(xì)審題，注意酶1和酶H的識別位點(diǎn)，以及切割后產(chǎn)生的黏性末端的異同。

知識鏈接1.限制性核酸內(nèi)切酶

(1)作用特點(diǎn)：具有專一性，表現(xiàn)在兩個方面

①識別雙鏈DNA中特定核甘酸序列。

②切割特定序列中的特定位點(diǎn)，特定序列表現(xiàn)為中心對稱，如EcoRI酶的切割序歹!|(如

下圖)：

GAATTC

IIIIII

/TTAAR

~G~AATTC

CTTAAG

（黏性末端）（黏性末端）

（2）作用結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平口末端

①黏性末端：是限制酶在識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開形成的,

如下圖所示：

E;_______________________

GAA：TTCGAATTC

CT十一AjGCTTAAG

中4軸線

②平口末端：是限制酶在識別序列的中心軸線處切開形成的。如下圖所示：

_____?_______________

CCC：GGGCCCGGG

Ill'llI—IIIII

GGGCCCGGGCCC

中，3軸線

2.DNA連接酶

常用的DNA連接酶

工,［來源：大腸桿菌

4co〃DNA連接酶J.立上口、上百和立士、a

［作用特點(diǎn)：只連接黏性末端

'來源：噬菌體

T&DNA連接酶?作用特點(diǎn)：連接黏性末端和平口

,末端

4.（1）0、2⑵高

（3）SmaI會破壞質(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

解析（1）質(zhì)粒切割前是雙鏈環(huán)狀DNA分子，所有磷酸基團(tuán)參與形成磷酸二酯鍵，故不

含游離的磷酸基團(tuán)。從圖1可以看出，質(zhì)粒上只含有一個Sma］的切點(diǎn)，因此被該酶切割后，

質(zhì)粒變?yōu)榫€性雙鏈DNA分子，因每條鏈上含有一個游離的磷酸基團(tuán)，因此切割后含有兩個

游離的磷酸基團(tuán)。（2）由題目可知，I識別的DNA序列只有G和C,而G和C之間可

以形成三個氫鍵，A和T之間可以形成兩個氫鍵，所以SmaI酶切位點(diǎn)越多，熱穩(wěn)定性就

越高。（3）質(zhì)?？股乜剐曰?yàn)闃?biāo)記基因，由圖2可知，標(biāo)記基因和外源DNA中均含有

SmaI酶切位點(diǎn)，都可以被SmaI破壞，故不能使用該酶剪切含有目的基因的外源DNA和

質(zhì)粒。（4）只使用EcoRi,則質(zhì)粒和目的基因兩端的黏性末端相同，用連接酶連接時，會產(chǎn)

生質(zhì)粒和目的基因自身連接物，而利用BamHI和HindHI剪切時，質(zhì)粒和目的基因兩端的

黏性末端不同，用DNA連接酶連接時，不會產(chǎn)生自身連接產(chǎn)物。（5）質(zhì)粒和目的基因連接后

獲得重組質(zhì)粒，該過程需要連接酶作用，故混合后加入DNA連接酶。（6）質(zhì)粒上的抗性基因

為標(biāo)記基因，用于鑒別和篩選含有重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞.

歸納提升（l）DNA連接酶與DNA聚合酶的比較

DNA連接酶DNA聚合酶

胴點(diǎn)催化兩個脫氧核甘酸之間形成磷酸二酯鍵

模板不需要模板需要DNA的一條鏈為模板

作用在兩個DNA片段之間形成將單個核甘酸加到已存在的核酸片段的3'端的

不

過程磷酸二酯鍵羥基上，形成磷酸二酯鍵

同

作用

點(diǎn)連接成完整的DNA分子形成DNA的一條鏈

結(jié)果

用途基因工程DNA復(fù)制

(2)DNA連接酶與限制性核酸內(nèi)切酶的比較

①區(qū)別

作用應(yīng)用

限制性核

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

酸內(nèi)切酶

DNA

在DNA片段之間重新形成磷酸二酯鍵用于構(gòu)建重組DNA分子

連接酶

②關(guān)系：限制酶和連接酶都作用于相鄰兩脫氧核甘酸之間形成的磷酸二酯鍵，但作用不

同，一個是切割，一個是連接。

兩者的關(guān)系可表示為：

GAATTC限制酶

??????

CTTAAGi)NA連接酶

5.C［大腸桿菌成功表達(dá)出腺甘酸脫氨酶，說明這些大腸桿菌都至少含有一個重組質(zhì)

粒，A項(xiàng)正確；作為載體的條件為至少含有一個或多個酶切位點(diǎn)，所以作為載體的質(zhì)粒至少

含有一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點(diǎn)，B項(xiàng)正確；作為基因表達(dá)載體應(yīng)包括目的基因、啟動

子、終止子、標(biāo)記基因四部分，但并不是每個酶切位點(diǎn)都至少插入一個ada,C項(xiàng)錯誤；由

于這些目的基因成功表達(dá)，所以每個“而至少表達(dá)一個腺昔酸脫氨酶分子，D項(xiàng)正確。］

思路導(dǎo)引①要明確質(zhì)粒作為載體所需要具備的條件；②理解基因工程含義。

知識鏈接基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體一一“分子運(yùn)輸車”

|■最常用載體：質(zhì)粒其本質(zhì)是小型環(huán)狀

(1)類型｛DNA,不是細(xì)胞器

［其他載體：噬菌體、動植物病毒等

⑵功能：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，并能使其在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和表達(dá)。

(3)應(yīng)具備的條件

①含復(fù)制原點(diǎn)，能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；

②有遺傳標(biāo)記基因，可用于鑒定與篩選重組DNA分子；

③有限制酶的切割位點(diǎn)，便于外源基因的插入。

6.(l)DNA①能夠自我復(fù)制②具有遺傳效應(yīng)

(2)CGCGT-DNA連接酶

(3)標(biāo)記基因供重組DNA的鑒定和選擇

(4)C

解析本題通過質(zhì)粒結(jié)構(gòu)的模式圖考查質(zhì)粒的功能和特點(diǎn)，分析如下：

歸納提升(1)一般來說，天然載體往往不能滿足人類的所有要求，因此人們根據(jù)不同

的目的和需要，對某些天然的載體進(jìn)行人工改造。

(2)常見的標(biāo)記基因有抗生素抗性基因、產(chǎn)生特定顏色的表達(dá)產(chǎn)物基因、發(fā)光基因等。

(3)作為載體必須具有一個至多個限制酶切點(diǎn)，而且每種酶的切點(diǎn)最好只有一個.因?yàn)?/p>

某種限制酶只能識別單一切點(diǎn)，若載體上有一個以上的酶切點(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)區(qū)，則進(jìn)入受體細(xì)胞后便不能自主復(fù)制。一個載體若只有某

種限制酶的一個切點(diǎn)，則酶切后既能把環(huán)打開接納外源DNA片段，又不會丟失自己的片段。

(4)注意與細(xì)胞膜上載體的區(qū)別，兩者的化學(xué)本質(zhì)和作用都不相同。

(5)質(zhì)粒能自我復(fù)制，既可在自身細(xì)胞、受體細(xì)胞內(nèi)，也可在體外。

課后作業(yè)

1.B［將蘇云金芽把桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁?xì)胞中，通過DNA轉(zhuǎn)錄、翻譯合成特

定的蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出特定的性狀.此題易錯選C?；蚬こ淌且环N技術(shù)手段，而不是生物學(xué)

原理，抗蟲棉的培育利用的是基因工程這一技術(shù)手段使基因發(fā)生重組。］

2.B［微生物中限制酶被提取出來之后，可以在細(xì)胞外起作用，進(jìn)行DNA的切割，

例如基因工程中的限制酶的應(yīng)用就是在細(xì)胞外進(jìn)行的。限制酶作用于兩個核昔酸之間的磷酸

二酯鍵，每種限制酶只能識別一種特定的核昔酸序列。］

3.B［“分子縫合針”是指DNA連接酶。］

4.A［不同限制性核酸內(nèi)切酶切割位點(diǎn)是不相同的，DNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的

DNA片段末端通常有兩種形式，即黏性末端和平口末端。如果是限制酶EcoRi,則在它識

別序列的中心軸線兩側(cè)進(jìn)行切割，產(chǎn)生黏性末端；如果是限制酶Smal,則在它識別序列的

中心軸線處切割，產(chǎn)生的是平口末端。］

5.A［解答本題的關(guān)鍵是“修飾、改造"二詞。限制性核酸內(nèi)切酶(即限制酶)是剪切基

因的“剪刀”，DNA連接酶是將DNA末端之間的縫隙“縫合”起來的“分子縫合針”。所以修飾

改造工具是限制酶和DNA連接酶。］

6.C［限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶三者均作用于磷酸二酯鍵處，

限制性核酸內(nèi)切酶使鍵斷開，而DNA聚合酶連接的是單個脫氧核甘酸，DNA連接酶作用

于DNA片段，解旋酶作用于氫鍵，使DNA雙鏈打開，形成DNA單鏈。］

7.D［載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞，但由于它和目的基因是相

互獨(dú)立的，不能促進(jìn)目的基因的表達(dá)。］

8.C［將綠色熒光蛋白基因的片段與目的基因連接起來組成一個融合基因，將該融合

基因轉(zhuǎn)入真核生物細(xì)胞內(nèi)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)帶有綠色熒光，從而可以追蹤目的基因編碼的蛋

白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分布。］

9.B［限制酶和DNA連接酶的作用部位都位于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，目的基因也會在宿主細(xì)胞中一起復(fù)制?；蚬こ?/p>

的目的就是定向改造生物的遺傳性狀。］

10.C［從圖中可以看出BamHI、EcoRI,，加dill和Bg/II四種限制酶切割出來的黏

性末端分別是GATC、AATT,AGCT、GATC,I和8g/II切割出來的黏性末端相同，

可以互補(bǔ)配對。］

11.(1)限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶

(2)

“丁””用限制性核酸內(nèi)切酶切割一GGATCC一

-CCTAGtG-CCTAGG—

(3)人的遺傳物質(zhì)(基因)與羊的都為DNA,其物質(zhì)組成和空間結(jié)構(gòu)相同

解析在基因工程中用到的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酸和DNA連接酶，在對載體和目

的基因進(jìn)行切割的時候，一定要用同一種限制性核酸內(nèi)切酶，才能切出相同的黏性末端，當(dāng)

插入目的基因時，常用DNA連接酶在二者之間彩成磷酸二酯鍵。

12.(1)第二步：將接種環(huán)在酒精燈上灼燒，并在酒精燈火焰旁對三個培養(yǎng)皿接種

(2)②若僅1、2號中細(xì)菌存活，3號中細(xì)菌死亡，說明該細(xì)菌質(zhì)粒上有青霉素抗性基因，

無四環(huán)素抗性基因

③若僅1、3號中細(xì)菌存活，2號細(xì)菌死亡，說明該細(xì)菌質(zhì)粒上無青霉素抗性基因，有

四環(huán)素抗性基因

④若1、2、3號中細(xì)菌都存活，說明該細(xì)菌質(zhì)粒上既有青霉素抗性基因，又有四環(huán)素抗

性基因

(3)對照

解析本實(shí)驗(yàn)的目的是探究細(xì)菌質(zhì)粒上的抗性基因。1號培養(yǎng)皿中未加抗生素，不管細(xì)

菌質(zhì)粒上有無抗生素基因，該培養(yǎng)皿中的細(xì)菌都能存活，所以是起對照作用的；2號培養(yǎng)皿

中加入了青霉素，只有細(xì)菌質(zhì)粒上有抗青霉素的基因，其中的細(xì)菌才能存活，否則，其中的

細(xì)菌就會死亡；3號培養(yǎng)皿中加入了四環(huán)素，只有細(xì)菌質(zhì)粒上有抗四環(huán)素的基因，其中的細(xì)

菌才能存活，否則，就會被四環(huán)素殺死。注意預(yù)測結(jié)果時考慮問題要全面，幾種可能的情況

都應(yīng)該考慮到，而且每種可能結(jié)果要和相應(yīng)的結(jié)論對應(yīng)起來。

13.(1)①III②DNA連接酶③檢測重組質(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(其他合理答案均可)

(3)①單細(xì)胞真核生物，含有加工、修飾蛋白質(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體；②繁殖速度快，

能很快得到大量的目的基因；③培養(yǎng)成本低；④容易培養(yǎng)

解析要形成重組質(zhì)粒，質(zhì)粒只能出現(xiàn)一個切口，并且至少保留一個標(biāo)記基因，因鬻益

序列在Ge"eH上，因此用限制酶I切割，保留Ge^el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)，翼叁序列中有酶H的切割序列，因此用

酶H,產(chǎn)生的末端互補(bǔ)。

第2課時基因工程的一般過程與技術(shù)

【目標(biāo)導(dǎo)航】1.簡述基因工程的一般過程。2.理解基因工程每個步驟的原理、方法和過程。

3.了解以原核細(xì)胞、植物細(xì)胞和動物細(xì)胞為表達(dá)體的基因工程的一般過程。

知識清單?

一、基因工程

1.以原核細(xì)胞為表達(dá)體的基因工程

(1)過程：以原核生物細(xì)胞(如大腸桿菌)為重組DNA表達(dá)體的基因工程的“施工”過程

主要包括—、篩選獲得目的基因的

受體細(xì)胞、__并實(shí)現(xiàn)目的基因.等五大步驟。

⑵圖示:

大黑稈前細(xì)胞

目的基因的供體細(xì)胞目的基因?—

O

培養(yǎng)大M桿菌,澆導(dǎo)目Fawn弟am

的某因次達(dá)，分離目的含重組康粒的大肺桿做

幕因表達(dá)產(chǎn)物

2.以植物細(xì)胞為表達(dá)體的基因工程——抗軟化番茄的培育過程

二、轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)方法

最常用的方法主要有兩種，即的方法和法。

三、轉(zhuǎn)基因技術(shù)

1.常用的動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)有和。

2.常用的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)：技術(shù)、基因槍介導(dǎo)轉(zhuǎn)化技術(shù)、

技術(shù)。

對點(diǎn)訓(xùn)練?]

知識點(diǎn)一目的基因獲取的方法

1.下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是（）

①從基因文庫中獲取目的基因②利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因③反轉(zhuǎn)錄法④通過

DNA合成儀利用化學(xué)方法人工合成目的基因

A.①②③④B.①②③

C.②③④D.②③

2.下列有關(guān)PCR技術(shù)的說法不正確的是（）

A.PCR技術(shù)是在細(xì)胞內(nèi)完成的

B.PCR技術(shù)是一項(xiàng)在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)

C.PCR技術(shù)的原理與DNA復(fù)制的原理相同

D.PCR技術(shù)的前提是有一段已知的目的基因的核甘酸序列

知識點(diǎn)二制備重組DNA分子和轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞

3.在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯誤的是（）

A.用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸

B.用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體

C.將重組DNA分子導(dǎo)入煙草原生質(zhì)體

D.用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞

4.下圖為某種重組質(zhì)粒簡圖，小箭頭所指分別為限制性核酸內(nèi)切酶EcoRi、BamWI

的酶切位點(diǎn)，a〃?pR為青霉素抗性基因，招產(chǎn)為四環(huán)素抗性基因，P為啟動子，T為終止子，

ori為復(fù)制原點(diǎn)。已知目的基因的兩端分別有包括EcoRI、BamHI在內(nèi)的多種酶的酶切位

點(diǎn)。

據(jù)圖回答:

(1)將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRI酶切，酶切產(chǎn)物用DNA連接酶進(jìn)行連

接后，其中由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有、

、________________________三種。若要從這些連接產(chǎn)物中分離出

重組質(zhì)粒，需要對這些連接產(chǎn)物進(jìn)行。

(2)用上述3種連接產(chǎn)物與無任何抗藥性的原核宿主細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。之后將這些宿

主細(xì)胞接種到含四環(huán)素的培養(yǎng)基中，能生長的原核宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物是

;若接種到含青霉素的培養(yǎng)基中，能生長的原核宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物

是。

(3)目的基因表達(dá)時，RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點(diǎn)是,其合成的產(chǎn)物是

(4)在上述實(shí)驗(yàn)中，為了防止目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連

接，酶切時應(yīng)選用的酶是。

知識點(diǎn)三篩選重組細(xì)胞和實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)

5.下圖為用于基因工程的一個質(zhì)粒示意圖。用EcoRI限制酶切割目的基因和該質(zhì)粒，

再用DNA連接酶連接形成重組質(zhì)粒，然后導(dǎo)入大腸桿菌，最后將大腸桿菌放在四種培養(yǎng)基

中培養(yǎng)：a—無抗生素的培養(yǎng)基，b—含四環(huán)素的培養(yǎng)基，c—含氨葦青霉素的培養(yǎng)基，d—含

四環(huán)素和氨革青霉素的培養(yǎng)基。含重組質(zhì)粒的大腸桿菌能生長的是()

EcoRimM

抗性舉因I1切位點(diǎn)

四環(huán)素抗性基因

A.aB.a和c

C.a和bD.b和c

6.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達(dá)其遺傳特性，只有通過鑒定和

檢測才能知道。下列屬于目的基因功能表達(dá)檢測和鑒定的是()

①檢測受體細(xì)胞是否有目的基因②檢測受體細(xì)胞是否有致病基因③檢測目的基因

是否轉(zhuǎn)錄mRNA④檢測目的基因是否翻譯蛋白質(zhì)

A.①②③B.②③④

C.①③④D.①②④

知識點(diǎn)四基因工程的全過程

7.回答有關(guān)基因工程的問題：

(1)構(gòu)建基因工程表達(dá)載體時，用不同類型的限制酶切割DNA后，可能產(chǎn)生黏性末端，

也可能產(chǎn)生末端。若要在限制酶切割目的基因和質(zhì)粒后使其直接進(jìn)行連接，則應(yīng)選擇

能使二者產(chǎn)生_______(相同、不同)黏性末端的限制酶。

(2)利用大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素時，構(gòu)建的表達(dá)載體含有人胰島素基因及其啟動子等，

其中啟動子的作用是___________________________________________________________

在用表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌時.，常用處理大腸桿菌，以利于表達(dá)載體進(jìn)入:為

了檢測胰島素基因是否轉(zhuǎn)錄出了mRNA,可用標(biāo)記的胰島素基因片段作探針與mRNA雜交,

該雜交技術(shù)稱為。為了檢測胰島素基因轉(zhuǎn)錄的mRNA是否翻譯成

,常用抗原一抗體雜交技術(shù)。

(3)如果要將某日的基因通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入植物細(xì)胞，先要將目的基因插入農(nóng)桿菌

Ti質(zhì)粒的中，然后用該農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞，通過DNA重組將目的基因插

入植物細(xì)胞的_______上。

8.回答下列有關(guān)基因工程的問題：

⑴基因工程中使用的限制酶，其特點(diǎn)是。

下圖四種質(zhì)粒含有E1和E2兩種限制酶的識別，Ap「表示抗青霉素的抗性基因，Tc「表

示抗四環(huán)素的抗性基因。

（2）將兩端用El切開的Tc「基因與用E1切開的質(zhì)粒X-1混合連接，連接后獲得的質(zhì)粒

類型有?（可多選）

A.X-lB.X-2C.X-3D.X-4

（3）若將上圖所示X—l、X—2、X—3、X—4四種質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，然后分別涂布在

含有青霉素或四環(huán)素的兩種培養(yǎng)基上。在這兩種培養(yǎng)基上均不能生長的大腸桿菌細(xì)胞類型有

（4）如果X—1用E1酶切，產(chǎn)生850對堿基和3550對堿基兩種片段；那么質(zhì)粒X-2（Tcr

基因的長度為1200對堿基）用E2酶切后的片段長度為對堿基。

（5）若將外源的Tc「基因兩端用E2切開，再與用E2切開的X—1混合鏈接，并導(dǎo)入大腸

桿菌細(xì)胞，結(jié)果顯示，含X-4的細(xì)胞數(shù)與含X-1的細(xì)胞數(shù)之比為1：3,增大DNA連接

酶用量能否提高上述比值？。原因是

課后作業(yè)?

【基礎(chǔ)落實(shí)】

1.采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的方法正確的是（）

①將毒素蛋白注射到棉受精卵中②將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中

③將編碼毒素蛋白的DNA序列與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入農(nóng)桿菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)

行組織培養(yǎng)④將編碼毒素蛋白的DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組，借助花粉管通道進(jìn)入受精卵

A.①②B.③④C.②③D.①④

2.基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。在基因操作的基本步驟中，不進(jìn)

行堿基互補(bǔ)配對的是（）

A.人工合成目的基因B.目的基因與載體結(jié)合

C.轉(zhuǎn)化受體細(xì)胞D.實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)

3.下列有關(guān)基因工程技術(shù)的正確敘述是（）

A.重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶、載體

B.為育成抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體細(xì)胞

C.選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因?yàn)榧?xì)菌繁殖快

D.只要目的基因進(jìn)入了受體細(xì)胞就能成功表達(dá)

4.研究人員想將生長激素基因通過質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)，以表達(dá)產(chǎn)生生長激素。

已知質(zhì)粒中存在兩個抗性基因：A是抗鏈霉素基因，B是抗氨莘青霉素基因，且目的基因不

插入基因A、B'P,而大腸桿菌不帶任何抗性基因，則篩選獲得“工程菌”的培養(yǎng)基中的抗

生素首先應(yīng)該（）

A.僅有鏈霉素

B.僅有氨節(jié)青霉素

C.同時有鏈霉素和氨芳青霉素

D.無鏈霉素和氨革青霉素

5.如圖為重組質(zhì)粒的模式圖，若結(jié)構(gòu)X是表達(dá)載體所必需的，則X最可能是（）

A.氨革青霉素抗性基因B.啟動子

C.限制酶D.DNA連接酶

6.用某人的胰島素基因制成的DNA探針，能與之形成雜交分子的是（）

①該人胰島A細(xì)胞中的DNA②該人胰島B細(xì)胞中