【同步學(xué)與練】高中生物人教版（2019）選擇性必修3學(xué)案：第3章 第1節(jié) 重組DNA技術(shù)的基本工具（學(xué)生版）

第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具[學(xué)習(xí)目標(biāo)]闡明重組DNA技術(shù)所需的三種基本工具及其作用。一、基因工程的概念和工具酶1．基因工程：指按照人們的愿望，通過________等技術(shù)，賦予生物____________，創(chuàng)造出更符合人們需要的______________________。由于基因工程是在________水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作____________。2．基因工程的工具酶(1)限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)——“分子手術(shù)刀”來源主要來自________種類數(shù)千種作用識別雙鏈DNA分子的________________，使每一條鏈中________的________斷開結(jié)果產(chǎn)生________或平末端(2)DNA連接酶——“分子縫合針”①作用：將____________連接起來，恢復(fù)被________切開的兩個(gè)核苷酸之間的___________。②種類種類來源特點(diǎn)________DNA連接酶只能將具有____________的DNA片段連接起來，不能連接具有平末端的DNA片段T4DNA連接酶T4噬菌體既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的________，又可以“縫合”雙鏈DNA片段的________，但連接平末端的效率相對較低判斷正誤(1)基因工程可以實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)在不同物種間的轉(zhuǎn)移，人們可以定向選育新品種()(2)限制性內(nèi)切核酸酶均能特異性地識別6個(gè)核苷酸序列()(3)DNA連接酶能將兩堿基通過氫鍵連接起來()(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同()任務(wù)一：基因工程的理論基礎(chǔ)1．基因工程操作導(dǎo)致的基因重組與有性生殖中的基因重組的主要區(qū)別是什么？2．為什么不同生物的DNA分子能拼接起來？3．為什么一種生物的基因可以在另一種生物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)？任務(wù)二：限制性內(nèi)切核酸酶(限制酶)1．請結(jié)合限制酶的作用特點(diǎn)，回答以下問題：(1)限制酶能切開RNA分子的磷酸二酯鍵嗎？(2)請結(jié)合圖示，推斷限制酶切割一次可斷開幾個(gè)磷酸二酯鍵？產(chǎn)生多少游離的磷酸基團(tuán)？產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？消耗幾分子水？2．推測限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？3．為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？4．有2個(gè)不同來源的DNA片段A和B，A片段用限制酶SpeⅠ進(jìn)行切割，B片段分別用限制酶HindⅢ、XbaⅠ、EcoRⅤ和XhoⅠ進(jìn)行切割。各限制酶的識別序列和切割位點(diǎn)如圖。(1)請寫出限制酶SpeⅠ、HindⅢ、XbaⅠ和XhoⅠ切割形成的黏性末端。(2)同種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否一定不同？(3)哪種限制酶切割B片段產(chǎn)生的DNA片段能與限制酶SpeⅠ切割A(yù)片段產(chǎn)生的DNA片段相連接？為什么？連接完成后，該重組DNA分子的新連接處能否再被所用的限制酶識別？為什么？與DNA相關(guān)的幾種酶的比較項(xiàng)目DNA連接酶DNA限制酶DNA聚合酶解旋酶作用部位磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵氫鍵作用對象DNA片段DNA單個(gè)的脫氧核苷酸DNA作用結(jié)果將兩個(gè)DNA片段連接成完整的DNA分子切割DNA分子將單個(gè)的脫氧核苷酸連接到DNA單鏈末端將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈拓展延伸1．回文序列限制酶特異性識別和切割的部位具有回文序列，即在切割部位，一條鏈正向讀的堿基順序，與另一條鏈反向讀的順序完全一致。例如：EcoRⅠ限制酶識別的DNA序列為eq\o(=====,\s\up7(GAATTC),\s\do5(CTTAAG))，為回文序列。2．同尾酶識別DNA分子中不同核苷酸序列，但能切割產(chǎn)生相同黏性末端的限制酶被稱為同尾酶。同尾酶構(gòu)建載體時(shí)，切割位點(diǎn)的選擇范圍擴(kuò)大。例如，我們選擇了用某種限制酶切割載體，如果目的基因的核苷酸序列中恰好有該限制酶的識別序列，那么用該限制酶切割含有目的基因的DNA片段時(shí)，目的基因就很可能被切斷；這時(shí)可以考慮用合適的同尾酶(目的基因的核苷酸序列中不能有它的識別序列)來獲取目的基因。1．以下是幾種不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列敘述正確的是()A．以上DNA片段是由4種限制酶切割后產(chǎn)生的B．②片段是在識別序列為eq\a\vs4\al\co1(GAATT,CTTAA)的限制酶作用下形成的C．①和④兩個(gè)片段在DNA聚合酶的作用下可形成重組DNA分子D．限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵2．DNA連接酶是基因工程的必需工具。下列有關(guān)DNA連接酶的敘述，錯(cuò)誤的是()A．DNA連接酶可以將任意的兩個(gè)DNA片段連接成一個(gè)重組DNA分子B．DNA連接酶發(fā)揮作用時(shí)不需要識別特定的脫氧核苷酸序列C．DNA連接酶可以催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間磷酸二酯鍵的形成D．有些DNA連接酶既能連接黏性末端，又能連接平末端二、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1．種類：質(zhì)粒、________、動植物病毒等。2．常用載體——質(zhì)粒(1)本質(zhì)：質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有________能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。(2)質(zhì)粒作為載體所具備的條件及原因條件原因穩(wěn)定存在并能____________________能使目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)增有一個(gè)至多個(gè)________________位點(diǎn)可攜帶多個(gè)或多種外源基因具有特殊的_______________便于重組DNA分子的_________無毒害作用對受體細(xì)胞無毒害作用，避免受體細(xì)胞受到損傷(3)作用①作為運(yùn)輸工具，將外源基因?qū)隷_______。②質(zhì)粒攜帶__________________在細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制。判斷正誤(1)作為載體的質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因()(2)質(zhì)粒是環(huán)狀雙鏈DNA分子，是基因工程常用的載體()(3)載體(如質(zhì)粒)和細(xì)胞膜中的載體蛋白的成分相同()(4)DNA重組技術(shù)所需要的工具酶有限制酶、DNA連接酶和載體()任務(wù)三：載體需具備的條件和載體的選擇1．載體要與外源DNA片段連接，需要具備什么條件？2．要使攜帶的外源DNA片段在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，載體需要具備什么條件？3．我們用肉眼看不到載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞，為了便于篩選重組DNA分子，載體需要具備什么條件？4．根據(jù)標(biāo)記基因的作用，有同學(xué)認(rèn)為在含有某種抗生素的培養(yǎng)基中篩選存活的受體細(xì)胞不一定是導(dǎo)入目的基因的受體細(xì)胞，這種說法是否合理？并說明理由。5．若用家蠶作為某基因表達(dá)載體的受體細(xì)胞，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用噬菌體作為載體，其原因是什么？標(biāo)記基因的篩選原理載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因，而受體細(xì)胞沒有抵抗該抗生素的能力。將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)胞對該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上，能夠生存的是被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。如圖所示：3．(2023·貴州安順高二聯(lián)考)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)粒是只存在于細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能自我復(fù)制的小型環(huán)狀雙鏈DNA分子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帶目的基因的重組質(zhì)粒只有整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上才會隨后者的復(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的篩選4.某細(xì)菌質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)入成功。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)示意圖。請根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長情況，推測①②③三種重組后細(xì)菌的外源基因插入點(diǎn)，正確的一組是()插入點(diǎn)細(xì)菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長狀況細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長狀況①能生長能生長②能生長不能生長③不能生長能生長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節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具一、教材梳理1．轉(zhuǎn)基因新的遺傳特性新的生物類型和生物產(chǎn)品DNA分子重組DNA技術(shù)2．(1)原核生物特定核苷酸序列特定部位磷酸二酯鍵黏性末端(2)①兩個(gè)DNA片段限制酶磷酸二酯鍵②E.coli大腸桿菌互補(bǔ)黏性末端黏性末端平末端判斷正誤(1)√(2)×(3)×(4)×解析(2)大多數(shù)限制酶的識別序列由6個(gè)核苷酸組成，也有少數(shù)限制酶的識別序列由4個(gè)、8個(gè)或其他數(shù)量的核苷酸組成。(3)DNA連接酶能將兩個(gè)DNA片段連接起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。(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鍵，解旋酶作用于氫鍵。核心探討任務(wù)一1．有性生殖中的基因重組是隨機(jī)的，并且只能在同一物種間進(jìn)行重組；基因工程可以實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)在不同物種間進(jìn)行重組，并且方向性強(qiáng)，可以定向地改變生物的性狀。2．(1)DNA的基本組成單位都是四種脫氧核苷酸。(2)雙鏈DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。3．(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。(3)生物界共用一套遺傳密碼。任務(wù)二1．(1)不能。(2)斷開2個(gè)磷酸二酯鍵；產(chǎn)生2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)；產(chǎn)生2個(gè)黏性末端；消耗2分子水。2．限制酶是原核生物的一種防御工具，用來切割侵入細(xì)胞的外源DNA，以保證自身安全。3．含某種限制酶的細(xì)菌的DNA分子不具備這種限制酶的識別序列，或者甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到了限制酶所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。4．(1)SpeⅠ：HindⅢ：XbaⅠ：XhoⅠ：(2)同種限制酶產(chǎn)生的黏性末端相同；不同的限制酶切割可能會形成相同的黏性末端。(3)限制酶XbaⅠ；因?yàn)閄baⅠ與SpeⅠ切割產(chǎn)生了相同的黏性末端。不能再被所用的限制酶識別；因?yàn)樗玫膬煞N限制酶均不能識別該重組DNA分子的新連接處的脫氧核苷酸序列。典題應(yīng)用1．D[圖中①④是同一種限制酶切割形成的，因此以上DNA片段是由3種限制酶切割后產(chǎn)生的，A錯(cuò)誤；②片段是在識別序列為的限制酶作用下形成的，B錯(cuò)誤；①④連接形成重組DNA分子需要的是DNA連接酶，C錯(cuò)誤。]2．A[DNA連接酶可以連接平末端或互補(bǔ)配對的黏性末端，而非任意的兩個(gè)DNA片段，A錯(cuò)誤。]二、教材梳理1．噬菌體2．(1)自我復(fù)制(2)自我復(fù)制或整合到受體DNA上限制酶切割標(biāo)記基因篩選(3)①細(xì)胞②外源DNA片段判斷正誤(1)×(2)√(3)×(4)×解析(1)作為載體的質(zhì)粒通常采用抗生素抗性基因作為篩選標(biāo)記基因。(3)載體(如質(zhì)粒)的成分是DNA，細(xì)胞膜中的載體的成分是蛋白質(zhì)。(4)DNA重組技術(shù)所需要的工具酶有限制酶、DNA連接酶，載體不屬于工具酶。核心探討任務(wù)三1．具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，供外源DNA片段插入其中。2．能在受體細(xì)胞中自我復(fù)制，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步復(fù)制，這樣