2019-2020年高中生物 第4章 基因工程 第1節(jié) 基因工程的基本原理和技術(shù)同步備課教學(xué)案 北師大版選修3.doc

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2019-2020年高中生物 第4章 基因工程 第1節(jié) 基因工程的基本原理和技術(shù)同步備課教學(xué)案 北師大版選修3 [目標(biāo)導(dǎo)讀]　1.閱讀教材P66～67內(nèi)容，闡明基因工程的概念、特點(diǎn)及理論基礎(chǔ)。2.結(jié)合教材P68圖4－4、P69圖4－5，理解DNA分子的切割技術(shù)和連接技術(shù)。3.分析教材P70～71圖文，認(rèn)識(shí)DNA分子的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體。 [重難點(diǎn)擊]　1.基因工程的概念、特點(diǎn)及理論基礎(chǔ)。2.DNA分子的切割技術(shù)、連接技術(shù)及運(yùn)載工具。 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！ 解決學(xué)生疑難點(diǎn)　　 一、基因工程的概述 1．基因工程的概念 基因工程也叫DNA重組技術(shù)，它是在分子水平上進(jìn)行的一種外科手術(shù)式的遺傳操作，借助于實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，將某種生物的基因或基因組提取出來(lái)，在生物體外進(jìn)行加工改造或重新組合，再轉(zhuǎn)移到另一種生物中去，從而定向地改變生物的遺傳特性，創(chuàng)造出新型的生物。 2．基因工程研究的理論基礎(chǔ) 理論基礎(chǔ) 操作技術(shù) DNA是主要的遺傳物質(zhì)，是生物大分子 提取DNA和對(duì)DNA分子在體外進(jìn)行遺傳操作 DNA進(jìn)行半保留復(fù)制 異源DNA片段連接后可在體內(nèi)或者體外擴(kuò)增 “中心法則”和操縱子學(xué)說(shuō)、遺傳密碼的通用性 不同生物間基因轉(zhuǎn)移和表達(dá) 根據(jù)基因工程的基本原理分析回答： 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?；蚬こ滩僮鲗?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)行重組，并且方向性強(qiáng)，可以定向地改變生物的性狀。 2．分析不同生物的DNA分子能拼接起來(lái)的原因。 答案　基本組成單位相同：都是四種脫氧核糖核苷酸；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)。 3．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)的性狀的原因是什么？ 答案　生物界共用一套遺傳密碼，相同的遺傳信息在不同生物體內(nèi)表達(dá)出相同的蛋白質(zhì)。 1．目前，科學(xué)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都是由四種脫氧核糖核苷酸構(gòu)成的，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DNA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糖核苷酸，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、DNA分子的切割技術(shù)和連接技術(shù) 1．DNA分子的切割技術(shù) (1)工具：限制性?xún)?nèi)切酶(限制酶)。 (2)來(lái)源：主要存在于微生物中。 (3)限制性?xún)?nèi)切酶的功能特點(diǎn) ①會(huì)識(shí)別DNA上某種核苷酸的特定序列和位置。 ②在特定序列中的特定位點(diǎn)將DNA切開(kāi)。 (4)實(shí)例：限制性?xún)?nèi)切酶EcoRⅠ ①只能識(shí)別GAATTC序列的位點(diǎn)，并且在G和A之間將這段DNA序列切開(kāi)。 ②切開(kāi)的DNA兩條單鏈的切口之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫做黏性末端。 2．DNA分子的連接技術(shù) (1)工具：DNA連接酶。 (2)作用 ①用同一種限制酶分別把兩種不同來(lái)源的DNA切成片段，混合后它們就會(huì)通過(guò)黏性末端互相識(shí)別，自動(dòng)靠攏，進(jìn)行堿基配對(duì)。 ②黏性末端與末端之間留有的空隙則靠DNA連接酶進(jìn)行“縫合”，如圖。 小貼士　限制性?xún)?nèi)切酶的作用是切割識(shí)別特定的核苷酸序列的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。DNA連接酶的作用是催化兩條DNA鏈之間形成磷酸二酯鍵，從而將相鄰的脫氧核糖核苷酸連接起來(lái)，而不是連接互補(bǔ)堿基之間的氫鍵。 下圖為DNA分子的切割和連接過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖分析： 1．限制性?xún)?nèi)切酶EcoRⅠ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。 2．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？ 答案　DNA連接酶的作用部位為①，形成了磷酸二酯鍵。 3．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)的脫氧核糖核苷酸加到已有的DNA片段上。 2．下表為常用的限制性?xún)?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?xún)?nèi)切酶 識(shí)別序列和切割位點(diǎn) 限制性?xún)?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末端，如限制酶HindⅡ切割后露出平末端，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。 題后歸納　(1)DNA連接酶與DNA聚合酶的比較 比較項(xiàng)目 DNA連接酶 DNA聚合酶 相同點(diǎn) 催化兩個(gè)脫氧核糖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 作用過(guò)程 在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵 將單個(gè)核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的羥基上，形成磷酸二酯鍵 對(duì)象 游離的DNA片段 單個(gè)的脫氧核糖核苷酸 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 (2)四種酶的作用部位 限制性?xún)?nèi)切酶、DNA連接酶、DNA聚合酶作用于①部位，DNA解旋酶作用于②部位。 三、DNA分子的運(yùn)載工具 1．作為運(yùn)載體的條件 (1)能夠比較自由地進(jìn)出細(xì)胞，并能在細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制。 (2)能使帶進(jìn)去的DNA在細(xì)胞里面進(jìn)行復(fù)制，并且保持原有特性。 (3)具有某些簡(jiǎn)單的特性，如抗藥性、免疫性等，供重組DNA的鑒定和選擇。 2．運(yùn)載體的種類(lèi) 質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒，最理想的運(yùn)載體是質(zhì)粒。 3．質(zhì)粒 (1)來(lái)源：細(xì)菌等生物。 (2)本質(zhì)：細(xì)菌染色體外的一種很小的環(huán)狀DNA分子。 (3)特點(diǎn)：能夠自我復(fù)制，帶有某些抗性基因(報(bào)告基因)，能夠在細(xì)胞間鉆進(jìn)穿出。 小貼士　質(zhì)粒上還應(yīng)具有一個(gè)或者多個(gè)限制性?xún)?nèi)切酶的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，以便連接上外源DNA，天然的質(zhì)粒很難具有上述的所有條件，因此基因工程中使用的質(zhì)粒往往是人為加工過(guò)的。 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)是什么？ 答案　化學(xué)本質(zhì)都是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性?xún)?nèi)切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。 3．質(zhì)粒之所以能做基因工程的載體，是由于它(　　) A．含蛋白質(zhì)，從而能完成生命活動(dòng) B．能夠自我復(fù)制，且能保持連續(xù)性 C．含RNA，能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成 D．具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠攜帶目的基因 答案　B 解析　質(zhì)粒存在于細(xì)菌和酵母菌等生物中，是一種很小的環(huán)狀DNA分子，其上有報(bào)告基因，便于檢測(cè)。質(zhì)粒在受體細(xì)胞中，能隨受體細(xì)胞DNA的復(fù)制而復(fù)制，進(jìn)行目的基因的擴(kuò)增和表達(dá)。 4．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環(huán)素基因都沒(méi)有被破壞，所以插入點(diǎn)是c。②細(xì)菌不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說(shuō)明其抗四環(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破壞，故插入點(diǎn)為a。 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：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(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)被殺死的是具有抗性的受體細(xì)胞，含有目的基因的細(xì)胞得以篩選。  1．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)。 2．下列黏性末端可能由同一種限制酶切割而成的是(　　) A．①② B．①③ C．①④ D．②③ 答案　B 解析　只有①和③兩個(gè)黏性末端的堿基是互補(bǔ)的，可能是由同一種限制酶切開(kāi)形成的。 3．DNA連接酶的重要功能是(　　) A．DNA復(fù)制時(shí)催化母鏈與子鏈之間形成氫鍵 B．連接黏性末端的堿基之間的化學(xué)鍵 C．將兩條DNA片段末端之間的縫隙連接起來(lái) D．催化DNA片段與單個(gè)核苷酸之間形成磷酸二酯鍵 答案　C 解析　DNA連接酶的作用只是催化DNA片段的“縫合”，即恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵；它不能催化氫鍵的形成，也不能使已有的DNA片段與單個(gè)核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。 4．作為基因的運(yùn)輸工具——基因的運(yùn)載體，必須具備的條件之一及理由是(　　) A．能夠在宿主細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來(lái)并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因 B．具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá) C．具有某些報(bào)告基因，以便為目的基因的表達(dá)提供條件 D．能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存，以便于進(jìn)行篩選 答案　A 解析　作為運(yùn)載體要攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞并使之表達(dá)，必須能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定地保存并大量復(fù)制，以便通過(guò)復(fù)制提供大量的目的基因。同時(shí)要具有某些報(bào)告基因，是為了通過(guò)報(bào)告基因是否表達(dá)來(lái)判斷目的基因是否進(jìn)入了受體細(xì)胞，從而對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行篩選。運(yùn)載體要具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切點(diǎn)，則是為了便于與外源基因連接。 5．通過(guò)DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物?？茖W(xué)家運(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(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______________。人的蛋白質(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______________，“插入”時(shí)用的工具是__________，其種類(lèi)有______________________。 答案　(1)限制酶(限制性?xún)?nèi)切酶)　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　運(yùn)載體　質(zhì)粒、動(dòng)植物病毒、噬菌體等 解析　基因工程所用的工具酶是限制酶(限制性?xún)?nèi)切酶)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)運(yùn)載體的協(xié)助，基因工程中常用的運(yùn)載體除質(zhì)粒外，還有動(dòng)植物病毒、噬菌體等。 課時(shí)作業(yè) [基礎(chǔ)過(guò)關(guān)] 1．實(shí)施基因工程的最終目的是(　　) A．提取生物體的DNA分子 B．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．創(chuàng)造符合人們需要的新生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品 答案　D 解析　A、B和C三項(xiàng)均為基因工程操作的具體內(nèi)容，但不是基因工程的目的。實(shí)施基因工程的最終目的是通過(guò)基因操作定向改造生物的遺傳物質(zhì)，創(chuàng)造符合人們需要的新的生物類(lèi)型和生物產(chǎn)品。 2．如圖所示是限制性?xún)?nèi)切酶切割某DNA分子的過(guò)程，從圖中可知，該限制性?xún)?nèi)切酶能識(shí)別的核苷酸序列及切點(diǎn)是(　　) A．CTTAAG，切點(diǎn)在C和T之間 B．CTTAAG，切點(diǎn)在G和A之間 C．GAATTC，切點(diǎn)在G和A之間 D．GAATTC，切點(diǎn)在C和T之間 答案　C 解析　由題意知，該限制性?xún)?nèi)切酶能識(shí)別的核苷酸序列是GAATTC，專(zhuān)一切口是G和A之間。 3．下列關(guān)于限制性?xún)?nèi)切酶的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．限制性?xún)?nèi)切酶可從原核生物中提取 B．同一種限制性?xún)?nèi)切酶切割不同的DNA分子產(chǎn)生的末端能夠進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì) C．限制性?xún)?nèi)切酶能任意切割DNA分子，從而產(chǎn)生大量的DNA片段 D．每一種限制性?xún)?nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列 答案　C 解析　限制性?xún)?nèi)切酶存在于許多原核生物中，可以從中提??；每種限制性?xún)?nèi)切酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子；同一種限制性?xún)?nèi)切酶切割不同的DNA產(chǎn)生的末端能夠進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)。 4．下列關(guān)于限制性?xún)?nèi)切酶和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．限制性?xún)?nèi)切酶切割后一定能產(chǎn)生黏性末端 答案　A 解析　限制性?xún)?nèi)切酶和DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。 5．作為運(yùn)載體的質(zhì)粒不可能具有(　　) A．一個(gè)至多個(gè)限制性?xún)?nèi)切酶的切割位點(diǎn) B．特殊的遺傳報(bào)告基因 C．經(jīng)人工改造的特點(diǎn) D．復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 答案　D 解析　質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外的，并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。 6．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)胞中能自主復(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)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)中能自主復(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。 [能力提升] 7．下圖為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?xún)?nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用順序的是(　　) A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 答案　C 解析　圖示中①表示該酶切割DNA分子雙鏈產(chǎn)生黏性末端的過(guò)程，用到的酶是限制性?xún)?nèi)切酶；②是黏性末端連接的過(guò)程，用到的酶是DNA連接酶；③是DNA分子解旋的過(guò)程，要用解旋酶；④是DNA復(fù)制過(guò)程，需要DNA聚合酶。 8．據(jù)圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．限制性?xún)?nèi)切酶可以切斷a處 B．DNA聚合酶可以連接a處 C．解旋酶可以使b處解開(kāi) D．DNA連接酶可以連接c處 答案　D 解析　DNA連接酶連接的是兩個(gè)相鄰的脫氧核糖核苷酸的磷酸和脫氧核糖，形成磷酸二酯鍵，如a處，而圖示中的c處連接的是同一個(gè)脫氧核糖核苷酸的磷酸和脫氧核糖。 9．下列說(shuō)法中不正確的有(　　) ①限制性?xún)?nèi)切酶主要是從真核生物中分離純化出來(lái)的?、贒NA連接酶都是從原核生物中分離得到的?、鬯邢拗菩?xún)?nèi)切酶識(shí)別的核苷酸序列均由6個(gè)核苷酸組成?、懿煌拗菩?xún)?nèi)切酶切割DNA的位點(diǎn)不同?、萦械馁|(zhì)粒是單鏈DNA A．①②④⑤ B．①②③⑤ C．②③④⑤ D．①③④⑤ 答案　B 解析　限制性?xún)?nèi)切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限制性?xún)?nèi)切酶識(shí)別的序列均為6個(gè)核苷酸，也有少數(shù)限制性?xún)?nèi)切酶的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核苷酸組成，③錯(cuò)誤；不同限制性?xún)?nèi)切酶切割DNA的位點(diǎn)不同，切割出不同的黏性末端或平末端，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。 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?xún)?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)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．如圖表示兩種限制性?xún)?nèi)切酶識(shí)別DNA分子特定序列，并在特定位點(diǎn)對(duì)DNA進(jìn)行切割的示意圖，請(qǐng)回答以下問(wèn)題： 甲： 5′—T—C—G—A—A—T—T—C— 3′—A—G—C—T—T—A—A—G— 　　　 　　 ↓EcoR Ⅰ —T—C—G—　　　　—A—A—T—T—C— —A—G—C—T—T—A—A—　　　　—G— 乙： 5′—G—T—T—A—A—C— 3′—C—A—A—T—T—G— 　　　　 ↓Hpa Ⅰ —G—T—T—　　　—A—A—C— —C—A—A—　　　—T—T—G— (1)圖中甲和乙代表__________________________________________。 (2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。 (3)圖中甲經(jīng)過(guò)相應(yīng)操作形成兩個(gè)片段，切口的類(lèi)型為_(kāi)_____________。 (4)由圖解可以看出，限制性?xún)?nèi)切酶的作用特點(diǎn)是_______________________________。 答案　(1)有特定脫氧核糖核苷酸序列的DNA片段　(2)兩種不同的限制酶　(3)黏性末端　(4)每種限制性?xún)?nèi)切酶都能識(shí)別特定的脫氧核糖核苷酸序列并從特定的位點(diǎn)將DNA分子切開(kāi) 解析　圖中甲和乙代表有特定脫氧核糖核苷酸序列的DNA片段，EcoRⅠ、HpaⅠ代表兩種不同的限制性?xún)?nèi)切酶。由圖可知，EcoRⅠ的切點(diǎn)是G、A，甲經(jīng)EcoRⅠ處理后形成兩個(gè)黏性末端；HpaⅠ的切點(diǎn)是T、A，乙經(jīng)HpaⅠ處理后形成的是平末端。由此可見(jiàn)，限制性?xún)?nèi)切酶的作用特點(diǎn)是：能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定脫氧核糖核苷酸序列，并從特定的位點(diǎn)將DNA分子切開(kāi)。 12．基因工程中，需要使用限制性?xún)?nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒，便于重組和篩選。已知限制性?xún)?nèi)切酶Ⅰ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，限制性?xún)?nèi)切酶Ⅱ的識(shí)別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。 (1)根據(jù)已知條件和圖回答下列問(wèn)題： ①上述質(zhì)粒用限制性?xún)?nèi)切酶________切割，目的基因用限制性?xún)?nèi)切酶________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)報(bào)告基因的理由：_____________________________ ________________________________________________________________________。 (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(lèi)細(xì)胞、昆蟲(chóng)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(lèi)細(xì)胞蛋白，但操作復(fù)雜，表達(dá)水平低，不宜推廣使用?；蚬こ讨谐＿x用酵母菌作為受體細(xì)胞，請(qǐng)從細(xì)胞結(jié)構(gòu)等方面分析用酵母菌作為受體細(xì)胞能克服上述不足的理由：_________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)①Ⅰ?、颉、贒NA連接酶　③檢測(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) 13．下表中列出了幾種限制性?xún)?nèi)切酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制性?xún)?nèi)切酶的酶切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： 限制性?xún)?nèi)切酶 BamHⅠ HindⅢ EcoRⅠ SmaⅠ 識(shí)別序列及切割位點(diǎn) G↓GATCC CCTAG↑G A↓AGCTT TTCGA↑A G↓AATTC CTTAA↑G CCC↓GGG GGG↑CCC (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__________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，不能使用SmaⅠ切割，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和Hind Ⅲ兩種限制性?xún)?nèi)切酶同時(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)現(xiàn)使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制性?xún)?nèi)切酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA，并經(jīng)拼接獲得的重組質(zhì)粒進(jìn)行再次酶切，假設(shè)所用的酶均可將識(shí)別位點(diǎn)完全切開(kāi)，請(qǐng)根據(jù)圖1、2中標(biāo)示的酶切位點(diǎn)及表所列的識(shí)別序列，對(duì)以下酶切結(jié)果作出判斷。 ①采用BamHⅠ和HindⅢ酶切，得到________種DNA片段。 ②采用EcoRⅠ和HindⅢ酶切，得到________種DNA片段。 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)①2?、? 解析　(1)該質(zhì)粒為環(huán)狀DNA分子，經(jīng)SmaⅠ切割前，不含有游離的磷酸基團(tuán)，經(jīng)SmaⅠ切割后含有2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。 (2)SmaⅠ識(shí)別的是CCCGGG序列，在C與G之間切割，SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，也就是C—G堿基對(duì)越多，由于C與G之間的氫鍵(3個(gè))比A與T之間的氫鍵(2個(gè))數(shù)量多，故其含量越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越高。 (3)據(jù)圖1可知，SmaⅠ切割位點(diǎn)在抗生素抗性基因(報(bào)告基因)中，據(jù)圖2可知，SmaⅠ切割位點(diǎn)在目的基因中，因此使用SmaⅠ切割會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。 (4)用同一種限制性?xún)?nèi)切酶處理質(zhì)粒和外源DNA，再用DNA連接酶連接時(shí)，往往會(huì)有三種連接形式：目的基因—質(zhì)粒、目的基因—目的基因(環(huán)化)、質(zhì)?！|(zhì)粒(環(huán)化)，后兩種是我們不需要的，因而要進(jìn)行篩選。用兩種限制酶處理質(zhì)粒和外源DNA，因形成的末端不同可避免上述情況的發(fā)生。 (5)連接質(zhì)粒與目的基因的工具酶是DNA連接酶。 (6)由BamHⅠ和HindⅢ兩種限制性?xún)?nèi)切酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA，并經(jīng)拼接獲得的重組質(zhì)粒，這兩種酶的識(shí)別序列仍然完整存在，如再用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制性?xún)?nèi)切酶進(jìn)行酶切時(shí)，可再度被切開(kāi)，形成2種DNA片段；而EcoRⅠ的識(shí)別序列在原質(zhì)粒中存在并沒(méi)有破壞，同時(shí)切下的目的基因中還存在1個(gè)EcoRⅠ的識(shí)別序列，因此在重組質(zhì)粒中存在2個(gè)EcoRⅠ的識(shí)別序列，如用EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ酶切，可得到3種DNA片段。 [真題體驗(yàn)] 14．(xx全國(guó)乙，40)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(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________________________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)改造后可以作為運(yùn)載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于__________________。 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)作為運(yùn)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具有一個(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。