高中生物《1.1DNA重组技术基本工具》导学案新人教版选修3.doc

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1、 专题一 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具一、教学目标：1.简述基因工程的概念和原理。 2.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。3.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。二、教学重点：DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。三、教学难点：基因工程载体需要具备的条件。四、使用方法1、请先复习必修一第2章 第3节 遗传信息的携带者核酸和必修二第3章 第2、节 DNA分子的结构和第6章 第2节基因工程及其应用，熟悉DNA分子的结构和基因工程的基本知识。3、用15分钟的时间预习课本，找出与原来学习过的知识的相同和更加细微的知识点。4、自主完成预习自测部分。五、【基础回扣】1

2、、 DNA含有指导生物体生命活动的 ，每个DNA分子包含着成百上千个基因，基因控制着 的合成。研究证实，遗传密码在动物、植物和微生物之间是 的。2、 DNA的基本组成单位是 ，它包含3部分分别是 、 、 。在右侧画出由A、T、G、C四种碱基组成的四种核苷酸组成的DNA分子的平面结构图，并说出DNA分子结构的特点 3.噬菌体侵染细菌的实验4.原核生物的结构特点是什么？别名操作环境操作对象操作水平结果（目的）六、预习导引与思考探究一、基因工程的概念是 二、科技探究之路基础理论和技术的发展催生了基因工程，了解基因工程的发展与哪些理论发现和技术发明有紧密的关系？ 三、DNA重组技术的基本工具1、分子手

3、术刀 ，又称为 。（1）主要来源（分布）： （2）功能： （3）特点： （4）（作用结果）切割末端类型和特点： （5）限制酶与DNA水解酶是一回事吗？作用分别是什么？2、分子缝合线 （1）功能： （2）根据酶的来源，可以分为哪些类型？有什么异同？ （3） DNA连接酶和DNA聚合酶的异同？3、分子运输车 （1）通常用 作为载体，还可以用 作为载体，作用是 （2）质粒的结构特点是： 通过质粒的结构可以推测出具备什么条件才能充当分子运输车吗？各个条件的作用是什么？4、阅读“模拟制作”，了解各步骤的做法。5、尝试完成“思考与探究”【预习自测】：1.在基因工程中使用的限制性核酸内切酶，其作用是( )

4、A.将目的基因从染色体上切割出来 B.识别并切割特定的DNA核苷酸序列 C.将目的基因与运载体结合 D.将目的基因导入受体细胞2. 下列关于限制酶的说法不正确的是( )A.限制酶广泛存在于各种生物中，在微生物细胞中分布最多 B.不同的限制酶识别不同的核苷酸序列C.限制酶能识别不同的核苷酸序列，体现了酶的专一性 D.限制酶的作用只是用来提取目的基因3下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是：（ ）供体剪刀针线运载体受体A质粒限制性内切酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物的生物DNA连接酶限制性内切酶质粒大肠杆菌等C提供目的基因的生物限制性内切酶DN

5、A连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制性内切酶提供目的基因的生物 质粒4.作为基因的运输工具运载体，必须具备的条件之一及理由是( ) A.能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因 B.具有多个限制酶切点，以便于目的基因的表达 C.具有某些标记基因，以便目的基因能够与其结合 D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存5.人们常选用的细菌质粒分子往往含有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用（ ）A.提高受体细胞的自然环境中的耐药性 B.有利于对目的基因是否导入进行检测C.增加质粒分子的分子量 D.便于与外源基因连接【巩固训练】：1DNA连接酶的重要

6、功能是（ ）A.DNA复制时使母链与子链之间形成氢键 B.黏性末端碱基之间形成氢键C.将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来 D.将单个核苷酸加到某DNA片段末端形成磷酸二酯键2（2005高考广东）以下有关基因工程的叙述，正确的是 （ ）A、基因工程是细胞水平上的生物工程 B、基因工程的产物对人类都是有益的C、基因工程产生的变异属于人工诱变 D、基因工程育种的优点之一是目的性强3 有关基因工程的叙述正确的是A 限制酶只在获取目的基因时才用 B重组质粒的形成是在细胞内完成的C质粒都可以作为运载体 D蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索4下列哪项通常不被用作基因工程的运载体（ ）A细菌

7、质粒 B噬菌体 C动植物病毒 D细菌核区的DNA5.两个核酸片段在适宜的条件下，经X酶的作用，发生下述变化，则X酶是（ ）A.DNA连接酶 B.RNA聚合酶 C.DNA聚合酶 D.限制酶6下图所示限制酶切割基因分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列和切点是（ ）ACTTAAG，切点在C和T之间 BCTTAAG，切点在G和A之间CGAATTC，切点在G和A之间 DGAATTC，切点在C和T之间 选做题：7.下列四条DNA分子，彼此间具有粘性末端的一组是（ ）A B C D82005天津（1）限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶

8、的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶的切点。请画出质粒被限制酶切割后形成的黏性未端。_请画出目的基因两侧被限制酶切割后形成的黏性未端。_在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性未端能否连接起来？为什么？_分析：本题主要考察黏性末端的知识。解答本题的关键是理解限制酶的特点。在切割目的基因和运载体时，一定要使用同一种限制性内切酶，这样，切出的切口才一样，才能进行碱基互补配对连接起来。两个黏性末端只要一样就可以进行碱基互补配对，再通过DNA连接酶连接起来。【课后检测】1.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

9、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分子水平进行操作一旦成功，便可遗传A.B. C.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。 答案：D2.关于限制性内切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.只识别和切断特定的核苷酸序列 D.在任何部位都能将DNA切开解析：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能

10、在特定的切点上切割DNA分子。答案：D3.下列有关限制性核酸内切酶的说法，正确的是()A.限制酶主要从真核生物中分离出来 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，并使链间的氢键断裂D.限制酶切割产生的DNA片段末端有两种形式解析：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，并且能在特定的切点上切割DNA分子，切开后形成原来互补配对的两种末端。 答案：D4.DNA连接酶的作用是()A.识别DNA分子上的特定碱基序列 B.将DNA分子长链切开C.将碱基进行配对 D.将来源不同的两个DNA片段进行连接解析：限制酶才能识别特定

11、的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。 答案：D5.作为基因工程中的“分子运输车”载体，应具备的条件是()必须有一个或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，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.B. C.D.解析：基因操作中要获取目的基因必须有一个或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

12、；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。 答案：D6.大肠杆菌的质粒常被用来做基因工程中的载体，这与它的哪项优点有关()A.具有黏性末端 B.分子呈环状，便于限制酶切割C.对宿主细胞的生存没有决定性作用 D.分子小，能自主复制，有标记基因解析：结合基因工程中的“分子运输车”载体应具备的条件分析，大肠杆菌的质粒分子小，能自主复制，有标记基因。 答案：D7.下列说法中，正确的是()A.DNA连接酶最初是从人体细胞中发现的 B.限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列C.质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的运载体D.利用运载体在宿主细胞内对目的基因进行大量

13、复制的过程可称为“克隆”解析：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，细胞中有多种限制酶，不同的限制酶的切口是不同的。质粒是基因工程中常用的运载体，但不是唯一的。 答案：D8.番茄在运输过程中，由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术，通过抑制某种促进果实成熟的激素的合成能力，可使番茄的贮藏时间延长，培育成耐贮藏的番茄新品种，这种转基因番茄已于1993年在美国上市。请完成下列问题：（1）促进果实成熟的重要激素是_，它能够发生的化学反应类型有_、_和_。（2）在培育转基因番茄的基因操作中，所用的基因的“剪刀”是_，基因的“针线”是_，基因的“运输工具”是_。（3

14、）与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程来培育新品种的主要优点是_、_和_。解析：本题主要考查基因工程操作的工具。结合植物激素调节的知识，促进果实成熟的激素是乙烯，从化学角度看能够发生的化学反应有加成、氧化和聚合反应。基因工程方法育种与杂交育种、诱变育种相比，主要有目的性强、育种周期短和克服远缘杂交不亲和等优点。答案：（1）乙烯加成氧化聚合 （2）限制酶DNA连接酶运载体（3）目的性强育种周期短克服远缘杂交的障碍9.人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。请根据下面图解完成下列问题：获得甲生物合成的蛋白质的mRNA目的基因与质粒DNA重组导入乙生物细胞获得甲生物的蛋白质

15、。（1）A过程需要加入的核苷酸所含的碱基是_（填符号），此外，还必须加入_酶。（2）B过程首先要用_切断质粒DNA，再用_将目的基因与质粒连接重组在一起。此过程中，若目的基因的黏性末端为：，则其载体（质粒）与之相对应的黏性末端是_。解析：本题主要考查基因工程的有关操作。结合中心法则，由mRNA合成基因，要用到的原料是四种脱氧核苷酸，用到的酶是逆转录酶，基因剪刀是限制性内切酶，DNA连接酶是“分子缝合针”。答案：（1）A、T、C、G反转录（2）限制性内切酶DNA连接酶10.在药品生产中，有些药品如干扰素、白细胞介素、凝血因子等，以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的，由于受原料来源限制，价

16、格十分昂贵，而且产量低，临床供应明显不足。自20世纪70年代遗传工程发展起来以后，人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因，使之与质粒形成重组DNA，并以重组DNA引入大肠杆菌，最后利用这些工程菌，可以高效率地生产出上述各种高质量、低成本的药品，请分析完成下列问题：（1）在基因工程中，质粒是一种最常用的_，它广泛地存在于细菌细胞中，是一种很小的环状_分子。（2）在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的工具是_和_。（3）将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内直接合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成包括_和_两个阶段。解析：本题主要考查基因工程的工具和操作过程。限

17、制性核酸内切酶“分子手术刀”、 DNA连接酶“分子缝合针”、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”，其中最常用的运载体是质粒，蛋白质合成过程包括转录和翻译。答案：（1）基因的载体DNA（2）限制性内切酶DNA连接酶（3）转录翻译11.根据下面实验原理和材料用具，设计实验选择运载体质粒，探究质粒的抗菌素基因所合成的抗菌素类别。实验原理：作为运载体的质粒，须有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因。故凡有抗菌素抗性的细菌，其质粒才可能用作运载体。材料用具：青霉素、四环素的10万个单位溶液、菌种试管、灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱。方法步骤：第一步：取三个含细

18、菌培养基的培养皿并标号1、2、3，在酒精灯旁，用三支注射器，分别注入1毫升蒸馏水、青霉素液和四环素液，并使之分布在整个培养基表面。第二步：将接种环在酒精灯火焰上方灼烧灭菌，并在酒精灯火焰旁取种，然后对三个培养皿接种。第三步：将接种后的三个培养皿放入37 的恒温箱中培养24小时。预期结果分析：（1）设置1号的目的是_，出现的现象是_。（2）如果1、2、3号培养皿的细菌都正常生长，说明_；如果1、2号培养皿的细菌能正常生长，3号培养皿的细菌不能正常生长，则说明_；如果1、3号培养皿的细菌能正常生长，2号培养皿的细菌不能正常生长，则说明_；如果只有1号培养皿的细菌能正常生长，2、3号培养皿的细菌都不

19、能正常生长，则说明_。解析：本题主要考查对照实验的结果分析。青霉素、四环素是抗生素，会抑制微生物的繁殖，所以只有具备与之相对应的抗性的微生物才能生存。因此在培养皿2、3号，分别注入1毫升青霉素、四环素液之后，就构成了选择培养基，只有对青霉素有抗性的微生物才能在3号培养皿中生长，只有对四环素有抗性的微生物才能在3号培养皿中生长。答案：（1）对照细菌能正常生长（2）此细菌的质粒上既有抗青霉素基因也有抗四环素基因此细菌的质粒上有抗青霉素基因但无抗四环素基因此细菌的质粒上有抗四环素基因但无抗青霉素基因此细菌的质粒上既无抗青霉素基因也无抗四环素基因【疑难解析】1、比较有关的DNA酶（1）DNA水解酶：能

20、够将DNA水解成4种脱氧核苷酸，彻底水解成磷酸、脱氧核糖、四种碱基.（2）DNA解旋酶：作用的部位是氢键,结果是DNA双螺旋打开，形成DNA单链。注意：使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外，在适当的高温（如94）、重金属盐的作用下，也可使DNA解旋。 （3）DNA聚合酶：能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。 （4）DNA连接酶：是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。DNA连接酶与DNA聚合酶作用的比较DNA连接酶DNA聚合酶不同点连接的DNA双链单链模板不要模板要模板连接的对象2个DNA片段单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上相同点作用实质形成磷酸二酯键化学本质蛋白质2、

21、 载体 “分子运输车”。（1）载体必须具备三个条件：能在受体细胞中复制并稳定保存。具有一至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入。具有某些标记基因，以便进行筛选。 （2）载体的种类：质粒 、噬菌体和 动、植物病毒等。 【教材拓展】【拓展点一】 限制酶所识别序列的特点限制酶所识别的序列的特点是：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，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如： 以中心线为轴，两侧碱基互补对称； 以 为轴，两侧碱基互补对称。【拓展点二】 DNA连接酶连接的是什么部位？DNA连接酶是将一段DNA片段3端的羟基与另一DNA片段5端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键，而不是连接互补碱基之间的氢键。参考答案：预习自测：15 BBCDB 课堂检测：16 CDDDAC 选做题7 D8、答案：（1）可以连接。因为由两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是相同的（或“是可以互补的”）。