苏教版生物选修3第1章第1节第1课时Word文件下载.docx

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1970年：

特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。

史密斯等人分离到限制性核酸内切酶。

1977年：

桑格首次完整基因组的测序工作。

2．重组DNA技术的发展

（1）1972年科学家伯格等实验。

①过程：

②成就：

世界上首次DNA分子体外重组。

（2）1973年科学家科恩等实验。

重组DNA分子

大肠杆菌―→子代大肠杆菌（双重抗性）

（3）不同物种间DNA重组实验。

非洲爪蟾核糖体蛋白基因的DNA片段＋大肠杆菌质粒→重组DNA→转入大肠杆菌→转录出相应mRNA。

打破了传统的种间遗传物质不能交换的重重壁垒，开创了基因工程。

3．基因工程的概念

方法

在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法

原理

对生物的基因进行改造和重新组合

操作水平

基因水平

目的

产生人类需要的基因产物

使大米拥有某些细菌才具有的抗虫基因能够减少化学杀虫剂的使用量，既高产又环保。

请你结合以上内容探究以下问题。

探讨

：

你知道拥有某些细菌抗虫基因的大米是通过何种技术培育出来的吗？

提示：

基因工程。

通过分析基因工程的概念，讨论基因工程的原理是什么？

与有性杂交育种有何区别？

原理：

基因重组。

区别：

打破物种限制，实现不同物种间的基因交流。

将人的胰岛素基因导入大肠杆菌体内，通过大肠杆菌能大量生产人胰岛素。

请分析人胰岛素基因能在大肠杆菌体内表达的理论基础是什么？

生物共用一套遗传密码。

1．基因重组的三种主要类型

（1）交叉互换：

减数第一次分裂四分体时期，同源染色体上的非姐妹染色单体间的交叉互换。

（2）自由组合：

减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非等位基因随着非同源染色体的自由组合而组合。

（3）基因工程：

转基因生物因外源基因导入而获得的新性状是可以遗传的。

2．基因工程的理论基础

（1）拼接的基础：

①基本组成单位相同：

不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。

②空间结构相同：

不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。

③碱基配对方式相同：

不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对，G与C配对。

（2）表达的基础：

生物界共用一套遗传密码，相同的遗传信息在不同生物体内可表达出相同的蛋白质。

1．干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血液中提取，每升人血中只能提取0.5μg，所以价格昂贵。

美国加利福尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素。

如图所示，可以看出该公司生产干扰素运用的方法是（　　）【导学号：

10210006】

A．个体间的杂交　B．基因工程

C．细胞融合D．器官移植

【解析】　从图中可以看出整个过程为将人的淋巴细胞中控制干扰素合成的基因与质粒结合后导入酵母菌，并从酵母菌产物中提取干扰素，这项技术为基因工程。

【答案】　B

2．下列对基因工程的理解，正确的是（　　）

①它是一种按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的工程　②可对基因随意进行人为改造　③是体外进行的人为的基因重组　④在实验室内，利用相关的酶和原料合成DNA　⑤主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术　⑥在DNA分子水平上进行操作

⑦一旦成功，便可遗传

A．①②③④⑤⑥B．①③④⑤⑥⑦

C．①③⑤⑥⑦D．①②③⑤⑥⑦

【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】　C

基因工程的工具——酶与载体

1．限制性核酸内切酶（也称“限制酶”）

（1）来源：

主要来自于原核生物。

（2）特点：

具有专一性。

①识别双链DNA分子的某种特定的脱氧核苷酸序列。

②切割特定脱氧核苷酸序列中的特定位点。

（3）作用：

断开每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。

（4）结果：

产生黏性末端或平口末端。

2．DNA连接酶——“分子针线”

（1）作用：

将双链DNA片段“缝合”，恢复被限制性核酸内切酶切开的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。

（2）结果：

形成重组DNA分子。

3．载体——运载工具

（1）功能：

将外源基因导入受体细胞。

（2）种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物以及一些动、植物病毒。

（3）质粒

①本质：

来自于细菌细胞中的一种很小的环状DNA分子，是最早应用的载体。

②组成：

最简单的质粒载体必须包括复制区、标记基因、目的基因插入位点。

我国科学家已成功将与植物花青素代谢有关的基因导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。

请你依据以上材料探究以下问题：

科学家进行转基因技术操作时，需要用到哪些基本的工具？

限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体。

结合DNA复制的过程分析，限制性核酸内切酶和DNA解旋酶的作用部位有何不同？

限制性核酸内切酶作用于磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于碱基对之间的氢键。

下图所示过程是哪类酶作用的结果？

该酶识别的碱基序列及切点是什么？

这体现了该类酶具有什么特性？

限制性核酸内切酶。

识别的碱基序列为：

GAATTC，切点在G和A之间。

特异性。

质粒的化学本质是什么？

来源于何类生物？

化学本质：

环状DNA分子。

来源：

细菌、酵母菌。

1．限制性核酸内切酶与DNA连接酶的比较

（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开

用于提取目的基因和切割载体

DNA连接酶

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：

2．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较

项目

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复制

[特别提醒]

（1）不同DNA分子用同一种限制性核酸内切酶切割形成的黏性末端都相同；

同一个DNA分子用不同的限制性核酸内切酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

（2）DNA连接酶无识别的特异性，DNA连接酶对于黏性末端或平口末端都能催化其“缝合”，重新形成DNA分子。

3．载体的作用、条件、种类及质粒的相关知识

将外源基因送入受体细胞

条件

①能在宿主细胞内复制并稳定地保存

②具有多个限制性核酸内切酶切点

③具有某些标记基因

种类

常用的载体有质粒、λ噬菌体、动植物病毒

质粒

①质粒是最早应用的载体②结构：

细菌细胞中的很小的环状DNA分子③特性：

质粒的存在对宿主细胞无影响④重组质粒的形成：

用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和外源DNA分子，并通过DNA连接酶的连接，就能将质粒和外源DNA分子组成一个重组质粒（重组DNA分子）

（1）一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。

（2）常见的标记基因有抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。

（3）注意与细胞膜上载体的区别，两者的化学本质和作用都不相同。

（4）质粒能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞内，也可在体外。

1．基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是（　　）【导学号：

10210007】

A．能够在宿主细胞中稳定地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，以便为目的基因的表达提供条件

D．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选

【解析】　载体作为目的基因的运输工具，能将目的基因导入受体细胞。

作为载体必须具备三个条件：

①能够在宿主细胞中稳定地保存，并能够复制，以便提供大量的目的基因；

②有一个至多个限制酶切割位点，便于与外源基因结合；

③具有标记基因，便于进行检测和筛选。

【答案】　A

2．目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如下图所示。

（1）构建人工质粒时要有抗性基因，以便于_______________________________________________________________。

（2）pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点，EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G和A之间切割。

若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端：

_______________________________________________。

（3）pBR322分子中另有单个的BcomHⅠ限制酶作用位点，现将经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因，通过DNA连接酶作用恢复________键，成功获得了重组质粒，说明_______________________________________________

（4）为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampR和tetR的大肠杆菌，将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图二的菌落。

再将灭菌绒布按到培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图三的结果（空圈表示与图二对照无菌落的位置），与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是______________________________________________，图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是

【解析】　

（1）质粒作为基因表达载体的条件之一是要有抗性基因，以便于鉴别目的基因是否导入受体细胞或筛选导入目的基因的受体细胞。

（2）同一限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同，根据题意可知：

该目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端为：

目的基因

—G　　　　AATTC—……—G　　　AATTC—

—CTTAA　　　　G—……—CTTAA　　　G—

（3）DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键；

而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接，表明经两种限制酶（BamHⅠ和BglⅡ）切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。

（4）由题意知：

由于与图三空圈相对应的大肠杆菌能在含氨苄青霉素