高2生物人教版选修3文档专题1 细胞工程 11 Word版含答案 2.docx

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高2生物人教版选修3文档专题1细胞工程11Word版含答案2

1.1　DNA重组技术的基本工具

目标导航　1.结合课本插图，记住DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

2.结合图1－5，识记基因工程中，作为载体需要具备的条件。

重难点击　1.DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

2.基因工程载体需要具备的条件。

课堂导入　

方式一：

抗虫棉的研究开发是中国发展农业转基因技术，打破跨国公司垄断，抢占国际生物技术制高点的成功事例。

抗虫棉的应用使棉铃虫得到了有效控制，使杀虫剂用量降低了70～80%，有效保护了农业生态环境，减少了农民喷药中毒事故，为棉花生产和农业的可持续发展做出了巨大贡献。

师：

要实现抗虫基因在棉花中的表达，提前要做哪些关键工作？

生：

要将抗虫基因切割下来；要将抗虫基因整合到棉花的DNA上。

师：

这里存在一个基因转移的实际问题，就是如何将控制抗虫的基因转入棉花细胞的问题。

师：

中国有句俗语叫“没有金刚钻儿，不揽瓷器活儿”。

科学家们在实施基因工程之前，苦苦求索，终于找到了实施基因工程的三种“金刚钻儿”，使基因工程的设想成为了现实。

这三种“金刚钻儿”是什么？

有什么特点和具体作用？

下面我们就来学习这方面的内容。

方式二：

美国新奥尔良奥德班濒危物种研究中心为探索一些人类疾病的治疗方法，以猫为实验对象（猫的基因构成与人类相似）进行了一系列实验。

为了了解外源基因是否可以安全地移植到猫科动物的基因序列中，该研究中心利用基因工程技术培育出美国首只转基因夜光猫。

紫外线灯光下夜光猫的眼睛、牙床和舌头会发出鲜艳的橙黄色的荧光。

夜光猫的培育施工是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专用的工具。

这些工具是什么？

各自的作用是什么？

让我们一起来了解一下吧！

一、基因工程的概念、理论基础及技术支持

1.基因工程的概念

（1）操作环境：

生物体外。

（2）操作对象：

基因。

（3）操作水平：

DNA分子水平。

（4）主要技术：

体外DNA重组和转基因等技术。

（5）操作结果：

赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

（6）操作原理：

基因重组。

2.基因工程的理论基础和技术支持

理论基础

DNA是遗传物质的证明

DNA双螺旋结构和中心法则的确立

遗传密码的破译

技术支持

基因转移载体——质粒的发现

多种限制酶和连接酶，以及逆转录酶（工具酶）的发现

DNA合成和测序技术的发明

DNA体外重组的实现、重组DNA表达实验的成功

第一例转基因动物问世、PCR技术的发明

合作探究

1.基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是什么？

答案　

（1）有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行；

（2）基因工程可以在不同物种间进行重组，并且方向性强，可以定向地改变生物的性状。

2.不同生物的DNA分子能拼接起来的原因是什么？

答案　

（1）DNA分子的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；

（2）双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构；（3）所有生物的DNA碱基对均遵循严格的“碱基互补配对原则”。

3.外源基因能够在受体内表达，并使受体表现出相应的性状，为什么？

答案　

（1）基因是控制生物体性状的结构和功能单位，具有相对独立性；

（2）遗传信息的传递都遵循中心法则；（3）生物界共用一套遗传密码。

1.判断正误

（1）基因工程的原理是基因重组，只不过所发生的变异是定向的（　　）

（2）基因工程育种与杂交育种相比的优点是打破了生殖隔离（　　）

（3）基因工程是一种可以定向改造生物遗传特性的人工诱变（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　

2.科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是（　　）

A.定向提取生物体内的DNA分子

B.定向地对DNA分子进行人工“剪切”

C.在生物体外对DNA分子进行改造

D.定向地改造生物的遗传性状

问题导析　

（1）基因工程是在体外进行基因重组，然后导入受体细胞内。

（2）重组基因在受体细胞内表达，产生人类所需的生物类型和生物产品，也就定向地改造了生物的遗传性状。

答案　D

二、基因工程操作的两种工具酶

1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

来源

主要来自原核生物

种类

约4000种

特点

识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列

切割特定核苷酸序列中的特定位点

作用

断裂特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键

结果

产生黏性末端或平末端

2.DNA连接酶——“分子缝合针”

（1）作用：

将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

（2）种类：

种类

来源

特点

E·coliDNA连接酶

大肠杆菌

只能“缝合”具有互补黏性末端的双链DNA片段

T4DNA连接酶

T4噬菌体

既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端

合作探究

1.分析下图，回答关于限制性核酸内切酶的问题：

（1）请举例说明限制性核酸内切酶的“限制性”表现在什么地方？

这体现了酶的哪种特性？

答案　表现在两方面：

①限制性核酸内切酶只能识别双链DNA分子上某种特定的脱氧核苷酸序列；②只能在识别序列上特定的两个脱氧核苷酸之间进行切割。

如EcoRⅠ只能识别GAATTC序列，且只切割G—A之间的磷酸二酯键；这体现了酶具有专一性。

（2）在切割含目的基因的DNA分子时，限制性核酸内切酶要切割几个磷酸二酯键？

为什么？

答案　4个。

DNA分子为双链，且目的基因两端均含有限制性核酸内切酶的识别位点。

（3）所有的限制性核酸内切酶识别的脱氧核苷酸序列、切割位点相同吗？

为什么？

答案　不相同。

限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶，不同种类的限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点不同，这与酶的专一性有关。

2.请思考回答关于DNA连接酶的问题：

（1）DNA连接酶和限制酶的作用和作用部位是否相同？

答案　DNA连接酶和限制酶的作用正好相反，前者是“缝合”，后者是“切割”；但二者作用部位相同，都是特定部位的磷酸二酯键。

（2）DNA连接酶的识别有无特异性？

能否催化连接不同限制酶切割形成的黏性末端？

答案　DNA连接酶无识别的特异性，对于相同（或互补）的黏性末端以及平末端都能连接，连接的是磷酸二酯键。

不同限制酶切割形成的黏性末端只要相同（或互补），就可催化连接。

3.在下图中标出限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶的作用部位。

答案　如图所示

限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于a处化学键，而解旋酶作用于b处化学键。

3.判断正误

（1）不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端（　　）

（2）DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体（　　）

（3）限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害（　　）

（4）限制酶和DNA连接酶的作用部位一致，但作用相反（　　）

（5）T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端（　　）

（6）DNA连接酶能连接所有相同或互补的黏性平端，故该酶没有专一性（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）√　（6）×

4.如下图，两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下列变化，则X酶是（　　）

A.DNA连接酶B.RNA聚合酶

C.DNA聚合酶D.限制酶

问题导析　

（1）DNA连接酶可以连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键。

（2）RNA聚合酶可以催化单个游离的核糖核苷酸形成RNA。

（3）DNA聚合酶可以催化单个游离的脱氧核糖核苷酸形成DNA。

（4）限制酶可以将DNA分子从特定的位点进行切割。

答案　A

一题多变　

（1）若上图中的图改为下图，则X酶应对应哪个选项？

答案　D项。

（2）根据图中的片段，写出对应的限制性核酸内切酶识别的特定核苷酸序列。

答案　所识别的核苷酸序列为GAATTC。

DNA连接酶和DNA聚合酶的异同点

比较项目

DNA连接酶

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分子的一条链

用途

基因工程

DNA分子复制

三、基因进入受体细胞的载体

1.种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

2.常用载体——质粒

（1）本质：

质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。

（2）质粒作为载体所具备的条件

①能自我复制：

能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。

②有切割位点：

有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。

③具有标记基因：

具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

（3）作用

①作为运输工具，将目的基因导入受体细胞。

②质粒携带目的基因在受体细胞内大量复制。

合作探究

1.基因工程的载体和主动运输的载体有哪些区别？

答案　

（1）主动运输中载体的化学本质是蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。

（2）基因工程中的载体的化学本质是DNA，其作用是携带目的基因进入受体细胞。

2.载体的组成

分析质粒载体结构模式图，回答下列问题：

（1）质粒上抗生素抗性基因有什么作用？

答案　作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。

（2）作为基因进入受体细胞的载体，要求必须对受体细胞无害，为什么？

答案　载体如果对受体细胞有害，其一旦被导入受体细胞，就会影响受体细胞的生命活动，甚至破坏受体的生命活动。

5.质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。

某细菌质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转入成功。

外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，如图所示是外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是（　　）

细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况

细菌在含四环素的培养基上的生长状况

①

能生长

能生长

②

能生长

不能生长

③

不能生长

能生长

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

问题导析　

（1）①细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，所以插入点是c。

（2）对②细菌来说，能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而不能在含四环素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因正常而抗四环素基因被破坏，插入点为b。

（3）③细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因被插入而破坏，故插入点为a。

答案　A

一题多变

判断正误

（1）为供外源DNA插入质粒，质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点（　　）

（2）质粒上的特殊标记基因可以供外源DNA片段插入质粒（　　）

（3）细菌核区的DNA也常被用做载体（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×

基因工程的基本工具

①限制性核

酸内切酶

（分子手术刀）

⑥DNA连接酶（分子缝合针）

⑧载体（分子运输车）

1.下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是（　　）

A.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的

B.工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能

C.遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据

D.