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

《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》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《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（17頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

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DNA分子的運輸工具——運載體。 [重難點擊]　1.基因工程的概念、特點及理論基礎(chǔ)。2.DNA分子的切割技術(shù)、連接技術(shù)及運載工具。 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？讓我們一起來了解一下吧！ 解決學(xué)生疑難點　　 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，借助于實驗室的技術(shù)，將某種生物的基因或基因組提取出來，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、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)之間沒有必然關(guān)系，D錯誤。 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：限制性內(nèi)切酶(限制酶)。 (2)來源：主要存在于微生物中。 (3)限制性內(nèi)切酶的功能特點 ①會識別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將DNA切開。 (4)實例：限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ ①只能識別GAATTC序列的位點，并且在G和A之間將這段DNA序列切開。 ②切開的DNA兩條單鏈的切口之間正好互補(bǔ)配對，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源的DNA切成片段，混合后它們就會通過黏性末端互相識別，自動靠攏，進(jìn)行堿基配對。 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　限制性內(nèi)切酶的作用是切割識別特定的核苷酸序列的兩個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，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程，請據(jù)圖分析： 1．限制性內(nèi)切酶EcoRⅠ的識別序列和切割位點分別是什么？ 答案　EcoRⅠ的識別序列為GAATTC，切割位點是在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，二者的作用對象相同嗎？為什么？ 答案　不相同。DNA連接酶是將兩個DNA片段連接起來，而DNA聚合酶是將單個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內(nèi)切酶(限制酶)及其識別序列和切割位點，由此推斷以下說法中，正確的是(　　) 限制性內(nèi)切酶 識別序列和切割位點 限制性內(nèi)切酶 識別序列和切割位點 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．限制酶的切割位點在識別序列內(nèi)部 答案　C 解析　根據(jù)表格內(nèi)容可以推知，每種限制酶都能識別特定的核苷酸序列，但不一定只能識別一種序列，如限制酶HindⅡ，A項錯誤；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項錯誤；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項正確；限制酶的切割位點可以位于識別序列的外側(cè)，如Sau3AⅠ，D項錯誤。 題后歸納　(1)DNA連接酶與DNA聚合酶的比較 比較項目 DNA連接酶 DNA聚合酶 相同點 催化兩個脫氧核糖核苷酸之間形成磷酸二酯鍵 不同點 模板 不需要模板 需要DNA的一條鏈為模板 作用過程 在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵 將單個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 對象 游離的DNA片段 單個的脫氧核糖核苷酸 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 限制性內(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分子的運載工具 1．作為運載體的條件 (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)具有某些簡單的特性，如抗藥性、免疫性等，供重組DNA的鑒定和選擇。 2．運載體的種類 質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒，最理想的運載體是質(zhì)粒。 3．質(zhì)粒 (1)來源：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：能夠自我復(fù)制，帶有某些抗性基因(報告基因)，能夠在細(xì)胞間鉆進(jìn)穿出。 小貼士　質(zhì)粒上還應(yīng)具有一個或者多個限制性內(nèi)切酶的識別序列和切割位點，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內(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 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，其上有報告基因，便于檢測。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(插入點有a、b、c)，請根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長情況，推測①②③三種重組細(xì)菌的外源基因插入點，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，說明抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素基因都沒有被破壞，所以插入點是c。②細(xì)菌不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗四環(huán)素基因被破壞，插入點為b。③細(xì)菌不能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗氨芐青霉素基因被破壞，故插入點為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)胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。 (2)過程：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有抗性的受體細(xì)胞，沒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)物對人類都是有益的 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)點之一是目的性強(qiáng) 答案　D 解析　基因工程是對基因(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，但并非一定是對人類有益的；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③兩個黏性末端的堿基是互補(bǔ)的，可能是由同一種限制酶切開形成的。 3．DNA連接酶的重要功能是(　　) A．DNA復(fù)制時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 D．催化DNA片段與單個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)被限制酶切開的兩個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片段與單個核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。 4．作為基因的運輸工具——基因的運載體，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)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因 B．具有一個至多個限制酶切點，以便于目的基因的表達(dá) C．具有某些報告基因，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，以便通過復(fù)制提供大量的目的基因。同時要具有某些報告基因，是為了通過報告基因是否表達(dá)來判斷目的基因是否進(jìn)入了受體細(xì)胞，從而對受體細(xì)胞進(jìn)行篩選。運載體要具有一個至多個限制酶切點，則是為了便于與外源基因連接。 5．通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物?？茖W(xué)家運用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，下圖表示了這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是—G↓GATCC—，請回答下列問題。 (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)胞染色體中時需要的酶是________________。 (2)請畫出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過程圖。 —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”時用的工具是__________，其種類有______________________。 答案　(1)限制酶(限制性內(nèi)切酶)　DNA連接酶 (2) (3)基因的組成、堿基配對方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的　運載體　質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體等 解析　基因工程所用的工具酶是限制酶(限制性內(nèi)切酶)和DNA連接酶，不同生物的基因之所以能整合在一起，是因為基因的組成、堿基配對方式和空間結(jié)構(gòu)是相同的。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，離不開運載體的協(xié)助，基因工程中常用的運載體除質(zhì)粒外，還有動植物病毒、噬菌體等。 課時作業(yè) [基礎(chǔ)過關(guān)] 1．實施基因工程的最終目的是(　　) A．提取生物體的DNA分子 B．對DNA分子進(jìn)行人工剪切 C．在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造 D．創(chuàng)造符合人們需要的新生物類型和生物產(chǎn)品 答案　D 解析　A、B和C三項均為基因工程操作的具體內(nèi)容，但不是基因工程的目的。實施基因工程的最終目的是通過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型和生物產(chǎn)品。 2．如圖所示是限制性內(nèi)切酶切割某DNA分子的過程，從圖中可知，該限制性內(nèi)切酶能識別的核苷酸序列及切點是(　　) A．CTTAAG，切點在C和T之間 B．CTTAAG，切點在G和A之間 C．GAATTC，切點在G和A之間 D．GAATTC，切點在C和T之間 答案　C 解析　由題意知，該限制性內(nèi)切酶能識別的核苷酸序列是GAATTC，專一切口是G和A之間。 3．下列關(guān)于限制性內(nèi)切酶的敘述，錯誤的是(　　) A．限制性內(nèi)切酶可從原核生物中提取 B．同一種限制性內(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 C．限制性內(nèi)切酶能任意切割DNA分子，從而產(chǎn)生大量的DNA片段 D．每一種限制性內(nèi)切酶只能識別特定的核苷酸序列 答案　C 解析　限制性內(nèi)切酶存在于許多原核生物中，可以從中提取；每種限制性內(nèi)切酶只能識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上切割DNA分子；同一種限制性內(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。 4．下列關(guān)于限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶的說法中，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．限制性內(nèi)切酶切割后一定能產(chǎn)生黏性末端 答案　A 解析　限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)都是蛋白質(zhì)。 5．作為運載體的質(zhì)粒不可能具有(　　) A．一個至多個限制性內(nèi)切酶的切割位點 B．特殊的遺傳報告基因 C．經(jīng)人工改造的特點 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)簡單的、獨立于細(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)制過程一定是在宿主細(xì)胞外獨立進(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內(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)生黏性末端的過程，用到的酶是限制性內(nèi)切酶；②是黏性末端連接的過程，用到的酶是DNA連接酶；③是DNA分子解旋的過程，要用解旋酶；④是DNA復(fù)制過程，需要DNA聚合酶。 8．據(jù)圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述錯誤的是(　　) A．限制性內(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 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處連接的是同一個脫氧核糖核苷酸的磷酸和脫氧核糖。 9．下列說法中不正確的有(　　) ①限制性內(nèi)切酶主要是從真核生物中分離純化出來的?、贒NA連接酶都是從原核生物中分離得到的?、鬯邢拗菩詢?nèi)切酶識別的核苷酸序列均由6個核苷酸組成?、懿煌拗菩詢?nèi)切酶切割DNA的位點不同?、萦械馁|(zhì)粒是單鏈DNA A．①②④⑤ B．①②③⑤ C．②③④⑤ D．①③④⑤ 答案　B 解析　限制性內(nèi)切酶主要是從原核生物中分離純化出來的，有很少量是來自真核生物——酵母菌，①錯誤；T4DNA連接酶來源于T4噬菌體(一種病毒)，②錯誤；EcoR Ⅰ、Sma Ⅰ限制性內(nèi)切酶識別的序列均為6個核苷酸，也有少數(shù)限制性內(nèi)切酶的識別序列由4、5或8個核苷酸組成，③錯誤；不同限制性內(nèi)切酶切割DNA的位點不同，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內(nèi)切酶的酶切位點。若要得到一個能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長的含重組DNA的細(xì)胞，應(yīng)選用的質(zhì)粒是(　　) 答案　C 解析　A項破壞了復(fù)制必需的序列。B項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。C項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)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長。D項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)基上生長而不能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長。 11．如圖表示兩種限制性內(nèi)切酶識別DNA分子特定序列，并在特定位點對DNA進(jìn)行切割的示意圖，請回答以下問題： 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)過相應(yīng)操作形成兩個片段，切口的類型為______________。 (4)由圖解可以看出，限制性內(nèi)切酶的作用特點是_______________________________。 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)每種限制性內(nèi)切酶都能識別特定的脫氧核糖核苷酸序列并從特定的位點將DNA分子切開 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內(nèi)切酶。由圖可知，EcoRⅠ的切點是G、A，甲經(jīng)EcoRⅠ處理后形成兩個黏性末端；HpaⅠ的切點是T、A，乙經(jīng)HpaⅠ處理后形成的是平末端。由此可見，限制性內(nèi)切酶的作用特點是：能識別雙鏈DNA分子的特定脫氧核糖核苷酸序列，并從特定的位點將DNA分子切開。 12．基因工程中，需要使用限制性內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒，便于重組和篩選。已知限制性內(nèi)切酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制性內(nèi)切酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—。 (1)根據(jù)已知條件和圖回答下列問題： ①上述質(zhì)粒用限制性內(nèi)切酶________切割，目的基因用限制性內(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請指出質(zhì)粒上至少要有一個報告基因的理由：_____________________________ ________________________________________________________________________。 (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)，哺乳類細(xì)胞、昆蟲細(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內(nèi)切酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制性內(nèi)切酶的酶切位點。請回答下列問題： 限制性內(nèi)切酶 BamHⅠ HindⅢ EcoRⅠ SmaⅠ 識別序列及切割位點 G↓GATCC CCTAG↑G A↓AGCTT TTCGA↑A G↓AATTC CTTAA↑G CCC↓GGG GGG↑CCC (1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有__________個游離的磷酸基團(tuán)。 (2)若對圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，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兩種限制性內(nèi)切酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止____________________________________________。 (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兩種限制性內(nèi)切酶同時處理質(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)所用的酶均可將識別位點完全切開，請根據(jù)圖1、2中標(biāo)示的酶切位點及表所列的識別序列，對以下酶切結(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個游離的磷酸基團(tuán)。 (2)SmaⅠ識別的是CCCGGG序列，在C與G之間切割，SmaⅠ酶切位點越多，也就是C—G堿基對越多，由于C與G之間的氫鍵(3個)比A與T之間的氫鍵(2個)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切割位點在抗生素抗性基因(報告基因)中，據(jù)圖2可知，SmaⅠ切割位點在目的基因中，因此使用SmaⅠ切割會破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。 (4)用同一種限制性內(nèi)切酶處理質(zhì)粒和外源DNA，再用DNA連接酶連接時，往往會有三種連接形式：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兩種限制性內(nèi)切酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA，并經(jīng)拼接獲得的重組質(zhì)粒，這兩種酶的識別序列仍然完整存在，如再用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制性內(nèi)切酶進(jìn)行酶切時，可再度被切開，形成2種DNA片段；而EcoRⅠ的識別序列在原質(zhì)粒中存在并沒有破壞，同時切下的目的基因中還存在1個EcoRⅠ的識別序列，因此在重組質(zhì)粒中存在2個EcoRⅠ的識別序列，如用EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ酶切，可得到3種DNA片段。 [真題體驗] 14．(xx全國乙，40)某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導(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。請回答下列問題： (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___________________(答出兩點即可)，而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。 (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)改造后可以作為運載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自于__________________。 答案　(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、含一個至多個限制酶切割位點(答出兩點即可) (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　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　四環(huán)素 (3)受體細(xì)胞 解析　(1)作為運載體必須具備如下特點：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具有一個至多個限制性核酸內(nèi)切酶切割位點以便外源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。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Ampr，故不能在培養(yǎng)基中生長，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。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，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，無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，無法自主合成DNA，需借助宿主細(xì)胞完成DNA復(fù)制。