第3章 第1节 重组DNA技术的基本工具(课件PPT)-【新课程学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 单选）

基因工程 第3章 章首——把握知识逻辑 　　本章内容分为4节。基因工程操作中需要的工具是微观的“分子工具”,如果直接介绍用它们进行的基因工程操作,学生很难理解和掌握。因此,教材第1节专门阐述3种“分子工具”的作用。在此基础上,第2节再系统介绍基因工程的基本操作程序。基因工程的操作精细、复杂,需要科学家花费大量的时间和精力去研究和创新,但是它产生的价值是巨大的,第3节就全面介绍了基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业等方面的应用。随着科学技术的发展,在基因工程的基础上, 崛起了第二代基因工程——蛋白质工程,教材第4节进一步讲述了相关内容,这既是对基因工程内容的补充和丰富,又折射出人类不断开拓创新、不断寻求发展的精神光辉。 第1节 重组DNA技术的基本工具 明学习目标 1.简述重组DNA技术所需的三种基本工具及其作用。 2.认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。 3.学会DNA粗提取的方法以及用二苯胺对DNA进行鉴定。 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 1 2 4 聚焦•学案(一)　基因工程及其操作的工具酶 聚焦•学案(二)　作为基因工程的载体需要具备什么条件 随堂小结即时回顾与评价 5 3 聚焦•学案(三)　DNA的粗提取与鉴定 NO.1 聚焦•学案(一)　基因工程及其操作的工具酶 基础—自主学习 [助读教材] 1.制作泡菜 (1)乳酸菌 DNA分子 转基 因 遗传 特性 生物类型 (2)基因工程的诞生和发展 基础理论 技术支持 ①DNA是遗传物质的证明 ②_________________的建立和半保留复制的证明 ③中心法则的确立 ④遗传密码的破译 ①基因转移载体和工具酶的发现 ②_______体外重组的实现 ③重组DNA表达实验的成功 ④DNA测序和合成技术的发明 ⑤_______技术的发明 DNA双螺旋结构 DNA PCR 2.重组DNA技术的基本工具 (1)限制性内切核酸酶(简称限制酶)——“分子手术刀” 来源 主要来自_____________ 功能 能够识别双链DNA分子的特定______________,并且使每一条链中特定部位的______________断开 结果 产生__________或________ 原核生物 核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 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______________。 ②种类 磷酸二酯键 种类 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 ____________ ____________ 作用 特点 E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶 大肠杆菌 T4噬菌体 1.判断下列表述的正误 (1)基因工程可以实现遗传物质在不同物种间的转移,人们可以定向选育新品种。 ( ) (2)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列。( ) (3)DNA连接酶能将两碱基通过氢键连接起来。 ( ) (4)限制酶和解旋酶的作用部位相同。 ( ) √ × × × 微点品悟 2.下列有关基因工程的叙述,不正确的是 (　　) A.基因工程的原理是通过对DNA分子的操作实现基因重组 B.几乎所有的生物体共用一套遗传密码为基因工程提供了理论依据 C.不同生物的DNA结构大致相同是重组DNA形成的保障 D.基因工程工具酶的发现为目的基因导入受体细胞创造了条件 √ 解析:科学家发现,在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力,并可以在细胞间转移,为目的基因导入受体细胞创造了条件,D错误。 3.下列有关基因工程中限制酶的描述,正确的是 (　　) A.同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,因此不具备专一性 B.限制酶只能识别和切割DNA,不能识别RNA C.限制酶与DNA连接酶的作用部位不相同 D.限制酶只能从原核生物中提取 √ 解析:一种限制酶能识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列,并在特定位点上切割DNA分子,因此限制酶具有专一性,A错误;限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,不能识别RNA,B正确;限制酶与DNA连接酶的作用部位相同,都是磷酸二酯键,C错误;限制酶主要从原核生物中提取,D错误。 4.(教材P72“旁栏思考”拓展发掘)DNA连接酶与DNA聚合酶的作用不同,在下面的箭头上标注相应的酶。 (1)两种酶作用的相同点:都能形成____________键。 (2)两种酶作用的不同点:DNA聚合酶的作用是________________ ________________________________________,DNA连接酶的作用是 __________________。 磷酸二酯 将单个的脱氧核苷 酸连接到已经形成的脱氧核苷酸链上 连接两个DNA片段 [活动质疑] 1.请写出下列限制酶切割形成的黏性末端,并思考同种限制酶切割产生的黏性末端是否相同?不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同? 深化—合作学习 提示: BamHⅠ:—G　　　　　　EcoRⅠ:—G 　　　　—CCTAG　　　　　　　—CTTAA HindⅢ: —A　　 　　　　BglⅡ:—A 　　　　—TTCGA　　　　　　　—TCTAG 同种限制酶产生的黏性末端相同,不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端。 2.思考题 (1)若两个相同黏性末端都是由同种限制酶(如EcoRⅠ)切割后所得,经过DNA连接酶处理后,形成的新的识别序列___________(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶识别(如图)。   提示:能。 (2)若两个相同黏性末端是由不同限制酶切割所得,经过DNA连接酶处理后,形成的新的识别序列_________(填“能”或“不能”)再被所用的限制酶识别(如图)。  提示:不能。 1.基因工程的理论基础 系统认知 2.限制酶与DNA连接酶的比较 (1)区别 项目 作用 应用 限制酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 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 3.与DNA有关的几种酶的作用及特点 类别 作用底物 作用部位 作用结果 限制酶 DNA分子 磷酸二酯键 将DNA切成两个或多个片段 DNA 连接酶 DNA分子片段 磷酸二酯键 将两个DNA片段连接为一个DNA分子 类别 作用底物 作用部位 作用结果 DNA 聚合酶 脱氧核苷酸 磷酸二酯键 以DNA单链为模板,将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 解旋酶 DNA分子 碱基对中 的氢键 将双链DNA分子局部解旋为单链,形成两条长链 DNA酶 DNA分子 磷酸二酯键 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸 [典例]　(2024·天津蓟州高二期中)下表列举了几种限制酶的识别序列及其切割位点(箭头表示相关酶的切割位点)。下图是酶切后产生的几种末端。下列说法正确的是( ) 限制酶 AluⅠ BamHⅠ SmaⅠ Sau3AⅠ   识别序列及 切割位点 ↓ AGCT TCGA ↑ ↓　　　 GGATCC CCTAGG 　　　↑ ↓ CCCGGG GGGCCC ↑ ↓　 　 GATC CTAG 　　　↑ A.BamHⅠ切割的是氢键,AluⅠ切割的是磷酸二酯键 B.Sau3AⅠ和BamHⅠ切割的序列产生的黏性末端能够相连,连接后的片段还能被Sau3AⅠ切割 C.DNA连接酶能连接②⑤,不能连接②④ D.E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶连接①③的效率相同 √ [解析]　限制酶BamHⅠ与AluⅠ切割的均是磷酸二酯键,A错误;据题表可知,BamHⅠ与Sau3AⅠ切割后产生的黏性末端是相同的,因此二者切割后产生的黏性末端能够相连,连接后的片段还能被Sau3AⅠ切割,B正确;②⑤的黏性末端相同,②④的黏性末端也相同,因此DNA连接酶能连接②⑤,也能连接②④,C错误;E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶,D错误。 [思维建模] 相同黏性末端或平末端的判断方法 　　黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的判断方法:将黏性末端或平末端之一旋转180°后,看它们是不是完全相同的结构。是,则为相同限制酶切割形成的;否,则为不同限制酶切割形成的。 1.DNA连接酶是基因工程的必需工具。下列有关DNA连接酶的叙述,错误的是 (　　) A．DNA连接酶可以将任意的两个DNA片段连接成一个重组DNA分子 B．E.coli DNA连接酶是从大肠杆菌中分离出来的一种酶 C．DNA连接酶可以催化两个DNA片段中两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成 D．T4 DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端 √ 迁移应用 解析:DNA连接酶可以连接平末端或互补配对的黏性末端，而非任意的两个DNA片段，A错误。 2.以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述正确的是 (　　) ①…CTGCA　②…G　　　③…TG　④…G 　…G　　　 　…CTTAA　…AC　　…CTGCA A.以上DNA片段是由4种限制酶切割后产生的 B.②片段是在识别序列为GAATT CTTAA的限制酶作用下形成的 C.①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下可形成重组DNA分子 D.限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键 √ 解析:图中①④是同一种限制酶切割形成的,因此题干中4个DNA片段是由3种限制酶切割后产生的,A错误;②片段是在识别序列为 的限制酶作用下形成的,B错误;①④连接形成重组DNA分 子需要的是DNA连接酶,C错误。 3.(2024·淮安期末)基因工程中需使用多种工具酶,几种限制酶的切割位点如图所示。下列说法正确的是( ) 限制酶 EcoRⅠ SmaⅠ EcoRⅤ   识别序列及 切割位点 ↓　　　 GAATTC CTTAAG 　　　↑ 　　↓　　　 CCCGGG GGGCCC ↑ ↓ GATATC CTATAG ↑ A.限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的末端,可以通过E.coli DNA连接酶相互连接,且效率较T4 DNA连接酶连接时高 B.DNA连接酶、DNA聚合酶和RNA聚合酶均可催化磷酸二酯键的形成 C.限制酶EcoRⅠ进行一次切割,会切断2个磷酸二酯键,形成1个游离的5'末端 D.若两种限制酶的识别序列相同,则形成的末端一定能通过DNA连接酶相互连接 √ 解析:限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的是平末端,E.coli DNA连接酶可以连接平末端,但连接效率比T4 DNA连接酶低,A错误。DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键;DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段上,形成磷酸二酯键;RNA聚合酶将单个核糖核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键,B正确。一个限制酶切割一次,使DNA双链断开,会有两个磷酸二酯键断裂,形成2个黏性末端或平末端,形成2个游离的5'末端,C错误。若两种限制酶的识别序列相同,但由于识别的位点不同,切割形成的末端不同,则不能通过DNA连接酶相互连接,D错误。 NO.2 聚焦•学案(二)　作为基因工程的载体需要具备什么条件 基础—自主学习 [助读教材] 1.种类:质粒、__________、动植物病毒等。 2.常用载体——质粒 (1)化学本质:质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的________________分子。 噬菌体 环状双链DNA (2)质粒作为载体所具备的条件及目的 条件 目的 能在细胞中进行____________________ ___________,随受体DNA同步复制 能使目的基因稳定存在且数量可扩增 有一个至多个_____________________ 供外源DNA片段(基因)插入其中 常有特殊的__________ 便于重组DNA分子的______ 无毒害作用 对受体细胞无毒害作用,避免受体细胞受到损伤 自我复制,或整合到受体 DNA上 限制酶切割位点 标记基因 筛选 (3)功能 ①相当于一种运输工具,将外源基因送入___________。 ②携带____________在受体细胞内大量复制。 受体细胞 外源基因 1.判断下列表述的正误 (1)作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因。( ) (2)质粒是环状双链DNA分子,是基因工程常用的载体。 ( ) (3)载体(如质粒)和细胞膜中的载体蛋白的成分相同。 ( ) 微点品悟 × √ × 2.下列有关基因工程中载体的说法,正确的是 (　　) A.被用作载体的质粒都是天然质粒 B.所有的质粒都可以作为基因工程中的载体 C.质粒是一种独立于细菌拟核外的链状DNA分子 D.作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行筛选的标记基因 √ 解析:基因工程操作中,被用作载体的质粒是在天然质粒的基础上进行过人工改造的,A错误;作为基因工程的载体,必须具备一定的条件,如应有对重组DNA进行筛选的标记基因,而自然界中的质粒不一定具备相应的条件,因此并不是所有的质粒都可以作为基因工程中的载体,B错误,D正确;质粒是一种独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的环状双链DNA分子,C错误。 深化—合作学习 [活动质疑] 　　下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图思考: (1)所有载体都是质粒吗?为什么? 提示:不是;除了质粒外,载体还有动植物病毒和噬菌体等。 (2)将外源基因直接导入受体细胞可行吗?为什么? 提示:不可行;因为如果没有载体导入受体细胞,目的基因无法进行自我复制和稳定存在以及表达。 (3)质粒上的一些抗生素抗性基因有什么作用? 提示:作为标记基因,对重组DNA进行筛选,检测目的基因是否导入受体细胞。 1.载体上标记基因的标记原理 系统认知 图 解 分 析 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后,抗性基因在受体细胞内表达,使受体细胞能够抵抗相应抗生素,所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞 续表 2.基因工程中的载体与细胞膜上的载体蛋白的区别 种类 基因工程中的载体 细胞膜上的 载体蛋白 作用 携带外源基因进入受体细胞,并在受体细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA进行同步复制 运载要进出细胞的特定物质 本质 通常是DNA 蛋白质 1.某研究所的研究人员拟将生长激素基因通过质粒介导进入大肠杆菌细胞内,已知质粒中存在两个抗性基因:A是链霉素抗性基因,B是氨苄青霉素抗性基因;目的基因要插入到基因B中,且大肠杆菌本身不带有任何抗性基因。下列叙述正确的是 (　　) A.导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒 B.抗生素抗性基因是目的基因表达的必要条件 C.成功导入重组质粒的大肠杆菌可以在含氨苄青霉素的培养基上生长 D.能在含链霉素的培养基中生长的大肠杆菌不一定符合生产要求 迁移应用 √ 解析:导入大肠杆菌的质粒可能为重组质粒,也可能为普通质粒,故能在含链霉素的培养基中生长的大肠杆菌不一定符合生产要求,A错误,D正确;抗生素抗性基因是标记基因,与目的基因表达无关,B错误;由于目的基因要插入到基因B中,即氨苄青霉素抗性基因被破坏,即工程菌不能抗氨苄青霉素,因此成功导入重组质粒的大肠杆菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长,C错误。 2.下面是四种不同质粒的结构模式图,其中ori为复制必需的序列,AmpR为氨苄青霉素抗性基因,TetR为四环素抗性基因,箭头表示同一种限制酶的酶切位点。下列有关叙述正确的是 (　　) A.基因AmpR和TetR是一对等位基因,常作为基因工程中的标记基因 B.质粒指细菌细胞中能自我复制的小型环状的DNA和动植物病毒的DNA C.限制酶的作用部位是DNA分子中特定的两个核苷酸之间的氢键 D.用质粒③将目的基因导入大肠杆菌,该菌能在含四环素的培养基上生长 √ 解析:基因AmpR和TetR在同一个DNA分子上,不是一对等位基因,A错误;质粒是指一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,能自我复制的环状双链DNA分子,动植物病毒的DNA不属于质粒,B错误;限制酶的作用部位是DNA分子中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,C错误;重组质粒③中,氨苄青霉素抗性基因被破坏,四环素抗性基因完好,因此用质粒③将目的基因导入大肠杆菌,该菌能在含四环素的培养基上生长,D正确。 NO.3 聚焦•学案(三)　DNA的粗提取与鉴定 基本知能 1.实验原理 (1)提取DNA的原理 利用_________________________________等在物理和化学性质方面的差异,提取DNA,去除其他成分。 ①DNA在酒精溶液中的溶解性:_____不溶于酒精,但某些_______溶于酒精。 ②DNA在NaCl溶液中的溶解性:DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,它能溶于_________的NaCl溶液。  DNA、RNA、蛋白质和脂质 DNA 蛋白质 2 mol/L (2)鉴定DNA的原理 在一定温度下,DNA遇____________会呈现________。 二苯胺试剂 蓝色 2.实验步骤 纱布 酒精 沸 水 变蓝色 1.DNA的粗提取与鉴定实验的注意事项 (1)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料,原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核(无DNA),可选用鸡血细胞作材料。 (2)二苯胺试剂要现配现用,否则会影响鉴定的效果。 (3)在DNA进一步提纯时,选用预冷的体积分数为95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。 (4)鉴定DNA时,加入2 mol/L NaCl溶液的目的是溶解DNA。 释解重难 2.DNA与蛋白质在不同浓度NaCl溶液中的溶解度不同 项目 溶解规律 物质的量浓度为 2 mol/L的NaCl溶液 物质的量浓度为0.14 mol/L 的NaCl溶液 DNA 溶解 析出 蛋白质 部分发生盐析沉淀 溶解 1.(2024·安徽高考)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述,错误的是 (　　) A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水,DNA提取的效率会降低 B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异,可初步分离DNA C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同,该原理可用于纯化DNA粗提物 D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应,可检测溶液中是否含有蛋白质杂质 迁移应用 √ 解析:研磨液有利于DNA的溶解并保护DNA不被破坏,若换为蒸馏水,则DNA提取的效率会降低,A正确;DNA不溶于酒精,但细胞中的某些蛋白质溶于酒精,利用这一原理,可初步分离DNA,B正确;DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,该原理可用于纯化DNA粗提物,C正确;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,二苯胺试剂用于鉴定DNA,不能检测溶液中是否有蛋白质杂质,D错误。 2.下表关于“DNA粗提取与鉴定”实验的表述,错误的是 (　　) √ 选项 试剂 操作 作用 A 研磨液 与生物材料混合 提取 溶解DNA B 2 mol·L-1NaCl溶液 与提取出的DNA混合 溶解DNA C 预冷的酒精 加入离心后的上清液中 溶解DNA D 二苯胺试剂 加入溶解有DNA的NaCl 溶液中 鉴定DNA 解析:向离心后的上清液中加入预冷酒精的作用是溶解杂质和析出DNA,C错误。 3.(2024·邯郸高二期中)如图为DNA的粗提取与鉴定实验的部分操作流程。下列相关叙述正确的是 (　　) A.将图1中的研磨液过滤后保留沉淀 B.图2过程中,用玻璃棒进行交叉搅拌会使DNA析出更快 C.图2析出得到的白色丝状物只能溶于2 mol/L的NaCl溶液中 D.图3对提取后的DNA进行鉴定,两支试管中均要加入二苯胺试剂 √ 解析:将图1中的研磨液过滤后应保留上清液,A错误;图2过程中,用玻璃棒搅拌要轻轻搅拌且沿同一方向进行,以免加剧DNA分子的断裂,B错误;图2析出得到的白色丝状物主要成分是DNA,DNA在NaCl溶液中的溶解度是随着NaCl的浓度变化而改变的,不是只能溶于2 mol/L的NaCl溶液中,C错误。 随堂小结即时回顾与评价 NO.4 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.限制性内切核酸酶的作用是__________________________________ ______________________________________________。 2.E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶作用的主要不同点是__________ ___________________________________________________________。 能够识别双链DNA分子的特定核苷酸 序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开 连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶 E.coli DNA 3.质粒作为基因工程的载体需具备的条件是__________________ ________________________________________________________ _______________________________________。 进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制;具有 一个至多个限制酶切割位点;具有标记基因 能在受体细胞中 三、综合检测反馈 1.玉米的PEPC酶固定CO2的能力较水稻的强60倍。我国科学家正致力于将玉米的PEPC基因导入水稻中,以提高水稻产量。下列有关该应用技术的叙述,不正确的是 (　　) A.该技术是在DNA水平上进行设计和施工的 B.该技术的操作环境是生物体内 C.该技术的原理是基因重组 D.该技术的优点是定向产生人类需要的生物类型 √ 解析:由题意可知,该技术为基因工程,是在生物体外进行的操作。 2.同尾酶是指切割不同的DNA片段后能产生相同黏性末端的一类限制酶,下列四种限制酶中属于同尾酶的是 (　　) A.①③ B.②④ C.①③和②④ D.①④ 解析:同尾酶是指切割不同的DNA片段后能产生相同黏性末端的一类限制酶,故②和④、①和④不属于同尾酶。限制酶切割后,①产生的黏性末端为CATG,③产生的黏性末端为CATG,因此①③属于同尾酶。 √ 3.(2024·南昌期末)限制酶是基因工程中必需的工具之一,下图表示五种限制酶的识别序列及切割位点。下列关于限制酶的叙述,错误的是 (　　) 限制酶 EcoRⅠ BamHⅠ Sau3AⅠ MfeⅠ EcoRⅤ 识别序 列及切 割位点 A.EcoRⅠ和EcoRⅤ切割DNA片段产生的末端分别为黏性末端和平末端 B.EcoRⅠ和MfeⅠ切割产生的DNA片段能被E.coli DNA连接酶相连在一起 C.BamHⅠ和Sau3AⅠ切割产生的DNA片段,连接后一定能被BamHⅠ切割 D.以上五种限制酶均能识别双链DNA的特定序列,并切开特定部位的磷酸二酯键 √ 解析:据题表可知,EcoRⅠ和EcoRⅤ切割DNA片段产生的末端分别为黏性末端和平末端,A正确;根据表格中EcoRⅠ和MfeⅠ的识别序列和切割位点可知,EcoRⅠ和MfeⅠ切割产生的DNA片段能被E.coli DNA连接酶相连在一起,B正确;BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后产生的黏性末端是相同的,因此二者切割后产生的黏性末端能够相连,连接后仍然存在Sau3AⅠ的识别序列,能被Sau3AⅠ切割,但是BamHⅠ不一定能切割,C错误;限制酶具有专一性,题表中五种限制酶均能识别双链DNA的特定序列,并切开特定部位的磷酸二酯键,D正确。 4.“SDS法”是提取DNA的常用方法,其提取液成分中的SDS能使蛋白质变性,EDTA是DNA酶抑制剂,Tris作为缓冲剂。下列说法错误的是 (　　) A.SDS能破坏蛋白质空间结构,从而促进DNA和蛋白质分离 B.EDTA能减少DNA水解,提高DNA的完整性 C.Tris作为缓冲剂能维持pH的稳定,保证DNA结构正常 D.提取到的DNA可在常温下用二苯胺试剂进行鉴定 √ 解析:由题干可知,SDS能使蛋白质变性,破坏蛋白质空间结构,从而促进DNA和蛋白质分离,A正确;EDTA是DNA酶抑制剂,能减少DNA水解,提高DNA的完整性和总量,B正确;Tris作为缓冲剂能维持pH的稳定,可以防止DNA结构被破坏,保证DNA结构正常,C正确;鉴定DNA的方法是沸水浴条件下用二苯胺试剂鉴定,D错误。 5.某线性DNA分子含有5 000个碱基对(bp),先用限制酶a切割,再把得到的产物用限制酶b切割,得到的DNA片段大小如表所示。限制酶a、b的识别序列和切割位点如图所示。下列有关说法正确的是 (　　) 酶a切割 产物长度/bp 酶b再次 切割产物长度/bp 2 100;1 400; 1 000;500 1 900;200;800; 600;1 000;500 A.酶a与酶b切断的化学键不相同 B.酶a与酶b切出的黏性末端不能相互连接 C.该DNA分子中酶a与酶b的识别序列分别有3个和2个 D.若酶a完全切割与该DNA序列相同的质粒,得到的切割产物有4种 √ 解析:酶a与酶b切断的化学键均为磷酸二酯键,A错误。酶a与酶b切出的黏性末端相同,用DNA连接酶可以将它们连接起来,B错误。由题表可知,限制酶a可以把线性DNA分子切成4段,说明该DNA分子上限制酶a的切割位点有3个;限制酶b把长度为2 100 bp的DNA片段切割成长度分别为1 900 bp和200 bp的两个DNA片段,把长度为1 400 bp的DNA片段切割成长度分别为800 bp和600 bp的两个DNA片段,说明限制酶b在该DNA分子上有2个切割位点,所以酶a与酶b的识别序列分别有3个和2个,C正确。用酶a切割与该DNA序列相同的质粒(环状的),也可能会得到3种大小不同的切割产物,D错误。 课时跟踪检测 NO.5 1 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A级——固基础,注重综合 1.下列关于转基因技术的叙述,错误的是 (　　) A.能将不同物种优良性状集中到一起,定向地改造生物的遗传性状 B.几乎所有生物体共用一套遗传密码是基因工程能够最终成功的重要前提 C.艾弗里等人通过实验证明遗传物质是DNA可以说是基因工程的先导 D.沃森、克里克解开了DNA复制、转录和翻译过程之谜,阐明了遗传信息流动的方向 解析:梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制,克里克提出中心法则,D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2.限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶,下列有关说法正确的是 (　　) A.DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键 B.限制酶只能切割双链DNA片段,不能切割烟草花叶病毒的核酸 C.E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要高于T4 DNA连接酶 D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,所以也能剪切自身的DNA 解析:DNA连接酶连接的是两个DNA片段,A错误;限制酶只能切割DNA分子,烟草花叶病毒的核酸是RNA,不能切割,B正确;E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶,C错误;限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,但是不会剪切自身的DNA,D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3.限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是 和 。下图表示目的基因和四种质粒,其中,质粒上箭头所指部位为酶的识别位点,阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析:用限制酶MunⅠ切割A项中的质粒后,不会破坏标记基因,而且还能产生与目的基因两侧黏性末端相同的末端,因此A项中的质粒适于作为目的基因的载体,A符合题意;B项中的质粒没有标记基因,不适于作为目的基因的载体,B不符合题意;C、D中的质粒含有标记基因,但用限制酶切割后,标记基因被破坏,因此不适于作为目的基因的载体,C、D不符合题意。 4.关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法正确的是 (　　) A.研磨时至少要磨破两层生物膜,才能使细胞中的DNA分子释放 B.两次离心,第一次DNA主要存在于上清液中,第二次主要存在于沉淀物中 C.在使用二苯胺试剂鉴定DNA时,不需要设置对照组 D.DNA溶于酒精,而某些蛋白质不溶于酒精,因而可以利用酒精粗提取DNA √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析:DNA存在于细胞核、线粒体或叶绿体中,这三种结构均有两层生物膜,研磨时至少要磨破三层生物膜(两层核膜或细胞器膜+一层细胞膜),才能使细胞中的DNA分子释放,A错误;两次离心,第一次是为了去除细胞碎片,DNA主要存在于上清液中,第二次离心是为了加速DNA的沉淀,DNA主要存在于沉淀物中,B正确;在使用二苯胺试剂鉴定DNA时,需要设置对照组,以便观察颜色的变化,C错误;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,利用这一原理,可以初步分离DNA和蛋白质,D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5.下列与“DNA的粗提取与鉴定”实验相关的说法,错误的是 (　　) A.研磨液中可加入DNA酶的抑制剂,以防细胞破碎后DNA酶降解DNA B.研磨时需要控制好时间,以防影响DNA的提取量 C.鉴定时加入二苯胺试剂后沸水浴即可观察到较为明显的显色反应 D.鉴定时溶液蓝色的深浅与DNA含量的多少有关 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析:DNA酶能降解DNA,研磨液中可加入DNA酶的抑制剂,防止细胞破碎后DNA酶降解DNA,A正确;由于研磨时,细胞结构会破裂,DNA可能会被细胞中的DNA酶降解,从而使DNA含量减少,因此研磨时需要控制好时间,以防影响DNA的提取量,B正确;鉴定时加入二苯胺试剂混合均匀后,将试管置于沸水中加热5 min,待试管冷却后,可观察到较为明显的显色反应,C错误;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,用二苯胺试剂鉴定DNA时,溶液蓝色的深浅能反映DNA含量的多少,D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6.下图表示一项重要的生物技术,a~d表示不同物质。下列相关叙述正确的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A.通常情况下,a与d需用同种限制酶进行切割 B.b能识别特定的核苷酸序列,并将A与T之间的氢键切开 C.c连接双链间的A和T,使黏性末端处的碱基互补配对 D.b代表的是限制酶,c代表的是RNA聚合酶 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析:通常情况下，a与d需要用同种限制酶进行切割，以形成相同的黏性末端，A正确；b代表的是限制酶，能识别特定的核苷酸序列并使DNA分子的每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，而不是使氢键断开，B错误；b代表的是限制酶，c是DNA连接酶，能连接两个DNA片段，形成磷酸二酯键，C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7.某细菌DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点,经Sau3AⅠ处理后会形成4个大小不同的DNA片段。若是用BamHⅠ处理,则只会形成2个大小不同的DNA片段。Sau3AⅠ和BamHⅠ的识别序列及切割位点如表所示。下列叙述错误的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 限制酶名称 识别序列及切割位点 BamHⅠ G↓GATCC Sau3AⅠ ↓GATC A.上述两种限制酶切割后可形成相同的黏性末端 B.该DNA分子上有两个BamHⅠ的酶切位点 C.黏性末端能通过T4 DNA连接酶连接 D.若用两种酶共同处理,会形成6个大小不同的DNA片段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析: BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成的黏性末端均为GATC，A正确；该DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点，经Sau3AⅠ处理后形成4个DNA片段，可知该DNA分子为环状DNA，用BamHⅠ处理后，得到2个DNA片段，说明该DNA分子上有两个BamHⅠ的酶切位点，B正确；T4 DNA连接酶能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，C正确；该DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点，有2个BamHⅠ的酶切位点，但是BamHⅠ识别序列中包含Sau3AⅠ的识别序列，所以用两种酶共同处理，不会形成6个大小不同的DNA片段，D错误。 8.用DNA重组技术可以赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。回答下列问题: (1)限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的______________断开。当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时,产生的是_______末端。  (2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是__________________。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 磷酸二酯键 黏性 磷酸二酯键 (3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征,如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能___________;质粒DNA分子上有___________________________,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用相应抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是________________________________________ _______________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 自我复制 一个至多个限制酶切割位点 用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞, 能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞 B级——强应用,体现创新 9.(2024·湖南高考)某同学将质粒DNA进行限制酶酶切时,发现DNA完全没有被酶切,分析可能的原因并提出解决方法。下列叙述错误的是 (　　) A.限制酶失活,更换新的限制酶 B.酶切条件不合适,调整反应条件如温度和酶的用量等 C.质粒DNA突变导致酶识别位点缺失,更换正常质粒DNA D.酶切位点被甲基化修饰,换用对DNA甲基化不敏感的限制酶 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析:限制酶失活会使DNA完全不被酶切,此时应更换新的限制酶,A正确;酶具有微量、高效、作用条件较温和等特性,酶切条件不合适(如高温下酶失活)可导致DNA完全不被酶切,但酶的用量不会,B错误;质粒DNA突变会导致限制酶识别位点缺失,进而造成限制酶无法进行切割,此时应更换正常质粒DNA,C正确;质粒DNA上酶切位点被甲基化修饰,会导致对DNA甲基化敏感的限制酶无法进行酶切,此时应换用对DNA甲基化不敏感的限制酶,D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10.(2024·衡水冀州一中期中)酶M和酶N是两种限制酶,图中DNA片段只注明了黏性末端处的碱基种类,其他碱基的种类未作注明。下列叙述错误的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A.多个片段乙与多个片段丁混合在一起,可用DNA连接酶拼接得到环状DNA B.多个片段乙与多个片段丁混合,只由两个DNA片段连接成的DNA共有4种 C.一种限制性内切核酸酶只能识别双链DNA中某种特定的核苷酸序列 D.若酶M特异性剪切的DNA片段是 ,则酶N特异性剪切的DNA片段是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 解析:多个片段乙和多个片段丁混合在一起，用DNA连接酶拼接可得到环状DNA，A正确；多个片段乙和多个片段丁混合，只由两个DNA片段连接成的DNA分子有3种，且为环状，即两个片段乙连接、两个片段丁自身连接，片段乙和片段丁连接，B错误；限制酶具有特异性，一种限制酶只能识别双链DNA中某种特定的核苷酸序列，C正确；根据图中酶M和酶N切割后的结果可知D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (1)构建人工质粒时要有标记基因,以便于________________________。 解析:质粒作为基因表达载体的条件之一是要有标记基因,以便于重组DNA分子的筛选。   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 重组DNA分子的筛选 (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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析: 同一种限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同,根据题意可画出相应图示,详见答案。 答案:如下所示: 　　　　　　　　目的基因 —G　　　AATTC—……—G　　　AATTC— —CTTAA　　　G—……—CTTAA　　　G— 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (3)pBR322分子中另有单个的BamHⅠ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_________________________________________________。  解析: DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键;而通过DNA连接酶的作用能将BamHⅠ和BglⅡ处理后的两个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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 磷酸二酯 两种限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同 (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,使绒布面蘸上菌落,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型是______________ _____________________,图三结果显示,多数大肠杆菌导入的是______________。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 能抗氨苄青 pBR322质粒 霉素,但不能抗四环素 解析: 由于与图三空圈相对应的大肠杆菌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,故可推知与图三空圈相对应的图二中的菌落能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素。由图二、图三可知,多数大肠杆菌都能抗氨苄青霉素,而经限制酶BamHⅠ作用后,标记基因TetR被破坏,故导入目的基因的大肠杆菌不能抗四环素,即多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 本课结束 $$