3.1重组DNA技术的基本工具导学案-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

3.1 重组DNA技术的基本工具 【学习目标】 1、理解基因工程的概念 2、列表比较不同的限制酶、DNA 连接酶的差异，区分DNA连接酶与DNA聚合酶3、结合实例分析基因工程载体必须满足的条件 4、学会 DNA的粗提取与鉴定方法 【学习重难点】 学习重点： 重组 DNA 技术所需的三种基本需的三种基本工具的作用。 学习难点： 基因工程载体需要具备的条件。 知识导航 一、基因工程及其诞生与发展 1．基因工程的概念:基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫重组DNA技术。 2.为什么不同生物的DNA分子能拼接起来？ （1）DNA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.为什么一种生物的基因可在另一种生物细胞内表达出相应性状？ （1）基因是控制生物性状的独立遗传单位。 （2）传信息的传递都遵循中心法则。 （3）生物界共同一套遗传密码。 二、DNA重组技术的基本工具 1．限制性内切核酸酶(又称限制酶)—“分子手术刀” （1）来源：主要来自原核生物。 （2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 （3）限制酶识别序列：大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成。 （4）结果：产生黏性末端或平末端。 （6）限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？ 切割外源DNA、使之失效，以保证自身安全。 （7）限制酶为什么不会切割自身的DNA？ 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已被修饰。 2．DNA连接酶—“分子缝合针” (1)DNA连接酶的功能：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[填表] 种类 比较 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 特点 只能连接黏性末端 既可以连接黏性末端，又可以连接平末端 3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” （1）载体的作用：将外源基因送入受体细胞。 （2）最常用的载体类型：质粒。除此之外，还有噬菌体、动植物病毒。 ①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于真核细胞（如酵母菌）的细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。 （3）作为载体需要具备的条件： ①有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段（基因）插入其中。 ②能在细胞中进行自我复制或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。 ③常有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。 ④对受体细胞无害。 四、DNA的粗提取与鉴定 1.DNA的提取思路：利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面存在的差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。 2.DNA的提取原理： （1）DNA不溶于酒精，蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可以初步分离DNA与蛋白质。 （2）DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于2_mol/L的NaCl溶液。 3.DNA的鉴定原理：在一定温度下（沸水浴），DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色，因此二苯胺试剂可以作为鉴定DNA的试剂。 4.选材应选择DNA含量相对较高的生物组织。 5.选材不能选择哺乳动物成熟的红细胞。 原因：哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA。 7.思考：如果选用鸡血细胞进行实验，如何快速破碎细胞？ 将鸡血细胞置于蒸馏水中，待细胞涨破后，收集滤液。 达标检测 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 2．科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列关于这一先进技术的理论依据，不正确的是(　　) A．所有生物共用一套遗传密码 B．基因能控制蛋白质的合成 C．兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构成，都遵循相同的碱基互补配对原则 D．兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先 3．据图所示，下列有关工具酶功能的叙述，不正确的是(　　) A．限制性内切核酸酶可以切断a处 B．DNA聚合酶可以连接a处 C．解旋酶可以使b处解开 D．DNA连接酶可以连接c处 4．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片段的效率要远远高于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 5．(2024·珠海高二期中)重组DNA技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶。下列相关叙述正确的是(　　) A．限制酶主要是从病毒中分离纯化而来的 B．真核细胞中任意一个DNA片段都能被限制酶切割 C．被SmaⅠ酶切割后的DNA可以用T4 DNA连接酶连接 D．限制酶在外源DNA上切开一个切口暴露出一个游离的磷酸基团 6.如图为 DNA 分子的片段，其中①、②、③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是（ ） A.解旋酶、限制酶、DNA 连接酶 B.解旋酶、限制酶、DNA 聚合酶 C.DNA 酶、限制酶、DNA 连接酶 D.DNA 酶、DNA 酶、DNA 聚合酶 7.基因工程需要特定的工具，下列叙述错误的是( ) A.基因工程所需载体有质粒、细菌拟核DNA等 B.载体均需有一个或多个限制酶识别位点 C.限制酶DNA连接酶和Taq酶作用的化学键都相同 D.基因工程需要的工具中只有载体具有自我复制的能力 8.下列关于限制性核酸内切酶（限制酶）的叙述，正确的是( ) A.限制酶主要来源于原核生物 B.限制酶识别的序列均由6个核苷酸组成 C.限制酶作用于两条核苷酸链之间的磷酸二酯键 D.限制酶可识别RNA分子的某种特定核苷酸序列 9.研究者将含有乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因的DNA片段分别制成探针，与从转基因奶牛的乳腺细胞、口腔上皮细胞、蹄部细胞中提取的mRNA分别进行杂交，结果如表所示。下列叙述正确的是( ) 探针 乳腺细胞 口腔上皮细胞 蹄部细胞 乳铁蛋白肽基因探针 出现杂交带 未现杂交带 未现杂交带 人干扰素基因探针 出现杂交带 出现杂交带 出现杂交带 A.乳铁蛋白肽基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达 B.人干扰素基因可在转基因奶牛的多种体细胞中表达 C.表中两种基因探针所含的脱氧核苷酸序列相同 D.乳铁蛋白肽基因和人干扰素基因都是mRNA片段 10.限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和含目的基因的DNA片段，其中，箭头所指部位为限制酶的识别位点，质粒的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( ) A. B. C. D. 答案 BDDBC AAABA 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$