人教版高中生物选修三学案全集

1.1 DNA重组技术的基本工具

【导学目标】

1.简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

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。

【自主学习】

一、基因工程的概念

1.操作意图：按照人们的愿望，进行严格的。

2．操作场所：在外进行。

3．操作技术：利用了体外DNA重组和等技术。

4．操作结果：赋予生物以新的，从而创造出更符合人们需要的新的和生物产品。

5．操作水平：是在水平上进行设计和施工的。

二、DNA重组技术的基本工具

1.限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

(1)主要。

(2)作用：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列并且能使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的断开。

(3)结果：形成DNA片段末端。限制酶切割DNA分子产生的DNA片段末端有两种形式，即和。

2．DNA连接酶——“分子缝合针”

(1)作用：将切下的双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的，拼接成新的DNA分子。

(2)种类：

①E·coli DNA连接酶：从中分离得到，只连接双链DNA片段互补的末端。

②T4DNA连接酶：从中分离出来，对于两种末端都能连接，但对的连接效率比较低。

3．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

(1)载体的条件

①能够在细胞中。

②有一个至多个，便于外源基因的插入。

③具有，供重组DNA的鉴定和选择。

(2)载体的种类

①质粒是一种裸露的、结构简单、独立于之外，并具有能力的很小的链环状DNA分子。含有一个至多个，供外源基因插入其中，并带有特殊的，是基因工程最常用的载体。

②λ噬菌体的衍生物。

③动植物病毒。

思考交流

1．只有DNA连接酶能连接形成磷酸二酯键吗？

2．如果受体细胞分别是动物细胞和细菌，所用的载体相同吗？

正误判断

1．限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。( )

2．天然的质粒可直接用作基因工程的载体。( )

3．限制性核酸内切酶与DNA连接酶作用位点相同，作用结果相反。( )

4．限制酶、DNA连接酶和载体是基因工程中常用的工具酶。( )

5．基因工程中的载体与细胞膜上的载体本质相同。( )

6．不同限制酶的识别序列不同，这属于酶的专一性特点。( )

【合作探究】

一、如何理解基因工程的概念？

例1下列叙述不符合基因工程的是 ( )

A．将人的干扰素基因重组到质粒后导入细菌的技术是转基因技术

B．基因工程是在分子水平上进行的生物技术

C．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上

D．通过转基因技术可以将某些“特殊”基因转移到受体生物中，从而得到人类需要的产物

【答案】 C

二、基因工程中各种工具的具体作用有哪些？各种工具有什么作用特点？

例2现有一长度为1 000个碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用Kpn Ⅰ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoR Ⅰ、Kpn Ⅰ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )

(2)位置判断，新增加的一种酶将原有酶切开的DNA片段再次切开，消失的DNA片段上有该酶的切点。

【答案】D从题干中“用限制性核酸内切酶EcoR Ⅰ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp”，再结合选项中DNA分子的可能酶切图谱分析可知，此DNA分子是环状，故A、B排除。同理，从“用Kpn Ⅰ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子”，又可推知图谱

中应有两个Kpn Ⅰ酶切位点，故选D 。

三、列表比较

三、运载体的作用在基因工程中的作用是什么？作为运载体应具备哪些条件？

【达标检测】

课堂达标

1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 2．下列属于“分子缝合针”的是( )

①E ·coilDNA 连接酶 ②T 4DNA 连接酶 ③DNA 聚合酶 ④解旋酶 ⑤RNA 聚合酶 A ．①②③ B ．①② C ．①②⑤ D ．②④ 3．下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是( ) A ．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B ．限制性核酸内切酶的活性受温度的影响 C ．限制性核酸内切酶能识别和切割RNA D ．限制性核酸内切酶可从原核生物中提取

4．下列哪项不是基因工程中经常使用的运载目的基因的载体( )

A ．细菌质粒

B ．λ噬菌体

C ．细菌核区中的DNA

D ．动植物病毒

5．一DNA 分子碱基对序列片段为：…GAATTC …

…CTTAAG …，有一种酶能识别GAATTC 序列，并在G

和A 之间将DNA 分子切开。据此，回答下列问题：

(1)该酶破坏的是哪种化学键？________________。该酶的名称叫________。

(2)DNA 分子经该种酶切割产生的DNA 分子片段末端通常有两种形式，上述DNA 分子经切割后形成的末端是哪一种？________________。

(3)若想把切口重新连接起来，则需要用________酶，根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类，该题中应该用哪一类？___________________________________。 课外强化

1．美国科学家培育出世界上首只转基因夜光猫，这是美国新奥尔良德班濒危物种研究中心的一项基因试验。夜光猫的培育施工是在DNA 分子水平上进行的。下列有关说法中正确的是

A ．基因工程中的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA 连接酶和载体

B ．DNA 连接酶可将任意的DNA 片段通过形成磷酸二酯键而连接起来

C ．质粒上必须有标记基因才可作为载体

D ．质粒是原核生物细胞质中的环状DNA 分子

2．在基因工程中用来修饰、改造生物基因的工具是( ) A ．限制酶和水解酶 B ．限制酶和DNA 连接酶 C ．限制酶和载体 D ．DNA 连接酶和载体

3．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如下图所示，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，下表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( )

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 4．下图为DNA 分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(

)

A ．①②③④

B ．①②④③

C ．①④②③

D ．①④③② 5．下图为重组DNA 分子构建的示意图，回答以下问题。

(1)图中，数字1、2、3、4代表____________________________，过程A、过程B和过程C所需要的工具分别是____________、____________和______________。

(2)写出结构5、6、7的名称。

结构5：________ ；结构6：_______________________；结构7：________________。

(3)进行过程A和过程B使用的工具必须是________________，它们主要从________中分离和提纯。

(4)图中整个操作环境是________。

A．细胞内B．细胞外C．细胞内和细胞外

(5)结构5主要来自于________(生物)，在基因工程中所起的作用是

________________________________________________________________________。

1.2 基因工程的基本操作程序

【导学目标】

1.简述基因工程原理及基本操作程序。

2.尝试设计某一转基因生物的研制过程。

【自主学习】

基因工程的基本操作程序

1. 的获取。 2．的构建。

3．将目的基因导入。 4．目的基因的与鉴定。

一、目的基因的获取

1.目的基因：主要是指编码蛋白质的，也可以是一些具有。

2．基因文库

(1)基因文库的含义：将含有某种生物不同基因的许多，导入的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同的基因，称为基因文库。

(2)基因文库的种类

①基因组文库：含有一种生物的基因。

②部分基因文库：含有一种生物的基因。

3．获取目的基因的方法

(1)从基因文库中获取目的基因

(2)利用PCR技术扩增目的基因

①PCR的含义：是一项在生物体外特定DNA片段的核酸合成技术。

②过程：目的基因受热形成，与引物结合，在的作用下延伸形成DNA。

③方式：指数扩增＝2n(n为扩增循环的次数)。

(3)人工合成法：若较小，序列已知，可以人工合成。

二、基因表达载体的构建

1.基因表达载体的组成

2．基因表达载体的功能

(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以给下一代。

(2)使目的基因和发挥作用。

三、将目的基因导入受体细胞

1.转化：进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2．导入植物细胞

(1)方法：、基因枪法、花粉管通道法等。

(2)农杆菌的特点

①易感染和裸子植物。

②Ti质粒上的可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞上。

3．导入动物细胞

(1)常用方法：技术。 (2)常用受体细胞：。

4．导入微生物细胞

(1)原核生物特点：繁殖快、多为、遗传物质相对等。

(2)对受体细胞的常用处理方法：用处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为 )。

四、目的基因的检测与鉴定

1.检测方法

(1) 技术：①检测转基因生物的上的目的基因；②检测目的基因是否转录出。

(2)抗原—抗体杂交技术：用于检测目的基因是否翻译成。

2．鉴定：鉴定、抗性鉴定等。

思考交流

1．利用PCR技术扩增目的基因时，需要提供哪些物质和条件？

2．一般情况下，基因工程操作获得成功的标志是什么？

正误判断

1．基因工程操作程序中的核心步骤是基因表达载体的构建。( )

2．利用反转录法获取的目的基因在构建基因表达载体时，可以不另外添加启动子和终止子。( )

3．基因表达载体中的启动子和终止子决定着翻译的开始与结束。( )

4．将目的基因导入微生物细胞时，对受体细胞不需做任何处理。( )

5．DNA分子杂交是在分子水平上进行的目的基因的检测。( )

【合作探究】

一、什么是基因文库、基因组文库、cDNA文库？

请列表比较基因组文库、cDNA文库。

三、获取目的基因的方法有哪些，分别在什么情况下使用？

1．如果不知道目的基因的核苷酸序列，可以通过的方法。

2．如果知道目的基因的核苷酸序列，而且基因比较小，可以通过。

3．如果只知道扩增目的基因的两端的核苷酸序列，而且基因又比较大，则可以通过目的基因。

四、构建基因表达载体的目的是什么？

基因表达载体在组成上至少应包括哪四部分，其各自的作用是什么？

例1将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是

A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒

B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点

C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada

D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子

【答案】 C

例2我国中科院上海生化所合成了一种具有镇痛作用而又不会像吗啡那样使病人上瘾的药物——脑啡肽多糖(类似于人体中的糖蛋白)。在人体细胞中糖蛋白必须经过内质网和高尔基体的进一步加工才能形成。如果要采用基因工程和发酵工程技术让微生物来生产脑啡肽多糖，应该用下列哪种微生物作受体细胞

A．大肠杆菌B．酵母菌 C．T4噬菌体 D．大肠杆菌质粒

【答案】 B

课堂达标

1．下列不属于获取目的基因的方法是( )

A．利用DNA连接酶复制目的基因 B．反转录法

C．从基因文库中获取目的基因 D．利用PCR技术扩增目的基因

2．下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是( )

A．需要限制酶和DNA连接酶 B．必须在细胞内进行

C．抗生素抗性基因可作为标记基因 D．启动子位于目的基因的首端

3．目前，将目的基因导入动物细胞最常用和最有效的方法是( )

A．显微注射法B．农杆菌转化法 C．基因枪法 D．花粉管通道法4．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是( ) A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸

B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体

C．将重组DNA分子导入烟草原生质体

D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞

5．利用苏云金芽孢杆菌的抗虫基因培育的抗虫棉是否成功，最好检测( )

A．是否有抗生素产生 B．是否有目的基因表达

C．是否有抗虫的性状出现 D．是否能分离到目的基因

6. 科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其过程大致如下图所示。根据题意，回答下列问题。

(1)基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是：________________、________________、________________、________________。

(2)Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T－DNA，把目的基因插入Ti质粒的T－DNA 中是利用T－DNA____________________________的特点。

(3)Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程，在基因工程中称为________。

(4)将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的是________________。

(5)目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是___________________________________，

这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是_______________________________________________。

课外强化

1．农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。下图为农杆菌转化法的示意图，试回答下列问题。

(1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是________，利用农杆菌自然条件下感染植物的特点，能实现__________________。具体原理是在农杆菌的Ti质粒上存在T－DNA片段，它具有可转移到受体细胞并整合到受体细胞的________上的特点，因此只要将携带外源基因的DNA片段插入到________(部位)即可。

(2)根据T－DNA这一转移特点，猜测该DNA片段上可能含有控制________________(酶)合成的基因。

(3)图中过程c中，能促进农杆菌移向植物细胞的物质是________类化合物。

(4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞的方法除了农杆菌转化法之外，还可采取的方法是。(至少写出两

种)