高中生物人教版 (2019)选择性必修3第1节 重组DNA技术的基本工具学案及答案

3.1 重组DNA技术的基本工具 

学习目标

1.结合基因工程的诞生和发展历程，认同相关技术的发展催生了基因工程（科学思维、社会责任）

2.通过对有关示意图和资料的分析，掌握重组DNA技术所需工具酶的作用、特点以及载体需要具备的条件（生命观念、科学思维）

3.通过探究实践，学习DNA的粗提取与鉴定的方法（科学探究）

课前自主探究

一．基因工程的概念

1.概念：基因工程是指按照人们的愿望，通过           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产品。由于基因工程是在             水平上进行设计和施工的，因此又叫作            技术。

2.对基因工程概念的理解

（1）.操作环境：         。                       

（2）.操作对象：       。

（3）.操作水平：             。

（4）.原理：         。

（5）.结果：               。

 二、基因工程的诞生和发展

判一判：基于基因工程相关基础理论的突破和技术的创新，判断下列说法的正误。

1.1953年，沃森和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型，并用实验证明了DNA分子的半保留复制。（    ）

2.1970年，在细菌体内发现了第一个限制酶，后来又发现了多种限制酶、DNA连接酶等。（   ）

3.1972年，伯格首先在体外进行DNA改造，并构建了第一个体外重组DNA分子。（   ）

4.1983年，科学家采用花粉管通道法培育了世界上第一例转基因烟草。（   ）

5.1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育了世界上第一条转基因鱼。（   ）

6.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。（   ）

三、DNA重组技术的基本工具

1.“分子手术刀”------                               　

2．“分子缝合针”—            

3.“分子运输车”——                             

(1)载体——质粒

①质粒的本质：是一种裸露的、结构简单，独立于                 或              之外，并具有             能力的环状双链DNA分子。

②质粒适于作基因运载体的特点

Ⅰ.质粒分子上有一个至多个             位点，供外源DNA片段（基因）插入其中。

Ⅱ.携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中             ，或

                  上，随                  同步复制。

Ⅲ.人工改造的质粒常带有            ，如：                    、             等，便于                           。

(2)载体——噬菌体、动植物病毒等。

四、DNA的粗提取与鉴定

1．实验原理

(1)       不溶于酒精，        溶于酒精。

(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同，它能溶于                 溶液。

(3)在一定温度下，DNA遇        试剂会呈现蓝色。

2．实验步骤

(1)称取30 g洋葱，切碎，加入10 mL研磨液，充分研磨。

 ↓

(2)漏斗中垫        ，将研磨液过滤到烧杯中，4 ℃处理，取上清液。

 ↓

(3)在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液，静置2～3 min，用玻璃棒沿同一方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去水分。

 ↓

(4)取两支20 ml的试管编号A、B，各加入2 mol/L的NaCl溶液5 mL，将丝状物溶于B试管的NaCl溶液中。然后向两支试管中各加入4 mL的二苯胺试剂。混匀后，将试管置于      中加热5 min。

 ↓

(5)结果观察：A试管         ，B试管        。

课堂合作探究

1.从限制酶的识别序列看，限制酶的识别序列有么特点？

↓

2.已知限制性内切核酸酶Mun1的识别序列及切割位点是-CAATTG-,请写出切割后形成的黏性末端。

3.如何判断两个黏性末端或平末端是否是由同种限制酶切割形成的？

4.原核生物中存在限制酶的意义是什么？

5.限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？

6.如何把经过限制酶切割后的DNA片段拼接成新的DNA分子？请举例说明。

7.基因工程中的“分子运输车”通常是质粒，质粒上通常含有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。请举例说明标记基因的筛选原理是什么？

8.如图表示四种质粒和目的基因，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。适于作为目的基因载体的质粒是哪一种？说明理由。

9.DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？

10.天然的DNA分子是否可以直接用做基因工程载体？为什么？

【归纳总结】

(1)限制酶是一类酶而不是一种酶。

(2)不同种类的限制酶识别的序列与切割的位点不同，体现了酶的专一性。

(3)限制酶可用于切割DNA以获取目的基因，也可用于切割载体。

(4)限制酶的识别序列与被作用的DNA序列是不同的。前者一般由6个核苷酸组成，少数由4个、8个或其他数量的核苷酸组成；后者是双链序列。

(5)在切割含目的基因的DNA分子时，需用限制酶切割两次此DNA分子，产生4个末端。只有这样，才能使目的基因的两端都有可连接的黏性末端或平末端。

(6)不同种生物的基因能拼接的理论基础是：①DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸；②DNA分子都遵循碱基互补配对原则；③双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。

(7)外源基因在受体细胞内能表达的理论基础是：①基因是控制生物性状的遗传物质的结构和功能单位；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。

【归纳总结】.限制酶和DNA连接酶

(1)同一种限制酶一定能切出相同的黏性末端，相同的黏性末端不一定来自同一种限制酶的切割，但同样能相互连接。

(2)限制酶和DNA连接酶作用部位相同，但作用正好相反，都作用于特定部位的磷酸二酯键，前者是“切割”，后者是“缝合”。

(3)DNA连接酶种类少：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。所以，限制酶种类多，DNA连接酶种类少。

课前自主探究答案

一．

1. 转基因   DNA分子    重组DNA

2.（1）生物体外           （2）基因    （3）DNA分子水平

（4）基因重组  （5）.按照人们的需要定向改造生物的遗传特性

二、1.×  提示：DNA分子半保留复制是梅塞尔森和斯塔尔用实验证明的。

2.√ 3.√

4.× 提示：第一例转基因烟草是用农杆菌转化法培育的。

5.√ 6.√

三、DNA重组技术的基本工具

1.限制性内切核酸酶

2.DNA连接酶

3.基因进入受体细胞的载体   真核细胞的细胞核    原核细胞拟核DNA    自我复制

限制酶切割   进行自我复制     整合到受体DNA   受体细胞DNA    标记基因   四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因   重组DNA分子的筛选

四.DNA   蛋白质    2_mol/L的NaCl    二苯胺    纱布   沸水   不变蓝    变蓝

课堂合作探究

1.从限制酶的识别序列看，限制酶的识别序列有么特点？

提示：1.限制酶识别序列的特点是碱基互补对称，无论由几个核苷酸组成，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。

2.已知限制性内切核酸酶Mun1的识别序列及切割位点是-CAATTG-,请写出切割后形成的黏性末端。

提示2.-C                   AATTG-

-GTTAA                   C-

3.如何判断两个黏性末端或平末端是否是由同种限制酶切割形成的？

提示：3.将黏性末端或平末端之一旋转180°后，看它们是否具有完全相同的结构。若相同，则为同种限制酶切割形成；否则为不同种限制酶切割形成。

4.原核生物中存在限制酶的意义是什么？

提示　原核生物中限制酶的作用是切割外源DNA以保证自身安全，防止外来病原物的危害。

5.限制酶来源于原核生物，为什么不能切割自己的DNA分子？

提示　限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

6.如何把经过限制酶切割后的DNA片段拼接成新的DNA分子？请举例说明。

提示：用DNA连接酶。如E.coli DNA连接酶能连接黏性末端，T4 DNA 连接酶既可以连接黏性末端又可以连接平末端。

7.基因工程中的“分子运输车”通常是质粒，质粒上通常含有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选。请举例说明标记基因的筛选原理是什么？

提示：质粒上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因，如四环素抗性基因、氨芊青霉素抗性基因等，而受体细胞中不含该种抗生素的抗性基因，因此受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。例如将含有氨苄青霉素抗性基因的载体导入受体细胞，抗性基因在受体细胞内表达，受体细胞对氨苄青霉素产生抗性。在含有氨苄青霉素的培养基上，只有导入了基因表达载体的受体细胞才能生存。如图：

8.如图表示四种质粒和目的基因，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。适于作为目的基因载体的质粒是哪一种？说明理由。

提示：适合的质粒是①。由图可知，质粒②上无标记基因，不适合作为载体；质粒③和④的标记基因上都有限制性内切核酸酶的识别位点，使用该酶后将会导致标记基因被破坏，故均不宜选作载体。

9.DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？为什么？

提示　不是。原因是：①DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上。②DNA聚合酶起作用时需要以一条DNA链为模板，而DNA连接酶不需要模板。

10.天然的DNA分子是否可以直接用做基因工程载体？为什么？

提示　不可以。具有能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因及对受体细胞无害等特点的DNA分子才可以直接用作基因工程的载体。实际上天然的DNA分子一般不完全具备上述条件，往往需要进行人工改造后才能用于基因工程操作。