第三章——基因工程新人教版高中生物選擇性必修3第1節(jié)重組DNA技術(shù)的工具番木瓜容易受番木瓜環(huán)斑病毒的侵襲。當(dāng)番木瓜被這種病毒感染后，產(chǎn)量會(huì)大大下降?？茖W(xué)家通過(guò)精心設(shè)計(jì)，用“分子工具”培育出了轉(zhuǎn)基因番木瓜，它可以抵御番木瓜環(huán)斑病毒。DNA雙螺旋的直徑只有2nm,對(duì)如此微小的分子進(jìn)行操作，是一項(xiàng)非常精細(xì)的工作，更需要專門的“分子工具”。轉(zhuǎn)基因番木瓜（左）與非轉(zhuǎn)基因番木瓜（右）1.基因工程的概念：指按照人們的愿望,進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)并通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性,創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。由于基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的，因此又叫作DNA重組技術(shù)?！練w納定義】工程別名：操作對(duì)象：操作水平：

工程實(shí)質(zhì)：DNA重組技術(shù)基因DNA分子水平基因重組2.圖解“基因工程實(shí)質(zhì)”轉(zhuǎn)移A生物B生物螢火蟲普通動(dòng)植物發(fā)光基因3.基因工程誕生的理論基礎(chǔ)拼接的基礎(chǔ)1.DNA的基本組成單位相同（四種脫氧核苷酸）表達(dá)的基礎(chǔ)2.都遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則3.DNA分子的空間結(jié)構(gòu)都是規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)1.基因是控制生物性狀的結(jié)構(gòu)與功能單位2.遺傳信息的傳遞都遵循中心法則3.生物界幾乎共用一套遺傳密碼基因在空間上轉(zhuǎn)移并成功表達(dá)接剪運(yùn)來(lái)源：種類：主要來(lái)自原核生物特點(diǎn)：數(shù)千種能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的磷酸二酯鍵斷開(kāi)。（限制酶不是一種酶，而是一類酶）根據(jù)你所掌握的知識(shí)你能推測(cè)限制酶存在于原核生物中的作用是什么？主要起到切割外源DNA使之失效，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。旁欄思考?1’2’3’4’5’

G限制酶1’2’3’4’5’

A磷酸二酯鍵TGCCGTAA5'3'5'3'

黏性末端

黏性末端EcoRI限制酶的切割：只能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開(kāi)。被限制酶切開(kāi)的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。EcoRI(在G與A之間切割)SmaI(在G與C之間切割)5'5'3'3'5'5'3'3'黏性末端平末端結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端（1）該DNA片段上EcoRI的識(shí)別序列在哪兒？（2）請(qǐng)用剪刀模擬EcoRI的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)將目的基因“切割”下來(lái)。探究?活動(dòng)一、用剪刀模擬EcoRI剪切目的基因(Bt基因)操作5’...GAG3’...CTTAAAATTC...3’G...5’黏性末端黏性末端目的基因黏性末端黏性末端(3)要想獲得某個(gè)特定性狀的目的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性(平)末端？要切2個(gè)切口，產(chǎn)生4個(gè)黏性(平)末端。1.請(qǐng)結(jié)合限制酶的作用特點(diǎn)，回答以下問(wèn)題：(1)限制酶能切開(kāi)RNA分子的磷酸二酯鍵嗎？提示

不能。思考與討論(2)請(qǐng)結(jié)合右圖，推斷限制酶切割一次可斷開(kāi)幾個(gè)磷酸二酯鍵？產(chǎn)生多少游離的磷酸基團(tuán)？產(chǎn)生幾個(gè)黏性末端？消耗幾分子水？提示

斷開(kāi)2個(gè)磷酸二酯鍵；產(chǎn)生2個(gè)游離的磷酸基團(tuán)；產(chǎn)生2個(gè)黏性末端；消耗2分子水。2.請(qǐng)寫出下列限制酶切割形成的黏性末端，并思考同種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否相同？不同限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端是否一定不同？提示

如圖同種限制酶產(chǎn)生的黏性末端相同，不同的限制酶可能會(huì)形成相同的黏性末端。思考與討論3.請(qǐng)判斷：以下黏性末端是由

種限制酶作用產(chǎn)生的。提示

限制酶是原核生物的一種防御工具，用來(lái)切割侵入細(xì)胞的外源DNA，以保證自身安全。三4.推測(cè)限制酶存在于原核生物中的主要作用是什么？5.為什么限制酶不切割細(xì)菌本身的DNA分子？提示

含某種限制酶的細(xì)菌的DNA分子不具備這種限制酶的識(shí)別序列，或者甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到了限制酶所識(shí)別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開(kāi)。思考與討論什么樣的末端才能連接起來(lái)？，1.作用：2.種類：⑴E·coliDNA連接酶⑵T4DNA連接酶將雙鏈DNA片段“縫合”起來(lái)，恢復(fù)被限制酶切開(kāi)的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。磷酸二酯鍵3.作用部位:注意：DNA連接酶可連接雙鏈DNA中的兩條單鏈缺口，但不能連接單鏈DNA！DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？DNA聚合酶相同點(diǎn)：都是催化磷酸二酯鍵形成的酶。不同點(diǎn)：DNA聚合酶連接的是游離的脫氧核苷酸，需要模板；DNA連接酶連接的是DNA片段。4.幾種相關(guān)酶的比較名稱作用部位作用結(jié)果限制酶

DNA連接酶DNA聚合酶DNA(水解)酶解旋酶磷酸二酯鍵堿基對(duì)之間的氫鍵將DNA切成兩個(gè)片段磷酸二酯鍵將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核苷酸依次連接到單鏈末端磷酸二酯鍵將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核苷酸將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈1.根據(jù)所學(xué)知識(shí)，完成以下填空：①限制酶②解旋酶③DNA連接酶④DNA聚合酶⑤RNA聚合酶baA.切斷a處的酶為_(kāi)______

B.連接a處的酶為_(kāi)______C.切斷b處的酶為_(kāi)______①③④②a：磷酸二酯鍵；b：氫鍵2.(2022·天津耀華中學(xué)高二期中)以下是幾種不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列敘述正確的是A.以上DNA片段是由4種限制酶切割后產(chǎn)生的B.②片段是在識(shí)別序列為

的限制酶作用下形成的C.①和④兩個(gè)片段在DNA聚合酶的作用下可形成重組DNA分子D.限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵√3.DNA連接酶是重組DNA技術(shù)中常用的一種工具酶。下列相關(guān)敘述正確的是A.能連接DNA分子雙鏈堿基對(duì)之間的氫鍵B.能將單個(gè)脫氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵C.能連接用同種限制酶切開(kāi)的兩條DNA片段，重新形成磷酸二酯鍵D.DNA連接酶只能連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端√質(zhì)粒將外源基因送入受體細(xì)胞,

在受體細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制.

1.作用：動(dòng)植物病毒噬菌體2.種類：質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外，并具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。①能在受體細(xì)胞中穩(wěn)定保存并復(fù)制②有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，便于插入（攜帶）目的基因③具有標(biāo)記基因，便于篩查含有重組DNA分子的細(xì)胞④對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害、易分離真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過(guò)人工改造的。3.運(yùn)載體需具備的條件：標(biāo)記基因的篩選原理載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因，而受體細(xì)胞沒(méi)有抵抗該抗生素的能力。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(duì)該抗生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上，能夠生存的是被導(dǎo)入了載體的受體細(xì)胞。如圖所示：關(guān)鍵點(diǎn)撥5’...................pBI121

................GAATTC........3’3’...................質(zhì)

粒................CTTAAG........5’探究?活動(dòng)二

、請(qǐng)將代表pBI121質(zhì)粒的序列首尾黏貼在一起，模擬環(huán)化質(zhì)粒探究?活動(dòng)三、重組DNA分子的模擬操作請(qǐng)用剪刀模擬EcoRI識(shí)別下面質(zhì)粒序列和切割位點(diǎn)進(jìn)行“切割”，將切下的片段與目的基因片段進(jìn)行重組，并用透明膠條將切口粘連起來(lái)。目的基因4.下列關(guān)于基因運(yùn)輸工具——載體，必須具備的條件之一及理由均正確的是A.能夠復(fù)制，以便目的基因插入其中B.具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，便于目的基因的表達(dá)C.具有某些標(biāo)記基因，便于重組DNA的篩選D.對(duì)受體細(xì)胞無(wú)害，便于重組DNA的篩選√5.某細(xì)菌質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過(guò)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(zhǎng)情況也不同，如圖所示是外源基因插入位置(插入點(diǎn)有a、b、c)示意圖，請(qǐng)根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長(zhǎng)情況，推測(cè)①②③三種重組后細(xì)菌的外源基因插入點(diǎn)，正確的一組是插入點(diǎn)細(xì)菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況①能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)②能生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)③不能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)A.①是c；②是b；③是aB.①是a和b；②是a；③是bC.①是a和b；②是b；③是a

D.①是c；②是a；③是b√6.圖甲是含有目的基因的外源DNA片段，圖乙是用于將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的質(zhì)粒（陰影部分表示抗生素抗性基因），相關(guān)限制酶的作用部位如圖所示，現(xiàn)欲培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因抗病植株，回答下列問(wèn)題。（1）在基因工程的操作中，不宜選用SmaI，原因是SmaI會(huì)破壞__________和__________________________。（2）在基因工程的操作中，不宜選用EcoRI，原因是用EcoRI切割外源DNA片段后，___________________________________________________。目的基因質(zhì)粒上的抗生素抗性基因目的基因只有一側(cè)含有黏性末端，不能插入到質(zhì)粒中（3）由于反應(yīng)體系中含有大量的外源DNA片段和質(zhì)粒，加入PstI一種限制酶后，會(huì)得到大量的目的基因片段和質(zhì)粒片段，再加入DNA連接酶后，除了會(huì)形成目的基因與質(zhì)粒連接的環(huán)狀產(chǎn)物外，還會(huì)形成______________________連接的環(huán)狀產(chǎn)物以及_____________________連接的環(huán)狀產(chǎn)物。此外，目的基因與質(zhì)粒的連接既可以是正向連接，也可以是____________，后者可能會(huì)導(dǎo)致目的基因無(wú)法正常表達(dá)。目的基因與目的基因質(zhì)粒片段與質(zhì)粒