資源簡介

3.1重組DNA技術的基本工具的學案
【學習目標】
1.說出DNA重組技術的實現需要利用限制性內切核酸酶、DNA連接酶和載體三種基本工具。
2.模擬重組DNA分子的操作過程，說出合成新DNA分子的基本原理。
3.關注基因工程的社會議題，參與討論基礎理論和技術發展如何催生基因工程。
【學習重難點】
教學重點
1.重組DNA技術所需的三種基本工具的作用。
2.DNA的粗提取與鑒定。
教學難點
1.基因工程載體需要具備的條件。
2.DNA的粗提取與鑒定。
【預習新知】
限制性內切核酸酶—“分子手術刀”
(1)來源：主要來自原核生物。
(2)功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。
(3)結果：產生黏性末端或平末端。
(4)應用：已知限制酶EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ識別的堿基序列和酶切位點分別為G↓AATTC和CCC↓GGG，在圖中寫出兩種限制酶切割DNA后產生的末端并寫出末端的種類。
EcoR Ⅰ限制酶和Sma Ⅰ限制酶識別的堿基序列不同，切割位點不同(填“相同”或“不同”)，說明限制酶具有專一性。
DNA連接酶—“分子縫合針”
1.功能:將　雙鏈DNA片段 “縫合”起來,恢復被限制酶切開的磷酸二酯鍵。
2.種類
項目 E.coli DNA連接酶 T4 DNA連接酶
來源 大腸桿菌 T4噬菌體
作用 特點 只能將具有互補　黏性末端 的DNA片段連接起來,不能連接具有　平末端 的DNA片段 既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補的 黏性末端 ,又可以“縫合”雙鏈DNA片段的　平末端 ,但連接平末端的效率相對較低
基因進入受體細胞的載體—“分子運輸車”
載體的作用：
作為 ，將目的基因導入受體細胞中
在受體細胞內對目的基因進行大量
質粒的化學本質——
作為載體必須具備的條件：
質粒DNA分子上有 限制酶切割位點，供外源DNA片段插入其中
攜帶外源DNA片段的質粒進入受體細胞后，能在細胞中進行 ，或整合到受體DNA上，隨受體DNA同步
質粒上常有 ，如四環素抗性基因、氨芐青霉素抗性基因等，便于重組DNA分子的篩選
常用載體的種類及用途
種類 用途
質粒 將外源基因導入 等受體細胞
λ噬菌體的衍生物
植物病毒 將外源基因導入
動物病毒 將外源基因導入
【易錯提示】
細胞膜上的載體與基因工程中的載體的兩個“不同”
(1)化學本質不同
①細胞膜上的載體化學成分是蛋白質。
②基因工程中的載體可能是物質，如質粒(DNA)，也可能是生物，如噬菌體、動植物病毒等。
(2)功能不同
①細胞膜上的載體功能是協助細胞膜控制物質進出細胞。
②基因工程中的載體是一種“分子運輸車”，把目的基因導入受體細胞。
【深化探究】
1．(生命觀念)圖1和圖2分別表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意圖。請據圖回答：
圖1
圖2
請說出EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶識別的堿基序列及切割的位點；EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶作用的結果分別是什么？
提示：EcoR Ⅰ限制酶識別的堿基序列是GAATTC，切割位點在G和A之間；SmaⅠ限制酶識別的堿基序列是CCCGGG，切割位點在G和C之間。EcoR Ⅰ限制酶將DNA切割成黏性末端，Sma Ⅰ限制酶將DNA切割成平末端。
2．(科學思維)質粒作為目的基因的載體，其本質是什么？所有質粒都是載體嗎？為什么？
提示：DNA。不是。作為載體必須具備一定的條件，條件不具備，則不能作為載體。
3．(科學思維)載體在基因工程中的作用是什么？
提示：作為運輸工具，將外源(目的)基因導入受體細胞，攜帶外源(目的)基因在受體細胞內大量復制。
4．(科學思維)分析質粒載體結構模式圖，回答下列問題：
大腸桿菌及質粒結構模式圖
(1)質粒上氨芐青霉素抗性基因的作用是什么？
(2)為使外源基因插入質粒中，質粒需具備的條件是什么？
(1)提示：作為標記基因，便于重組DNA分子的篩選。
(2)提示：有一個至多個限制性內切核酸酶的切割位點。
【鞏固訓練】
1.如圖所示是5種限制酶所識別的DNA序列和酶切位點（↓表示酶切位點，切出的斷面為黏性末端或平末端）。
限制酶1：—↓GATC—
限制酶2：—CATG↓—
限制酶3：—G↓GATCC—
限制酶4：—CCC↓GGG—
限制酶5：—AG↓CT—
下列有關說法錯誤的是( )
A.不同的限制酶可以切出相同的黏性末端
B.限制酶1可以識別并切割限制酶3所識別的DNA序列
C.限制酶3和4識別的序列都是由6個脫氧核苷酸組成的
D.DNA連接酶可連接由限制酶1和3切出的DNA片段，也可連接由限制酶1和2切出的DNA片段
2.以下是幾種不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列有關敘述錯誤的是( )
A.以上DNA片段是由5種限制酶切割后產生的
B.若要把相應片段連接起來，應選用DNA連接酶
C.上述能進行連接的兩個黏性片段連接后形成的DNA分子是
D.①②④屬于黏性末端，③⑤屬于平末端
3.下列關于幾種酶作用的敘述，不正確的是( )
A. E·coli DNA連接酶既可以連接平末端，又可以連接黏性末端
B. RNA聚合酶能與基因的特定區段結合，催化遺傳信息的轉錄
C. DNA連接酶能將兩個DNA片段連接為一個DNA分子
D. 限制酶不是一種酶，而是一類酶
4.作為基因工程的運輸工具——載體,必須具備的條件及理由對應錯誤的是( )
A.能夠在宿主細胞中穩定保存并大量復制,以便提供大量的目的基因
B.具有多個限制酶切割位點,以便于目的基因的插入
C.具有某些標記基因,以便目的基因能夠準確定位與其結合
D.對宿主細胞無傷害,亦不影響宿主細胞的正常生命活動
5.電泳的原理：DNA被染色后帶正電荷，在電場作用下，在瓊脂凝膠中從正極向負極移動，DNA相對分子質量越小，移動速度越快，一段時間后，相對分子質量不同的DNA分子就相互分離開。用A和B兩種限制酶同時和分別處理同一DNA片段，限制酶對應切點一定能切開，兩種酶切位點及酶切產物電泳分離結果如圖1和圖2所示。下列敘述錯誤的是( )
圖1 圖2
A.圖1中限制酶A、B識別的核苷酸序列不相同
B.圖1中X代表的堿基對數為4500
C.推測圖1中Y是限制酶B的酶切位點
D.推測圖2中①是限制酶A處理得到的酶切產物
6.下列有關限制性內切核酸酶的敘述，正確的是( )
A.用限制性內切核酸酶切割一個DNA分子中部，獲得一個目的基因時，被水解的磷酸二酯鍵有2個
B.限制性內切核酸酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現的概率就越大
C.—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制性內切核酸酶切出的黏性末端可用DNA連接酶連接
D.只有用相同的限制性內切核酸酶處理含目的基因的片段和質粒，才能形成重組質粒
7.下圖1表示限制酶SpeⅠ、XbaⅠ的識別序列和切割位點，圖2表示基因P（960bp）、基因Q（840bp）的限制酶SpeⅠ或XbaⅠ的酶切圖譜和融合基因，圖3表示幾種基因經限制酶SpeⅠ或XbaⅠ處理后進行電泳（電泳條帶表示特定長度的DNA片段）得到的帶譜圖，下列相關分析錯誤的是( )
A.基因P經限制酶SpeⅠ處理后進行電泳的結果與圖3中的Ⅰ相同
B.基因Q經限制酶XbaⅠ處理后進行電泳的結果與圖3中的Ⅱ相同
C.融合基因經限制酶SpeⅠ處理后進行電泳的結果與圖3中的Ⅲ相同
D.融合基因經限制酶XbaⅠ處理后進行電泳的結果與圖3中的Ⅳ相同
8.用X酶切割DNA分子后，得到黏性末端①，用Y酶切割DNA分子后，得到黏性末端②，如下圖所示，以下說法不正確的是( )
A.X與Y通常是不同的限制酶
B.限制酶與DNA水解酶破壞的化學鍵相同
C.限制酶將一個DNA分子片段切成兩個片段需消耗兩個水分子
D.具有①②的兩個DNA片段可連接成重組分子，重組后還可以被X或Y切割
9.下列有關基因工程中載體的說法，正確的是( )
A.在進行基因工程操作中，被用作載體的質粒都是天然質粒
B.所有的質粒都可以作為基因工程中的載體
C.質粒是一種獨立于細菌染色體外的鏈狀DNA分子
D.作為載體的質粒DNA分子上應有對重組DNA進行鑒定和選擇的標記基因
參考答案
1.答案：D
解析：分析可知，限制酶1和3切出的黏性末端相同，即不同的限制酶可以切出相同的黏性末端，且限制酶1可以識別并切割限制酶3所識別的DNA序列，A、B正確；分析可知，限制酶3和4識別的序列都是由6個脫氧核苷酸組成的，C正確；DNA經不同限制酶切割后，形成的黏性末端相同時，才可以通過DNA連接酶連接，由此可知DNA連接酶可連接由限制酶1和3切出的DNA片段，不可連接由限制酶1和2切出的DNA片段，D錯誤。
2.答案：A
解析：圖中①④是由同一種限制酶切割形成的，因此以上DNA片段是由4種限制酶切割后產生的，A錯誤；DNA連接酶可將具有相同末端的DNA片段連接起來，B正確；圖中①④具有相同的黏性末端，可被DNA連接酶連接形成，C正確；由圖可知，①②④屬于黏性末端，③⑤屬于平末端，D正確。
3.答案：A
解析：A、E·coliDNA連接酶只能連接黏性末端,T4DNA連接酶既可以連接平末端,又可以連接黏性末端,A錯誤;B、RNA聚合酶能與基因的特定區段(啟動子)結合,催化遺傳信息的轉錄,B正確;C、DNA連接酶能將兩個DNA片段之間的磷酸二酯鍵連接起來,形成一個DNA分子,C正確;D、限制酶不是一種酶,而是一類酶,這類酶能特異性的識別DNA分子并在特定位點進行切割,D正確。故選:A。
4.答案：C
解析：A、作為運載體必須具備的條件之一是能夠在宿主細胞中穩定地保存下來并大量復制,以便提供大量的目的基因,A正確;B、作為運載體必須具備的條件之一是具有多個限制酶切點,以便于目的基因的插入,B正確;C、作為運載體必須具備的條件之一是具有某些標記基因,以便于重組后進行重組DNA分子的篩選,C錯誤;D、攜帶外源DNA片段的質粒進入受體細胞后,停留在細胞中進行自我復制,或整合到染色體DNA上,隨著染色體DNA進行同步復制,同時運載體對宿主細胞無傷害,以使目的基因在宿主細胞中復制并穩定保存,D正確。故選C。
5.答案：C
解析：A、酶具有專一性，不同的限制酶識別并切割不同的核苷酸序列，A正確；BC、從圖2的A+B酶一組結果可知，限制酶A和B切完后總共有4個片段，長度分別為500、1500、3500、4500◇而圖1表示酶A和B切割時只會得到3個片段，長度應該是3500、X、2000，所以可推測Y是限制酶A或限制酶B的酶切位點，X代表的堿基對數為4500,B正確，C錯誤；D、根據以上結論，若圖1中有兩個限制酶A的酶切位點，切割完后得到三個長度的片段：3500、(4500+1500)、500,正好與圖2的①結果相符，故推測圖2中①是限制酶A處理得到的酶切產物，D正確。故選C。
6.答案：B
解析：用限制性核酸內切酶切割一個DNA分子中部，獲得一個目的基因時，需要切割目的基因的兩側，又因DNA為雙鏈結構，因此要斷裂4個磷酸二酯鍵，即被水解的磷酸二酯鍵有4個，A錯誤；限制性核酸內切酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現的概率就越大，B正確；—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制性核酸內切酶切出的黏性末端不同，分別為—CATG和—CTAG，因此不能用DNA連接酶連接，C錯誤；用不同的限制性核酸內切酶處理含目的基因的DNA片段和質粒，若產生的黏性末端相同，則也能形成重組質粒，D錯誤。
7.答案：C
解析：根據圖2所示，基因P上有限制酶SPeⅠ的一個酶切位點，基因P的總長度960bp，所以經酶切后可以得到兩個小于960的片段，符合圖3中的Ⅰ，A正確。根據圖2所示，基因0上有限制酶XbaⅠ的一個酶切位點，基因P的總長度為840bP，所以經酶切后可以得到兩個小于840的片段，符合圖3中的ⅡB正確。融合基因中沒有限制酶SPeⅠ和限制酶XbaⅠ的酶切位點，所以用這兩種端處理都不會斷開，因此處理之后只有一個片段，符合圖3中的Ⅳ,C錯誤，D正確。
8.答案：D
解析：A、由圖可知，X與Y識別的核苷酸序列不同，因此X與Y是不同的限制酶，A正確； B、限制酶與DNA水解酶破壞的化學鍵相同，都是磷酸二酯鍵，B正確；C、限制性核酸內切酶將一個DNA分子片段切成兩個片段，即斷裂兩個磷酸二酯鍵，因此需消耗兩個水分子，C正確；D、具有①②的兩個DNA片段可連接成重組分子，核苷酸序列發生了改變。先前能識別的核苷酸序列發生了改變，所以重組后不可以被X或Y切割，D錯誤。故選D。
9.答案：D
解析：A、天然的質粒不能直接作為載體,基因工程中用到的質粒都是在天然質粒的基礎上進行過人工改造的,A錯誤;
B、作為基因工程的運載體,必須具備一定的條件,而自然界中的質粒不一定具備相應的條件,因此不一定都可以作為基因工程中的運載體,B錯誤;
C、質粒是一種獨立于細菌擬核外的環狀DNA分子,C錯誤;
D、作為載體的質粒DNA分子上應有標記基因,便于對重組DNA進行鑒定和選擇,D正確。
故選D。

展開更多......

收起↑