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专题1 基因工程 1.1 DNA重组技术的基本工具,一、基因工程的诞生和发展 基因工程的基础理论和技术支持(连线)：,二、基因工程的概念 1.操作场所：_。 2.操作技术：DNA重组和_等技术。 3.操作结果：赋予生物新的_，创造出更符合人们 需要的新的_和生物产品。 4.操作水平：_水平。,生物体外,转基因,遗传特性,生物类型,DNA分子,三、DNA重组技术的三种工具 1.限制性核酸内切酶(也称“限制酶”)“分子手术刀”： (1)来源：主要来自于_。 (2)种类：约_种。 (3)特点：具有专一性。 识别双链DNA分子的某种_。 切割特定核苷酸序列中的特定位点。 (4)作用：断开两个核苷酸之间的_。 (5)结果：产生_或_。,原核生物,4 000,特定核苷酸序列,磷酸二酯键,黏性末端,平末端,2.DNA连接酶“分子缝合针”： (1)作用：将_“缝合”起来，恢复被_切 开的两个核苷酸之间的_。,双链DNA片段,限制酶,磷酸二酯键,(2)种类：,Ecoli,大肠杆菌,互补黏性末端,黏性末端,平末端,3.基因进入受体细胞的载体“分子运输车”： 载体,质粒：是一种小型的双链环状 _ _的衍生物 动植物病毒等 能自我复制 具有一个至多个_ 具有_ 对_无害,种类,特点,作用结果：携带_进入受体细胞,DNA分子,噬菌体,限制酶切割位点,标记基因,受体细胞,外源DNA片段,四、重组DNA分子的模拟操作 1.材料用具：剪刀代表_，透明胶条代表_。 2.切割位点： (1)分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出_ 序列，并选_之间作切口进行“切割”。 (2)从另一条链上_之间寻找EcoR相应的切口剪 开。 3.操作结果：若操作正确，不同颜色的黏性末端应能_ _；否则，说明操作有误。,EcoR,DNA连接酶,G-A-A-T-T-C,G-A,互补的碱基,互补配,对,【微点拨】 1.工具酶的发现为基因工程作了什么技术支持？ 提示：为DNA的切割、连接以及目的基因的获得创造了条件。 2.利用基因工程实现的基因重组与杂交育种实现的基因重组有什么不同？ 提示：前者是定向的，目的性强；后者是不定向的，获得所需要的重组性状所用的时间一般比较长。,3.限制酶切割产生的末端在恢复时需用的DNA连接酶，为什么要加以选择？ 提示：EcoliDNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶既可以连接黏性末端，又可以连接平末端，所以必须进行选择。 4.限制酶和DNA解旋酶的作用部位有什么不同？ 提示：限制酶作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于碱基对的两个碱基之间的氢键。,5.不同的限制酶具有不同的识别序列，说明限制酶具有什么特性？ 提示：专一性。 6.作为运载工具的载体，要求必须对受体细胞无害，为什么？ 提示：载体如果对受体细胞有害，其一旦被导入受体细胞，就会影响甚至破坏受体的生命活动。 7.基因工程中工具与工具酶有什么不同？ 提示：基因工程中的工具包括限制酶、DNA连接酶和载体，而工具酶不包括载体，只有限制酶和DNA连接酶。,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,【解析】选D。基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造生物的遗传性状。,2.以下有关基因工程的叙述，正确的是( ) A.基因工程是细胞水平上的生物工程 B.基因工程的产物对人类都是有益的 C.基因工程育种的优点之一是目的性强 D.基因工程产生的变异属于人工诱变 【解析】选C。基因工程是分子水平上的生物工程，其产生的变异属于基因重组，而不属于人工诱变；基因工程虽是按照人们的意愿改造生物，目的性强，但并不是所有的基因产物对人类都有益。,3.在基因工程中，科学家所用的“剪刀”“针线”和“载体”分别是指( ) A.大肠杆菌病毒、质粒(主要)、DNA连接酶 B.噬菌体、质粒(主要)、DNA连接酶 C.限制酶、RNA连接酶、质粒(主要) D.限制酶、DNA连接酶、质粒(主要) 【解析】选D。基因工程是在DNA分子水平上操作的，对DNA分子进行操作的工具，主要有“剪刀”限制酶，“针线” DNA连接酶，“载体”质粒、动植物病毒等。,4.限制酶切割DNA时切出的DNA末端是( ) A.只有黏性末端 B.既有黏性末端也有平末端 C.只有平末端 D.任意末端 【解析】选B。DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端有两种形式：黏性末端和平末端。,5.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 【解析】选B。在基因工程实施过程中，需用同一种限制酶将含有目的基因的DNA分子和质粒切开，以获得相同的黏性末端或平末端；再用DNA连接酶将目的基因和载体连接起来以构成重组质粒，故B项正确。,6.下列关于限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是( ) A.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键 B.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 C.其化学本质都是蛋白质 D.它们不能被反复利用 【解析】选C。限制酶和DNA连接酶的化学本质都是蛋白质，作用前后没有发生变化，可以被反复利用。DNA连接酶是通过形成磷酸二酯键将两个DNA分子片段连接起来，DNA聚合酶是通过形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸连接起来。,7.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.噬菌体的衍生物 C.细菌核区中的DNA D.动植物病毒 【解析】选C。细菌核区中的DNA是大型DNA，不宜作为载体；常用载体有细菌质粒、噬菌体的衍生物以及动植物病毒等。,8.作为基因的运输工具载体，必须具备的条件之一及理由是( ) A.能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因 B.具有多个限制酶切割位点，以便于目的基因的表达 C.具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件 D.能够在受体细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选,【解析】选A。作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须能够在受体细胞内稳定地保存并大量复制，以便通过复制提供大量目的基因。同时要具有某些标记基因，是为了通过标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞，从而筛选受体细胞。载体要具有多个限制酶切割位点，则是为了便于与外源基因连接。,一、基因工程的概念剖析和工具酶 1.基因工程的概念剖析：,2.与DNA分子相关的四种酶的比较：,说明： (1)不同DNA分子用同一种限制酶切割形成的黏性末端都相同；同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。 (2)DNA连接酶无识别的特异性，DNA连接酶对于黏性末端或平末端都能催化其“缝合”，重新形成DNA分子。,【易错提醒】 DNA连接酶作用部位辨析 (1)图示： (2)分析。 针对上图，不要误认为DNA连接酶作用于碱基对之间的氢键。 DNA连接酶作用于图中的“断口”处，形成磷酸二酯键。 比喻：DNA连接酶“不是作用于梯子的踏板处，而是作用于梯子扶手的断口处”。,1.下列对基因工程的理解，正确的是( ) 它是一种按照人们的意愿，定向改造生物遗传特性的工程 对基因进行人为删减或增添某些碱基 是体外进行的人为的基因重组 在实验室内，利用相关的酶和原料合成DNA 主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术 在DNA分子水平上进行操作 一旦成功，便可遗传 A. B. C. D.,【解题关键】解答本题的技巧：排除法。 (1)判断错误，排除A、D项； (2)判断错误，排除B项。 【解析】选C。基因工程是对现有基因的剪切和拼接，并没有对基因进行改造，也不是要合成新的DNA。,2.(2013枣庄高二检测)现有一长度为1 000个碱基对(bp)的 DNA分子，用限制酶EcoR酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp， 用Kpn单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用 EcoR、Kpn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( ),【解题关键】解答本题的关键有两点： (1)会读图、析图，所给选项中有线形DNA、环状DNA。 (2)正确分析切割位点不同所得片段不同。,【解析】选D。从题干中“用限制酶EcoR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分子是环状的，故A、B排除。同理，从“用Kpn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酶切位点，故选D。,【变式备选】(2014天水高二检测)限制酶是一种核酸切割酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。如图为四种限制酶BamH、EcoR、Hind以及Bgl的识别序列。箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列是什么( ),A.BamH和EcoR 末端互补序列为AATT- B.BamH和Hind 末端互补序列为GATC- C.EcoR和Hind 末端互补序列为AATT- D.BamH和Bgl 末端互补序列为GATC- 【解析】选D。A项中BamH酶切出的末端序列为-GATC-，EcoR酶切出的末端序列为-AATT-，两者不互补；B项Hind酶切出的末端序列为-AGCT-，与BamH酶切出的末端序列不互补；同理可推，C项中也不互补，只有D项中才互补。,二、基因工程中常用的载体质粒 1.特点：质粒是一种裸露的、小型、双链、环状DNA分子。 2.本质：质粒是独立于细菌拟核DNA之外的小型DNA分子，不是细胞器。,3.质粒作为载体所具备的条件： (1)能自我复制：能够在受体细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制。 (2)有切割位点：有一个至多个限制酶切割位点，供外源基因插入。 (3)具有标记基因：具有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。 (4)无毒害作用：对受体细胞无毒害作用，否则受体细胞将受到损伤甚至死亡。,4.作用： (1)作为运输工具，将目的基因导入受体细胞。 (2)质粒携带目的基因在受体细胞内大量复制。,【思维拓展】 细胞膜上的载体与基因工程中的载体的区别 (1)化学本质不同：细胞膜上的载体化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)、噬菌体的衍生物，也可能是生物，如动植物病毒等。 (2)功能不同：细胞膜上载体的功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。,1.(2014台州高二检测)下列关于基因工程中载体的说法，正确的是( ) A.质粒是一种独立于细菌拟核外的链状DNA分子 B.所有的质粒都可以作为基因工程中的载体 C.质粒载体的复制和表达不遵循中心法则 D.作为载体的质粒常含有抗生素抗性基因,【解题关键】解答本题的突破口： (1)明确天然质粒并不完全具备作为载体的全部条件。 (2)理解质粒上遗传信息的传递遵循中心法则。 【解析】选D。质粒是双链环状DNA分子，其复制和表达遵循中心法则。只有经过人工改造的质粒，才能作为基因工程的载体。质粒上的抗性基因利于重组DNA的鉴定和筛选。,2.目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如下图所示。,(1)构建人工质粒时要有抗性基因，以便于 。 (2)pBR322分子中有单个EcoR限制酶作用位点，EcoR只能识别序列GAATTC，并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoR的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoR切割后所形成的黏性末端。 (3)pBR322分子中另有单个的BamH限制酶作用位点，现将经BamH处理后的质粒与用另一种限制酶Bgl处理得到的目的基因，通过酶作用恢复 键，成功获得了重组质粒，说明 。,(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampR和tetR的大肠杆菌，将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图二的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是 ，图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是 。,【解题关键】解答本题应明确以下两点： (1)基因工程中工具酶的作用及特点。 (2)质粒的结构组成及其作用。,【解析】(1)质粒作为基因表达载体的条件之一是要有抗性基因，以便于筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞。 (2)同一限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同，根据题意可知该目的基因两侧被限制酶EcoR切割后所形成的黏性末端为：,(3)DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键；而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接，表明经两种限制酶(BamH和Bgl)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。 (4)由题意知：由于与图三空圈相对应的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而不能在含四环素的培养基上生长，故可推知与图三空圈相对应的图二中的菌落能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素。由图二、图三结果显示，多数大肠杆菌都能抗氨苄青霉素和四环素，而经限制酶BamH作用后，标记基因tetR被破坏，从而使大肠杆菌不能抗四环素，故多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。,答案：(1)筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞 (2) (3)磷酸二酯 两种限制酶(BamH和Bgl)切割得到的黏性末端相同 (4)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素 pBR322质粒,【互动探究】 (1)题2图一中有多个限制酶作用位点，其作用是什么？ 提示：供外源DNA(或目的基因)插入其中。 (2)题2中将经BamH处理后的质粒与用EcoR处理得到的目的基因，通过DNA连接酶是否一定能连接，为什么？ 提示：不一定。BamH和EcoR处理得到的DNA黏性末端如果相同则可以连接，否则不能连接。,【误区警示】 解答有关基因工程载体问题的四点提醒 (1)作为载体必须能自我复制、具有酶切位点和标记基因、对受体细胞无害。 (2)最常用载体为大肠杆菌中的质粒，其为独立于拟核DNA之外的双链环状DNA分子。 (3)天然质粒必须经过人工改造才能作为载体，因为任何天然质粒都不完全具备作为载体的条件。 (4)质粒上基因的行为完全遵循中心法则。,
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