高中生物《11DNA重组技术基本工具》导学案 新人教版选修3.docx
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高中生物《11DNA重组技术基本工具》导学案新人教版选修3
高中生物《1.1DNA重组技术基本工具》导学案新人教版选修3
基因工程
1、1DNA重组技术的基本工具
一、教学目标:
1、简述基因工程的概念和原理。
2、简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。
3、认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。
二、教学重点:
DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。
三、教学难点:
基因工程载体需要具备的条件。
四、使用方法
1、请先复习必修一《第2章
第3节遗传信息的携带者核酸》和必修二《第3章
第2、节DNA分子的结构》和《第6章
第2节基因工程及其应用》,熟悉DNA分子的结构和基因工程的基本知识。
3、用15分钟的时间预习课本,找出与原来学习过的知识的相同和更加细微的知识点。
4、自主完成预习自测部分。
五、
【基础回扣】
1、DNA含有指导生物体生命活动的,每个DNA分子包含着成百上千个基因,基因控制着的合成。
研究证实,遗传密码在动物、植物和微生物之间是的。
2、DNA的基本组成单位是,它包含3部分分别是、、。
在右侧画出由
A、T、G、C四种碱基组成的四种核苷酸组成的DNA分子的平面结构图,并说出DNA分子结构的特点①②③
3、噬菌体侵染细菌的实验
4、原核生物的结构特点是什么?
别名操作环境操作对象操作水平结果(目的)六、预习导引与思考探究
一、基因工程的概念是
二、科技探究之路基础理论和技术的发展催生了基因工程,了解基因工程的发展与哪些理论发现和技术发明有紧密的关系?
三、DNA重组技术的基本工具
1、分子手术刀,又称为。
(1)主要来源(分布):
(2)功能:
(3)特点:
(4)(作用结果)切割末端类型和特点:
(5)限制酶与DNA水解酶是一回事吗?
作用分别是什么?
2、分子缝合线
(1)功能:
(2)根据酶的来源,可以分为哪些类型?
有什么异同?
(3)DNA连接酶和DNA聚合酶的异同?
3、分子运输车
(1)通常用作为载体,还可以用作为载体,作用是
(2)质粒的结构特点是:
通过质粒的结构可以推测出具备什么条件才能充当分子运输车吗?
各个条件的作用是什么?
4、阅读“模拟制作”,了解各步骤的做法。
5、尝试完成“思考与探究”
【预习自测】
XXXXX:
1、在基因工程中使用的限制性核酸内切酶,其作用是()
A、将目的基因从染色体上切割出来
B、识别并切割特定的DNA核苷酸序列
C、将目的基因与运载体结合
D、将目的基因导入受体细胞
2、下列关于限制酶的说法不正确的是()
A、限制酶广泛存在于各种生物中,在微生物细胞中分布最多
B、不同的限制酶识别不同的核苷酸序列
C、限制酶能识别不同的核苷酸序列,体现了酶的专一性
D、限制酶的作用只是用来提取目的基因
3、下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是:
()供体剪刀针线运载体受体A质粒限制性内切酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物的生物DNA连接酶限制性内切酶质粒大肠杆菌等C提供目的基因的生物限制性内切酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制性内切酶提供目的基因的生物质粒
4、作为基因的运输工具运载体,必须具备的条件之一及理由是()
A、能够在宿主细胞中稳定的保存下来并大量复制,以便提供大量的目的基因
B、具有多个限制酶切点,以便于目的基因的表达
C、具有某些标记基因,以便目的基因能够与其结合
D、它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存
5、人们常选用的细菌质粒分子往往含有一个抗菌素抗性基因,该抗性基因的主要作用()
A、提高受体细胞的自然环境中的耐药性
B、有利于对目的基因是否导入进行检测
C、增加质粒分子的分子量
D、便于与外源基因连接
【巩固训练】
XXXXX:
1、DNA连接酶的重要功能是()
A、DNA复制时使母链与子链之间形成氢键
B、黏性末端碱基之间形成氢键
C、将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来
D、将单个核苷酸加到某DNA片段末端形成磷酸二酯键
2、(xx高考广东)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、基因工程产生的变异属于人工诱变
D、基因工程育种的优点之一是目的性强
3、有关基因工程的叙述正确的是
A、限制酶只在获取目的基因时才用
B、重组质粒的形成是在细胞内完成的
C、质粒都可以作为运载体
D、蛋白质的氨基酸排列顺序可以为合成目的基因提供线索
4、下列哪项通常不被用作基因工程的运载体()
A、细菌质粒
B、噬菌体
C、动植物病毒
D、细菌核区的DNA
5、两个核酸片段在适宜的条件下,经X酶的作用,发生下述变化,则X酶是()
A、DNA连接酶
B、RNA聚合酶
C、DNA聚合酶
D、限制酶
6、下图所示限制酶切割基因分子的过程,从图中可知,该限制酶能识别的碱基序列和切点是()
A、CTTAAG,切点在C和T之间
B、CTTAAG,切点在G和A之间
C、GAATTC,切点在G和A之间
D、GAATTC,切点在C和T之间选做题:
7、下列四条DNA分子,彼此间具有粘性末端的一组是()
A、①②
B、②③
C、③④
D、②④
8、[xx天津]
(1)限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是,限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是。
在质粒上有酶Ⅰ的一个切点,在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。
①请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性未端。
___________________________②请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后形成的黏性未端。
_____________________③在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制酶切割后形成的黏性未端能否连接起来?
为什么?
________________________________________________________分析:
本题主要考察黏性末端的知识。
解答本题的关键是理解限制酶的特点。
在切割目的基因和运载体时,一定要使用同一种限制性内切酶,这样,切出的切口才一样,才能进行碱基互补配对连接起来。
两个黏性末端只要一样就可以进行碱基互补配对,再通过DNA连接酶连接起来。
【课后检测】
1、下列对基因工程的理解,正确的是(
)①它是一种按照人们的意愿,定向改造生物遗传特性的工程 ②对基因进行人为改造 ③是体外进行的人为的基因重组 ④在实验室内,利用相关的酶和原料合成DNA ⑤主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术 ⑥在DNA分子水平进行操作 ⑦一旦成功,便可遗传
A、①②③④⑤⑥
B、①③④⑤⑥⑦
C、①②③⑤⑥⑦
D、①③⑤⑥⑦解析:
基因工程可以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,产生出人类所需要的基因产物,而不是对基因进行人为改造。
答案:
D
2、关于限制性内切酶识别序列和切开部位的特点,叙述错误的是(
)
A、所识别的序列都可以找到一条中轴线
B、中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列
C、只识别和切断特定的核苷酸序列
D、在任何部位都能将DNA切开解析:
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子。
答案:
D
3、下列有关限制性核酸内切酶的说法,正确的是(
)
A、限制酶主要从真核生物中分离出来
B、限制酶的识别序列只能由6个核苷酸组成
C、限制酶能识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并使链间的氢键断裂
D、限制酶切割产生的DNA片段末端有两种形式解析:
限制酶主要存在于微生物中。
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子,切开后形成原来互补配对的两种末端。
答案:
D
4、DNA连接酶的作用是(
)
A、识别DNA分子上的特定碱基序列
B、将DNA分子长链切开
C、将碱基进行配对
D、将来源不同的两个DNA片段进行连接解析:
限制酶才能识别特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子。
答案:
D
5、作为基因工程中的“分子运输车”载体,应具备的条件是(
)①必须有一个或多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入到载体上 ②载体必须具备自我复制的能力,或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制 ③必须带有标记基因,以便进行重组后的筛选 ④必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去⑤大小应合适,太大则不易操作
A、①②③④
B、①②③⑤
C、①②④⑤
D、①②③④⑤解析:
基因操作中要获取目的基因必须有一个或多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入到载体上;载体必须具备自我复制的能力,或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制;必须带有标记基因,以便进行重组后的筛选;必须是安全的;大小应合适,太大则不易操作。
答案:
D
6、大肠杆菌的质粒常被用来做基因工程中的载体,这与它的哪项优点有关(
)
A、具有黏性末端
B、分子呈环状,便于限制酶切割
C、对宿主细胞的生存没有决定性作用
D、分子小,能自主复制,有标记基因解析:
结合基因工程中的“分子运输车”载体应具备的条件分析,大肠杆菌的质粒分子小,能自主复制,有标记基因。
答案:
D
7、下列说法中,正确的是(
)
A、DNA连接酶最初是从人体细胞中发现的
B、限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列
C、质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的运载体
D、利用运载体在宿主细胞内对目的基因进行大量复制的过程可称为“克隆”解析:
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子,细胞中有多种限制酶,不同的限制酶的切口是不同的。
质粒是基因工程中常用的运载体,但不是唯一的。
答案:
D
8、番茄在运输过程中,由于过早成熟而易腐烂。
应用基因工程技术,通过抑制某种促进果实成熟的激素的合成能力,可使番茄的贮藏时间延长,培育成耐贮藏的番茄新品种,这种转基因番茄已于1993年在美国上市。
请完成下列问题:
(1)促进果实成熟的重要激素是______________,它能够发生的化学反应类型有______________、______________和______________。
(2)在培育转基因番茄的基因操作中,所用的基因的“剪刀”是______________,基因的“针线”是______________,基因的“运输工具”是______________。
(3)与杂交育种、诱变育种相比,通过基因工程来培育新品种的主要优点是
___
、______________和_____________。
解析:
本题主要考查基因工程操作的工具。
结合植物激素调节的知识,促进果实成熟的激素是乙烯,从化学角度看能够发生的化学反应有加成、氧化和聚合反应。
基因工程方法育种与杂交育种、诱变育种相比,主要有目的性强、育种周期短和克服远缘杂交不亲和等优点。
答案:
(1)乙烯 加成 氧化 聚合
(2)限制酶 DNA连接酶 运载体 (3)目的性强 育种周期短 克服远缘杂交的障碍
9、人们试图利用基因工程的方法,用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。
请根据下面图解完成下列问题:
获得甲生物合成的蛋白质的mRNA目的基因与质粒DNA重组导入乙生物细胞获得甲生物的蛋白质。
(1)A过程需要加入的核苷酸所含的碱基是
__
(填符号),此外,还必须加入______________酶。
(2)B过程首先要用______________切断质粒DNA,再用______________将目的基因与质粒连接重组在一起。
此过程中,若目的基因的黏性末端为:
,则其载体(质粒)与之相对应的黏性末端是__________________。
解析:
本题主要考查基因工程的有关操作。
结合中心法则,由mRNA合成基因,要用到的原料是四种脱氧核苷酸,用到的酶是逆转录酶,基因剪刀是限制性内切酶,DNA连接酶是“分子缝合针”。
答案:
(1)
A、T、
C、G 反转录
(2)限制性内切酶 DNA连接酶
10、在药品生产中,有些药品如干扰素、白细胞介素、凝血因子等,以前主要是从生物体的组织、细胞或血液中提取的,由于受原料来源限制,价格分昂贵,而且产量低,临床供应明显不足。
自20世纪70年代遗传工程发展起来以后,人们逐步地在人体内发现了相应的目的基因,使之与质粒形成重组DNA,并以重组DNA引入大肠杆菌,最后利用这些工程菌,可以高效率地生产出上述各种高质量、低成本的药品,请分析完成下列问题:
(1)在基因工程中,质粒是一种最常用的______________,它广泛地存在于细菌细胞中,是一种很小的环状______________分子。
(2)在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中,一般要用到的工具是____________
和______________。
(3)将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后,能在细菌细胞内直接合成“某激素”,则该激素在细菌体内的合成包括______________和______________两个阶段。
解析:
本题主要考查基因工程的工具和操作过程。
限制性核酸内切酶“分子手术刀”、DNA连接酶“分子缝合针”、基因进入受体细胞的载体“分子运输车”,其中最常用的运载体是质粒,蛋白质合成过程包括转录和翻译。
答案:
(1)基因的载体 DNA
(2)限制性内切酶 DNA连接酶 (3)转录 翻译
11、根据下面实验原理和材料用具,设计实验选择运载体质粒,探究质粒的抗菌素基因所合成的抗菌素类别。
实验原理:
作为运载体的质粒,须有标记基因,这一标记基因是抗菌素抗性基因。
故凡有抗菌素抗性的细菌,其质粒才可能用作运载体。
材料用具:
青霉素、四环素的10万个单位溶液、菌种试管、灭菌的含细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱。
方法步骤:
第一步:
取三个含细菌培养基的培养皿并标号
1、2、3,在酒精灯旁,用三支注射器,分别注入1毫升蒸馏水、青霉素液和四环素液,并使之分布在整个培养基表面。
第二步:
将接种环在酒精灯火焰上方灼烧灭菌,并在酒精灯火焰旁取种,然后对三个培养皿接种。
第三步:
将接种后的三个培养皿放入37℃的恒温箱中培养24小时。
预期结果分析:
(1)设置1号的目的是_____________________,出现的现象是____________________________。
(2)如果
1、2、3号培养皿的细菌都正常生长,说明____________________________;如果
1、2号培养皿的细菌能正常生长,3号培养皿的细菌不能正常生长,则说明
____________________________;如果
1、3号培养皿的细菌能正常生长,2号培养皿的细菌不能正常生长,则说明____________________________;如果只有1号培养皿的细菌能正常生长,
2、3号培养皿的细菌都不能正常生长,则说明____________________________。
解析:
本题主要考查对照实验的结果分析。
青霉素、四环素是抗生素,会抑制微生物的繁殖,所以只有具备与之相对应的抗性的微生物才能生存。
因此在培养皿
2、3号,分别注入1毫升青霉素、四环素液之后,就构成了选择培养基,只有对青霉素有抗性的微生物才能在3号培养皿中生长,只有对四环素有抗性的微生物才能在3号培养皿中生长。
答案:
(1)对照 细菌能正常生长
(2)此细菌的质粒上既有抗青霉素基因也有抗四环素基因 此细菌的质粒上有抗青霉素基因但无抗四环素基因 此细菌的质粒上有抗四环素基因但无抗青霉素基因 此细菌的质粒上既无抗青霉素基因也无抗四环素基因
【疑难解析】
1、比较有关的DNA酶
(1)DNA水解酶:
能够将DNA水解成4种脱氧核苷酸,彻底水解成磷酸、脱氧核糖、四种碱基、
(2)DNA解旋酶:
作用的部位是氢键,结果是DNA双螺旋打开,形成DNA单链。
注意:
使DNA解成两条长链的方法除用解旋酶以外,在适当的高温(如94℃)、重金属盐的作用下,也可使DNA解旋。
(3)DNA聚合酶:
能将单个的核苷酸通过磷酸二酯键连接成DNA长链。
(4)DNA连接酶:
是通过磷酸二酯键连接双链DNA的缺口。
DNA连接酶与DNA聚合酶作用的比较DNA连接酶DNA聚合酶不同点连接的DNA双链单链模板不要模板要模板连接的对象2个DNA片段单个脱氧核苷酸加到已存在的单链DNA片段上相同点作用实质形成磷酸二酯键化学本质蛋白质
2、载体“分子运输车”。
(1)载体必须具备三个条件:
①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切割位点,供外源DNA片段插入。
③具有某些标记基因,以便进行筛选。
(2)载体的种类:
质粒、噬菌体和动、植物病毒等。
【教材拓展】
【拓展点一】
限制酶所识别序列的特点限制酶所识别的序列的特点是:
呈现碱基互补对称,无论是奇数个碱基还是偶数个碱基,都可以找到一条中心轴线,如图,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
如:
以中心线为轴,两侧碱基互补对称;以为轴,两侧碱基互补对称。
【拓展点二】
DNA连接酶连接的是什么部位?
DNA连接酶是将一段DNA片段3′端的羟基与另一DNA片段5′端磷酸基团上的羟基连接起来形成酯键,而不是连接互补碱基之间的氢键。
参考答案:
预习自测:
16CDDDAC选做题7D
8、答案:
(1)③可以连接。
因为由两种限制性内切酶切割后所形成的黏性末端是相同的(或“是可以互补的”)。
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