1.1基因工程概述(第1课时)
基因工程的基本操作程序教案
基因工程的基本操作程序精选教案第一章：基因工程概述1.1 基因工程的定义1.2 基因工程的发展历程1.3 基因工程的应用领域1.4 基因工程的基本操作程序介绍第二章：DNA重组技术2.1 DNA重组技术的原理2.2 常用的DNA重组工具酶2.3 DNA重组技术的操作步骤2.4 实验材料与设备第三章：基因克隆与表达3.1 基因克隆的概念与意义3.2 克隆载体的选择与构建3.3 转化细胞的方法与步骤3.4 基因表达的调控机制第四章：基因编辑技术4.1 基因编辑技术的发展背景4.2 CRISPR/Cas9基因编辑系统4.3 基因编辑技术的应用案例4.4 基因编辑技术的操作步骤与注意事项第五章：基因工程实验操作实例5.1 目的基因的获取与克隆5.2 重组载体的构建与转化5.3 基因编辑实验操作流程5.4 基因表达与功能验证第六章：基因工程在医学领域的应用6.1 基因治疗6.2 基因疫苗6.3 基因诊断与基因测序6.4 生物制药与药物研发第七章：基因工程在农业领域的应用7.1 转基因作物的研发7.2 基因编辑在农业中的应用7.3 植物基因工程与生物技术7.4 农业生物技术的安全性与伦理问题第八章：基因工程在微生物领域的应用8.1 微生物基因工程概述8.2 微生物在基因工程中的应用8.3 基因工程微生物的产业化应用8.4 微生物基因工程的未来发展趋势第九章：基因工程在环境领域的应用9.1 环境生物技术与基因工程9.2 基因工程微生物在环境修复中的应用9.3 基因工程在生物降解与合成中的应用9.4 环境基因工程的未来发展趋势第十章：基因工程伦理与社会影响10.1 基因工程的伦理问题10.2 基因工程与生物多样性10.3 基因工程在人类社会中的影响10.4 基因工程相关的法律法规与政策重点和难点解析重点环节1：基因工程的定义与基本操作程序补充说明：基因工程作为现代生物技术的核心，其定义和基本操作程序是理解后续章节的基础。
新教材高中生物第3章基因工程 基因工程的基本工具与聚合酶链式反应PCR技术教师用书苏教版选择性必修3
第一节基因工程及其技术第1课时基因工程的基本工具与聚合酶链式反应(PCR)技术课标内容要求核心素养对接1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的。
2.阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具。
生命观念：掌握基因工程的基本工具的种类及作用,并能说出它们在基因工程中的应用。
科学思维：掌握PCR技术的过程与原理,并能正确比较PCR技术与体内DNA复制的异同。
社会责任：通过了解基因工程的发展历程,认同新技术的发展是一代又一代科学家前赴后继努力的结果,并会给人类发展带来巨大的经济效益和社会效益。
一、基因工程是在多学科基础上发展而来的1957年：科恩伯格等首次发现DNA聚合酶。
↓1967年：罗思和海林斯基等发现运转工具质粒,同年,科学家发现DNA连接酶。
↓1970年：特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现逆转录酶。
史密斯等人分离到限制性内切核酸酶。
↓1972年科学家伯格领导的研究小组完成了世界上首次DNA分子体外重组。
↓1973年科学家科恩领导的研究小组利用大肠杆菌质粒进行了另一个体外重组DNA分子实验。
↓接着,科恩和美国博耶证明真核生物的基因可以在原核生物中进行表达。
↓1976年,科学家用质粒为载体,将生长激素释放抑制因子基因转入大肠杆菌,1977年首次生产出治疗肢端肥大症、巨人症的生长激素释放抑制因子。
↓1977年桑格测定了一种噬菌体的基因组序列,这是人类首次对完整基因组的核苷酸顺序进行测定。
二、基因工程的基本工具1．基因工程(1)概念：又称为DNA重组技术,是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,将外源目的基因与载体DNA进行组合形成重组DNA,然后导入受体细胞,并使其在受体细胞中表达,产生人类需要的基因产物的技术。
(2)原理：基因重组。
(3)操作水平：基因(分子)水平。
2．“分子剪刀”——限制性内切核酸酶(限制酶)(1)作用：识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列,并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
基因工程教材
基因工程的概念
基因工程发展的过程 基因工程的原理 基因工程的基本操作程序 转基因生物的概念 举例说出基因工程在农业、医药与 医学、环境保护等领域的应用
用
1.2 基因工程教材内容及课时安排
第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生 1课时
浙 科 版
第二节基因工程的原理和技术 第三节 基因工程的应用 第四节基因工程的发展前景
用来克隆和扩增DNA片段的载体，具有3点共性：
⑴ 能够在受体细胞复制； ⑵ 带有药物抗性基因（标记基因），便于筛选； ⑶ 可导入受体细胞。 （二）表达载体 除具有克隆载体所具有的性质外，还带有表达构件—— 转录和翻译所必须的DNA顺序。
最常用 的运载体 ——质粒
特点
形态：细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子
回文序列 是指该部位的核苷酸序列呈180度旋转对称;
限制性核酸内切酶名称 BamH Ⅰ Cla Ⅰ 识别序列和切割位点 GGA TCC A TCGA T GAA TTC AAGCTT GTPyPuAC GGTACC GCGGCCGC CTGCAG GTCGAC GA TC GGCCNNNNNGGCC CCCGGG TCTAGA CTCGAG
基因工程的别名 操作环境 操作对象
基因拼接技术或DNA重组技术 生物体外 基因
操作水平 基本过程
实质 结果
DNA分子水平
→ 表达 剪切 → 拼接 → 导入 基因重组 人类需要的基因产物
B
(2010全国卷)下列叙述符合基因工程概念的是 A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细 胞中的抗体基因 B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产 生人干扰素的菌株 C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获 得青霉素高产菌株
基因工程袁婺洲第二版引用名称
第一章：基因工程概述1.1 基因工程的起源基因工程是一项涉及到生物学、遗传学和生物技术的跨学科科学。
它的起源可以追溯到20世纪60年代，当时科学家们开始研究DNA的结构和功能，并尝试利用这些知识来改变生物体的遗传特征。
1.2 基因工程的基本原理基因工程的基本原理是通过改变生物体的DNA序列来实现特定的遗传变异。
这可以通过DNA重组、基因插入和基因编辑等方法来实现。
1.3 基因工程的应用领域基因工程的应用领域非常广泛，包括农业、医学、工业等。
在农业领域，基因工程被应用于改良作物和家畜的遗传特征，提高产量和品质。
在医学领域，基因工程被应用于基因治疗、药物开发等方面。
第二章：基因工程的技术原理与方法2.1 DNA重组技术DNA重组技术是基因工程中最基本的技术之一，它包括将两种不同的DNA序列连接在一起，或者将DNA序列插入到宿主细胞的染色体中。
2.2 基因编辑技术基因编辑技术是近年来发展起来的一种新型基因工程技术，它可以实现对特定基因进行定点编辑，从而修正遗传缺陷或改变遗传特征。
2.3 基因工程的方法基因工程的方法包括质粒介导转化、基因枪法、冷冻贮存等。
这些方法可以根据具体的应用需求来选择和操作。
第三章：基因工程的伦理和法律问题3.1 基因工程的伦理问题基因工程涉及到改变生物体的遗传特征，因此引发了许多伦理和道德上的争议。
对转基因作物的安全性和影响等问题引起了广泛的关注。
3.2 基因工程的法律问题基因工程的发展也带来了一系列的法律问题，包括知识产权的保护、食品安全法规的制定等。
第四章：基因工程的应用与发展4.1 基因工程在农业中的应用基因工程在农业中的应用主要包括转基因作物的培育、抗病害、抗虫害等方面的研究和应用。
这些应用在一定程度上提高了农作物的产量和品质。
4.2 基因工程在医学中的应用基因工程在医学中的应用主要包括基因治疗、药物开发等方面。
通过基因工程技术，科学家们可以研发出更有效的药物，用于治疗各种遗传疾病和癌症等疾病。
第1课时 基因工程的操作工具
第1课时基因工程的操作工具第1课时基因工程的操作工具课程一.1 DNA重组技术的基本工具【课前导学】1.1 DNA重组技术的基本工具一、基因工程的原理：基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外赋予生物新的基因特征，创造更符合人们需求的新生物类型和生物产品。
因为基因工程是在水平水平上设计和建造的，所以也被称为基因工程。
二、限制性核酸内切酶1.切割DNA的工具是，也称为。
2、这类酶在生物体内能将外来的dna切断，即能够限制异源dna的侵入并使之失去活力，但对自己的dna却无损害作用，这样可以保持细胞原有的遗传信息。
3.由于这种切割是在DNA分子内进行的，因此被称为限制性内切酶（简称限制性内切酶）。
4.DNA分子的限制性内切酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式，即和。
三、dna连接酶――“分子缝合针”根据DNA连接酶的不同来源，它们可分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为e?colidna连接酶。
e?colidna连接酶只能将连接起来，不能将双链dna片段平末端之间进行连接。
另一种是从T4 DNA连接酶中分离出来的。
T4 DNA连接酶可以“缝合”互补和双链DNA片段，但连接效率相对较低。
四、基因进入受体细胞的载体――“分子运输车”1.在基因操作过程中，载体有两个用途：一是作为载体将目标基因转移到宿主细胞；第二种是利用它在宿主细胞中复制大量目标基因。
2、现在通常使用的载体是，它是一种相对分子质量较小、独立于拟核dna之外的环状dna，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。
3.质粒可以通过细菌之间的连接从一种细菌转移到另一种细菌，这种连接可以复制或整合到细菌假核DNA中，并通过假核DNA的复制进行复制。
4、其他载体还有和等。
5、作为载体必须具备以下条件：能在宿主细胞中复制并稳定保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；它有一些用于筛选的标记基因，如抗生素耐药基因、产品颜色反应基因等[摘要]归纳点1基因工程的概念基因工程的别名操作环境操作对象操作水平基本过程结果归纳点2基因工程的工具及其比较基因剪接技术或DNA重组技术→ 拼接→ 介绍→ 在生物体外的基因DNA分子水平上表达人类所需的基因产物1。
第1课时基因工程的发展历程和工具
2.基因工程的理论基础
(1)不同生物的DNA分子能拼接起来的原因分析 ①基本组成单位相同：都是四种脱氧核苷酸。 ②双链DNA分子的空间结构相同：都是规则的双螺旋结构 。 ③DNA碱基对之间的关系相同：均遵循严格的 碱基互补配对 原则。
(2)外源基因能够在受体内表达，并使受体表现出相应的性状的原因分析 ①基因的功能特点：控制生物体性状的 结构和功能 单位，具有相对独立性。 ②遗传信息的传递方向都遵循中心法则 。 ③生物界共用一套 遗传密码 。
猿猴病毒SV40的DNA ↑
同一种限制性核酸内切酶 DNA连接酶 重组的杂种DNA 分子 ↓
λ噬菌体的DNA ②成就：世界上首次DNA分子 体外重组 。
(2)1973年科学家科恩等实验
大肠杆菌质粒DNA(含卡那霉素抗性基因) ↑
同一种限制性核酸内切酶 ↓
DNA连接酶 _重__组_D__N_A__分__子_
限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入 时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的 安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源 DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。
➢ 2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA？
通过长期的进化，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子 中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲 基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上（被修饰）， 使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限 制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源 DNA的入侵。
A
T
T
返回
(4)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
相 作用实质 同 点 化学本质
模板 作用对象 不 同 点 作用结果
用途
DNA连接酶
大学《基因工程学》教学大纲
《基因工程学》课程教学大纲（Genetic Engineering）一、课程说明课程编码：02200200课程总学时（理论总学时/实践总学时）：48（48/0）周学时（理论学时/实践学时）：4（4/0）学分：31．课程性质：专业必修课。
2．适用专业与学时分配：适用生物技术专业。
教学内容与学时分配3．课程教学目的与要求：本课程的授课对象是生物技术专业的本科生。
课程简介：《基因工程》是生物技术专业的专业必修课程。
其以分子遗传学理论为基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段而建立起来的一门技术学科。
基因工程兴起于20世纪70年代初，它的问世带动了生物技术的兴起和发展，是现代生物技术的核心内容。
基因工程课程的主要内容包括基因的分离、基因的克隆、基因的表达、植物基因工程、动物基因工程、药物基因工程和基因治疗等。
它是生命科学学院生物技术专业本科生的主干专业课程之一，它是生物工程（包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程）中最重要的课程，其它三大工程是建立在基因工程基础之上的，同时也为生物技术制药等后继学科奠定了重要的理论基础。
课程目标：设置本课程是为了让生物技术专业的学生理解和掌握基因工程的技术原理，通过本课程学习，掌握基因操作的工具酶，基因克隆常用载体，目的基因的分离与合成，重组体的构建，重组体向宿主细胞的导入，重组体克隆的筛选与鉴定以及克隆基因的表达，同时了解基因工程在生物学领域中的应用与发展前景。
对学生达到毕业要求贡献如下：1）了解基因工程学的历史、发展和前沿知识。
2）掌握基因工程学的基础理论、基本知识和基本技能；教学要求：学完基因工程学后，学生将具备以下能力：1）具有良好的自学能力；2）综合运用所掌握的基因工程学理论知识和技能、从事生物科学及其相关领域科学研究的能力。
4．本门课程与其它课程关系：先修课程为生物化学、微生物学、分子生物学、细胞学等，具备基础理论知识及实验能力是基因工程学课程的基础。
基因工程技术的基本原理与步骤
2.3.2 用于食品工业中的酶
工业化酶制剂的品质改良及新品种开发是 现代生物技术介入最多的一个领域，并已 取得令人瞩目的成果。DNA重组技术对酶 工业的渗透，导致了酶工业质的飞跃。例 如：日本利用基因技术，使淀粉酶发酵产 率提高近200 倍，而且有极强的热稳定性。 目前，已经商品化的基因工程酶还有枯草 杆菌蛋白酶、水解酶、脂酶、凝乳酶等。
2.1 酶制剂方面应用
酶的传统来源是动物脏器和植物种子，后 来随着发酵工程的发展，逐渐出现了以微 生物为主要酶源的格局。近年来，由于基 因工程技术的发展，更使我们可以按照需 要来定向改造酶，甚至创造出自然界从未 发现的新酶种，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、 糖化酶和植物酶等均可利用基因工程技术 进行生产。
基因工程技术在食 品中的应用
前言 基因工程技术是现代生物技术的
核心内容。自从二十世纪七十年代诞 生以来, 在短短的几十年间已得到了迅 速的发展和广泛的应用。它具有从本 质上改变生物及食品性能的特性, 越来 越受到食品科技工作者的重视, 并使食 品的概念从农业食品, 工业食品发展到 了基因工程或生物技术食品。在二十 一世纪, 以基因工程为核心的生物技术因工程主要是DAN重组 技术是指在体外把不同基因进 行人工“剪切”、“组合”和 “拼接”使基因得以重新组合， 然后通过载体（微生物或动植 物细胞）进行无性繁殖（即所 谓克隆），要使新的基因在受 体细胞的表达，产生人类所需 要的物质，或组建新的生物类 型。
1.2 基因工程技术的基本原理与步骤
基因工程研究的主要内容包括以下6 个步骤:
(1) 从生物有机体复杂的基因组中,分离出带有目的基 因的DNA片段。
(2) 在体外, 将带有目的基因的DNA 片段连接到能够 自我复制并具有选择标记的载体分子上, 形成重组DNA 分子。
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1.1基因工程概述（第1课时）
（一）DNA 重组技术的基本工具 编制：张统省 审核：秦磊 校对：王曼
【学习目标】
1.简述基因工程的诞生过程和发展历程；
2.简述基因工程的概念
3.举例说出基因工程的工具 【自学质疑】 一、回顾：
1．遗传的物质基础是什么？ 2．生物体遗传的基本单位是什么？
3．为什么生物界的各种生物间的性状有如此大的差别呢？4．生物的性状是怎样表达的？ 5．各种生物的性状都是基因特异性表达的结果，那么，人类能不能改造基因 呢？使原来本身没有某一性状的生物而具有某个特定的性状呢？ 6．各种生物间的性状千差万别，这是为什么呢？ 二、导学
1．基因工程的概念：
2. DNA
重组技术的基本工具
来源：主要从 中分离
功能：能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列， 限制性内切酶 并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷 （分子手术刀） 酸二酯键断开。
错位切
切割方式 平 切
黏性末端
切割后的DNA 末端： 平末端
功能：将切下来的DNA 片段拼接成新的DNA 分子
DNA 连接酶 T4 DNA 连接酶：既能“缝合”双链DNA 片段互补的黏性末端， （分子缝合针） 种类 也能“缝合”双链DNA 片段的平末端
E ·coli DNA 连接酶：只能将双链DNA 片段互补的黏性末端连接
①能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制
条件：②有一个至多个限制酶切点，
基因进入受体细胞的载体 ③有特殊的遗传标记基因，便于筛选。
（分子运输车） 质粒（常用）
种类： λ噬菌体的衍生物
动植物病毒
【质疑讨论】
1．什么是基因工程？ 2．、基因工程的工具酶有几种？分别是什么？
3．基因的剪刀是什么？有什么作用特点？结果怎么样？ 4．基因的针线是什么？其主要作用是什么？ 5．基因的运输工具是什么？有什么作用？
6．运载体必须具备的条件是什么？最常用的运载体是什么？
7．质粒的结构是什么？质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？
8.要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几个DNA 连接酶处理？ 质粒的特点：
①质粒是基因工程中最常用的运载体； 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒； ②是细菌染色体外（即拟核DNA 外） 能自我复制的小型环状DNA 分子；质粒 的大小只有普通细菌染色体的1%左右； ③存在于许多细菌及酵母菌等微生物中； 质粒的存在对宿主细胞生存没有决定性 的作用；
④质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
（自身细胞中也可） 【矫正反馈】
1．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、DNA 连接酶 B.噬菌体、质粒、DNA 连接酶
C.DNA 限制酶、RNA 连接酶、质粒
D.DNA 限制酶、DNA 连接酶、质粒 2．不属于质粒被选为基因运载体的理由是 （ ）
A ．能复制 B.有多个限制酶切点 C ．具有标记基因 D ．它是环状DNA 3．质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是
①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④蛋白质 ⑤环状RNA ⑥环状DNA ⑦能“友好”地“借居” A ．①③⑤⑦ B ．①④⑥ C ．①③⑥⑦ D ．②③⑥⑦
4．下列四条DNA 分子，彼此间间具有粘性末端的一组是 （ ）
① ②
③ ④ A ．①② B ．②③ C ．③④ D ．②④ ５．有关基因工程的叙述中，错误的是 （ ） A ．DNA 连接酶将黏性未端的碱基对连接起来 B ．限制性内切酶用于目的基因的获得 C ．目的基因须由载体导入受体细胞 D ．人工合成目的基因不用限制性内切酶 ６．实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限性内切酶。
一种限制性内切酶能识别DNA 子中的GAATTC 顺序，切点在G 和A 之间，这是应用了酶的（ ） A ．高效性 B.专一性 C ．多样性 D.催化活性受外界条件影响 ７．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是 A . 提高受体细胞在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 8．下列属于基因运载体所必须具有的条件是（多选） （ ） A 、具有某些标志基因 B 、具有环状的DNA 分子 C 、能够在宿主细胞内复制 D 、具有多种限制性内切酶 9．下列哪些可作为基因工程技术中常用的基因运载工具（多选） （ ） A ．大肠杆菌 B ．质粒 C ．动物病毒 D ． 线粒体 10．在重组DNA 技术中，不常用到的酶是
A 、限制性内切酶
B 、DNA 聚合酶
C 、DNA 连接酶
D 、反转录酶
11．多数限制性核酸内切酶切割后的DNA 末端为
A 、平头末端
B 、3突出末端
C 、5突出末端
D 、粘性末端 12．在基因工程中通常所使用的质粒是
A 、细菌的染色体DNA
B 、细菌染色体外的DNA
C 、病毒染色体DNA
D 、噬菌体DNA
13．研究人员想将生长激素基因通过质粒介导入大肠杆菌细胞内，以表达产生生长激素。
已知质粒中存在两个抗性基因：A 是抗链霉素基因，B 是抗氨苄青霉素基因，且目的基因不插入到基因A 、B 中，而大肠杆菌不带任何抗性基因，则筛选获得“工程菌”的培养基中的抗抗生素首先应该 A ．仅有链霉素 B 。
仅有氨苄青霉素
C ．同时有链霉素和氨苄青霉素
D 。
无链霉素和氨苄青霉素
14．镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。
检测这种碱基序列改变必须使用的酶是
A. 解旋酶
B. DNA 连接酶
C. 限制性内切酶 D 、RNA 聚合酶 【迁移应用】
1.下图表示限制酶切割某DNA 的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点是（ ）
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 ．CTTAAC ，切点在C 和T 之间 2.番茄在运输和贮藏过程中，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激素的合成，可使番茄贮藏时间延长，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，请回答： （1）促进果实成熟的重要激素是 。
（2）在培育转基因番茄的操作中，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 。
3．限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G ↓GATCC —，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC —。
在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶Ⅱ的切点。
（1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。
（2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。
（3）在DNA 连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？
T A G G C C A T
T A C C
G G T A。