2020-2021高中生物3配套学案：专题一第一节DN重组技术的基本工具含解析

2020-2021学年高中生物人教版选修3配套学案：专题一第一节DNA重组技术的基本工具含解析专题一基因工程〔趣味导学〕当人们的许多奇思妙想成为现实后,又有人想出了天方夜谭式的神话，能否让水稻植株也能够固定空气中的氮?能否让细菌也能够吐出蚕丝？能否让微生物也能够生产出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？想创造这些生物新品种，你认为能实现吗？〔专题概述〕本专题包括了“DNA重组技术的基本工具”“基因工程的基本操作程序”“基因工程的应用”及“蛋白质工程的崛起”，另外还在专题开始回顾了基因工程的诞生和发展历程。

教材首先讲述了基因工程的概念、基本工具，在此基础上又讲述了基因工程的基本操作程序,让我们对基因工程有了一个较完整的认识.基因工程的应用则主要从植物基因工程、动物基因工程和基因治疗等几个方面进行了阐述.这样不仅可以使我们充分了解基因工程的最新进展，更重要的是以此激发我们学习生物学的兴趣，培养科学探索精神和奉献精神。

在本专题内容中，DNA重组技术的基本工具、基因工程的基本操作程序是近年高考中经常涉及的重点内容，也是难点。

在这些知识中，往往考察用遗传学的基本知识分析生物技术的原理的能力，并对一些社会焦点和热点问题理解和分析能力，认识科学技术的发展所带来的双重影响。

〔学法指导〕本专题内容较为抽象，在学习时应注意：1．应联系前面已经学过的DNA的结构和功能、半保留复制、中心法则、遗传密码等知识，有助于理解DNA重组技术的基本工具、操作步骤及应用.2．需要认真阅读教材中的每个图解，充分发挥想象力,将抽象内容具体化。

〔专题重点〕基因工程所需的三种基本工具；基因工程的基本操作程序四个步骤；基因工程在农业和医疗等方面的应用；蛋白质工程的原理。

〔专题难点〕基因工程载体需要具备的条件；从基因文库中获取目的基因；利用PCR技术扩增目的基因；基因治疗；蛋白质工程的原理。

第一节DNA重组技术的基本工具学习目标课程标准1．认同基因工程的诞生和发展离不开理论研究和技术创新。

2．简述DNA重组技术所需三种基本工具的作用。

（重、难点）3．简述基因工程中载体需要具备的条件。

(重点)简述基因工程的诞生。

基础知识·双基夯实一、基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过①__体外DNA重组__和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性,从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

由于基因工程是在②__DNA分子__水平上进行设计和施工的,因此又叫做③__DNA重组技术__。

二、DNA重组技术的基本工具1．工具简介（1）“分子手术刀"—-④__限制性核酸内切酶__(2)“分子缝合针”-—⑤__DNA连接酶__(3）“分子运输车"-—⑥__基因进入受体细胞的载体__2．限制性核酸内切酶(1)来源：主要是从⑦__原核生物__中分离纯化出来的。

(2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的⑧__磷酸二酯键__断开，因此具有⑨__专一__性。

大多数限制酶的识别序列由⑩__6__个核苷酸组成。

经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式：⑪__黏性末端__和⑫__平末端__.前者是限制酶在它识别序列的⑬__中轴线两侧__将DNA的两条链切开产生的,后者是限制酶在它识别序列的⑭__中轴线处__切开产生的。

3．DNA连接酶（1)分类：根据酶的来源不同，可分为两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为⑮__E·coli DNA连接酶__；另一类是从⑯__T4噬菌体__中分离出来的，称为T4DNA连接酶。

(2)两种DNA连接酶的比较：相同点：都缝合⑰__磷酸二酯__键.区别：E·coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的⑱__黏性末端__之间连接起来,而不能将双链DNA片段⑲__平末端__之间进行连接；而T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的⑳__黏性末端__，又可以“缝合”双链DNA片段的错误!__平末端__。

22__比较低__。

但连接平末端之间的效率○4．基因进入受体细胞的载体（1)载体具备的条件：a。

错误!__有一个至多个限制酶切割位点__；b．在宿主细胞中能保存下来并能大量复制；c。

错误!__有特殊的标记基因__。

(2）基因工程中使用的载体有：错误!__质粒__、λ噬菌体的衍生26__动植物病毒__等.其中最常用的是质粒。

它是一种裸露的、物和○错误!__结构简单__、错误!__独立于细菌拟核DNA之外__，并具有29__自我复制__能力的双链环状DNA。

○思考1．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点？提示：专一性2．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,就会影响受体细胞的生命活动，甚至破坏受体的生命活动.┃┃活学巧练__■判断题1．基因工程的原理是基因重组，不过在这里这种变异是定向的.（√)2．DNA重组技术所需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。

(×）分析：注意是“工具酶”，载体不是酶。

3．DNA聚合酶也可以用作DNA重组技术的工具。

（×）分析：DNA聚合酶的作用是将单个的脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上，即一个一个地往上“聚"，而DNA连接酶连接的是DNA 片段，即一片一片地“连”.4．限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害.（×）分析：限制酶切割外源DNA，而使之失效，达到保护自身细胞的目的。

5．DNA连接酶可以连接目的基因与载体间的氢键，形成重组DNA.(×)分析：DNA连接酶连接的是磷酸二酯键，而不是氢键。

6．所有的DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。

(×）分析：E·coli DNA连接酶只能连接黏性末端，而T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端.7．载体的种类有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等，其中动植物病毒必须是DNA病毒。

(√)8．DNA连接酶能连接所有相同或互补的黏性末端，故该酶没有专一性。

（×)分析：任何酶都具有专一性。

酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应，黏性末端相连接属于一类合成反应.课内探究·名师点津知识点基因工程的概念┃┃重难拓展__■1．对基因工程的理解基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物2①所有生物的DNA都是以4种脱氧核苷酸为基本单位,构成独特的双螺旋结构，这为不同种生物DNA拼接成功提供物质基础。

②所有生物共用一套遗传密码子,为某生物的基因能够在其他生物细胞内正常指导蛋白质的合成提供可能。

知识贴士基因工程操作导致的基因重组与有性生殖中的基因重组的主要区别是：（1）有性生殖中的基因重组是随机的，并且只能在同一物种间进行；(2)基因工程可以在不同物种间进行重组，并且方向性强,可以定向地改变生物的性状。

┃┃典例评析__■典例1下列对基因工程的理解，正确的是(C）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对基因进行人为删减或增添某些碱基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DNA⑤主要技术为体外DNA重组技术和转基因技术⑥在DNA分子水平上进行操作⑦一旦成功，便可遗传A．①②③④⑤⑥B．①③④⑤⑥⑦C．①③⑤⑥⑦D．①②③⑤⑥⑦解析:基因工程是对现有基因的剪切和重组，并没有对基因进行改造，也不是要合成新的DNA.┃┃变式训练__■1．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是(D）A．基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D．基因工程必须在同物种间进行解析：基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物的遗传性状。

知识点基因工程的工具酶┃┃重难拓展__■1．限制性核酸内切酶(1）来源：这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。

(2)种类：迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4 000种限制酶。

（3)特点：①主要切割外源DNA，而对自身的DNA不起作用，达到保护自身的目的；②只能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列；③只能在特定的部位进行切割。

(4）结果：形成黏性末端或平末端。

(5）实质：使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

知识贴士①若限制酶切割后形成的是黏性末端，则形成的两个黏性末端是反向重复序列。

②大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如EcoRI、SmaI限制酶识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。

2．DNA连接酶（1)分类错误!(2）实质：恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

┃┃典例评析__■典例2以下是几种不同限制酶切割DNA分子后形成的部分片段，下列有关叙述错误的是（A）①错误!②错误!③错误!④错误!⑤错误!A．以上DNA片段一定是由5种限制酶切割后产生的B．若要把相应片段连接起来，应选用DNA连接酶C．上述①④两个片段能进行连接，其连接后形成的DNA分子是错误!D．限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键解析:①和④的黏性末端相同，可能是由同一种限制酶切割产生的，也可能是由两种限制酶切割产生的,A错误;DNA连接酶可连接切割出来的DNA片段,B正确；①和④片段可连接为错误!，C正确;限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键,D正确。

┃┃变式训练__■2．已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如右图中箭头所指。

如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段.现有多个上述线性DNA分子,若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲,经该酶酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（C）A．3B．4C．9D．12解析：每一种限制酶切割DNA后会留下特异性的黏性末端或平末端，同时一次切割后，会把DNA分割成两个片段，且不同的限制酶切后的片段不一样,如果将题图中的三个切割位点自左至右依次标为甲、乙、丙,只在甲处切，可产生两个片段，即a和右边的b＋c＋d段，如果只在乙处切,就有a＋b和c＋d段，如果只在丙处切，就有a＋b＋c和d段，在甲、乙两处同时切，就有a、b 和c＋d段，在乙、丙处同时切，就有a＋b和c、d段,在甲、丙两处同时切，就有a、b＋c、d段三种片段,在甲、乙、丙三处同时切，就有a、b、c、d四种片段。