第一章 基因工程学案苏教

9．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述不正确的是( )

A．获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①

B．连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②

C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞 D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状

10．限制酶是一种核酸内切酶，可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。下图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ和BglⅡ的识别序列和切割位点：

BamHⅠ EcoRⅠHindⅢ BglⅡ ↓ ↓ ↓ ↓

GGATCC GAATTC AAGCTT AGATCT CCTAGG CTTAAG TTCGAA TCTAGA ↑ ↑ ↑ ↑

切割出来的DNA黏性末端可以互补配对的是( ) A．BamHⅠ和EcoRⅠ B．BamHⅠ和HindⅢ C．BamHⅠ和BglⅡ D．EcoRⅠ和HindⅢ

11.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能

↓

识别的序列和切点是—GGATCC—，请回答：

(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________________。人体蛋白质基因“插入”羊体细胞染色体中时需要的酶是________________。

(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。

—G↓GATCC—

→

(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是________________________________________________________________________。

12．请根据下面的实验原理和材料用具，设计实验探究质粒的抗生素基因所控制的抗菌类别。

实验原理：作为载体的质粒须有标记基因，这一标记基因可以是抗生素抗性基因，故有抗生素抗性基因的细菌，其质粒可以选作为载体(抗生素抗性基因一般位于质粒上)。

材料用具：青霉素溶液、10万单位/mL的四环素溶液、菌种、灭菌的含有细菌培养基的培养皿、酒精灯、接种环、一次性注射器、蒸馏水、恒温箱等。

(1)方法步骤：

第一步：取三个含细菌培养基的培养皿，编号1、2、3，在酒精灯旁，用三支注射器分别注入1毫升的蒸馏水、青霉素溶液和四环素溶液，并使之在整个培养皿表面均匀分布；

第二步：__________________________________________________________________；

第三步：将接种后的三个培养皿放入37 ℃恒温箱中培养24小时。 (2)预期结果及结论：

①若1号培养皿中细菌正常生长，2、3号培养皿中细菌不能存活，说明该细菌质粒既无青霉素抗性基因，也无四环素抗性基因；

②________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________

________________________________________________________________________； ④________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)设置1号培养皿的目的是进行______________________________________________。

综合拓展

13．基因工程中，需使用限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ

↓↓

的识别序列和切点是—GGATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—GATC—。

(1)根据已知条件和图回答：

①上述质粒用限制酶__________切割，目的基因用限制酶________切割。

②将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，还要加入适量的________________。 ③请指出质粒上至少要有一个标记基因的理由：__________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)不同生物的基因可以拼接的结构基础是______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)大肠杆菌是首先成功表达外源基因的宿主菌，但不能表达结构复杂的蛋白质，哺乳类细胞、昆虫细胞表达系统虽然能表达结构复杂的哺乳类细胞蛋白，但操作复杂，表达水平低，不易推广使用。基因工程中常选用酵母菌作为受体细胞，请从细胞结构等方面分析用酵母菌作受体细胞能克服上述不足的理由：____________________________________________

________________________________________________________________________。

第1课时 基因工程的诞生、发展和工具

知识清单

一、1.体外 剪切 拼接 改造 导入 表达 基因产物 重组DNA 基因 遗传性状 分离 体外重组 转移 复制 表达 2.DNA DNA分子的双螺旋 遗传密码 限制性核酸内切 DNA连接 质粒 逆转录 3.开始 发展 实际应用 两种不同来源 表达 定向改造生物 真 rRNA 人胰岛素 人生长激素 人干扰素 显微注射 大鼠生长激素 大鼠生长激素 巨型

二、1.(1)流感嗜血杆菌 (2)特定核苷酸序列 (3)特定核苷酸 黏性

2．(1)扶手断口 (2)重组DNA 3.(1)质粒 噬菌体 (2)细菌细胞 DNA 对点训练

1．D [基因工程实现了将一种生物的基因与另一种生物的基因组合到同一个体中的愿望，所以这是一种基因重组现象。基因工程是两种生物间的基因重组，而非同源染色体上非等位基因的自由组合仅限于一种生物的一个个体减数分裂过程中。]

思路导引 理解基因工程的概念；回忆必修二基因重组的概念；搞清两个概念间的关系。 知识链接 对基因工程的理解 (1)操作环境：生物体外 (2)优点

①与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。②与诱变育种相比：定向改造生物性状。

(3)操作水平：分子水平。 (4)原理：基因重组。 (5)本质：甲(供体：提供目的基因)――→乙(受体：表达目的基因)，即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所的转移。

2．D [基因工程是在分子水平上，对DNA进行设计和施工，按照人们的意愿定向地改造生物性状，创造出符合人们需要的生物类型或生物产品，基本原理应为基因重组。]

思路导引 明确基因工程的含义、优点、操作水平；回忆人工诱变的原理。 知识链接 1.不同基因拼接为重组DNA的理论基础

(1)DNA分子的基本单位相同，都是由脱氧核苷酸构成的。

(2)空间结构相同，不同生物的DNA分子，都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。

(3)碱基配对方式相同，不同生物的DNA分子中，两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对，G与C配对。

2．外源基因在受体细胞内表达的理论基础 (1)基因是控制生物性状的独立遗传单位。

(2)遗传信息的传递都遵循中心法则阐述的信息流动方向。 (3)生物界共用一套遗传密码。 3．(1)

导入

(2)

(3)能。因为上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的。 解析 限制酶具有专一性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列并从特定的切点将DNA分子切开。被限制酶切开的DNA两条单链切口，如果各含有几个伸出的、可互补配对的核苷酸，这种切口就是黏性末端。两个黏性末端之间，只要切口处伸出的核苷酸间互补，就能在DNA连接酶的作用下连接起来。虽然限制酶Ⅰ和限制酶Ⅱ识别的序列和切点不完全相同，但是形成的黏性末端是相同的，存在着互补关系，因此在DNA连接酶的作用下是可以连接起来的。

思路导引 仔细审题，注意酶Ⅰ和酶Ⅱ的识别位点，以及切割后产生的黏性末端的异同。 知识链接 1.限制性核酸内切酶

(1)作用特点：具有专一性，表现在两个方面 ①识别双链DNA中特定核苷酸序列。

②切割特定序列中的特定位点，特定序列表现为中心对称，如EcoRⅠ酶的切割序列(如下图)：

(2)作用结果：产生黏性末端或平口末端

①黏性末端：是限制酶在识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开形成的，如下图所示：

②平口末端：是限制酶在识别序列的中心轴线处切开形成的。如下图所示：

2．DNA连接酶 常用的DNA连接酶

?来源：大肠杆菌?

E·coli DNA连接酶?

?作用特点：只连接黏性末端?

来源：T4噬菌体??

T4DNA连接酶?作用特点：连接黏性末端和平口

?? 末端

4．(1)0、2 (2)高

(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 (4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 (5)DNA连接

(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞

解析 (1)质粒切割前是双链环状DNA分子，所有磷酸基团参与形成磷酸二酯键，故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出，质粒上只含有一个SmaⅠ的切点，因此被该酶切割后，质粒变为线性双链DNA分子，因每条链上含有一个游离的磷酸基团，因此切割后含有两个游离的磷酸基团。(2)由题目可知，SmaⅠ识别的DNA序列只有G和C，而G和C之间可以形成三个氢键，A和T之间可以形成两个氢键，所以SmaⅠ酶切位点越多，热稳定性就越高。(3)质粒抗生素抗性基因为标记基因，由图2可知，标记基因和外源DNA中均含有SmaⅠ酶切位点，都可以被SmaⅠ破坏，故不能使用该酶剪切含有目的基因的外源DNA和质粒。(4)只使用EcoRⅠ，则质粒和目的基因两端的黏性末端相同，用连接酶连接时，会产生质粒和目的基因自身连接物，而利用BamHⅠ和Hind Ⅲ剪切时，质粒和目的基因两端的黏性末端不同，用DNA连接酶连接时，不会产生自身连接产物。(5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒，该过程需要连接酶作用，故混合后加入DNA连接酶。(6)质粒上的抗性基因为标记基因，用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细胞。

归纳提升 (1)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 DNA连接酶 DNA聚合酶 相同点 催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 模板 不需要模板 需要DNA的一条链为模板 作用在两个DNA片段之间形成将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的3′端的不 过程 磷酸二酯键 羟基上，形成磷酸二酯键 同 作用点 连接成完整的DNA分子 形成DNA的一条链 结果 用途 基因工程 DNA复制