2017_2018学年高中生物基因工程第1课时基因工程的发展历程和工具学案苏教版

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1、第1课时基因工程的发展历程和工具[学习目标]　1.说出基因工程诞生的理论与实践依据、发展阶段和基因工程的含义及主要实验成果。2.举例说出限制性核酸内切酶的作用、特点。3.举例说出DNA连接酶的作用。4.简述质粒的含义、特性及其在基因工程中的作用一、基因工程的发展历程1．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，正是这些学科的基础理论和相关技术的发展催生了基因工程。阅读教材，填写下表：年份科学家主要成就1953沃森和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型1957科恩伯格及其合作者在大肠杆菌

2、中发现了DNA聚合酶1958梅塞尔森和斯塔尔发现了DNA半保留复制的机理克里克提出了描述遗传信息流向的中心法则1961～1966尼伦伯格和霍拉纳等成功破译全部64种遗传密码1967罗思和赫林斯基发现具有自我复制能力的质粒其他科学家在大肠杆菌细胞中发现了DNA连接酶1970特明和巴尔的摩各自在RNA病毒中发现了逆转录酶史密斯等分离到第一种特异性很强的限制性核酸内切酶1977桑格测定噬菌体φX174的基因组序列2.我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉，就是通过精心设计，用“分子工具”构建成的。培育抗虫棉首先要在体外对

3、含有抗虫基因的DNA分子进行“剪切”和“拼接”，然后导入棉花体细胞内，并使重组DNA在细胞中表达(如图)。由上述资料填写下表，理解基因工程的概念。操作对象基因(DNA)操作环境生物体外操作水平DNA分子水平技术手段DNA重组和转基因等技术目的创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品3.分析DNA的平面结构，回答问题：(1)配对的碱基之间是如何连接的？什么条件会使该类化学键发生断裂？答案　碱基配对时，A与T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。可用解旋酶断裂，也可高温断裂。(2)磷酸与脱氧核糖是如何连接的

4、？该化学键的名称是什么？答案　每个脱氧核糖上连接着2个磷酸，分别在3号、5号碳原子上。磷酸与脱氧核糖之间的化学键为磷酸二酯键。二、基因工程的工具酶1．“分子手术刀”——限制性核酸内切酶(限制酶)(1)限制酶主要来源于什么生物？大约有多少种？答案　主要是从近300种微生物中分离纯化出来的。迄今从微生物中分离出了约4000种限制酶。(2)限制酶的功能特点是什么？其作用部位是什么化学键？答案　特异性很高，能够识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列，其作用部位是每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)限制

5、酶所识别的序列有何特点？答案　大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有一些限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。识别序列中一般具有回文序列。(4)按照限制酶切割方式的不同，可分为错位切和平切两种。前者切割后两个末端均会留下黏性末端，后者则形成平口末端。如图所示：2．“分子针线”——DNA连接酶(1)DNA连接酶的作用是什么？答案　将双链DNA片段之间的磷酸二酯键连接起来。(2)试比较解旋酶、限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用的异同。答案　解旋酶使DNA的氢键断开；限制酶使DNA的磷酸二酯键断开形成黏

6、性末端或平口末端；DNA连接酶使DNA片段之间重新形成磷酸二酯键；DNA聚合酶则催化单个的脱氧核苷酸间形成磷酸二酯键聚合成DNA的一条链。如图所示：限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于a(磷酸二酯键)，解旋酶作用于b(氢键)。三、“分子搬运工”——载体1．常用的载体有哪些？最常用的载体是什么？答案　质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。其中最常用的载体是质粒。2．什么是质粒？质粒属于细胞器吗？答案　质粒来源于许多细菌和酵母菌等生物，是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状D

7、NA分子。质粒不属于细胞器，原核细胞只有核糖体一种细胞器。3．结合课本内容及图示质粒结构，分析质粒作为载体应具备哪些条件？答案　(1)含有复制原点且能保证在受体细胞中进行独立复制的复制区；(2)独特的标记基因；(3)具有目的基因插入位点。4．质粒上存在的标记基因有何用途？答案　重组质粒上携带的标记基因进入受体细胞后，可通过标记基因进行鉴定和选择。如被含抗生素抗性基因的重组质粒侵入的大肠杆菌，可产生对抗生素的抗性，能够在含有抗生素的培养基上产生菌落，而没有侵入该质粒的大肠杆菌不能存活。一、DNA分子的“剪切”和“

8、拼接”如图为DNA分子的切割和连接过程，据图回答下列问题。(1)EcoRⅠ是一种______________________酶，其识别序列是__________________，切割位点是______________与____________________之间的____________键。切割结果产生的DNA末端片段形式为________________。(2)不同来源的DNA片段结