2019-2020學年高中生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 基因工程概述 第1課時 基因工程的發(fā)展歷程和工具知能演練輕巧奪冠 蘇教版選修3

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1、第1課時 基因工程的發(fā)展歷程和工具 [隨堂檢測] 知識點一　基因工程的發(fā)展歷程 1．下列有關(guān)基因工程誕生的說法，不正確的是(　　) A．基因工程是在生物化學、分子生物學和微生物學等學科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 B．工具酶和載體的發(fā)現(xiàn)使基因工程的實施成為可能 C．遺傳密碼的破譯為基因的分離和合成提供了理論依據(jù) D．基因工程必須在同物種間進行 解析：選D。基因工程可在不同物種間進行，它可打破生殖隔離的界限，定向改造生物遺傳性狀。 知識點二　基因工程的工具 2．下面是3種限制性核酸內(nèi)切酶對DNA分子的識別序列和剪切位點圖(箭頭表示切點，切出的斷面為黏性末端)。相關(guān)敘述錯誤的是(

2、　　) 限制酶1：↓GATC　限制酶2：CCC↓GGG 限制酶3：G↓GATCC A．不同的限制酶有不同的識別序列和切割位點，體現(xiàn)了酶的專一性 B．限制酶2和3識別的序列都包含6個堿基對 C．限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同 D．能夠識別和切割RNA分子內(nèi)一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2 解析：選D。酶具有專一性，不同的限制酶有不同的識別序列和切割位點，A項正確；據(jù)圖可知，限制酶2和3識別的序列分別是CCCGGG和GGATCC，均為6個堿基對，故B項正確；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均為GATC，C項正確；限制酶只能識別特定的DNA序列，因此三種限制酶均不能識別和切割RNA

3、中核糖核苷酸序列，故D項錯誤。 3．對DNA連接酶的功能描述，正確的是(　　) A．將堿基、脫氧核糖、磷酸之間的化學鍵連接起來 B．在基因工程中只作用于一個切口處的兩個黏性末端 C．用于DNA復制時母鏈與子鏈間形成氫鍵 D．與DNA聚合酶作用的部位相同，作用對象不同 解析：選D。DNA連接酶作用部位為磷酸二酯鍵，在基因工程中作用于兩個切口的黏性末端，DNA聚合酶也是作用于磷酸二酯鍵，作用對象為游離的脫氧核苷酸。 4．下圖表示某種質(zhì)粒和人的胰島素基因，其中a表示標記基因，b表示胰島素基因，E1表示某限制酶的酶切位點，現(xiàn)用該種限制酶分別切割質(zhì)粒和胰島素基因，后用DNA連接酶連接切割后

4、的質(zhì)粒和胰島素基因，下列選項中不可能出現(xiàn)的是(　　) 答案：C 5．如圖為重組質(zhì)粒形成示意圖。將此重組質(zhì)粒導入大腸桿菌，然后將大腸桿菌放在四種培養(yǎng)基中培養(yǎng)：a——無抗生素的培養(yǎng)基，b——含四環(huán)素的培養(yǎng)基，c——含氨芐青霉素的培養(yǎng)基，d——含四環(huán)素和氨芐青霉素的培養(yǎng)基。含重組質(zhì)粒的大腸桿菌能生長的是(　　) A．a(chǎn)　　　　　　　　 B．a(chǎn)和c C．a(chǎn)和b D．b和c 解析：選B。從圖中可以看出人的生長激素基因插入到抗四環(huán)素基因中，導致抗四環(huán)素基因結(jié)構(gòu)被破壞，無法表達，重組質(zhì)粒只有抗氨芐青霉素基因能夠表達，導入此重組質(zhì)粒的大腸桿菌只能夠在無抗生素或含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上

5、生長，不能在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長。 6．下圖表示兩種限制性核酸內(nèi)切酶識別DNA分子的特定序列，并在特定位點對DNA進行切割的示意圖，請回答以下問題： (1)圖中甲和乙代表______________________________。 (2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。 (3)圖中甲和乙經(jīng)過相應(yīng)操作均形成兩個片段，切口的類型分別為________、________。甲中限制性核酸內(nèi)切酶的切點是______之間，乙中限制性核酸內(nèi)切酶的切點是________之間。 (4)由圖解可以看出，限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點是_________

6、_________________。 (5)如果甲中G堿基發(fā)生基因突變，可能發(fā)生的情況是_________________________。 解析：從圖解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相應(yīng)的限制性核酸內(nèi)切酶(EcoRⅠ、HpaⅠ)的作用下，在特定的位點被切割成兩部分。前者是在識別序列的中心軸線兩側(cè)分別切開，形成的末端是黏性末端；后者是在識別序列的中心軸線處切開，形成的末端是平口末端。 答案：(1)有特殊脫氧核苷酸序列的DNA片段　(2)兩種不同的限制性核酸內(nèi)切酶　(3)黏性末端　平口末端　G、A　A、T　(4)能識別雙鏈DNA分子的特定脫氧核苷酸序列，并從特定的位點將DNA

7、分子切割　(5)限制性核酸內(nèi)切酶不能識別切割位點 [課時作業(yè)] 一、選擇題 1．下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是(　　) A．基因工程是細胞水平上的生物工程 B．基因工程的產(chǎn)物對人類都是有益的 C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變 D．基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強 解析：選D?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造(目的性強)和重新組合(基因重組)，然后導入受體細胞內(nèi)進行繁殖，使重組基因在受體細胞內(nèi)表達，產(chǎn)生出人類所需要的基因產(chǎn)物。但并不是所有的基因產(chǎn)物對人類都有益?；蚬こ淌欠肿铀缴系纳锕こ?。 2．下列四條DNA片段，可

8、以由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的是(　　) A．①②　　　　　　　　　 B．②③ C．③④ D．②④ 解析：選D。只有②和④兩個黏性末端的堿基是互補的，可能是由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的。 3．鐮刀型細胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了改變。檢測這種堿基序列改變必須使用的酶是(　　) A．解旋酶 B．DNA連接酶 C．限制性核酸內(nèi)切酶 D．RNA聚合酶 解析：選C。解旋酶是在DNA復制時要用的酶，A錯誤；DNA連接酶是用來連接目的基因與質(zhì)粒的工具酶，B錯誤；檢測過程中必須用到限制性核酸內(nèi)切酶，C正確；RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過程用的酶，D錯誤。 4

9、．PU和GATA可以識別基因的特定序列，繼而激活相關(guān)基因的表達，由此推測，PU和GATA的結(jié)構(gòu)更接近下列選項中的(　　) A．限制酶 B．蛋白酶 C．淀粉酶 D．DNA連接酶 解析：選A。由于PU和GATA可以識別基因的特定序列，從這方面來分析，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該接近限制酶，因為限制酶也能識別基因中特定的脫氧核苷酸序列，故A正確。 5．下列各選項中，a、b、c、d代表的結(jié)構(gòu)說法正確的是(　　) A．a(chǎn)—質(zhì)粒RNA B．b—DNA連接酶 C．c—限制酶 D．d—外源基因 解析：選D。a代表質(zhì)粒DNA，故A錯誤；b代表限制酶，故B錯誤；c代表DNA連接酶，故C錯誤；d代表

10、外源基因，即目的基因，故D正確。 6．如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是(　　) A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 解析：選C。圖示中①表示該酶切割DNA分子雙鏈產(chǎn)生黏性末端的過程，用到的酶是限制性核酸內(nèi)切酶，②是黏性末端連接的過程，用到的酶是DNA連接酶，③是DNA分子解旋的過程，要用解旋酶，④是DNA分子復制時子鏈的形成過程，需要DNA聚合酶。 7．下列不可作為基因工程中的標記基因的是(　　) A．抗性基因 B．發(fā)光基因 C．產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因

11、 D．貯藏蛋白的基因 解析：選D。標記基因的作用是方便之后的篩選，所以標記基因一定要有一定的鑒別篩選能力，比如抗性基因，可以通過加入對應(yīng)抗生素殺死未成功轉(zhuǎn)化的細胞，而發(fā)光基因和有顏色反應(yīng)的基因，也可以通過其發(fā)光或產(chǎn)生某種顏色的反應(yīng)，篩選轉(zhuǎn)化成功的細胞，但是貯藏蛋白的基因，無法設(shè)計簡便的實驗對轉(zhuǎn)化的成功與否進行檢測，故不能作為基因工程的標記基因，故選D。 8．如圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是(　　) A．DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶 B．限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶 C．解旋酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶

12、D．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶 解析：選C。限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開； DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵；解旋酶能使DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂，所以①處是解旋酶作用部位，②處是限制性核酸內(nèi)切酶作用部位，③處是DNA連接酶作用部位。 9．針對如圖的敘述，錯誤的是(　　) A．限制酶將a處切斷，一定形成相同的黏性末端 B．DNA連接酶將a處連接會脫去一分子水 C．DNA復制時需要解旋酶切斷b處，基因工程操作中不需要 D．b處的化學鍵是氫鍵 解析：選A。限制酶會將D

13、NA切出具有黏性末端或平口末端的兩個片段，A項錯誤；磷酸二酯鍵的形成是一個脫水縮合的反應(yīng)，B項正確；DNA復制需要解旋酶，而基因工程不需要，C項正確；觀察該圖，可以確定b處為堿基對之間形成的氫鍵，D項正確。 10．將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是(　　) A．每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質(zhì)粒 B．每個重組質(zhì)粒至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點 C．每個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點至少插入一個ada D．每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子 解析：選C。A項正確，大腸桿菌成功表達出腺苷酸脫氨酶，說明每個大腸桿菌

14、都至少含一個重組質(zhì)粒；B項正確，每個重組質(zhì)粒應(yīng)至少含一個限制性核酸內(nèi)切酶識別位點，以便ada的插入；C項錯誤，質(zhì)粒pET28b作為載體，可有多個不同的限制酶酶切位點，并不是每個位點都插入了ada，這要看限制酶切割后的黏性末端是否與目的基因的黏性末端相同；D項正確，由于這些目的基因成功表達，所以每個ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子。 11．構(gòu)建重組質(zhì)粒時可選用四種限制酶，其識別序列如圖。為防止酶切片段的自身環(huán)接，不可選用的限制酶組合是(　　) A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 解析：選C。為防止酶切片段的自身環(huán)接，需要用不同的限制酶進行切割，而且不同的限制酶切割后產(chǎn)生

15、的黏性末端不同。限制酶①和②切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，可選用，與題意不符，A項錯誤；限制酶②和③切割后產(chǎn)生的黏性末端也不同，可選用，與題意不符，B項錯誤；限制酶①和④切割后產(chǎn)生的黏性末端相同，不可選用，與題意相符，C項正確；限制酶③和④切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，可選用，與題意不符，D項錯誤。 12．如圖為某種質(zhì)粒的簡圖，小箭頭所指分別為限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點，P為轉(zhuǎn)錄的啟動部位。已知目的基因的兩端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點，受體細胞為無任何抗藥性的原核細胞。下列敘述正確的是(　　) A．將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切，在DNA連接酶作用下，由兩

16、個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有兩種 B．DNA連接酶的作用是將酶切后得到的黏性末端連接起來，形成一個重組質(zhì)粒時形成兩個磷酸二酯鍵 C．為了防止目的基因反向粘連和質(zhì)粒自行環(huán)化，酶切時可選用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ D．能在含青霉素的培養(yǎng)基中生長的受體細胞表明該目的基因已成功導入該細胞 解析：選C。如果將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切，那么酶切后二者的黏性末端相同，在DNA連接酶作用下，由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有三種，只有一種符合基因工程的需求；DNA連接酶的作用是將酶切后的目的基因和質(zhì)粒的黏性末端連接起來形成重組質(zhì)粒，該過程形成4個磷酸二酯鍵；為了防止目的

17、基因和質(zhì)粒自行環(huán)化，酶切時可選用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ，這樣切割后得到的DNA片段兩側(cè)的黏性末端不同；由于受體細胞為無任何抗藥性的原核細胞，因此能在含青霉素的培養(yǎng)基中生長，可能是受體細胞成功導入了目的基因，也可能是只導入了不含目的基因的載體。 二、非選擇題 13．如圖為體外對DNA分子進行切割和拼接的示意圖，請據(jù)圖回答以下問題： (1)EcoRⅠ是一種________________酶，其識別序列是____________，切割位點是________與________之間的________鍵，切割產(chǎn)生的DNA片段末端形式為________________。 (2)將不同來源的DN

18、A片段“縫合”起來，需要________酶或________酶。它們均屬于________酶，作用是____________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 其中能“縫合”兩個雙鏈DNA片段的平口末端的酶是________________。 解析：圖

19、解表示EcoRⅠ將兩個DNA分子在特定序列的特定位點切開并通過DNA連接酶進行拼接的過程。E·coliDNA連接酶只能“縫合”兩個互補的黏性末端，而T4DNA連接酶既可以“縫合”兩個互補的黏性末端，也可以“縫合”平口末端。 答案：(1)限制性核酸內(nèi)切　—GAATTC—　鳥嘌呤脫氧核苷酸(或G)　腺嘌呤脫氧核苷酸(或A)　磷酸二酯　黏性末端　(2)E·coliDNA連接　T4DNA連接　DNA連接　催化兩個脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，將兩個雙鏈DNA片段“縫合”起來　T4DNA連接酶 14．啤酒酵母菌是啤酒生產(chǎn)上常用的典型的發(fā)酵酵母菌。除用于釀造啤酒及其他的飲料酒外，還可發(fā)酵面包。菌體維生

20、素、蛋白質(zhì)含量高，可作食用、藥用和飼料。科學家將大麥細胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌種可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下： (1)該技術(shù)定向改變了啤酒酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于________。 (2)為了將LTP1基因?qū)虢湍妇毎麅?nèi)，所用的載體是________。 (3)要使載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)使用________進行切割。假如載體被切割后，得到的分子末端序列為，則能與該載體連接的抗病基因分子末端有____________(多選)，其中跟是同一種限制酶切割的是________。 (4)有C進入的啤酒酵母菌

21、分別在含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培養(yǎng)基上的生長情況是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)由圖可知該技術(shù)屬于基因工程，該變異屬于基因重組。(2)據(jù)圖可以看出，載體來自大腸桿菌，一定是質(zhì)粒。(3)跟具有相同黏性末端的是A、B、C，它們能相互連接，但來自同一種限制酶切割的是A。(4)由于質(zhì)粒上抗四環(huán)素基因被破壞，所以含有C的酵母

22、菌在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活。 答案：(1)基因重組　(2)(大腸桿菌的)質(zhì)粒 (3)限制酶　A、B、C　A (4)在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活 15．目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒，pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如圖所示，請據(jù)圖回答下列問題： (1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時要有抗性基因，以便于___________________________________ ____________________________________________

23、____________________________。 (2)pBR322分子中有單個EcoRⅠ限制酶作用位點，EcoRⅠ只能識別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個EcoRⅠ的切點，請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端：________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)pBR322分子中另有單個的BamHⅠ限制酶作用位點，現(xiàn)將經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與另一

24、種限制酶Bgl Ⅱ處理得到的目的基因，通過DNA連接酶作用恢復________鍵，成功獲得了重組質(zhì)粒，說明________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)為了檢測上述重組質(zhì)粒是否導入原本無ampr和tetr的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖三的結(jié)果(

25、空圈表示與圖二對照無菌落的位置)。與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是_______________________________， 圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導入的是_____________________________________。 解析：(1)質(zhì)粒作為基因表達載體的條件之一是要有抗性基因，以便于篩選(鑒別)目的基因是否導入受體細胞。(2)同一限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同，根據(jù)題意可知：該目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端為： (3)DNA連接酶催化兩個DNA片段形成磷酸二酯鍵；而通過DNA連接酶作用能將兩個DNA分子片段連接，表明經(jīng)兩種限

26、制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。(4)由題意知：由于與圖三空圈相對應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，而不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，故可推知與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素。由圖二、圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素和四環(huán)素，而經(jīng)限制酶BamHⅠ作用后，標記基因tetr已被破壞，故重組質(zhì)粒不能抗四環(huán)素，故多數(shù)大腸桿菌導入的是pBR322質(zhì)粒。 答案：(1)篩選(鑒別)目的基因是否導入受體細胞 (2) (3)磷酸二酯　兩種限制酶(BamHⅠ和Bgl Ⅱ)切割得到的黏性末端相同 (4)能抗氨芐青霉素，但不能抗四

27、環(huán)素　pBR322質(zhì)粒 16．下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的切位點。請回答下列問題： 限制酶 BamHⅠ HindⅢ EcoRⅠ SmaⅠ 識別序列 及切割 位點 ↓　 GGATCC CCTAGG ↑ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ ↓ GAATTC CTTAAG ↑ ↓ CCCGGG GGGCCC ↑ (1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有________和________個游離的磷酸基團。 (2)若對圖中質(zhì)粒進行改造，插

28、入的SmaⅠ酶切位點越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越________。 (3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是________ ________________________________________________________________________。 (4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止____________________________________________________。 (5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入_____

29、___酶。 (6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了__________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)一個圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有0、2個游離的磷酸基團。 (2)若對圖中質(zhì)粒進行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，含有的C—G堿基對越多，質(zhì)粒

30、的熱穩(wěn)定性越高。(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。 (4)與只使用EcoRⅠ相比較，使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點在于可以防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化。 (5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入DNA連接酶。 (6)重組質(zhì)粒中抗生素抗性基因的作用是為了鑒別和篩選含有目的基因的細胞。 答案：(1)0　2 (2)高 (3)SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 (4)質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化 (5)DNA連接 (6)鑒別和篩選含有目的基因的細胞 12