1、第四章基因工程第一节基因工程赋予生物新的遗传特性第一课时重组DNA技术的基本工具必备知识基础练1.下列有关基因工程诞生的说法,不正确的是()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答案D2.科学家把兔子的血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中,在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列不是关于这一先进技术的理论依据的是()A.所有生物共用一套遗传密码B.基因能控制蛋白质的合成C.兔子的血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由4种脱氧核苷酸构成,都遵循相
2、同的碱基互补配对原则D.兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先答案D解析题干表述的是外源基因导入受体细胞并得以表达的过程,外源基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质,说明控制其合成的mRNA上的密码子是共用的,相同的密码子决定相同的氨基酸,A项不符合题意;基因通过转录获得mRNA,进而控制蛋白质的合成,B项不符合题意;基因通常是有遗传效应的DNA片段,只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则,其基本单位都是4种脱氧核苷酸,C项不符合题意;生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系,D项符合题意。3.以下关于基因工程的说法,正确的是()A.限制酶可以切割DNA和RNAB.DNA连接酶能将
3、两个碱基间通过氢键连接起来C.载体的作用是将外源基因导入受体细胞,使之稳定存在并表达D.切割质粒的限制酶均能特异性地识别6个核苷酸对答案C解析一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切割位点上切割双链DNA分子,A项错误;DNA连接酶的作用对象是磷酸二酯键,B项错误;载体的作用是携带外源基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达,C项正确;限制酶的识别序列通常是48个核苷酸对,以6个核苷酸对最为常见,D项错误。4.下列有关基因工程中限制酶的描述,错误的是()A.一种限制酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列B.限制酶的活性受温度、pH的影响,总有一个最合适的条件C.限制酶能破坏DNA上相邻脱
4、氧核苷酸之间的化学键D.限制酶不只存在于原核生物中,其合成场所是核糖体答案A解析基因工程中的限制酶只能识别双链DNA分子的某种特定的脱氧核苷酸序列,不能识别RNA分子的核糖核苷酸序列,A项错误;同其他的酶一样,限制酶的活性同样受温度和pH的影响,而且在最适条件时,酶活性最高,B项正确;限制酶催化的是特定部位的相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键的水解,C项正确;限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,也有来自真核生物的,其本质是蛋白质,在核糖体上合成,D项正确。5.关于下图所示黏性末端的叙述,正确的是()A.与是由相同限制酶切割产生的B.DNA连接酶可催化与的连接C.经酶切形成需要脱去2分子水D.D
5、NA连接酶与DNA聚合酶均能作用于上述黏性末端答案B解析与的黏性末端相同,但它们的碱基序列不同,不是由相同的限制酶切割产生的,A项错误。酶切获得需要消耗2分子水,C项错误。DNA聚合酶作用于单个游离的脱氧核苷酸,D项错误。6.在基因工程操作过程中,DNA连接酶的作用是()A.将任意两个DNA片段连接起来B.将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来,包括DNA片段和碱基对之间的氢键C.连接具有相同黏性末端或平末端的DNA片段,即形成磷酸二酯键D.只连接具有相同黏性末端的DNA片段碱基对之间的氢键答案C解析DNA连接酶将具有相同黏性末端或平末端的DNA片段连接起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,C项
6、正确。7.某细菌质粒上有标记基因如下图所示,通过标记基因可以推知外源基因是否转入成功。外源基因插入的位置不同,细菌在培养基上的生长情况也不同。请根据表中提供的细菌生长情况,推测三种重组后细菌的外源基因插入点(插入点有a、b、c),正确的一组是()细菌细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长状况细菌在含四环素的培养基上的生长状况能生长能生长能生长不能生长不能生长能生长A.是c;是b;是aB.是a和b;是a;是bC.是a和b;是b;是aD.是c;是a;是b答案A解析细菌能在含氨苄青霉素或四环素的培养基上生长,说明其抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏,所以外源基因插入点是c。细菌能在含氨苄青霉素的培
7、养基上生长,而不能在含四环素的培养基上生长,说明其抗氨苄青霉素基因正常而抗四环素基因被破坏,外源基因插入点为b。细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长,说明其抗氨苄青霉素基因被破坏,故外源基因插入点为a。8.下列关于DNA的粗提取和鉴定实验的叙述,错误的是()A.用同样方法从等体积猪血和鸡血中提取的DNA量相近B.DNA析出过程中,用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提取的DNAD.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行沸水浴加热答案A解析猪属于哺乳动物,其红细胞没有细胞核及各种细胞器,提取不到DNA,而鸡属于鸟类,其红细胞内含有细胞核与各种细胞器,DNA含量较多,A项错误;DNA
8、分子从细胞中被释放出来且除去蛋白质后是非常容易断裂的,如果搅拌剧烈,DNA链可能会被破坏,因此轻轻搅拌的目的是获得较完整的DNA分子,B项正确;95%的冷酒精能使DNA钠盐形成絮状沉淀物而从提取液中析出,C项正确;将析出的DNA絮状物放入试管中,加入二苯胺试剂后需要沸水浴加热才会呈现蓝色,D项正确。9.根据基因工程的有关知识,回答下列问题。(1)限制酶切割DNA分子后产生的DNA片段,其末端类型通常有和两种。(2)质粒载体用限制酶X(识别的序列由6个核苷酸对组成)切割后产生的片段如下:该酶识别的序列为,切割的部位是。(3)为使切割后的载体与外源基因相连,含有外源基因的DNA除可用限制酶X切割外
9、,还可用限制酶Y切割,两种酶共同的特点是。(4)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即DNA连接酶和DNA连接酶,其中后者只能连接一种末端。(5)基因工程中除质粒外,和也可作为载体。答案(1)黏性末端平末端(2)G和A之间的磷酸二酯键(3)两种限制酶切割后形成的黏性末端相同(4)T4E.coli(5)噬菌体动、植物病毒解析(2)将图中片段两端的黏性末端对接后可以看出限制酶X识别的序列为6个核苷酸组成的5-GAATTC-3,互补链是3-CTTAAG-5,切割的位点为G和A之间的磷酸二酯键。(3)含有外源基因的DNA可以用限制酶X切割,也可以用另一种限制酶Y切割,说明该酶与限制酶X
10、切割产生的黏性末端相同。(4)基因工程中使用的DNA连接酶,按来源可分为E.coli DNA连接酶和T4DNA连接酶,其中只能连接黏性末端的是E.coli DNA连接酶。关键能力提升练10.限制酶是一种核酸切割酶,可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸碱基序列。下图为四种限制酶BamH、EcoR、Hind以及Bgl的辨识序列:箭头表示每一种限制酶的特定切割部位,其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补结合,其正确的末端互补序列为()A.BamH和EcoR;5-AATT-3B.BamH和Bgl;5-GATC-3C.BamH和Hind;5-GATC-3D.EcoR和Hind;5-AATT-
11、3答案B解析限制酶切割出来的DNA片段末端如要互补结合,其黏性末端必须互补,即一种酶切的DNA片段末端正向序列与另一种酶切的DNA片段末端反向序列互补。由题可知,BamH 和Bgl 酶切割出来的DNA片段末端可以互补结合,其末端互补序列是5-GATC-3。综上所述,B项符合题意。11.现有一长度为3 000碱基对(bp)的线性DNA分子,用限制性内切核酸酶酶切后,进行凝胶电泳,使降解产物分开。用酶H单独酶切,结果如图1;用酶B单独酶切,结果如图2;用酶H和酶B同时酶切,结果如图3。该DNA分子的结构及其酶切图谱是()答案A解析由图1可知,酶H在该DNA分子上有1个切点;由图2可知,酶B在该DN
12、A分子上有2个切点;由图3可知,酶H和酶B在该DNA分子上共有3个切点。2个酶B切点之间距离2 000 bp,酶H与酶B切点的最短距离是600 bp,最长距离是1 400 bp。综上所述,A项符合题意。12.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。结合下图分析,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B.连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的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
13、向改造马铃薯的遗传性状答案B解析限制酶和DNA连接酶的作用部位都是题图中的,A项正确,B项错误;载体具有在宿主细胞中自我复制的能力,与外源基因结合后,外源基因也会在宿主细胞中一起复制,C项正确;基因工程的目的就是定向改造生物的遗传性状,D项正确。13.通过重组DNA技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质。下图表示这一技术的基本过程。在该工程中所用的基因“分子手术刀”能识别的序列和切点是,请回答下列问题。(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”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是。(2)请在下图中画出质粒被切割形成黏性末端的过
14、程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”羊的染色体内,是因为。答案(1)限制酶DNA连接酶(2)如图所示(3)人的遗传物质(基因)与羊的遗传物质都为DNA,其物质组成和空间结构相同14.基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒,pBR322质粒是较早构建的质粒载体,其主要结构如图一所示。请据图回答下列问题。(1)构建人工质粒时要有抗性基因,以便于。(2)pBR322分子中有单个EcoR限制酶作用位点,EcoR只能识别序列5-GAATTC-3,并且只能在G和A之间切割。若在某外源基因的两侧各有1个EcoR的切点,请画出外源基因两侧被限制酶EcoR 切割后所形
15、成的黏性末端。(3)pBR322分子中另有单个的BamH限制酶作用位点,现将经BamH处理后的质粒与用另一种限制酶Bgl处理得到的外源基因,通过DNA连接酶作用恢复键,成功获得了重组质粒,这说明。(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampr和tetr的大肠杆菌,将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养,得到如图二所示的菌落;再将灭菌绒布按到培养基上,使绒布面沾上菌落,然后将绒布按到含四环素的培养基上培养,得到如图三所示的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表现为,图三结果显示,多数大肠杆菌导入的是。答案(1)能够通过表型鉴别含有载体的细胞(2)如图所示(3)
16、磷酸二酯两种限制酶(BamH 和Bgl )切割得到的黏性末端相同(4)能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素既能抗氨苄青霉素,又能抗四环素的pBR322质粒解析(1)质粒作为外源基因进入受体细胞的载体的条件之一是要有抗性基因,以便于能够通过表型鉴别含有载体的细胞。(2)同一种限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同,图见答案。(3)DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键;而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接,表明经两种限制酶(BamH和Bgl)切割得到的DNA片段,其黏性末端相同。(4)由题意知:由于图三空圈相对应的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长,而不能在含四环素的培养基上生长,故可推知与图三空圈相对应的图二中的菌落表现为能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素。图三结果显示,多数大肠杆菌导入的是既能抗氨苄青霉素,又能抗四环素的pBR322质粒,而不是重组质粒(重组质粒的四环素抗性基因被破坏)。9