2020秋高中生物人教版选修3达标训练：专题11-1DNA重组技术的基本工具

2020秋高中生物人教版选修3达标训练：专题11-1DNA重组技术的基本工具

专题 1 基因工程 1.1 DNA 重组技术的基本工具 1．科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因 工程。实施该工程的最终目的是( ) A．定向提取生物体的 DNA 分子 B．定向地对 DNA 分子进行人工“剪切” C．在生物体外对 DNA 分子进行改造 D．定向地改造生物的遗传性状 解析：基因工程的内容就是在生物体外，通过对 DNA 分子进行人 工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入 受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人 类所需的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。 答案：D 2．下列关于限制酶的说法，不正确的是( ) A．限制酶广泛存在于各种生物中，主要分布在真核生物中 B．限制酶可以将 DNA 分子切开 C．一种限制酶通常只能识别一种特定的核苷酸序列 D．一般不同的限制酶切割 DNA 的切点不同 解析：限制酶主要是从原核生物中分离出来的，并不是广泛存在 于各种生物中；DNA 分子可被限制酶特异性切割；一种限制酶通常只 能识别双链 DNA 的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位 的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 答案：A 3．下列关于 DNA 连接酶的作用的叙述，正确的是( ) A．将单个核苷酸加到某 DNA 片段末端，形成磷酸二酯键 B．将断开的两个 DNA 片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯 键 C．连接两条 DNA 链上碱基之间的氢键 D．只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端连接起来 解析：选项 A 是 DNA 聚合酶的作用，故 A 项错误。DNA 连接酶 能将双链 DNA 片段末端连接起来，重新形成磷酸二酯键，故 B 项正 确、C 项错误。D 项只涉及了 E·coli DNA 连接酶的作用 T4 DNA 连 接酶还可以连接平末端，故 D 项错误。 答案：B 4．下图是表达新基因用的质粒的示意图，若要将目的基因插入到 质粒上的 A 处，则切割基因时可用的是( ) A．HindⅢ B．EcoRⅠ C．EcoB D．PstⅠ 解析：A 处有 BamHⅠ、EcoB、ClaⅠ限制酶的切点，使用 A～D 中的四种限制酶，只有用 EcoB 切割时，才能让目的基因插入到 A 处。 答案：C 5．下图为 DNA 分子的切割和连接过程。 DNA 分子的切割和连接 (1)EcoR I 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 片段末端形式为__________。 (2)不同来源的 DNA 片段结合，在这里需要的酶应是_________， 此 酶 的 作 用 是 在 ________________ 与 ________________ 之 间 形 成 ______键而起“缝合”作用的，其中能连接平末端的连接酶是_____。 解析：EcoR I 是一种限制酶，从图中可以看出其识别序列是 GAATTC，切割位点是鸟嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸之间的 磷酸二酯键。切割后产生的 DNA 末端形式为黏性末端。要将不同来源 的 DNA 片段连接起来，需要 DNA 连接酶，其作用是形成磷酸二酯键 而将两 DNA 片段“缝合”起来。T4 DNA 连接酶既可以“缝合”黏性 末端，也可以“缝合”平末端。 答案：(1)限制性核酸内切(限制) GAATTC 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤脱氧核苷酸 磷酸二酯 黏性末端 (2)E·coli DNA 连接酶或 T4 DNA 连接酶 鸟嘌呤脱氧核苷酸 腺 嘌呤脱氧核苷酸 磷酸二酯 T4 DNA 连接酶 A 级 基础巩固 1．能有效地打破物种的界限，定向地改造生物的遗传性状，培育 新的农作物优良品种的生物技术是( ) A．基因工程技术 B．诱变育种技术 C．杂交育种技术 D．组织培养技术 解析：诱变育种是在一定的条件下，对某一品种进行诱变而产生 的突变性状；杂交育种必须在同种生物之间进行；组织培养技术是无 性生殖，难以产生新品种；而基因工程可以打破物种的界限，在不同 种生物之间进行基因重组，从而定向改造生物的遗传性状。 答案：A 2．在基因工程中，常用的“剪刀”“针线”和“载体”分别指( ) A．大肠杆菌病毒、质粒、DNA 连接酶 B．噬菌体、质粒、DNA 连接酶 C．限制酶、RNA 连接酶、质粒 D．限制酶、DNA 连接酶、质粒 解析：基因工程又叫 DNA 重组技术，是指按照人们的意愿，进行 严格的设计，并通过体外 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。 由此可见，DNA 重组技术至少需要三种工具：限制性核酸内切酶(限制 酶)—分子“剪刀”，DNA 连接酶—分子“针线”，质粒、动植物病毒 或噬菌体—运载体。 答案：D 3．有关 DNA 重组技术中的工具——“分子缝合针”“分子手术刀” “分子运输车”分别是( ) ①DNA 连接酶 ②DNA 聚合酶 ③限制酶 ④RNA 聚合酶 ⑤ 载体 A．②③⑤ B．①③④ C．①③⑤ D．④③⑤ 解析：“分子缝合针”是 DNA 连接酶，能连接 DNA 片段；“分子 手术刀”是限制酶，能切割 DNA 分子；“分子运输车”是载体，能运 输目的基因。 答案：C 4．作为基因的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是 ( ) A．能够在受体细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量 的目的基因 B．具有多个限制酶切割位点，以便于目的基因的表达 C．具有某些标记基因，以便为目的基因的表达提供条件 D．能够在受体细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选 解析：作为载体要携带目的基因进入受体细胞并使之表达，必须 能够在受体细胞内稳定地保存并大量复制。同时要具有某些标记基因， 是为了通过标记基因是否表达来判断目的基因是否进入了受体细胞， 从而筛选受体细胞。载体要具有多个限制酶切割位点，则是为了便于 与外源基因连接。 答案：A 5．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，EcoR Ⅰ，Hind Ⅲ和 Bgl Ⅱ 的识别序列和切割位点： 切割出来的 DNA 黏性末端可以互补配对的是( ) A．BamH Ⅰ和 EcoR Ⅰ B．BamH Ⅰ和 Hind Ⅲ C．BamH Ⅰ和 Bgl Ⅱ D．EcoR Ⅰ和 Hind Ⅲ 解析：BamHⅠ切割出来的 DNA 黏性末端是—GATC—，BglⅡ切 割出来的 DNA 黏性末端也是—GATC—，它们可以互补配对。 答案：C B 级 能力训练 6．如图所示为一种限制酶切割 DNA 分子的示意图，请据图回答： (1)这种限制酶的切点是________，形成两个________末端，这两 个末端的特点是_________________________________________。 (2)图中 DNA 分子被该种限制酶切割后形成的两个末端是 ______________________________________________________。 (3)如果 G 发生突变，________(填“可能”或“不可能”)导致限 制酶不能识别切割位点。 解析：由题意知该限制酶识别的核苷酸序列是 GAATTC。专一切 口是 G 和 A 之间，切出的两个黏性末端碱基能够互补配对。 答案：(1)G 和 A 之间 黏性 碱基能够互补配对 (2) —G —CTTAA 和 AATTC— G— (3)可能 7．限制酶 MunⅠ和限制酶 EcoR Ⅰ的识别序列及切割位点分别 是—C↓TTAAG—和—G↓AATTC—。如下图表示的是四种质粒和目的 基因，其中箭头所指部位为酶的识别位点，质粒的阴影部分表示标记 基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是( ) 解析：目的基因两侧有 MunⅠ和 EcoR Ⅰ两种限制酶的识别序列， 用这两种酶切割都可得到目的基因；B 中质粒无标记基因，不符合作 为载体的条件；C、D 中的标记基因都会被破坏。 答案：A 8．下图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中 a 表示标记基因， b 表示胰岛素基因，E1 表示某限制酶的酶切位点，现用该种限制酶分 别切割质粒和胰岛素基因，后用 DNA 连接酶连接切割后的质粒和胰岛 素基因，下列选项中不可能出现的是( ) 解析：根据目的基因和质粒上的限制性核酸内切酶的切割位点及 相互连接情况判断不可能出现选项 C 的连接。 答案：C 9．已知某种限制性核酸内切酶在一线性 DNA 分子上有 3 个酶切 位点，如下图中箭头所指，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( ) A．3 B．4 C．9 D．12 解析：由题意知，最多可产生 a、b、c、d、ab、bc、cd、abc、 bcd 9 种 DNA 片段。 答案：C 10．基因工程中，需使用特定的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—G↓GATCC—， 限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。根据下图判断下列操作正 确的是( ) A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割 C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 解析：解此题要明确目的基因要切下，质粒只要切开。限制酶Ⅱ 的识别序列和切点是—↓GATC—，单独使用时可以把目的基因和质粒 都切断；限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，只能把它们 切开，单独使用时不能切下，所以目的基因用限制酶Ⅱ切割，质粒用 限制酶Ⅰ切割；因为用限制酶Ⅰ切割质粒时破坏了 GeneⅡ，所以只能 用 Gene Ⅰ作为标记基因。 答案：D 11．根据基因工程的有关知识，回答下列问题： (1)限制酶切割 DNA 分子后产生的片段，其末端类型有________ 和________。 (2)质粒载体用限制酶 X(识别的序列由 6 个核苷酸组成)切割后产 生的片段如下： AATTC……G G……CTTAA 该 酶 识 别 的 序 列 为 __________________ ， 切 割 的 部 位 是 ________________。 (3)为使切割后的载体与目的基因相连，含有目的基因的 DNA 除 可用限制酶 X 切割外，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。 解析：(1)限制酶切割 DNA 分子后可产生两种类型的末端，即平 末端和黏性末端。(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—GAATTC—，互补链是 —CTTAAG—，切割的位点为 G 和 A 之间的磷酸二酯键。(3)质粒载 体可以用限制酶 X 切割，也可以用另一种限制酶切割，说明该酶与限 制酶 X 切割产生的黏性末端相同。(4)基因工程使用的 DNA 连接酶， 按来源可分为 E·coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶，其中只能连接 黏性末端的是 E·coli DNA 连接酶。(5)基因工程的载体有质粒、λ噬菌 体的衍生物和动植物病毒。 答案：(1)黏性末端 平末端 (2)—GAATTC—或—CTTAAG— 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)T4 E·coli (5)λ噬菌体的衍生物 动植物病毒 12．如图为某基因工程中利用的质粒简图，小箭头所指分别为限 制酶 EcoR I、BamH I 的酶切位点，ampR 为青霉素(抗生素)抗性基因， tetR 为四环素(抗生素)抗性基因，P 为启动子，T 为终止子，ori 为复制 原点。已知目的基因的两端分别有包括 EcoR I、BamH I 在内的多种 酶的酶切位点。 据图回答下列问题： (1)在基因工程中常用的工具有三种：一是用于切割 DNA 分子的 ________；二是将目的基因与载体拼接的________；三是作为载体的 质粒。 (2)将含有目的基因的DNA与经特定的酶切后的载体(质粒)进行拼 接 形 成 重 组 DNA ， 理 论 上 讲 ， 重 组 DNA 可 能 有 “________________”“________________”“____________________” 三 种，其中有效的(所需要的)重组 DNA 是________________。因此需要 对这些拼接产物进行分离提纯。 (3)利用图示的质粒拼接形成的三种拼接产物(重组 DNA)与无任何 抗药性的原核宿主细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿 主细胞所含有的拼接产物(重组 DNA)是_____________________。 解析：(1)在基因工程中常用的工具酶有两种：一是用于切割 DNA 分子的限制酶，二是将目的基因与载体连接的 DNA 连接酶。(2)用同 一种限制酶将含有目的基因的 DNA 和质粒分别切开，产生的黏性末端 相同，进行拼接形成的重组 DNA，理论上讲，可能有目的基因—目的 基因、目的基因—载体和载体—载体三种。其中人们所需要的重组 DNA 是目的基因—载体。(3)由图可以看出两种限制酶的酶切位点都在 四环素抗性基因中，两种限制酶都能破坏四环素抗性基因，因此用该 质粒拼接形成的三种拼接产物(重组 DNA)与无任何抗药性的原核宿主 细胞接种到含四环素的培养基中，能生长的原核宿主细胞所含有的拼 接产物应是载体—载体(仍有抗性基因)。 答案：(1)限制酶(限制性核酸内切酶) DNA 连接酶 (2)目的基因—目的基因 目的基因—载体 载体—载体 目的基 因—载体 (3)载体—载体 13．如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问 题。 (1)a 代表的物质和质粒的化学本质都是__________，二者还具有 其他共同点：如①_____________，②_____________(写出两条即可)。 (2)若质粒 DNA 分子的切割末端为 —A —TGCGC ，则与之连接的目的 基因切割末端应为____________；可使用____________把质粒和目的 基因连接在一起。 (3)氨苄青霉素抗性基因在质粒 DNA 上称为________________， 其作用是______________________________________________ ______________________________________________________。 答案：(1)DNA 能够自我复制 具有遗传效应 (2) DNA 连接酶 (3)标记基因 供重组 DNA 的鉴定和选择