新教材高中生物第3章基因工程第1節(jié)胚胎工程及其應(yīng)用第1課時基因工程的基本工具與聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)技術(shù)課后素養(yǎng)落實蘇教版選擇性必修

1、 基因工程的基本工具與聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)技術(shù)(建議用時：40分鐘)題組一基因工程及其誕生和發(fā)展1科學(xué)家經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程。實施該工程的最終目的是()A定向提取生物體的DNA分子B定向地對DNA分子進行人工“剪切”C在生物體外對DNA分子進行改造D定向地改造生物的遺傳性狀D該題的關(guān)鍵詞是“最終目的”，A、B、C三項都是基因工程的技術(shù)手段，這些手段的目的是定向改造生物的遺傳性狀，故選D項。2下列關(guān)于基因工程的發(fā)展歷程的說法錯誤的是()A質(zhì)粒是一種具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀DNA分子B美國科學(xué)家伯格領(lǐng)導(dǎo)的研究小組完成世界上首次DNA分子體外重組C科恩和博耶證明真核生物的

2、基因可以在原核生物中表達D基因工程的建立和發(fā)展是生物學(xué)進步的結(jié)果，與其他學(xué)科無關(guān)D基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等眾多學(xué)科長足進步的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。題組二基因工程的基本工具3下列有關(guān)限制性內(nèi)切核酸酶的敘述，正確的是()A用限制性內(nèi)切核酸酶切割一個DNA分子中部，獲得一個目的基因時，被水解的磷酸二酯鍵有2個B限制性內(nèi)切核酸酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大CCATG和GGATCC序列被限制酶切出的黏性末端可用DNA連接酶連接D只有用相同的限制性內(nèi)切核酸酶處理含目的基因的片段和質(zhì)粒，才能形成重組質(zhì)粒B用限制性內(nèi)切核酸酶切割一個DNA分子中部，獲得一個目的基因時

3、，需要切割目的基因的兩側(cè)，因此要斷裂4個磷酸二酯鍵，即被水解的磷酸二酯鍵有4個，A錯誤；限制性內(nèi)切核酸酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大，B正確；CATG和GGATCC序列被限制酶切出的黏性末端不同，分別為CATG和GATC，不能用DNA連接酶連接，C錯誤；用不同的限制性內(nèi)切核酸酶處理含目的基因的DNA片段和質(zhì)粒，若產(chǎn)生的黏性末端相同，也能形成重組質(zhì)粒，D錯誤。4下列關(guān)于DNA連接酶作用的敘述，正確的是 ()A將單個核苷酸加到某個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵B將斷開的2個DNA片段的骨架連接起來，重新形成磷酸二酯鍵C連接2條DNA鏈上堿基之間的氫鍵D只能將雙鏈DNA片段互補

4、的黏性末端連接起來，而不能將兩者之間的平末端進行連接BDNA連接酶和DNA聚合酶都是催化2個脫氧核苷酸分子之間形成磷酸二酯鍵。但DNA連接酶是在2個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，將2個DNA片段連接成重組DNA分子；DNA聚合酶是將單個的核苷酸分子加到已存在的核酸片段上形成磷酸二酯鍵，合成新的DNA分子。5下列關(guān)于載體的敘述中，錯誤的是()A載體與目的基因結(jié)合后，實質(zhì)上就是一個重組DNA分子B在進行基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進行過人工改造的C目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等D載體具有某些標記基因，便于對其進行切割D用DNA連接酶將目的基因和載體DNA

5、連接在一起，形成的DNA分子為重組DNA分子，A正確；常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動植物病毒等，其中在進行基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進行人工改造的，B、C正確；標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來，D錯誤。6下面是四種不同質(zhì)粒的示意圖，其中ori為復(fù)制必需的序列，ampr為氨芐青霉素抗性基因，tetr為四環(huán)素抗性基因，箭頭表示一種限制性內(nèi)切核酸酶的酶切位點。若要得到一個能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長的含重組DNA的細胞，應(yīng)選用的質(zhì)粒是()CA項破壞了復(fù)制必需的序列。B項氨芐青霉素抗性基因和

6、四環(huán)素抗性基因都完好，在四環(huán)素培養(yǎng)基上和氨芐青霉素培養(yǎng)基上都能生長。C項氨芐青霉素抗性基因被破壞，四環(huán)素抗性基因完好，能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長。D項氨芐青霉素抗性基因完好，四環(huán)素抗性基因被破壞。7根據(jù)圖表的內(nèi)容回答問題：幾種限制酶識別序列切割位點(1)假設(shè)所用的限制酶均能將所識別的位點完全切開，采用EcoR和Pst酶切含有目的基因的DNA，能得到_種DNA片段。如果將質(zhì)粒載體和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切，酶切產(chǎn)物再加入DNA連接酶，其中由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有_、_、_。(2)為了防止目的基因和質(zhì)粒表達載體酶切后的末端任意連接，酶切時應(yīng)該選用

7、的酶是_、_。解析(1)含目的基因的DNA分子上含有2個EcoR 和1個Pst 的酶切位點，3個切點全部切開，則形成4種DNA片段。質(zhì)粒與含目的基因的DNA片段都用EcoR酶切，目的基因兩端和質(zhì)粒切口處的黏性末端相同，只考慮兩個DNA片段相連，則會形成3種連接產(chǎn)物，即質(zhì)粒與質(zhì)粒相連、質(zhì)粒與目的基因相連、目的基因與目的基因相連。(2)為了防止任意連接，可選用EcoR和Sma兩種酶同時切割。答案(1)4質(zhì)粒載體與質(zhì)粒載體連接物目的基因與目的基因連接物質(zhì)粒載體與目的基因連接物(2)EcoRSma題組三PCR技術(shù)8DNA的復(fù)制需要引物，主要原因是()A可加快DNA的復(fù)制速度B引物可與DNA母鏈通過堿基

8、互補配對結(jié)合C引物的5端有助于DNA聚合酶的延伸DNA鏈DDNA聚合酶只能從3端延伸DNA鏈DDNA聚合酶不能從5端開始合成DNA，而只能從3端延伸DNA鏈，因此，DNA復(fù)制需要引物。當引物與DNA母鏈通過堿基互補配對結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的3端開始延伸DNA鏈，DNA的合成方向總是從子鏈的5端向3端延伸。9利用PCR技術(shù)從某種生物的基因組DNA中獲取目的基因的前提是()A有目的基因的DNA片段，作為模板進行復(fù)制B有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物C有足夠的脫氧核苷酸作為原料D加入足夠數(shù)量的DNA連接酶進行指數(shù)式擴增B利用PCR技術(shù)從某種生物的基因組DNA中獲取目

9、的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成引物。10金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白，某研究小組計劃通過多聚酶鏈式反應(yīng)(PCR)擴增獲得目的基因，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌，用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴增過程示意圖如下，請回答下列問題： (1)從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過_獲得_用于PCR擴增。(2)設(shè)計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2)，為方便構(gòu)建重組質(zhì)粒，在引物中需要增加適當?shù)腳位點。設(shè)計引物時需要避免引物之間形成_，而造成引物自連。 (3)圖中步驟1代表_，步驟2代表退火，步驟3代表延伸，這三個步驟組成一輪循環(huán)。(4)如果PCR

10、反應(yīng)得不到任何擴增產(chǎn)物，則可以采取的改進措施有_(填序號：升高退火溫度降低退火溫度重新設(shè)計引物)。解析(1)目的基因的獲?。簭母弑磉_MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過逆轉(zhuǎn)錄獲得cDNA用于PCR擴增。(2)設(shè)計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2)，為方便基因與載體相連構(gòu)建重組質(zhì)粒，在引物中需要增加適當?shù)南拗菩詢?nèi)切核酸酶的切割位點。為了避免引物自連，設(shè)計引物時需要避免引物之間形成堿基互補配對。(3)根據(jù)PCR的過程可知，圖中步驟1為變性，步驟2為退火，步驟3為延伸，這三個步驟組成一輪循環(huán)。(4)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴增產(chǎn)物，可能的原因是退火溫度過高，或者設(shè)計的引物不合適

11、，不能與模板堿基配對。因此可采取的改進措施有降低退火溫度、重新設(shè)計引物等。答案(1)逆轉(zhuǎn)錄cDNA(2)限制性內(nèi)切核酸酶堿基互補配對(3)變性(4)11對下圖所示黏性末端的相關(guān)說法錯誤的是()A甲、乙、丙黏性末端是由各自不同的限制性內(nèi)切核酸酶催化產(chǎn)生的B甲、乙具相同的黏性末端，可形成重組DNA分子，但甲、丙之間不能CDNA連接酶作用位點在b處，催化磷酸基團和脫氧核糖之間形成化學(xué)鍵D切割甲的限制性內(nèi)切核酸酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子C甲圖表示在G和A之間進行剪切，乙圖表示在C和A之間進行剪切，丙圖表示在C和T之間進行剪切，因此三者需要不同的限制性內(nèi)切核酸酶進行剪切；甲和乙的黏性末端

12、相同，能夠通過堿基互補配對形成重組DNA分子，但甲和丙不行；DNA連接酶作用的位點是磷酸二酯鍵，乙圖中的a和b分別表示磷酸二酯鍵和氫鍵；甲和乙形成的重組DNA分子相應(yīng)位置的DNA堿基序列為，而甲圖表示在G和A之間切割，所以該重組序列不能被切割甲的限制性內(nèi)切核酸酶識別。12下圖所示為限制酶BamH 和Bgl 的識別序列及切割位點，實驗中用BamH 切割DNA獲得目的基因，用Bgl 切割質(zhì)粒，并將它們拼接得到重組質(zhì)粒。下列相關(guān)敘述正確的是()A在酶切過程中，只需要控制好酶的濃度，不需要控制溫度等因素B經(jīng)兩種酶處理得到的重組質(zhì)粒不能再被這兩種酶所識別C質(zhì)粒經(jīng)Bgl 切割后形成的黏性末端是D分別用圖中

13、兩種限制酶切割，可保證目的基因定向地插入質(zhì)粒B影響酶促反應(yīng)的因素有溫度、pH、酶濃度、底物濃度、反應(yīng)時間等，因此酶切過程中，需控制好酶濃度、溫度和反應(yīng)時間等因素，A錯誤；經(jīng)兩種酶處理得到的重組質(zhì)粒不能再被這兩種酶識別，B正確；質(zhì)粒經(jīng)Bgl 切割后形成的黏性末端是，C錯誤；分別用題圖中兩種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，由于形成的黏性末端相同，因此并不能保證目的基因定向地插入質(zhì)粒，D錯誤。13RTPCR是將RNA逆轉(zhuǎn)錄(RT)和cDNA的聚合酶鏈式擴增反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)，可利用此技術(shù)獲取目的基因，具體過程如圖所示，以下說法錯誤的是()A設(shè)計擴增目的基因的引物時需考慮表達載體的序列BGC含量高的引物在與模

14、板鏈結(jié)合時，需要更高的溫度C過程需要加入緩沖液、原料、耐高溫的DNA聚合酶和引物A等D過程擬對單鏈cDNA進行n次循環(huán)的擴增，理論上需要2n1個引物BC設(shè)計擴增目的基因的引物時，引物應(yīng)當可以與表達載體兩端的序列進行互補配對。所以設(shè)計引物時需考慮表達載體的序列，A正確；GC對之間有三個氫鍵，GC含量高時穩(wěn)定性高，所以需要更高的溫度，B正確；過程是逆轉(zhuǎn)錄過程，所以需要加入緩沖液、原料、逆轉(zhuǎn)錄酶和引物A等，C錯誤；過程擬對單鏈cDNA進行n次循環(huán)的擴增，根據(jù)DNA的半保留復(fù)制可知理論上需要2n1個引物B，D正確。14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，p

15、BR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如圖一所示。(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時要有抗性基因，以便于_。(2)pBR322分子中有單個EcoR限制酶作用位點，EcoR 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EcoR 的切點，請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoR 切割后所形成的黏性末端。_。(3)pBR322分子中另有單個的BamH 限制酶作用位點，現(xiàn)將經(jīng)BamH 處理后的質(zhì)粒與用另一種限制酶Bgl 處理得到的目的基因，通過DNA連接酶的作用恢復(fù)_鍵，成功地獲得了重組質(zhì)粒，這說明_。(4)為了檢測上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無Ampr和Tetr的大腸桿菌，將大腸桿

16、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(空圈表示與圖二對照無菌落的位置)。與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表型是_，圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是_。解析(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時要有抗性基因作為標記基因，用于重組DNA的鑒定和篩選或便于鑒別目的基因是否導(dǎo)入受體細胞。(2)EcoR 只能識別核酸序列GAATTC，并只能在G與A之間切割。根據(jù)限制酶的識別序列和切割位點進行解答。(3)DNA連接酶的作用是恢復(fù)磷酸二酯鍵；由題干可知，兩種限制酶(BamH 和Bgl)切割得到的黏性末端相同，這樣才

17、能進行相應(yīng)的堿基互補配對。(4)與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表型是能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素；圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是能抗氨芐青霉素和四環(huán)素的人工質(zhì)粒即pBR322質(zhì)粒。答案(1)重組DNA的鑒定和篩選(鑒別目的基因是否導(dǎo)入受體細胞)(2)(3)磷酸二酯兩種限制酶(BamH 和Bgl)切割得到的黏性末端相同(4)能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素pBR322質(zhì)粒對限制酶的作用結(jié)果分辨不清15表1列舉了幾種限制酶識別序列及其切割位點(箭頭表示相關(guān)酶的切割位點)。圖2是酶切后產(chǎn)生的幾種末端。下列說法正確的是()表1圖2ABamH 切割的是磷酸二酯鍵，Alu 切割的是氫鍵B能被Sau3A 識別的序列，一定也能被BamH 識別CDNA連接酶能