第1節(jié)　重組DNA技術(shù)的基本工具

第3章基因工程第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具必備知識基礎(chǔ)練1.玉米的PEPC(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)固定CO2的能力較水稻的強(qiáng)60倍。我國科學(xué)家正致力于將玉米的PEPC基因?qū)胨局?以提高水稻產(chǎn)量。下列有關(guān)該應(yīng)用技術(shù)的敘述,錯誤的是()A.該技術(shù)是在DNA水平上進(jìn)行設(shè)計和實施的B.該技術(shù)的操作環(huán)境是生物體內(nèi)C.該技術(shù)的原理是基因重組D.該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定向培育人類需要的生物類型答案B解析由題意可知,該技術(shù)為基因工程,其操作主要是在生物體外進(jìn)行的。2.(2021山東濰坊高二期中)我國華南農(nóng)業(yè)大學(xué)科研人員利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將抗環(huán)斑病毒基因?qū)敕竟?培育出轉(zhuǎn)基因抗病番木瓜。下列敘述錯誤的是()A.限制酶在Ti質(zhì)粒切開一個切口暴露出兩個游離的磷酸基團(tuán)B.不同的限制酶切割DNA產(chǎn)生的黏性末端一定不同C.可以用同種限制酶切割Ti質(zhì)粒和含有抗環(huán)斑病毒基因的DNA片段D.T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端答案B解析限制酶可以識別特定的DNA序列并在特定位點(diǎn)進(jìn)行切割,Ti質(zhì)粒為環(huán)狀DNA,故限制酶在Ti質(zhì)粒切開一個切口暴露出兩個游離的磷酸基團(tuán),A項正確;不同的限制酶切割形成的黏性末端可能相同,也可能不同,B項錯誤;可以用同種限制酶切割Ti質(zhì)粒和含有抗環(huán)斑病毒基因(目的基因)的DNA片段,以形成相同的黏性末端,便于連接,C項正確;T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端,但連接平末端的效率相對較低,D項正確。3.伯格首先在體外進(jìn)行了DNA改造的研究,成功地構(gòu)建了第一個體外重組DNA分子。下列相關(guān)敘述正確的是()A.DNA連接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶都能催化形成磷酸二酯鍵B.不同的DNA分子必須用同一種限制酶切割,才能產(chǎn)生相同的黏性末端C.當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸線兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時,產(chǎn)生的是平末端D.限制酶和DNA連接酶的作用部位不同答案A解析DNA連接酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶和逆轉(zhuǎn)錄酶都能催化形成磷酸二酯鍵,A項正確;不同的限制酶切割后也可能產(chǎn)生相同的黏性末端,B項錯誤;當(dāng)限制酶在它識別序列的中心軸兩側(cè)將DNA的兩條鏈分別切開時,產(chǎn)生的是黏性末端,C項錯誤;限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵,限制酶能切開磷酸二酯鍵,而DNA連接酶能催化形成磷酸二酯鍵,D項錯誤。4.下圖表示限制酶切割某DNA的過程,從圖中可知,該限制酶能識別的堿基序列及切割位點(diǎn)是()A.5'-CTTAAG-3',切點(diǎn)在C和T之間B.5'-CTTAAG-3',切點(diǎn)在G和A之間C.5'-GAATTC-3',切點(diǎn)在G和A之間D.5'-CTTAAC-3',切點(diǎn)在C和T之間答案C解析依圖可知,該限制酶切割的位點(diǎn)為G與A之間,由產(chǎn)生的黏性末端可知該限制酶所能識別的序列為5'-GAATTC-3'。5.下列關(guān)于質(zhì)粒的敘述,正確的是()A.質(zhì)粒是廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中的一種顆粒狀細(xì)胞器B.質(zhì)粒是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中能夠自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA分子C.質(zhì)粒只有在導(dǎo)入宿主細(xì)胞后才能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制D.細(xì)菌質(zhì)粒的復(fù)制過程一定是在宿主細(xì)胞外獨(dú)立進(jìn)行的答案B解析質(zhì)粒是存在于細(xì)菌中一種環(huán)狀DNA分子,不是細(xì)胞器,A項錯誤;質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡單、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外并具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子,B項正確;在體外,若給予適宜的條件,質(zhì)粒也可能進(jìn)行復(fù)制,C項錯誤;有的質(zhì)?？梢哉系剿拗骷?xì)胞的染色體DNA上,如大腸桿菌的Ti質(zhì)粒的T-DNA,D項錯誤。6.據(jù)圖所示,下列有關(guān)工具酶功能的敘述,錯誤的是()A.限制酶可以切斷a處B.DNA聚合酶可以連接a處C.解旋酶可以使b處解開D.DNA連接酶可以連接c處答案D解析限制酶可以切斷脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵,即a處,A項正確;DNA聚合酶可以催化脫氧核苷酸連接形成磷酸二酯鍵,即a處,B項正確;解旋酶可以使氫鍵斷裂,即b處,C項正確;DNA連接酶可以連接DNA片段形成磷酸二酯鍵,即a處,D項錯誤。7.(2021陜西西安華山中學(xué)高二期中)限制酶是一種內(nèi)切核酸酶,可識別并切割DNA分子上特定的核苷酸序列,下圖為四種限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ和BglⅡ的識別序列和切割位點(diǎn)。切割出來的DNA黏性末端可以互補(bǔ)配對的是()A.BamHⅠ和EcoRⅠ B.BamHⅠ和HindⅢC.BamHⅠ和BglⅡ D.EcoRⅠ和HindⅢ答案C解析BamHⅠ切出的黏性末端是GATC-;EcoRⅠ切出的黏性末端是AATT-;HindⅢ切出的黏性末端是AGCT-;BglⅡ切出的黏性末端是GATC-。BamHⅠ和BglⅡ切出的黏性末端相同,都是GATC-,可以互補(bǔ)配對。8.(2021天津耀華中學(xué)高二期中)下表關(guān)于“DNA的粗提取與鑒定”實驗的表述,錯誤的是()選項試劑操作作用A研磨液與生物材料混合提取溶解DNAB2mol/L的NaCl溶液與提取出的DNA混合溶解DNAC冷卻的酒精加入離心后的上清液中溶解DNAD二苯胺試劑加入溶解有DNA的NaCl溶液中鑒定DNA答案C解析DNA粗提取的第一步就是加入研磨液充分研磨,A項正確;在不同濃度的NaCl溶液中DNA的溶解度不同,DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度最大,使用2mol/L的NaCl溶液能溶解DNA,B項正確;DNA不溶于酒精,但是細(xì)胞中的某些蛋白質(zhì)則溶于酒精,利用這一原理可以將蛋白質(zhì)和DNA進(jìn)一步分離,C項錯誤;在沸水浴加熱條件下,DNA與二苯胺反應(yīng)呈現(xiàn)藍(lán)色,D項正確。9.基因工程的出現(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿定向地改變生物,這種改變甚至可以打破生殖隔離。請回答下列與基因工程發(fā)展有關(guān)的問題。(1)基因工程相關(guān)基礎(chǔ)理論的突破為基因工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。①艾弗里等人通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗證明了,同時也說明了可以從一個生物個體轉(zhuǎn)移到另一個生物個體。

②沃森和克里克闡明了,開創(chuàng)了分子生物學(xué)時代。

③中心法則的確立和的破譯為基因工程提供了理論依據(jù)。

(2)與基因工程相關(guān)的酶及載體的發(fā)現(xiàn)使基因工程的實施成為可能。①的發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、連接創(chuàng)造了條件。

②細(xì)菌中擬核DNA之外的有自我復(fù)制能力,并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移,這一發(fā)現(xiàn)為目的基因的轉(zhuǎn)移找到了運(yùn)載工具。

答案(1)①DNA是生物的遺傳物質(zhì)DNA②DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)③遺傳密碼(2)①限制酶、DNA連接酶②質(zhì)粒解析(1)①艾弗里等人通過肺炎鏈球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗不僅證明了DNA是遺傳物質(zhì),還證明了DNA可以在同種生物的不同個體之間轉(zhuǎn)移。②沃森和克里克闡明了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。③中心法則的確立和遺傳密碼的破譯為基因工程提供了理論依據(jù)。(2)①DNA的切割、連接需要限制酶和DNA連接酶。②目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞需要載體,常用的載體是質(zhì)粒。細(xì)菌擬核DNA之外的質(zhì)粒是有自我復(fù)制能力的環(huán)狀DNA。10.(2021黑龍江哈爾濱六中高二月考)圖1和圖2分別表示限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的作用示意圖。回答下列問題。(1)EcoRⅠ和SmaⅠ的化學(xué)本質(zhì)是,其單體是。

(2)EcoRⅠ識別的堿基序列是,EcoRⅠ和SmaⅠ的識別序列不相同,說明限制酶具有性。

(3)由圖2可知,當(dāng)限制酶在它識別序列的切開時,產(chǎn)生的末端是平末端;要將圖1中的末端再連接起來,需要用酶。

(4)1970年,阿爾伯等在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個限制酶,而在該細(xì)菌中沒有此限制酶的識別序列,推測該限制酶在細(xì)菌細(xì)胞中的作用可能是。

答案(1)蛋白質(zhì)氨基酸(2)-GAATTC-專一(3)中軸線E.coliDNA連接酶或T4DNA連接(4)切割外來DNA,起到防御作用解析(1)EcoRⅠ和SmaⅠ的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是生物大分子,其單體是氨基酸。(2)分析題圖1可知,EcoRⅠ識別的堿基序列是-GAATTC-,SmaⅠ的識別序列是-CCCGGG-,EcoRⅠ和SmaⅠ的識別序列不相同,說明限制酶具有專一性。(3)由圖2可知,當(dāng)限制酶在它識別序列的中軸線切開時,產(chǎn)生的末端是平末端;DNA連接酶可以連接兩個DNA片段,要將圖1中的末端再連接起來,需要用E.coliDNA連接酶或T4DNA連接酶。(4)1970年,阿爾伯等在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了第一個限制酶,而在該細(xì)菌中沒有此限制酶的識別序列,推測該限制酶在細(xì)菌細(xì)胞中的作用可能是切割外來DNA,起到防御作用。關(guān)鍵能力提升練11.下表為常用的限制酶及其識別序列和切割位點(diǎn),由此推斷的以下說法中,正確的是()限制酶識別序列和切割位點(diǎn)限制酶識別序列和切割位點(diǎn)BamHⅠ5'-G↓GATCC-3'KpnⅠ5'-GGTAC↓C-3'EcoRⅠ5'-G↓AATTC-3'Sau3AⅠ5'↓GATC-3'HindⅡ5'-GTY↓RAC-3'SmaⅠ5'-CCC↓GGG-3'(注:Y=C或T,R=A或G)A.一種限制酶可能識別2種核苷酸序列B.限制酶切割后一定形成黏性末端C.不同的限制酶切割DNA分子形成的黏性末端一定不同D.限制酶的切割位點(diǎn)在識別序列內(nèi)部答案A解析由于Y=C或T,R=A或G,HindⅡ可識別多種序列,A項正確。限制酶切割后可能形成黏性末端,如BamHⅠ、EcoRⅠ、KpnⅠ、Sau3AⅠ;限制酶切割后也可能形成平末端,如HindⅡ、SmaⅠ,B項錯誤。不同限制酶切割后可形成相同的黏性末端,如BamHⅠ和Sau3AⅠ,C項錯誤。限制酶的切割位點(diǎn)可能在序列內(nèi)部,如BamHⅠ、EcoRⅠ、KpnⅠ、HindⅡ、SmaⅠ;限制酶的切割位點(diǎn)也可能在序列外部,如Sau3AⅠ,D項錯誤。12.(多選)某線性DNA分子含有5000個堿基對(bp),先用限制酶a切割,再把得到的產(chǎn)物用限制酶b切割,得到的DNA片段大小如下表。兩種限制酶的識別序列和切割位點(diǎn)如下圖所示。下列有關(guān)說法不正確的是()酶a切割產(chǎn)物/bp之后酶b切割產(chǎn)物/bp2100;1400;1000;5001900;200;800;600;1000;500A.在該DNA分子中,酶a與酶b的識別序列分別有3個和2個B.酶a與酶b切出的黏性末端不能相互連接C.酶a與酶b切斷的化學(xué)鍵不相同D.用這兩種酶和DNA連接酶對該DNA分子進(jìn)行反復(fù)切割、連接操作,若干循環(huán)后,5'答案BC解析由題中的信息可知,酶a有三個切口,表明酶a識別序列有3個,酶b有兩個切口,表明酶b識別序列有2個,A項正確;酶a與酶b切出的黏性末端相同,能相互連接,B項錯誤;酶a與酶b切斷的化學(xué)鍵均為磷酸二酯鍵,C項錯誤;酶a切割和酶b切割的末端用DNA酶連接可能形成序列5'AGATCC3'3'TCTAGG5',但酶a和酶b都不能識別和切割該序列,所以用酶a與酶b13.(多選)下列關(guān)于DNA粗提取與鑒定的敘述,錯誤的是()A.用同樣方法從等體積豬血和雞血中提取的DNA量相近B.DNA析出過程中,用玻璃棒沿同一方向輕輕攪拌C.預(yù)冷的乙醇可用來溶解DNAD.用二苯胺試劑鑒定DNA需要進(jìn)行水浴加熱答案AC解析豬屬于哺乳動物,其紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核及各種細(xì)胞器,提取不到DNA,而雞屬于鳥類,其紅細(xì)胞內(nèi)含有細(xì)胞核與各種細(xì)胞器,DNA含量較多,A項錯誤;在除去相關(guān)蛋白后,DNA是非常容易斷裂的,如果太過劇烈地攪拌,DNA鏈可能會被破壞,因此輕柔攪拌的目的是獲得較完整的DNA分子,B項正確;在冷的95%酒精溶液中,DNA的溶解度低,DNA的沉淀量大,C項錯誤;將析出的DNA溶解在2mol/L的NaCl溶液中,加入二苯胺試劑后需要水浴加熱才會呈現(xiàn)藍(lán)色,D項正確。14.圖中甲、乙分別表示質(zhì)粒和含目的基因的DNA片段。幾種可供選擇使用的限制酶的識別序列及其切割位點(diǎn)為EcoRⅠ:;BamHⅠ:;BclⅠ:;Sau3AⅠ:。注:tetR表示四環(huán)素抗性基因;ampR表示氨芐青霉素抗性基因?；卮鹣铝袉栴}。(1)限制酶的作用是識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的斷開。題中可供使用的限制酶,切割相應(yīng)DNA片段后能產(chǎn)生黏性末端的有。

(2)經(jīng)限制酶Sau3AⅠ切割后得到的DNA片段可以與上述其余限制酶中的(填限制酶名稱)切割后得到的DNA片段連接,理由是。圖甲質(zhì)粒經(jīng)Sau3AⅠ完全切割后可得到種DNA片段。

(3)圖甲中的tetR和ampR在載體上可作為,用于重組DNA的鑒定和篩選。

答案(1)磷酸二酯鍵EcoRⅠ、BamHⅠ、BclⅠ、Sau3AⅠ(2)BamHⅠ、BclⅠ它們切割后產(chǎn)生的片段具有相同的黏性末端3(3)標(biāo)記基因解析(1)限制酶的作用是識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列,并且使每條鏈中特定