2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业1　DNA重组技术的基本工具

2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业1　DNA重组技术的基本工具

限时规范训练(一) 1．下图为 DNA 分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作 用部位，则相应的酶依次是( ) A．DNA 连接酶、限制酶、解旋酶 B．限制酶、解旋酶、DNA 连接酶 C．解旋酶、限制酶、DNA 连接酶 D．限制酶、DNA 连接酶、解旋酶 答案 C 解析 解旋酶可催化 DNA 碱基之间氢键(①)的断裂，限制酶可使 DNA 两个核苷酸之间的磷酸二酯键(②)断开，而 DNA 连接酶则催化 两个 DNA 片段之间磷酸二酯键(③)的形成。 2．下列关于限制酶和 DNA 连接酶的叙述，正确的是( ) A．化学本质都是蛋白质 B．DNA 连接酶可以恢复 DNA 分子中的氢键 C．它们不能被反复使用 D．在基因工程操作中可以用 DNA 聚合酶代替 DNA 连接酶 答案 A 解析 限制酶与 DNA 连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA 连接酶 连接的是两个DNA片段间的磷酸二酯键，DNA聚合酶连接的是DNA 片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，因此在基因工程中不可 以用 DNA 聚合酶代替 DNA 连接酶；酶在化学反应前后其数量、性 质、功能均不发生改变，因此可以反复利用。 3．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．能够在宿主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．能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选 答案 A 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 在宿主细胞内稳定地保存下来并大量复制，以便通过复制提供大量的 目的基因；载体具有某些标记基因，是为了通过标记基因来判断目的 基因是否导入受体细胞，从而进行受体细胞的筛选；载体具有多个限 制酶切割位点，则是为了便于与外源基因连接。 4．玉米的 PEPC 酶固定 CO2 的能力较水稻的强 60 倍。我国科学家 正致力于将玉米的 PEPC 基因导入水稻中，以提高水稻产量。下列 有关该应用技术的叙述，错误的是( ) A．该技术是在 DNA 分子水平上进行设计和施工的 B．该技术的操作环境是生物体内 C．该技术的原理是基因重组 D．该技术的优点是定向产生人类需要的生物类型 答案 B 解析 由题意可知，该技术为基因工程，是在生物体外进行的操作。 5．基因工程在操作过程中需要限制酶、DNA 连接酶、载体三种工具。 以下有关基本工具的叙述，正确的是( ) A．所有限制酶的识别序列均由 6 个核苷酸组成 B．所有 DNA 连接酶均能连接黏性末端和平末端 C．真正被用作载体的质粒都是天然质粒 D．原核生物内的限制酶可切割入侵的 DNA 分子而保护自身 答案 D 解析 大多数限制酶的识别序列由 6 个核苷酸组成，也有少数限制酶 的识别序列由 4、5 或 8 个核苷酸组成；DNA 连接酶包括 E·coli DNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶，前者只能将双链 DNA 片段互补的黏性末 端连接起来；在基因工程操作中真正被用作载体的质粒都是在天然质 粒的基础上进行过人工改造的。 6．下列关于细菌质粒的叙述，正确的是( ) A．所有的质粒都可以作为基因工程中的载体 B．质粒是独立于细菌拟核 DNA 之外的双链 DNA 分子，不与蛋白质 结合 C．质粒对侵入的宿主细胞都是无害的 D．细菌质粒的复制过程都是在宿主细胞内独立进行的 答案 B 解析 天然质粒不能直接作为载体，在基因工程操作中真正被用作载 体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。质粒上可能 含有毒素基因等，对宿主细胞产生破坏作用。细菌质粒是独立于细菌 拟核之外的裸露的双链 DNA 分子，质粒侵入宿主细胞后有的可以独 立地进行自我复制，有的则整合到宿主细胞染色体 DNA 上，随着宿 主细胞染色体 DNA 的复制而同步复制。 7．下列关于四种黏性末端的叙述，正确的是( ) A．①与③是由相同限制酶切割产生的 B．DNA 连接酶可催化①与③的拼接 C．经酶切形成④需要脱去 2 个水分子 D．DNA 连接酶修复磷酸二酯键和氢键 答案 B 解析 不同限制酶切割生成的黏性末端也可能相同，因此①与③不一 定是由相同限制酶切割产生的；由于①与③的黏性末端碱基可以互补 配对，所以 DNA 连接酶可催化①与③的拼接；形成④需要断裂两个 磷酸二酯键，因此需要消耗 2 分子水；DNA 连接酶能修复磷酸二酯 键，但不能修复氢键。 8．下列是基因工程的有关问题，请回答： (1)限制性核酸内切酶可以识别双链 DNA 分子中的特定核苷酸序列， 并可以使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的__________(填化学 键 名 称 ) 断 裂 ， 形 成 的 末 端 总 体 可 分 为 两 种 类 型 ， 分 别 是 ________________。 (2)目的基因和载体重组时需要使用的工具酶是________，与限制性 核酸内切酶相比，它对所重组的 DNA 两端碱基序列________(填 “有”或“无”)专一性要求。 (3)如图表示的是构建表达载体时的某种质粒与目的基因。已知限制 酶Ⅰ的识别序列和切割位点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序 列和切割位点是—↓GATC—。 分析可知，最好选择限制酶________切割质粒，限制酶________切割 目 的 基 因 所 在 的 DNA ， 这 样 做 的 好 处 分 别 是 _____________________、____________________________________。 答案 (1)磷酸二酯键 黏性末端和平末端 (2)DNA 连接酶 无 (3)Ⅰ Ⅱ 限制酶Ⅰ切割质粒不会把两个标记基因都破坏掉 目的 基因两端均有限制酶Ⅱ的识别序列 解析 (1)限制性核酸内切酶作用的化学键是磷酸二酯键。限制性核 酸内切酶切割 DNA 分子后形成平末端或黏性末端。(2)目的基因与载 体连接需要 DNA 连接酶催化。(3)限制酶Ⅰ的识别序列和切割位点是 —G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点是—↓GATC—。 GeneⅠ含有限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点，而 GeneⅡ既含有限制 酶Ⅰ又含有限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点，故用限制酶Ⅰ切割质粒 只会破坏一个标记基因。目的基因两端均含有限制酶Ⅱ的识别序列， 故切割目的基因所在的 DNA 时用限制酶Ⅱ切割。 9．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。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① B．连接基因 a 与载体的 DNA 连接酶的作用部位是图中的② 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为①磷酸二酯键，但两者 作用相反；重组 DNA 分子导入马铃薯植株中，在成熟块茎细胞中发 现 Amy，说明基因 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；题中采用的是基因工程技术，基因工程能 定向改造生物的遗传性状。 10．关于基因工程，下列说法正确的有( ) ①DNA 重组技术所用的工具酶是限制酶、DNA 连接酶和载体 ②基因工程是在 DNA 分子水平上进行的设计和施工 ③限制酶的切口一定是 GAATTC 碱基序列 ④只要目的基因进入受体细胞就能成功实现表达 ⑤所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 ⑥基因工程可以将一种生物的优良性状转移到另一种生物体上 ⑦质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的载体 A．2 项 B．3 项 C．4 项 D．5 项 答案 A 解析 DNA 重组技术所用的工具酶是限制酶、DNA 连接酶，载体不 属于工具酶，①错误；基因工程又称 DNA 重组技术，是在 DNA 分 子水平上进行的设计和施工，②正确；一种限制酶只能识别某种特定 的核苷酸序列，其具有特异性，所以限制酶的切口不都是 GAATTC 碱基序列，③⑤错误；即使目的基因能进入受体细胞，也不一定可以 成功表达，还要考虑基因的插入位置及基因的选择性表达等因素，所 以需要检测和鉴定，④错误；基因工程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，因 而可以通过基因工程将一种生物的优良性状移植到另一种生物体上， ⑥正确；基因工程常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病 毒等，⑦错误。 11．限制酶是一种核酸切割酶，可识别并切割 DNA 分子上特定的核 苷酸序列。如图依次为四种限制酶 BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及 BglⅡ的切割位点和识别序列。为防止酶切后含目的基因的 DNA 片 段自身连接成环状，下列不能同时切割目的基因的是( ) A．EcoRⅠ和 HindⅢ B．EcoRⅠ和 BglⅡ C．BamHⅠ和 HindⅢ D．BamHⅠ和 BglⅡ 答案 D 解析 由图分析可知，四种限制酶(BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ、Bgl Ⅱ)切割后形成的黏性末端依次是 GATC—、AATT—、AGCT—、 GATC—，由此可知经限制酶 BamHⅠ和 BglⅡ切割后，DNA 露出相 同的黏性末端，含目的基因的 DNA 片段会自身连接成环状，所以不 能用这两种限制酶同时切割含目的基因的 DNA。 12．如图是四种不同质粒的示意图，其中 ori 为复制必需的序列，Ampr 为氨苄青霉素抗性基因，Tetr 为四环素抗性基因，箭头表示一种限制 性核酸内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而 不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组 DNA 的细胞，应选用的质 粒是( ) 答案 C 解析 A 项用限制酶切割后，破坏了复制必需的序列。B 项用限制酶 切割后，氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好，在含四环素 的培养基上和含氨苄青霉素的培养基上都能生长。C 项用限制酶切割 后，氨苄青霉素抗性基因被破坏，四环素抗性基因正常，在含四环素 的培养基上生长而在含氨苄青霉素的培养基上不能生长。D 项用限制 酶切割后，氨苄青霉素抗性基因正常，四环素抗性基因被破坏，在含 氨苄青霉素的培养基上能生长而在含四环素的培养基上不能生长。 13．下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图 1、图 2 中 箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题： (1)一个图 1 所示的质粒分子经 SmaⅠ切割前后，分别含有________、 ________个游离的磷酸基团。 (2)若对图中质粒进行改造，插入的 SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热 稳定性越________。 (3)要用图 1 中的质粒和图 2 中外源 DNA 构建重组质粒，不能使用 SmaⅠ切割，原因是_______________________________________ ___________________________________________________________ _____________。 (4)与只使用 EcoRⅠ相比较，使用 BamHⅠ和 HindⅢ 两 种 限 制 酶 同 时 处 理 质 粒 、 外 源 DNA 的 优 点 在 于 可 以 防 止 ______________________________________。 (5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加 入________酶。 答案 (1)0 2 (2)高 (3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因(标记基因)和外源 DNA 中的目的基 因 (4)质粒和含目的基因的外源 DNA 片段自身环化 (5)DNA 连接 解析 (1)质粒是环状 DNA 分子，所有磷酸基团均参与形成磷酸二酯 键，不含游离的磷酸基团。由图 1 可知质粒上只含有一个 SmaⅠ的 切割位点，因此用 SmaⅠ切割后质粒变成线性 DNA 分子，含 2 个游 离的磷酸基团。(2)由题干可知，SmaⅠ识别的 DNA 序列只含 G 和 C， G 和 C 之间形成 3 个氢键，A 与 T 之间形成 2 个氢键，所以插入的 SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越高。(3)质粒 DNA 分子上的 抗生素抗性基因为标记基因，标记基因和外源 DNA 目的基因中均含 有 SmaⅠ酶切位点，都可以被 SmaⅠ破坏。(4)只使用 EcoRⅠ处理质 粒和外源 DNA，则质粒和目的基因两端的黏性末端相同，会导致质 粒和含目的基因的外源 DNA 片段自身环化。(5)质粒和目的基因的连 接需要 DNA 连接酶的催化。 14．为制备目的基因 Y(图 1)与质粒 X(图 2)的重组 DNA，将质粒 X 与含 Y 的 DNA 片段加入含有限制性核酸内切酶 BglⅡ与 BamHⅠ的 反应混合物中，酶切后的片段再加入含有 DNA 连接酶的反应体系中。 其中，质粒 X 含有 leu2 基因，可用于合成亮氨酸，目的基因 Y 含有 卡那霉素抗性基因 KanR。请回答下列问题： (1)根据图 3 分别写出 BglⅡ与 BamHⅠ酶切后形成的末端序列： ________________、________________。 (2)BglⅡ酶切后的质粒 X 与 BamHⅠ酶切后的目的基因 Y 能够连接 的原因是______________________________________________。 (3)使用 BglⅡ处理重组质粒，可以得到______________________。 (4)将连接后的产物转入一种 Z 细菌，Z 细菌对卡那霉素敏感，且不 能在缺乏亮氨酸的培养基中培养。若要筛选含有重组质粒的 Z 细菌， 应选择______________________的培养基培养。 (2)酶切后产生相同的黏性末端，并遵循碱基互补配对原则 (3)长度为 3 300 bp 的环状 DNA (4)含卡那霉素但不含亮氨酸 解析 (1)限制酶 BglⅡ与 BamHⅠ切割形成的序列依次为： 或 、 或 。 (2)BglⅡ酶切后的质粒 X 与 BamHⅠ酶切后的目的基因 Y 具有相同 的黏性末端，根据碱基互补配对原则，它们能够连接形成重组 DNA。 (3)BglⅡ酶切后的质粒与 BamHⅠ酶切后的目的基因形成的重组 DNA 分子上没有 BglⅡ的识别序列，因此使用 BglⅡ处理重组质粒， 可以得到长度为 3 300 bp 的环状 DNA。(4)由于 Z 细菌对卡那霉素敏 感，且不能在缺乏亮氨酸的培养基中培养，质粒 X 含有 leu2 基因， 可用于合成亮氨酸，目的基因 Y 含有卡那霉素抗性基因 KanR，因此 要筛选含有重组质粒的 Z 细菌，应选择含卡那霉素但不含亮氨酸的 培养基培养。 15．目前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， 其主要结构如下图所示。 (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 EcoRⅠ限制酶作用位点，EcoRⅠ只能识别 序列—GAATTC—，并只能在 G 和 A 之间切割。若在某目的基因的 两侧各有 1 个 EcoRⅠ的切割位点，请画出目的基因两侧被限制酶 EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端：____________________________。 (3)pBR322 分子中另有单个的 BamHⅠ限制酶作用位点，现将经 BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶 BglⅡ处理得到的目的基 因，通过 DNA 连接酶作用恢复________，成功获得了重组质粒，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 2 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 3 的结果(空圈表示与图 2 对照无菌 落 的 位 置 ) 。 与 图 3 空 圈 相 对 应 的 图 2 中 的 菌 落 表 现 型 是 ______________________________，图 3 结果显示，多数大肠杆菌导 入的是________。 答案 (1)筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞 (2)如下图所示： 目的基因 —G AATTC—……—G AATTC— —CTTAA G—……—CTTAA G— (3)磷酸二酯键 两种限制酶(BamHⅠ和 BglⅡ)切割得到相同的黏性 末端并遵循碱基互补配对原则 (4)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素 pBR322 质粒 解析 (1)质粒作为基因表达载体的条件之一是要有抗性基因，以便 于筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞。(2)同一种限制酶切割 DNA 分子产生的黏性末端或平末端相同，根据题意可知，该目的基 因两侧被限制酶 EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端为： 目的基因 —G AATTC—……—G AATTC— —CTTAA G—……—CTTAA G— (3)DNA 连接酶催化两个 DNA 片段间磷酸二酯键的形成；而通过 DNA 连接酶的作用能将两个 DNA 分子片段连接，说明经两种限制 酶(BamHⅠ和 BglⅡ)切割得到的 DNA 片段具有相同的黏性末端，并 遵循碱基互补配对原则。(4)由题意知，由于与图 3 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 3 空圈相对应的图 2 中的菌落能抗氨苄青霉 素，但不能抗四环素。由图 2、图 3 结果可知，多数大肠杆菌都能抗 氨苄青霉素和四环素，而经限制酶 BamHⅠ作用后，标记基因 Tetr 被破坏，故导入目的基因的大肠杆菌不能抗四环素，即多数大肠杆菌 导入的是 pBR322 质粒。