2019-2020学年人教版高中生物选修三练习：专题1第1节DNA重组技术的基本工具

2019-2020学年人教版高中生物选修三练习：专题1第1节DNA重组技术的基本工具

专题一 第一节 一、选择题 1．基因工程技术也称为 DNA 重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是( C ) A．目的基因 限制酶 载体 受体细胞 B．重组 DNA RNA 聚合酶 限制酶 连接酶 C．工具酶 目的基因 载体 受体细胞 D．模板 DNA mRNA 质粒 受体细胞 [解析] 基因工程是把供体生物的基因(目的基因)导入受体(细胞)，并使其成功表达，以 使受体获得新的遗传特性的过程。因此该过程需要有目的的基因、受体细胞及其工具(工具酶 和载体)。 2．切取动物控制合成生长激素的基因，注入鲇鱼受精卵中，与其 DNA 整合后产生生长 激素，从而使鲇鱼比同种正常鱼增大 3—4 倍。此项研究遵循的原理是( B ) A．基因突变 B．基因重组 C．细胞工程 D．染色体变异 [解析] 将动物控制合成生长激素的基因注入鲇鱼受精卵中，通过 DNA 复制、转录、翻 译合成特定的蛋白质，表现出特定的性状，此方法依据的原理是基因重组。 3．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( C ) 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 [解析] 限制酶能够识别双链 DNA 分子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裂，形成黏性末端或平末端；DNA 连接酶是在两个 DNA 片段之间形成磷酸二酯键；解旋酶能使 DNA 分子双螺旋结构解开，氢键断裂；所以① 处是解旋酶作用部位，②处是限制酶作用部位，③处是 DNA 连接酶作用部位。 4．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序列。下图为四 种限制酶 BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及 BglⅡ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 片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序 列是什么( D ) A．BamHⅠ和 EcoRⅠ；末端互补序列为—AATT— B．BamHⅠ和 HindⅢ；末端互补序列为—GATC— C．EcoRⅠ和 HindⅢ；末端互补序列为—AATT— D．BamHⅠ和 BglⅡ；末端互补序列为—GATC— [解析] BamHⅠ和 BglⅡ处理后形成的末端互补，其末端互补序列为“—GATC—”。 5．下列关于 DNA 重组技术基本工具的说法，正确的是( B ) A．DNA 连接酶只能连接双链 DNA 片段互补的黏性末端 B．细菌细胞内含有的限制酶不能对自身的 DNA 进行剪切 C．限制酶切割 DNA 后一定能产生黏性末端 D．质粒是基因工程中唯一的载体 [解析] DNA 连接酶分两类：E·coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶，前者只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端连接起来，而后者既可以连接双链 DNA 片段互补的黏性末端，也可以连 接双链 DNA 片段的平末端。细菌内的限制酶能限制异源 DNA 的侵入并使之失活，即能将外 源 DNA 切断，从而保护自身的遗传特性。限制酶切割 DNA 后，产生的末端有黏性末端和平 末端两种。质粒是常用的载体，除此之外，基因工程中用到的载体还有λ噬菌体的衍生物和动 植物病毒等。 6．现有一长度为 1 000 碱基对(bp)的 DNA 分子，用限制性核酸内切酶 EcoRI 酶切后得到 的 DNA 分子仍是 1 000bp，用 KpnI 单独酶切得到 400bp 和 600bp 两种长度的 DNA 分子，用 EcoRI、KpnI 同时酶切后得到 200bp 和 600bp 两种长度的 DNA 分子。该 DNA 分子的酶切图 谱正确的是( D ) [解析] “现有一长度为 1 000 碱基对(bp)的 DNA 分子，用限制性核酸内切酶 EcoRⅠ酶 切后得到的 DNA 分子仍是 1000bp”说明此 DNA 分子是环状 DNA 分子，只留下 C、D 两项 供选，“EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到 200bp 和 600bp 两种长度的 DNA 分子”确定只能选 D。 7．有关基因工程的叙述，正确的是( D ) A．限制酶只在获取目的基因时才用 B．重组质粒的形成是在细胞内完成的 C．质粒是目前基因工程的唯一载体 D．DNA 连接酶和 DNA 聚合酶都连磷酸二酯键 8．质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是( D ) A．质粒只分布于原核细胞中 B．在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点 C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体 DNA 上才会随后者的复制而 复制 D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组 DNA 的鉴定选择 [解析] 质粒不只分布于原核生物中，在真核生物——酵母菌细胞内也有分布，A 项错误； 并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点而成为合适的运载目的基因的工具，B 项错误； 重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，也可以整合后复制，C 项错误；质粒上的 抗性基因常作为标记基因，D 项正确。 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( B ) 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 [解析] 限制酶和 DNA 连接酶的作用部位都位于①，但两者作用相反；载体具有在宿主 细胞中复制的能力，与目的基因结合后，目的基因也会在宿主细胞中一起复制；基因工程的 目的就是定向改造生物的遗传性状。 10．结合图，判断下列有关基因工程的工具酶功能的叙述，不正确的是( D ) A．切断 a 处的酶为限制性核酸内切酶 B．连接 a 处的酶为 DNA 连接酶 C．切断 b 处的酶为解旋酶 D．切断 b 处的酶为限制性核酸内切酶 [解析] 切断 a 处磷酸二酯键的酶是限制性核酸内切酶，连接 a 处磷酸二酯键的酶为 DNA 连接酶；切断 b 处氢键的酶为解旋酶。 11．(2019·江苏启东中学高二上期末)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—GG ↓ ATCC—；限制酶Ⅱ的识别序 列和切点是—G ↓ ATC—。据图判断下列操作正确的是( A ) A．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 B．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割 C．目的基因和质粒均用限制酶 I 切割 D．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割 [解析] 由图示信息可知，限制酶Ⅰ只能切割—GG ↓ ATCC—，限制酶Ⅱ不仅能切割 — ↓ GATC—，也能切割—GG ↓ ATCC—。据题图可知，旦的基因两端都有限制酶Ⅱ的识别序列 (切点是— ↓ GATC—)，可见只有用限制酶Ⅱ才能将目的基因切割下来。质粒上 Gene Ⅰ和 GeneⅡ表示两种标记基因，分别有限制酶Ⅱ的识别序列和限制酶Ⅰ、Ⅱ的识别序列；如果用 限制酶Ⅱ切割，则 GeneⅠ和 GeneⅡ都被破坏，造成重组质粒无标记基因；用限制酶Ⅰ切割， 则破坏 GeneⅡ，保留 Gene Ⅰ，其产生的黏性末端和切割后目的基因的黏性末端相同，可以连 接形成重组 DNA。A 正确。 12．(2019·江苏泰州一模)将经过扩增的 DNA 和质粒用相同的限制酶进行如图所示的切割， 电泳得到纯净的 B 片段和 D 片段，将两种片段置于适宜的缓冲液中用 DNA 连接酶处理，如 果只考虑两个片段的环状连接，则能形成不同核苷酸序列的环状 DNA 的种类是( A ) A．6 种 B．3 种 C．2 种 D．1 种 [解析] 用同一种限制性内切酶切割运载体与目的基因可形成相同的黏性末端，将切割后 的纯净的 B 片段和 D 片段混合，并加入 DNA 连接酶，若只考虑由两个片段连接形成的环状 DNA 分子，按一个方向连接，其种类有 3 种，即 B 片段自身连接形成环状 DNA 分子、D 片 段自身连接形成环状 DNA 分子、B 片段和 D 片段连接形成环状 DNA 分子，如果反向连接的 话，又有 3 种，因此一共有 6 种。所以 A 选项是正确的。 二、非选择题 13．某一质粒载体如图所示，外源 DNA 插入到 Ampr 或 Tett 中会导致相应的基因失活(Ampr 表示氨苄青霉素抗性基因，Tett 表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用 BamHI 酶切后， 与用 BamHI 酶切获得的目的基因混合，加入 DNA 连接酶进行连接反应，用得到的混合物直 接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分 别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答 下列问题： (1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有__能自我复制、具有标记基因(答 出两点即可)__，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的 和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是__二者均不含有氨苄青霉素抗性基因， 在该培养基上均不生长__；并且__含有质粒载体__和__含有插入了目的基因的重组质粒(或答 含有重组质粒)__的细胞也是不能区分的，其原因是__二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该 培养基上均能生长__。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大 肠杆菌单菌落，还需使用含有__四环素__的固体培养基。 (3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为运载体，其 DNA 复制所需的原料来自__ 受体细胞__。 [解析] (1)作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复 制，并含有特殊的标记基因。(2)未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未 导入质粒载体，而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠杆菌在含有氨苄青霉素 的培养基中不能生长。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有 氨苄青霉素抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分二者。由 题图可知，用 BamHI 切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选 出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载 体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体为病毒， 经改造后作为载体时，其 DNA 复制所需原料来自受体细胞。 14．豇豆具有抵抗多种害虫的根本原因是体内具有胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI 基因)。科 学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不佳，主要原因是 CpTI 蛋白质的积累量不足。经过 在体外对 CpTI 基因进行了修饰后，CpTI 蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达 过程如下图所示：根据以上材料，回答下列问题。 (1)CpTI 基因是该基因工程中的__目的__基因。“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序 列的基本单位是四种脱氧核苷酸，在①过程中，首先要用__限制性核酸内切酶__将 DNA 分子 切开，暴露出黏性末端，再用__DNA 连接酶__连接。 (2)在该基因工程中，供体细胞和受体细胞分别是：__豇豆__、__水稻__。 (3)切割 CpTI 基因应选用__EcoRⅠ__(EcoRⅠ或 SmaⅠ)限制酶，理由是__图中得到的是黏 性末端，而 SmaⅠ切得的是平末端，EcoRⅠ才能切得黏性末端__。用于 CpTI 基因与载体连接 的“分子缝合针”，T4DNA 连接酶和 E·coliDNA 连接酶__是__(是或否)都可以，若在某基因 工程中，限制酶切得的末端与图中不同，则应选择__T4DNA__连接酶，理由是__与图中不同 的末端应该是平末端，E·coli_DNA 连接酶只能在黏性末端之间进行连接，T4DNA 连接酶则可 以连接平末端和黏性末端__。 [解析] 在基因工程中，CpTI 基因是我们所需要的基因，因而是目的基因。在基因工程 中，用限制性核酸内切酶切割 DNA 获得目的基因，再用 DNA 连接酶连接目的基因与载体。 在该项基因工程中，供体细胞是提供目的基因的细胞(豇豆)，受体细胞是接受目的基因的细胞 (水稻)。EcoRⅠ限制酶和 SmaⅠ限制酶切得的末端不同，前者为黏性末端，后者为平末端； T4DNA 连接酶和 E·coliDNA 连接酶能够连接的末端有一定的区别：前者为黏性末端和平末端， 后者仅为黏性末端。 15．治疗糖尿病用的胰岛素，在过去主要是从动物(如猪、牛)体获得的。自 20 世纪 70 年 代基因工程发展起来以后，人们开始采用高新技术生产胰岛素，其操作过程如图所示。 (1)图中的质粒存在于细菌细胞中，从其分子结构看，可确定它是一种__DNA__。 (2)请根据碱基互补配对的原则判断，在连接酶的作用下，甲与乙能否拼接起来，并说明 理由。__能__二者具有相同的黏性末端__。 (3)细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒也由一个变成两个，两个变成四个……质粒这 种增加方式在遗传学上称为__DNA 的复制(DNA 的扩增)__。目的基因通过表达后，能使细菌 产生胰岛素，这是因为基因具有控制__蛋白质__合成的功能。