1、第第 3 3 章章 基基 因因 工工 程程 第第 1 1 节节 重组重组 DNADNA 技术的基本工具技术的基本工具 必备知识素养奠基 一、基因工程的诞生和发展 判一判判一判: :基于基因工程相关基础理论的突破和技术的创新,判断下列说 法的正误。 1.1953 年,沃森和克里克建立了 DNA 分子双螺旋结构模型,并用实验证 明了 DNA 分子的半保留复制。 () 提示:DNA 分子半保留复制是梅塞尔森和斯塔尔用实验证明的。 2.1970 年,在细菌体内发现了第一个限制酶,后来又发现了多种限制 酶、DNA 连接酶等。 () 3.1972 年,伯格首先在体外进行 DNA 改造,并构建了第一个体外重
2、组 DNA 分子。 () 4.1983 年,科学家采用花粉管通道法培育了世界上第一例转基因烟草。 () 提示:第一例转基因烟草是用农杆菌转化法培育的。 5.1984 年,我国科学家朱作言领导的团队培育了世界上第一条转基因 鱼。 () 6.基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发 展起来的。 () 二、限制性内切核酸酶“分子手术刀” 1.1.来来源源: :主要来自原核生物原核生物。 2.2.特点特点: :具有专一专一性。 (1)识别 DNA 分子的特定核苷酸序列特定核苷酸序列。 (2)切割特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯磷酸二酯键。 3.3.结果结果: : 限制酶来源于原核生
3、物,为什么限制酶不剪切细菌本身的 DNA? 提示:细菌 DNA 缺乏特定的核苷酸序列,限制酶无法识别这些 DNA,故不 能剪切。 三、DNA 连接酶“分子缝合针” 1.1.作用作用: :将双链双链 DNADNA 片段片段“缝合”起来,恢复被限制酶限制酶切开的两个核苷 酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键。 2.2.种类种类: : 种 类 来 源 特 点 E.coliE.coli 大肠杆菌大肠杆菌 只能“缝合”具有互补黏性末端互补黏性末端的双 DNA 连接酶 链 DNA 片段 T4DNA 连接酶 T4 噬菌体 既可以“缝合”双链 DNA 片段互补的 黏性末端黏性末端,又可以“缝合”双链 DNA 片段的平
4、末端平末端 四、基因进入受体细胞的载体“分子运输车” 1.1.种类种类: :质粒、噬菌体噬菌体、动植物病毒等。 2.2.常用载体常用载体质粒质粒 (1)本质:质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原 核细胞拟核拟核 DNADNA 之外,并具有自我复制能力的环状双链环状双链 DNADNA 分子。 (2)作为载体的三个条件。 质粒 DNA 分子上有一个或多个限制酶切割限制酶切割位点。 能在细胞内自我复制,或整合到受体受体 DNADNA 上,随受体 DNA 同步复制。 含有特殊的标记标记基因。 五、DNA 的粗提取与鉴定 1.1.实验原理实验原理: : (1)DNA、RNA、蛋白质和脂质
5、等在物理和化学性质物理和化学性质方面有差异,选用适 当的物理或化学方法对它们进行提取。 DNA 不溶于酒精,某些蛋白质溶于酒精酒精,分离 DNA 和蛋白质。 DNA 能溶于 2 2mol/L 的 NaCl 溶液。 (2)DNA 遇二苯胺二苯胺试剂会呈现蓝色。 2.2.方法步骤方法步骤: : (1)研磨:取 30g 洋葱切碎,倒入 10 mL 研磨液研磨液研磨。 (2)除杂:漏斗中垫上纱布过滤后,在 4 冰箱静置后取上清液上清液,1 500 r/min 的转速下离心后取上清液上清液。 (3)提取:加入体积相等、体积分数 95%酒精,溶液出现白色的丝状物是 DNADNA。 方法一:用玻璃杯按一个一
6、个(填“一个”或“两个”)方向搅拌,卷起丝状 物,用滤纸吸去上面的水分。 方法二:10 000 r/min 的转速下离心 5 min,取沉淀物沉淀物晾干。 (4)鉴定: 项目 A B 2 mol/L 的 NaCl 溶液 5 mL 丝状物或沉淀物 不加 加入 二苯胺二苯胺试剂 4 mL 沸水中沸水中加热 5 min 现象 无色 蓝色蓝色 DNA 的鉴定和还原糖的鉴定都需要加热,它们有什么不同? 提示:还原糖加斐林试剂后,置于 5565 热水中加热;而 DNA 加二苯 胺试剂后,置于沸水中加热。 关键能力素养形成 知识点一 基因工程中的工具酶 1.1.限制酶限制酶: : (1)限制酶的作用。 限制
7、酶具有特殊的识别和切割功能,在基因工程中,一方面被用于切割 含目的基因的 DNA 分子,以获取目的基因;另一方面用于切割载体。 (2)识别序列的特点:呈现碱基互补对称,无论是奇数个碱基,还是偶数 个碱基,都可以找到一条中心轴线,中轴线两侧的双链 DNA 上的碱基是 反向对称重复排列的。如以中心线为轴,两侧碱基互 补对称; 以为轴,两侧碱基互补对称。 (3)限制酶切割方式: 上下交错切割:限制酶在 DNA 双链的不同位置切割 DNA(即在识别序 列的中轴线两侧切割),产生的DNA片段的末端两条链一长一短,不是平 齐的,即黏性末端, 如图: 上下对称切割:限制酶在 DNA 双链的相同位置切割 DN
8、A(即沿着识别 序列的中轴线切割),这样产生的末端两条链平齐,即平末端,如图: 2.DNA2.DNA 连接酶连接酶: : (1)作用: 将具有相同或互补黏性末端以及具有平末端的 DNA 片段“缝合”成新 的 DNA 分子。 (2)连接方式: DNA 连接酶可把黏性末端和平末端之间的缝隙“缝合”起来,相当于把 梯子两边的扶手的断口连接起来,形成两个磷酸二酯键。DNA 连接酶与 碱基之间的氢键形成无关。 3.3.与与 DNADNA 相关的五种酶的比较相关的五种酶的比较: : 名称 作用部位 作用结果 限制酶 磷酸二酯键 将 DNA 切成两个片段 DNA 连接酶 磷酸二酯键 将两个 DNA 片段连接
9、为一个 DNA 分子 DNA 磷酸二酯键 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端 聚合酶 DNA (水 解)酶 磷酸二酯键 将 DNA 片段水解为单个脱氧核苷酸 解旋酶 碱基对之 间的氢键 将双链 DNA 分子局部解旋为单链,形成 两条长链 【特别提醒】限制酶和 DNA 连接酶 (1)同一种限制酶一定能切出相同的黏性末端,相同的黏性末端不一定 来自同一种限制酶的切割,但同样能相互连接。 (2)限制酶和DNA连接酶作用部位相同,但作用正好相反,都作用于特定 部位的磷酸二酯键,前者是“切割”,后者是“缝合”。 (3)DNA 连接酶种类少:DNA 连接酶无识别的特异性,对于相同或互补的 黏性末端以及平末
10、端都能连接。所以,限制酶种类多,DNA 连接酶种类 少。 如表所示为 4 种限制酶的识别序列及其切割位点,请回答下列问题: (1)从表中 4 种酶的切割位点看,可以切出平末端的酶是 _。 (2)限制酶切割的 DNA 片段的缝合依靠的是_酶,它的作 用是形成磷酸二酯键;两条链间的碱基对通过_连接起 来。 (3)图 1 中的质粒分子可被表中限制酶_切割。 (4)在相关酶的作用下,图 1 中的甲与图 2 中的乙_(填“能”或 “不能”)拼接起来。请说明理 由:_。 【解题导引】解答本题思维流程如下: 【解析】(1)由表中 4 种限制酶的切割位点可知,Sma可切出平末端。 (2)限制酶切割的 DNA
11、片段缝合时用 DNA 连接酶进行连接,形成磷酸二 酯键;两条链之间的碱基依据碱基互补配对原则形成氢键。(3)根据质 粒的碱基序列可知,质粒分子可被限制酶EcoR切割,切割后形成链状 DNA。(4)由图可知,甲和乙的黏性末端相同,在 DNA 连接酶的作用下可 以拼接起来。 答案:(1)Sma (2)DNA 连接 氢键 (3)EcoR (4)能 二者具有相同的黏性末端 【素养探究母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维模型与建模模型与建模 如图是某同学画出的限制酶BamH和Hind切割产生的黏性末端,判 断他的写法是否正确?如果不正确,请改正。 提示:限制酶BamH切割产生的黏性末端不正确,限制酶
12、Hind切割产 生的黏性末端正确。 限制酶BamH产生的黏性末端为 (2)(2)科学思维科学思维批判性思维批判性思维 某同学认为同一限制酶切割产生相同的黏性末端,DNA 连接酶可以连接 相同的黏性末端,因此基因工程必须使用同一种限制酶处理后的黏性 末端才能用 DNA 连接酶连接,这个同学的说法正确吗?说明你的理由。 提示:不对。不同的限制酶也可能产生相同的黏性末端,因此基因工程 中也可使用不同的限制酶处理获得相同的黏性末端。 【素养迁移】 下列所示的末端至少是由几种限制酶作用产生的 ( ) AATTC- AATTG- CTA- -TAG G- C- GAT- -ATC A.1 种 B.2 种
13、C.3 种 D.4 种 【解析】选 C。图中为相同的平末端,可能由同一种限制酶切割所 得,所以图示四种末端至少是由 3 种限制酶作用产生的。 【补偿训练】 在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是 ( ) A.限制酶和 DNA 连接酶 B.限制酶和水解酶 C.限制酶和载体 D.DNA 连接酶和载体 【解析】选 A。基因工程中的操作工具有 3 种,即“分子手术刀”“分 子缝合针”“分子运输车”。限制酶的作用是通过识别和切割从 DNA 分子上获取目的基因,而 DNA 连接酶是将目的基因连接到载体上,载体 起运输工具的作用,携带着目的基因进入受体细胞。显然,对基因起修 饰改造作用的是限制酶和 DNA
14、 连接酶。 知识点二 基因工程中常用的载体 1.1.特点特点: :质粒是一种裸露的、结构简单、具有自我复制能力的双链环状 DNA 分子。 2.2.本质本质: :质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的小型 DNA 分子,不是细胞器。 3.3.质粒作为载质粒作为载体所具备的体所具备的条件条件: : 条 件 分 析 稳定并能复制 目的基因稳定存在且数量可扩大 有一个至多个 限制酶切割位点 可携带多个 或多种外源基因 具有特殊的标记基因 便于重组 DNA 的鉴定和选择 无毒害作用 避免受体细胞受到损伤 4.4.标记基因的筛选原理标记基因的筛选原理: : 载体上的标记基因一般是某种抗生素的
15、抗性基因,而未导入该基因的 受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。 将含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞,抗性基因在受体细胞 内表达,受体细胞对该抗生素产生抗性。在含有该抗生素的培养基上, 能够生存的是被导入了基因表达载体的受体细胞。如图所示: 【特别提醒】 细胞膜上的载体与基因工程中的载体的两个“不同” (1)化学本质不同: 细胞膜上的载体化学成分是蛋白质。 基因工程中的载体可能是物质,如质粒(DNA),也可能是生物,如噬菌 体、动植物病毒等。 (2)功能不同: 细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞。 基因工程中的载体是一种 “分子运输车” ,把目的基因导入受体细胞。 某细菌质粒如图
16、所示,通过标记基因可以推知外源基因插入的位置, 图示中的 a、b、c 是外源基因插入位置,请根据表中提供的细菌生长情 况,推测三种重组后细菌的外源基因插入点,正确的一组是 ( ) 细菌在含氨苄青霉素的培养基上的 生长状况 细菌在含四环素的培养基 上的生长状况 能生长 能生长 能生长 不能生长 不能生长 能生长 A.是 c;是 b;是 a B.是 a 和 b;是 a;是 b C.是 a 和 b;是 b;是 a D.是 c;是 a;是 b 【解题导引】解答本题注意两个方面: (1)理解抗性基因: 抗四环素基因:使细菌能在含四环素的培养基上生长。 抗氨苄青霉素基因:使细菌能在含氨苄青霉素的培养基上生
17、长。 (2)质粒上标记基因的作用:用于重组 DNA 分子的筛选。 【解析】选 A。细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长,说 明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏,所以插入点是 c; 细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,说明其抗氨苄青霉素基因正常而抗四环素基因被破坏,故插入 点为 b;细菌不能在含氨苄青霉素的培养基上生长,能在含四环素的 培养基上生长,说明其抗氨苄青霉素基因被插入而破坏,故插入点为 a。 【素养探究母题追问】 (1)(1)科学思维科学思维演绎与推理演绎与推理 将外源基因插入质粒中需要借助哪些工具酶? 提示:限制酶和 DNA 连接酶。
18、(2(2) )科学探究科学探究结果的讨论与交流结果的讨论与交流 天然的质粒可以直接用作基因工程载体吗?为什么? 提示:不能,自然存在的质粒DNA分子并不完全具备作为载体条件,都要 进行人工改造后才能用作基因工程载体。 【素养迁移】 限制酶Mun和限制酶EcoR 的识别序列及切割位点分别是 和。如图表示四种 质粒和目的基因,其中,质粒上箭头所指部位为酶的识别位点,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 ( ) 【解题关键】作为载体的质粒必须与目的基因具有相同的限制酶切点, 并且该切点不能破坏质粒的标记基因。 【解析】选 A。用限制酶Mun切割 A 质粒后,不会破坏标记基因,而且
19、 还能产生与目的基因两侧黏性末端相同的末端,适于作为目的基因的 载体。B 项中质粒没有标记基因,不适于作为目的基因的载体。C、D 质 粒含有标记基因,但用限制酶切割后会被破坏,因此不适于作为目的基 因的载体。 课堂检测素养达标 【概念诊断】 1.“工欲善其事,必先利其器”基因工程对体外 DNA 分子“切割”“拼 接”并导入受体细胞中至少需要三种工具,下列有关基因工程中的三种 工具的描述合理的是_。 DNA 重组技术的原理是基因突变 限制酶和解旋酶的作用部位相同 作为载体,必须要有标记基因等结构 T4DNA 连接酶既能连接黏性末端,又能连接平末端 DNA 连接酶能连接所有相同或互补的黏性末端,故
20、该酶没有专一性 【解析】选。DNA 重组技术的原理是基因重组,错误;限制酶作用 于磷酸二酯键,解旋酶作用于氢键,错误;作为载体,必须能进行自我 复制、具有标记基因、有一个或多个限制酶切割位点等,正确;T4DNA 连接酶既能连接黏性末端,又能连接平末端,正确;任何酶都具有专 一性。酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类化学反应,黏性末端 相连接属于一类合成反应,错误。 2.下列关于基因工程工具酶的说法,正确的是 ( ) A.E.coli DNA 连接酶既能够连接平末端,也可以连接黏性末端 B.每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列,并在特定位点进行切割,体 现了酶的专一性 C.DNA 连接酶连接的是
21、碱基间的氢键 D.限制酶、DNA 连接酶和质粒是基因工程常用的工具酶 【解析】 选 B。E.coli DNA 连接酶只能连接黏性末端,不能连接平末端,A 项错误;每种限制酶只能识别特定的核苷酸序列,并在特定的位点上切 割 DNA 分子,体现了酶的专一性,B 项正确;DNA 连接酶连接的是两个脱 氧核苷酸之间的磷酸二酯键,C 项错误;限制酶和 DNA 连接酶是基因工 程常用的工具酶,但质粒是载体,不是工具酶,D 项错误。 3.如图表示限制酶切割某 DNA 的过程,从图中可知,该限制酶能识别的 碱基序列及切点是 ( ) A.CTTAAG,切点在 C 和 T 之间 B.CTTAAG,切点在 G 和
22、A 之间 C.GAATTC,切点在 G 和 A 之间 D.CTTAAC,切点在 C 和 T 之间 【解析】选 C。据图分析可知,识别的序列为 GAATTC,切割的位点在 GA 之间。 4.如图为DNA分子的某一片段,其中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.限制酶、DNA 连接酶、解旋酶 D.解旋酶、限制酶、DNA 连接酶 【解析】选 D。是氢键,是解旋酶的作用位点;是磷酸二酯键,限制 酶可将其断裂;是 DNA 连接酶,可将 DNA 片段之间的磷酸二酯键连接 起来。 5.作为目的基因的运输工具质粒,必须
23、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】选 A。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,以便通过复制提供大量 目的基因。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,从而进行筛选受体细胞。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。 【思维跃迁】 6.(2016 全国
24、卷)某一质粒载体如图所示,外源 DNA 插入Amp r或 Tet r 中会导致相应的基因失活(Amp r表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四 环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH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 _ _(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
25、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 _ _; 并且_和 _的细胞也是不能区分的,其原因是 _。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_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载体,其DNA复制所需的 原料来自_。 【解题关键】解答本题的关键有两点: (1)理解基因工程中载体的特点。 (2)熟悉导入重组质粒的微生物的筛选方法。 【解析】本题考查基因工程的相关知识。 (1)质粒被选用为基因工程的载体是因为:具有一个或多个限制酶
26、切割 位点;具有自我复制能力;带有标记基因;对受体细胞无害。 (2)未转化的和仅含环状目的基因的细胞都不能在含有氨苄青霉素的 培养基上生长,故这两种不可区分。含有质粒载体和含有插入了目的基 因的重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上都能生长,这两种 也不可区分。因目的基因插入位点在四环素抗性基因上,四环素抗性基 因被破坏,在获得的单个菌落中各挑取少许分别接种到含有四环素的 培养基上,不能生长的为要筛选的菌落,即含有插入了目的基因的重组 质粒的大肠杆菌。 (3)噬菌体营寄生生活,能利用宿主细胞内的原料和场所进行自身 DNA 的复制和蛋白质的合成。 答案:(1)能自我复制、具有标记基因 (2)二
27、者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有 质粒载体 含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者 均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长 四环素 (3)受 体细胞 【拓展探究】 7.如图表示两种限制酶识别 DNA 分子的特定序列,并在特定位点对 DNA 分子进行切割的示意图,请回答以下问题: (1)关于限制酶的描述,错误的是 ( ) A.EcoR识别的序列为 GAATTC,在 GA 之间切割 B.Hpa识别的序列为 GTTAAC,在 AT 之间切割 C.EcoR切割后产生的为黏性末端,可用 T4DNA 连接酶连接 D.Hpa切割后产生的为平末端,可用E.coli
28、 DNA 连接酶连接 (2)由图解可以看出,限制酶的作用特点是_ _。 (3)如果甲中 G 碱基发生基因突变,EcoR还可以识别该片段吗?为什 么? 【解析】 (1)EcoR识别的序列为 GAATTC,切点在 G、A 之间,A 正 确;Hpa识别的序列为 GTTAAC,切点在 A、T 之间,B 正确;EcoR切口 在识别序列中轴线两侧,形成黏性末端,T4DNA 连接酶既能连接黏性末 端也可连接平末端,C 正确;Hpa切口在识别序列中轴线处,形成平末 端,E.coli DNA 连接酶只能连接黏性末端不能连接平末端,D 错误。 (2)(3)限制酶能识别 DNA 分子的特定核苷酸序列,并从特定位点切
29、割 DNA 分子。当特定核苷酸序列变化后,就不能被相应限制酶识别。 答案:(1)D (2)能识别双链 DNA 分子的特定脱氧核苷酸序列,并从特定的位点将 DNA 分子切开(或特异性) (3)不能。因为限制酶具有特异性,每种限制酶只能识别特定的核苷酸 序列,并在特定位点切割。 十二十二 重组重组 DNADNA 技术的基本工具技术的基本工具 (20(20 分钟分钟7070 分分) ) 一、选择题(共 7 小题,每小题 5 分,共 35 分) 1.下列说法中不正确的有 ( ) 限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的 DNA 连接酶都是从原核生物中分离得到的 所有限制酶识别的核苷酸序列均由 6 个核苷
30、酸组成 有的质粒是单链 DNA A. B. C. D. 【解析】选 C。限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,也有少数 来自真核生物酵母菌,正确;T4 DNA 连接酶来源于 T4 噬菌体(一 种病毒),错误;EcoR、Sma限制酶识别的序列均为 6 个核苷酸,也 有少数限制酶的识别序列由 4、5 或 8 个核苷酸组成,错误;所有的质 粒都是双链的环状 DNA 分子,错误。 2.如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤,这一步骤需用到的 工具酶是 ( ) A.DNA 连接酶和解旋酶 B.DNA 聚合酶和限制性内切核酸酶 C.限制性内切核酸酶和 DNA 连接酶 D.DNA 聚合酶和 RNA 聚合
31、酶 【解析】选 C。目的基因和载体结合需“分子手术刀”限制性内切 核酸酶和“分子缝合针”DNA 连接酶。此过程不涉及 DNA 复制,不 需要 DNA 聚合酶和解旋酶。 3.据图分析下列有关基因工程的工具酶功能的叙述,不正确的是 ( ) A.切断 a 处的酶为限制性内切核酸酶 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 处的酶为限制性内切核酸酶 【解析】选 D。a 为磷酸二酯键,可被限制性内切核酸酶切断,A 正确;a 为磷酸二酯键,可被 DNA 连接酶连接起来,B 正确;b 为氢键,可被解旋酶 切断,C 正确;b 为氢键,而限制性内切核酸酶切断的是磷酸二酯
32、键,D 错 误。 4.如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制 酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶、解旋酶作用的正确顺序是 ( ) A. B. C. D. 【解析】选 C。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,因此符合;DNA 聚合酶用于 DNA 分子的复制,能 在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来,因此符合;DNA 连接酶能在 具有相同或互补碱基末端的两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,因此 符合;解旋酶能够将 DNA 分子的双螺旋解开,因此符合。 5.下列有关如图所示的黏性
33、末端的说法,错误的是 ( ) A.甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的 B.甲、乙具有相同的黏性末端,可形成重组 DNA 分子,但甲、丙之间不 能 C.DNA 连接酶的作用位点是 b 处 D.切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组 DNA 分 子片段 【解析】选 C。据图可知,切割形成甲、乙、丙黏性末端的限制酶识别 序列与切割位点分别是GAATTC(在 G 与 A 之间切割)、CAATTG (在 C 与 A 之间切割)、CTTAAG(在 C 与 T 之间切割),即甲、乙、 丙是由不同的限制酶切割产生的,A 正确。甲、乙的黏性末端互补,所以 甲、乙可以形成重组 DNA
34、分子;甲、丙的黏性末端不互补,所以甲、丙 无法形成重组 DNA 分子,B 正确。DNA 连接酶可以恢复被限制酶切开的 两个核苷酸之间的磷酸二酯键,而 b 处是氢键,C 错误。甲、乙黏性末端 形成的重组DNA分子片段为-CAATTC-GTTAAG,其中没有切割产生甲的限 制酶的识别序列及酶切位点,所以切割产生甲的限制酶不能识别由甲、 乙黏性末端形成的重组 DNA 分子片段,D 正确。 6.下列关于E.coli DNA 连接酶的叙述正确的是 ( ) 催化具有相同黏性末端的 DNA 片段之间的连接 催化具有互补黏性末端的 DNA 片段之间的连接 催化具有平末端的 DNA 片段之间的连接 催化单个脱氧
35、核苷酸之间磷酸二酯键的形成 A. B. C. D. 【解析】选 A。E.coli DNA 连接酶来源于大肠杆菌,可用于连接相同或 互补的黏性末端,不能连接平末端。DNA 连接酶不能连接单个的脱氧核 苷酸,在 DNA 复制时,DNA 聚合酶将一个一个的脱氧核苷酸聚合在一起。 7.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。已知限制酶的识别序列和切点是G GATCC,限制酶的 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切割 B.目的基因和质粒均用限制酶切割 C.质粒用限制酶切割,目的基因用限制酶切割 D.质粒用限制酶切割,
36、目的基因用限制酶切割 【解析】选 D。解此题要明确目的基因要从 DNA 片段上切下,质粒只要 切开。限制酶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;限制酶的识别序列和切点是GGATCC,只 能把它们切开,单独使用时不能切断,所以目的基因用限制酶切割, 质粒用限制酶切割;因为用限制酶切割质粒时破坏了 Gene,所以 只能用 Gene作为标记基因。 二、非选择题(共 2 小题,共 35 分) 8.(17 分)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
37、)切割后产生的 片段如下: AATTCG GCTTAA 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,原因是 _。 (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
38、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 末端相同或者互补。(4)基因工程使用的 DNA 连接酶,按来源可分为 E.coliDNA 连接酶和 T4 DNA 连接酶,其中只能连接黏性末端的是 E.coliDNA 连接酶。(5)基因工程的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。 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或互补 (4)T4 E.coli (5)噬菌体 动植物病毒 9.(1
39、8 分)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_,_(写 出两条即可)。 (2)若质粒 DNA 分子的切割末端为 ,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 上被称为 _, 其作用是_。 (4)下列常在基因工程中用作载体的是 ( ) A.苏云金芽孢杆菌抗虫基因 B.土壤农杆菌中的 RNA 分子 C.大肠杆菌的质粒 D.动物细胞的染色体 【解析】(1)据图可知,a 是位于拟核部位的 DNA 分子,跟质粒的化学本 质一样。作为
40、DNA 分子,二者都能自我复制,其上的基因能完成表达,即 具有遗传效应等。 (2)与 具有相同或互补黏性末端的 DNA 片段都可与之 连接,即 或写成 。DNA 连接酶催化连接相同 或互补的黏性末端。 (3)抗性基因常作为标记基因,供重组 DNA 的鉴定和筛选。 (4)大肠杆菌的质粒是基因工程中最常用的载体,载体的本质为 DNA,RNA 分子不能用作载体。抗虫基因属于目的基因,不属于载体。染 色体的主要成分为 DNA 和蛋白质,不能用作载体。 答案:(1)DNA 能够自我复制 具有遗传效应 (2)CGCG DNA 连接酶 (3)标记基因 供重组 DNA 的鉴定和筛选 (4)C (10 分钟30
41、 分) 1.(6 分)如图为农杆菌 Ti 质粒的 T-DNA 区段结构示意图。农杆菌附着 植物细胞后,T-DNA 首先在农杆菌中从右边界到左边界被剪切、复制, 然后进入植物细胞并整合到染色体上,继而诱发细胞异常生长和分裂, 形成植物肿瘤。以下有关叙述不正确的是 ( ) A.Ti 质粒存在于农杆菌的拟核 DNA 之外 B.植物肿瘤的形成与 A、B 两个基因的表达有关 C.清除植物肿瘤组织中的农杆菌后肿瘤不再生长 D.利用 T-DNA 进行转基因时需保留 LB、RB 序列 【解析】选 C。Ti 质粒是环状的 DNA 分子,存在于农杆菌的拟核 DNA 之 外,A 正确;A、B 两个基因导入受体细胞的
42、染色体上,进行表达,继而诱 发细胞异常生长和分裂,形成植物肿瘤,B 正确;农杆菌将自身 Ti 质粒 的 T-DNA 整合到植物染色体上,诱发了植物肿瘤的形成,故清除肿瘤组 织中的农杆菌后,肿瘤仍可继续生长,C 错误;只有 T-DNA 保留 LB、RB 序列,T-DNA 才能在农杆菌中从右边界到左边界被剪切、 复制,然后进入 植物细胞并整合到染色体上,D 正确。 2.(6 分)( (不定项不定项) )图甲、 乙中的箭头表示三种限制性核酸内切酶的酶切 位点,amp r表示氨苄青霉素抗性基因,neo 表示新霉素抗性基因。 下列叙 述不正确的是 ( ) A.图甲中的质粒用BamH切割后,含有 4 个游
43、离的磷酸基团 B.在构建重组质粒时,可用Pst和BamH切割质粒和外源 DNA C.用Pst和Hind 切割,可以保证重组 DNA 序列的唯一性 D.导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长 【解析】选 A、B、D。甲中的质粒只有一个BamH切割位点,切割后形 成一个直链 DNA,含 2 个游离的磷酸基团,A 错误;BamH切割位点在目 的基因上,不能用该酶切割外源 DNA,B 错误;用Pst和Hind切割质 粒切成两个片段,用Pst和Hind 能将外源 DNA 切开,只有含目的基 因的片段通过DNA连接酶与质粒连接形成的重组质粒符合要求,从而保 证重组 DNA 序列的唯一性,C
44、正确;导入目的基因的大肠杆菌,其重组质 粒是用Pst和Hind 切割的,其中的amp r(氨苄青霉素抗性基因)已 被破坏,D 错误。 【实验探究】 3.(18 分)啤酒酵母菌是啤酒生产上常用的典型的发酵酵母菌。除用于 酿造啤酒及其他的饮料酒外,还可发酵面包。菌体维生素、蛋白质含量 高,可食用、药用和作饲料。科学家将大麦细胞的 LTP1 基因植入啤酒 酵母菌中,获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤 酒。基本的操作过程如图: (1)该技术定向改变了啤酒酵母菌的性状,这在可遗传变异的来源中属 于_。 (2)为了将 LTP1 基因导入酵母菌细胞内,所用的载体是_。 (3)题图中 C 进入的啤酒酵母菌分别在含有青霉素、四环素的两种选择 培养基上的生长情况 是 _。 【解析】(1)由题图可知该技术属于基因工程,该变异属于基因重组。 (2)据题图可以看出,载体来自大肠杆菌,一定是质粒。(3)由于质粒上 抗四环素基因被破坏,所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培养基上能 存活,但在含有四环素的培养基上不能存活。 答案:(1)基因重组 (2)(大肠杆菌的)质粒 (3)在含有青霉素的培养基上能存活,但在含有四环素的培养基上不能 存活
