2019-2020學年高中生物 第一章 基因工程 第一節(jié) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生知能演練輕巧奪冠 浙科版選修3

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1、第一節(jié) 工具酶的發(fā)現(xiàn)和基因工程的誕生 [隨堂檢測] 1．下列有關(guān)基因工程誕生的說法，不正確的是(　　) A．基因工程是在生物化學、分子生物學和微生物學等學科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 B．工具酶和載體的發(fā)現(xiàn)使基因工程的實施成為可能 C．遺傳密碼的破譯為基因的分離和合成提供了理論依據(jù) D．基因工程與科學發(fā)現(xiàn)無多大關(guān)系 解析：選D?；蚬こ痰恼Q生是許多科學家不斷探索和研究的結(jié)果，其中DNA是遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及其雙螺旋結(jié)構(gòu)的確定和遺傳信息傳遞方式的確定為基因工程的誕生打下了理論基礎(chǔ)；基因工程工具的發(fā)現(xiàn)和應用為其提供技術(shù)保障。 2．下列關(guān)于限制性核酸內(nèi)切酶的說法，正確的是(　　) A．限制性

2、核酸內(nèi)切酶廣泛存在于各種生物中，微生物中很少分布 B．一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列 C．它能任意切割DNA，從而產(chǎn)生大量的DNA片段 D．限制性核酸內(nèi)切酶的作用部位是特定核苷酸形成的氫鍵 解析：選B。限制性核酸內(nèi)切酶主要是從原核生物中分離純化出來，并不是廣泛存在于各種生物中；一種限制性核酸內(nèi)切酶能識別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 3．下圖中所示粘性末端屬于由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的是(　　) 　　　　　　 A．①② B．①③ C．①④ D．②③ 解析：選B。限制性核酸內(nèi)切酶的

3、主要特點是能夠識別特定的核苷酸序列，并且有唯一的切點。由于DNA雙鏈上的堿基互補配對，一條鏈上的堿基序列與另一條鏈上的堿基序列反向排列，因此一種限制性核酸內(nèi)切酶所識別的一條鏈上的堿基序列與另一條鏈上反向序列相同，并且有唯一的切點，這個切點在兩條鏈上也是相同的。從圖中可以看出，①的一條鏈上未配對的堿基序列是TTAA，另一條鏈上與之對應的應該是AATT，這樣③的堿基序列符合要求；如果將③與①配對起來，則可看出上下兩條鏈之間的切點都在G與A之間。 4．DNA連接酶的重要功能是(　　) A．DNA復制時使母鏈與子鏈之間形成氫鍵 B．粘性末端堿基之間形成氫鍵 C．將兩條DNA片段末端之間的縫隙連

4、接起來 D．以上都不正確 解析：選C。DNA連接酶的作用只是催化DNA片段的“縫合”，即恢復被限制性核酸內(nèi)切酶切開了的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵，不能催化氫鍵形成，也不能使已有的DNA片段與單個核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。 5．下列不是基因工程中載體的特點是(　　) A．能進行自我復制 B．有適宜的限制性核酸內(nèi)切酶酶切位點 C．具有抗性標記基因等 D．組成的基本單位是核糖核苷酸 解析：選D。目前常用的載體是質(zhì)粒，為細菌中環(huán)狀的DNA，則其基本單位為脫氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。 6．啤酒酵母菌是啤酒生產(chǎn)上常用的典型的發(fā)酵酵母菌。除用于釀造啤酒及其他的飲料酒外，還可發(fā)酵面包。菌體

5、維生素、蛋白質(zhì)含量高，可作食用、藥用和飼料?？茖W家將大麥細胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌種可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒。基本的操作過程如下： (1)該技術(shù)定向改變了啤酒酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于________。 (2)為了將LTP1基因?qū)虢湍妇毎麅?nèi)，所用的載體是________。 (3)要使載體與LTP1基因連接，首先應使用__________進行切割。假如載體被切割后，得到的分子末端序列為，則能與該載體連接的抗病基因分子末端有____________(多選)，其中跟是同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割的是________。 (4)有

6、C進入的啤酒酵母菌分別在含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培養(yǎng)基上的生長情況是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)由圖可知該技術(shù)屬于基因工程，該變異屬于基因重組。(2)據(jù)圖可以看出，載體來自大腸桿菌，一定是質(zhì)粒。(3)跟具有相同粘性末端的是A、B、C，它們能相互連接，但來自同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割的是A。(4)由于質(zhì)粒上抗四環(huán)素

7、基因被破壞，所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活。 答案：(1)基因重組　(2)(大腸桿菌的)質(zhì)粒 (3)限制性核酸內(nèi)切酶　A、B、C　A (4)在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活，但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活 [課時作業(yè)] 一、選擇題 1．科學家經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新型生物技術(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．定向的對DNA分子進行人工“剪切” C．在生物體外對DNA分子進行改造 D．定向改造生物的遺傳性狀 解析：選D。基因工程的定義就是在生物體外通過對DNA分子進行人工切割

8、和拼接，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入生物細胞內(nèi)進行表達產(chǎn)生人類所需要的基因產(chǎn)物，也就定向改造了生物的遺傳性狀。 2．下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是(　　) A．DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶及載體是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶 B．基因工程技術(shù)是唯一能沖破遠緣雜交不親和障礙培育生物新品種的方法 C．標記基因的作用是篩選含有目的基因的受體細胞 D．基因工程經(jīng)常以抗生素的抗性基因為目的基因 解析：選C。載體不是工具酶，是基因工程操作的工具；沖破遠緣雜交不親和障礙培育生物新品種的方法除了基因工程，還有植物體細胞雜交等；抗生素抗性基因通常作為基因工程操作中的標記基因，而不作為目的

9、基因。 3．質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體。下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．質(zhì)粒的存在與否，對宿主細胞的生存起決定性作用 B．有的細菌細胞中含有多個質(zhì)粒 C．具有一個限制性核酸內(nèi)切酶切點和一個標志基因 D．它只存在于細菌細胞中 解析：選B。質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，質(zhì)粒進入宿主細胞能友好借居，對宿主細胞的生存沒有決定作用，一般具有一個或多個限制性核酸內(nèi)切酶切點和標記基因，質(zhì)粒不僅存在于細菌細胞中，其他細胞中也可能存在，如酵母菌。 4．如圖兩個核酸片段在適宜條件下，經(jīng)X酶的催化作用，發(fā)生下列變化，則X酶是(　　) A．DNA連接酶 B．RNA連接酶 C．DNA聚合酶

10、 D．限制性核酸內(nèi)切酶 解析：選A。DNA連接酶是將兩粘性末端的磷酸與脫氧核糖連接在一起；RNA聚合酶是在RNA復制與轉(zhuǎn)錄過程中把核糖核苷酸連接在一起；DNA聚合酶是在DNA復制過程中催化脫氧核苷酸的聚合反應；限制性核酸內(nèi)切酶是識別與切割特定的堿基序列。 5．下列有關(guān)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的敘述，正確的是(　　) A．用限制性核酸內(nèi)切酶剪切獲得一個目的基因時得到兩個切口，有2個磷酸二酯鍵被斷開 B．限制性核酸內(nèi)切酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大 C．序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制性核酸內(nèi)切酶切出的粘性末端堿基數(shù)不同 D．T4DNA連接酶和E·

11、coli DNA連接酶都能催化平末端和粘性末端的連接 解析：選B。用限制性核酸內(nèi)切酶剪切獲得一個目的基因時得到兩個切口，有4個磷酸二酯鍵被斷開，A錯誤；限制性核酸內(nèi)切酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大，B正確；序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制性核酸內(nèi)切酶切出的粘性末端堿基數(shù)相同，都是4個，C錯誤；T4DNA連接酶和E·coli DNA連接酶都能催化粘性末端的連接，其中只有T4DNA連接酶可以連接平末端，D錯誤。 6．據(jù)下圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述不正確的是(　　) A．限制性核酸內(nèi)切酶可以切斷a處，DNA連接酶可以連接a處 B．DNA聚合酶可以連接a處

12、 C．解旋酶可以使b處解開 D．連接c處的酶為RNA聚合酶 解析：選D。題圖為雙鏈DNA的平面圖。a處為磷酸二酯鍵，為限制性核酸內(nèi)切酶的切口和DNA連接酶的縫合處，也是DNA復制過程中DNA聚合酶的作用部位。b處氫鍵自然狀態(tài)下被解旋酶打開。RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程中起作用。 7．下表為幾種限制性核酸內(nèi)切酶識別的序列和切割的位點。如圖，已知某DNA在目的基因的兩端1、2、3、4四處有BamH Ⅰ或EcoR Ⅰ或Pst Ⅰ的酶切位點。現(xiàn)用上述三種酶同時切割該DNA片段(假設所用的酶均可將識別位點完全切開)，下列各種酶切位點情況中，可以防止酶切后單個含目的基因的DNA片段自身連接成

13、環(huán)狀的是(　　) 限制性核 酸內(nèi)切酶 BamH Ⅰ EcoR Ⅰ Pst Ⅰ 識別序列和 切割位點 ↓　 　 GGATCC CCTAGG 　 ↑ ↓ 　　 GAATTC CTTAAG 　 ↑ ↓ 　　 CTGCAG GACGTC 　 ↑ A.1為BamH Ⅰ，2為EcoR Ⅰ，3為BamH Ⅰ，4為Pst Ⅰ B．1為EcoR Ⅰ，2為BamH Ⅰ，3為BamH Ⅰ，4為Pst Ⅰ C．1為Pst Ⅰ，2為EcoR Ⅰ，3為EcoR Ⅰ，4為BamH Ⅰ D．1為BamH Ⅰ，2為EcoR Ⅰ，3為EcoR Ⅰ，4為Pst Ⅰ

14、解析：選A。由題知三種酶識別的序列和切割的位點各不相同，因此，要防止酶切后單個含目的基因的DNA片段自身連接成環(huán)狀，該DNA分子在圖示的4個位置被切開后，在位置2和3處應不能產(chǎn)生相同的粘性末端，由題可知：在位置2和3處不能為同一種酶，故答案選A。 8．圖甲、乙中的箭頭表示三種限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點，Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Ner表示新霉素抗性基因。下列敘述正確的是(　　) A．圖甲中的質(zhì)粒用BamHⅠ切割后，含有4個游離的磷酸基團 B．在構(gòu)建重組質(zhì)粒時，可用PstⅠ和BamHⅠ切割質(zhì)粒和外源DNA C．用PstⅠ和Hind Ⅲ酶切，加入DNA連接酶后可得到1種符合要求的

15、重組質(zhì)粒 D．導入目的基因的大腸桿菌可在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生長 解析：選C。環(huán)狀質(zhì)粒被限制酶切割后會出現(xiàn)2個游離的磷酸基團；如果用BamHⅠ切割外源DNA后，會破壞目的基因，導入目的基因的大腸桿菌能否在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生長，關(guān)鍵看限制酶的切割部位在哪里，如果用PstⅠ切割，由于Ampr基因被破壞，所以不能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生長。 二、非選擇題 9．如圖為DNA分子的切割和連接過程。據(jù)圖回答下列問題： (1)EcoR Ⅰ是一種________________酶，其識別序列是________，切割位點是____________與______________之間的___

16、___________鍵。 (2)不同來源的DNA片段結(jié)合需要的酶應是________，此酶是在________________與________________之間形成________鍵而起“縫合”作用的，從而將不同來源的DNA片段連接在一起，構(gòu)成________________。 (3)如果該DNA分子在G處發(fā)生基因突變，可能發(fā)生的情況是________________________________________________________________________。 解析：限制性核酸內(nèi)切酶能識別特定的脫氧核苷酸序列并在特定部位切割形成粘性末端。而DNA連接酶則能連接粘

17、性末端的相鄰核苷酸形成磷酸二酯鍵構(gòu)成重組DNA分子。要注意分清不同酶的特點及作用。如果DNA分子在G處發(fā)生基因突變，則使堿基序列發(fā)生變化，而不能被該種限制性核酸內(nèi)切酶識別，更不能被切割下來。 答案：(1)限制性核酸內(nèi)切　GAATTC　鳥嘌呤脫氧核苷酸　腺嘌呤脫氧核苷酸　磷酸二酯 (2)DNA連接酶　鳥嘌呤脫氧核苷酸　腺嘌呤脫氧核苷酸　磷酸二酯　重組DNA分子 (3)限制性核酸內(nèi)切酶不能識別該切割位點 10．通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，下圖表示這一技術(shù)的基本過程。在該工程中所用的基因“分子手術(shù)刀”能識別的序列和切點是—G↓

18、GATCC—，請回答下列問題： (1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是________。人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細胞染色體中時需要的酶是________________。 (2)請在圖中畫出質(zhì)粒被切割形成粘性末端的過程圖。 (3)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”羊的染色體內(nèi)，是因為________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

19、_。 解析：在基因工程中用到的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。在對載體和目的基因進行切割時，一定要用同一種限制性核酸內(nèi)切酶，才能切出相同的粘性末端。當插入目的基因時，常用DNA連接酶使二者之間形成磷酸二酯鍵而連接起來。 答案：(1)限制性核酸內(nèi)切酶　DNA連接酶 (2) (3)人的遺傳物質(zhì)(基因)與羊的遺傳物質(zhì)都為DNA，其物質(zhì)組成和空間結(jié)構(gòu)相同 11．如圖為大腸桿菌及載體質(zhì)粒結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問題： (1)a代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學本質(zhì)相同，都是______，二者還具有其他共同點，如：①____________________，②_______________

20、_____(寫出兩條即可)。 (2)若質(zhì)粒DNA分子被切割后的粘性末端為，則與之連接的目的基因粘性末端應為________ ；可使用________把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。 (3)氨芐青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上被稱為________，其作用是____________________。 (4)下列常在基因工程中用做載體的是(　　) A．蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因 B．土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子 C．大腸桿菌的質(zhì)粒 D．動物細胞的染色體 解析：(1)擬核是指原核生物中DNA集中的區(qū)域，質(zhì)粒通常是指細菌細胞擬核區(qū)以外的環(huán)狀脫氧核糖核酸(DNA)分子，質(zhì)粒與擬核都能夠自主復制，都具有遺

21、傳效應等。 (2)能用DNA連接酶連接在一起的兩個DNA片段，其連接端堿基應能互補配對，所以能與配對的粘性末端堿基應為。 (3)質(zhì)粒DNA分子上應有特殊的遺傳標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。 (4)蘇云金芽孢桿菌抗蟲基因常用做目的基因；而動物細胞的染色體所含基因較多，會對受體細胞產(chǎn)生較大的影響，一般不做基因工程的載體；土壤農(nóng)桿菌環(huán)狀RNA分子雖然結(jié)構(gòu)簡單，但不能進行自主復制，也不適合作基因的載體。 答案：(1)DNA　①能夠自主復制?、诰哂羞z傳效應 (2)　DNA連接酶 (3)標記基因　供重組DNA的鑒定和選擇 (4)C 12．根據(jù)下列所給材料回答問題： 材料1：把人的胰

22、島素基因拼接到大腸桿菌的質(zhì)粒上，然后導入大腸桿菌體內(nèi)，產(chǎn)生出人的胰島素。 材料2：把螢火蟲的熒光基因轉(zhuǎn)入煙草體內(nèi)，培育出發(fā)熒光的煙草。 材料3：有人把蜘蛛產(chǎn)生絲腺蛋白的基因轉(zhuǎn)入羊的細胞中，在羊分泌的乳汁中加入某種物質(zhì)后，可抽出細絲，這種細絲可望用作手術(shù)的縫合線。 (1)上述生物新品種的產(chǎn)生運用了________技術(shù)。 (2)上述技術(shù)所用的工具酶有__________________________________________。 (3)材料3中所用縫合線與普通縫合線相比有何優(yōu)點______________________。 (4)可遺傳的變異分為三種：__________、___

23、_______、________，而基因工程改變一個物種的基因?qū)儆赺_______________。 (5)上述所給的材料，不能得出哪一結(jié)論(　　) A．動植物之間可以相互轉(zhuǎn)基因 B．真核生物與原核生物之間可以轉(zhuǎn)基因 C．基因工程可以定向改變生物的遺傳性狀 D．轉(zhuǎn)基因生物的出現(xiàn)對生物的進化是有利的 解析：基因工程技術(shù)中所用的工具酶為限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。材料3中所用縫合線是通過基因工程技術(shù)從羊分泌的乳汁中抽取的，可以被分解吸收?；蚬こ谈淖円粋€物種的基因?qū)儆诨蛑亟M。轉(zhuǎn)基因生物對生物進化的影響是多方面的。 答案：(1)基因工程 (2)限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶 (3)可以被分解吸收 (4)基因重組　基因突變　染色體畸變　基因重組 (5)D 9