学年人教版生物选修三江苏专用学案11 DNA重组技术的基本工具 Word版含答案Word格式.docx

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实施该工程的最终目的是（　　）

A．定向提取生物体的DNA分子

B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”

C．在生物体外对DNA分子进行改造

D．定向地改造生物的遗传性状

解析：

选D。

基因工程的内容就是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需的基因产物，也就是定向地改造生物的遗传性状。

知识点二　基因工程的基本工具——工具酶

1．限制性核酸内切酶——“分子手术刀”

（1）来源：

主要来自原核生物。

（2）特点：

具有专一性。

①识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列。

②切割特定核苷酸序列中的特定位点。

（3）作用：

断开每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

（4）结果：

产生黏性末端和平末端。

2．DNA连接酶——“分子缝合针”

（1）种类

（2）作用：

形成磷酸二酯键。

（3）结果：

形成重组DNA分子。

1．限制酶的切割位置及结果

2．DNA连接酶的作用

E·

coliDNA连接酶和T4DNA连接酶均可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，相当于把梯子两边扶手的断口连接起来。

即：

（1）DNA连接酶的作用部位为①，形成磷酸二酯键。

（2）与限制酶的关系

3．与DNA分子相关的四种酶的比较

种类

项目　

限制酶

DNA连接酶

DNA聚合酶

解旋酶

作用底物

DNA分子

DNA分子片段

脱氧核苷酸

作用部位

磷酸二酯键

碱基对间的氢键

作用特点

切割目的基因及载体，特异性识别核苷酸序列，使特定部位的磷酸二酯键断开

将双链DNA片段“缝合”起来，恢复磷酸二酯键

将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上

将DNA两条链之间的氢键打开

作用结果

形成黏性末端或平末端

形成重组

形成新的DNA分子

形成单链DNA分子

应用

基因工程

DNA复制

[提醒]　

（1）限制酶是一类酶，而不是一种酶。

（2）将一个基因从DNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生4个黏性末端。

（3）不同DNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNA分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。

（4）不同限制酶切割形成的黏性末端，如果互补则可以重新配对相互连接。

（5）判断两个末端是否为同一种限制酶切割产生的方法：

将其中一个末端旋转180°

，若与另一个完全相同，则说明这两个末端是由同一个限制酶切割产生的。

1．下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是（　　）

A．一种限制酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列

B．限制酶的活性受温度、pH的影响，总有一个最合适的条件

C．限制酶能破坏相邻脱氧核苷酸之间的化学键

D．限制酶不只存在于原核生物中，其合成场所是核糖体

选A。

限制酶只能识别双链DNA分子的某种特定的脱氧核苷酸序列，不能识别RNA分子的核糖核苷酸序列，A项错误；

同其他的酶一样，限制酶同样受温度和pH的影响，而且具有发挥最大催化效率的最适温度和最适pH，B项正确；

限制酶催化的是特定部位磷酸二酯键的断裂，属于水解反应，C项正确；

限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，也有来自真核细胞的，其本质是蛋白质，在核糖体上合成，D项正确。

2.下表为常用的限制性核酸内切酶（限制酶）及其识别序列和切割位点，以下说法中，推断正确的是（多选）

注：

Y表示C或T，R表示A或G。

A.一种限制酶只能识别一种核苷酸序列

B.限制酶切割后一定形成黏性末端

C.不同的限制酶可以形成相同的黏性末端

D.限制酶的切割位点可以位于识别序列的内部和外侧

选CD。

根据表格内容可以推知，每种限制酶都能识别特定的核苷酸序列，但不一定是一种序列，如限制酶HindⅡ,A项错误；

限制酶切割后能形成黏性末端或平末端，B项错误；

不同的限制酶切割后可能形成相同的黏性末端，如限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后露出的黏性末端相同，C项正确；

限制酶的切割位点可以位于识别序列的内部和内部外侧，D项正确。

3．（2019·

辽宁沈阳模拟）用限制酶EcoRⅠ、KpnⅠ和二者的混合物分别作用于一个1000bp（1bp即1个碱基对）的DNA分子，同时对酶切产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，酶切产物分开，凝胶电泳结果如图所示。

该DNA分子的酶切图谱（单位：

bp）正确的是（　　）

选C。

A选项中的DNA用KpnⅠ单独酶切会得到600bp和200bp两种长度的DNA分子，与题意不符；

B选项中的DNA用KpnⅠ单独酶切会得到600bp和400bp两种长度的DNA分子，与题意不符；

C选项中的DNA用KpnⅠ单独酶切后得到的DNA分子长度是1000bp，用EcoRⅠ单独酶切会得到200bp和800bp两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后会得到200bp和400bp两种长度的DNA分子，与题意相符；

D选项中的DNA用KpnⅠ单独酶切后得到400bp和600bp两种长度的DNA分子，与题意不符。

4．下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是（　　）

A．将单个核苷酸加到某个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键

B．将断开的2个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键

C．连接2条DNA链上碱基之间的氢键

D．只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，而不能将两者之间的平末端进行连接

选B。

DNA连接酶和DNA聚合酶都是催化2个脱氧核苷酸分子之间形成磷酸二酯键。

但DNA连接酶是在2个DNA片段之间形成磷酸二酯键，将2个DNA片段连接成重组DNA分子；

DNA聚合酶是将单个的核苷酸分子加到已存在的核酸片段上形成磷酸二酯键，合成新的DNA分子。

知识点三　基因工程的基本工具：

“分子运输车”——载体[学生用书P3]

）

1．基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”

（1）作用：

①将外源基因送入细胞中。

②在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

（2）种类：

质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等。

（3）

2．重组DNA分子的模拟操作

（1）材料用具：

剪刀代表EcoR_Ⅰ，透明胶条代表DNA连接酶。

（2）切割位点

①分别从两块硬纸板上的一条DNA链上找出G—A—A—T—T—C序列，并选G—A之间作切口进行“切割”。

②再从另一条链上互补的碱基之间寻找EcoRⅠ相应的切口剪开。

（3）操作结果：

若操作正确，不同颜色的黏性末端应能互补配对；

否则，说明操作有误。

关于基因工程中载体的三点提醒

（1）两种载体的不同：

基因工程中的载体与细胞膜上物质运输的载体不同，前者的实质是DNA分子，能将目的基因导入受体细胞，后者是蛋白质，与细胞膜的选择透过性有关。

（2）载体需要加工：

一般来说，天然载体不能同时满足所有条件，要对其进行人工改造才可以使用。

（3）标记基因的筛选原理

①前提：

载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。

目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。

②过程：

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，然后在培养基中加入该抗生素。

③结果：

在培养基上，被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞，没被杀死的具有抗性的受体细胞得以筛选。

④原理如下图所示：

高中生物中的“载体”

（1）物质跨膜运输的载体：

细胞膜上的一种____________。

（2）基因工程中目的基因的载体：

种类有________、λ噬菌体的衍生物和____________等。

（3）细胞中遗传信息的载体：

细胞生物遗传信息的载体是____________。

（4）真核细胞中遗传物质的主要载体是____________。

（5）细胞间信息传递的载体：

细胞释放的________，如：

激素、神经递质等。

答案：

（1）蛋白质　

（2）质粒　动植物病毒　（3）DNA　（4）染色体　（5）信号分子　

1．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（　　）

A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子

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的鉴定和选择

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；

质粒上抗性基因常作为标记基因，D项正确。

2．（经典题）质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。

某细菌质粒上有标记基因如下图所示，通过标记基因可以推知外源基因（目的基因）是否转入成功。

外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，右图中表示出外源基因插入位置（插入点有a、b、c），请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三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

①

能生长

②

不能生长

③

A.①是c；

②是b；

③是a

B．①是a和b；

②是a；

③是b

C．①是a和b；

D．①是c；

A

核心知识小结

[要点回眸]

[答题必备]

基因工程突破了生殖隔离，实现了不同种生物间的基因重组。

不同生物基因能拼接在一起的理论基础是DNA分子都是由4种脱氧核苷酸构成的规则的双螺旋结构。

外源DNA导入受体细胞能成功表达的理论基础是密码子的通用性。

限制酶的作用特点是识别双链DNA分子特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。

限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个相邻核苷酸间的磷酸二酯键。

在基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

[拓宽教材]

1．（选修3P7“思考与探究”改编）下列所示的末端至少是由几种限制酶作用产生的（　　）

AATTC—　　AATTG—　　CTA—　　—TAGG—C—GAT——ATC

①　　　　　②　　　　　③　　　　④

A．1种　　　　　　　　B．2种

C．3种D．4种

图中③④为相同的平末端，可能由同一种限制酶切割所得，故图示四种末端至少是由3种限制酶作用产生的。

2．（选修3P6旁栏“思考题”改编）下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，探究以下问题：

（1）a代表的物质和质粒的化学本质都是________，都能进行自我复制。

（2）若某目的基因切割末端为

，则与之相连的质粒上至少有一段核苷酸序列为________。

该质粒DNA分子的切割末端为________，可使用DNA连接酶把质粒和目的基因连接在一起。

（3）氨苄青霉素抗性基因，能控制某物质的合成，该物质能抵抗氨苄青霉素，使含有该基因的生物能在含氨苄青霉素的环境中存活。

氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为________，其作用是___________________________________________________________。

（1）DNA

（2）

（3）标记基因　用于重组DNA的鉴定和选择

[精练好题]

3．针对下图的叙述，错误的是（　　）

A．限制酶将a处切断，一定形成相同的黏性末端

B．DNA连接酶将a处连接会脱去一分子水

C．DNA复制时需要解旋酶切断b处，基因工程操作中不需要

D．b处的化学键是氢键

限制酶会将DNA切出具有黏性末端或平末端的两个片段，A项错误；

磷酸二酯键的形成是一个脱水缩合的反应，B项正确；

DNA复制需要解旋酶，而基因工程不需要，C项正确；

观察题图，可以确定b处为碱基对之间形成的氢键，D项正确。

4．（2019·

黑龙江哈尔滨三中高二期末）下面是3种限制性核酸内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图（箭头表示切点，切出的断面为黏性末端）。

下列相关叙述错误的是（　　）

限制酶1：

——↓GATC——

限制酶2：

——CCGC↓GG——

限制酶3：

——G↓GATCC——

A．一般情况下，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点

B．限制酶2和3识别的序列都包含6个碱基对

C．限制酶1和3剪出的黏性末端互补

D．能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2

一般情况下，不同限制酶有不同的识别序列和切割位点；

限制酶2和3识别的序列分别是CCGCGG和GGATCC，均为6个碱基对；

限制酶1和3剪出的黏性末端互补；

三种限制酶均不能识别和切割RNA中的核糖核苷酸序列。

5．（2019·

江苏扬州高二期末）下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述，正确的是（多选）（　　）

A．用限制酶剪切获得一个目的基因时得到两个切口，有4个磷酸二酯键被断开

B．限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大

C．序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数不同

D．T4DNA连接酶和E·

coliDNA连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接

选AB。

用限制酶剪切获得一个目的基因时得到两个切口，有4个磷酸二酯键被断开，A正确；

限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大，B正确；

序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数相同，都是4个，C错误；

T4DNA连接酶和E·

coliDNA连接酶都能催化黏性末端的连接，其中只有T4DNA连接酶可以连接平末端，D错误。

6．（2019·

北京海淀区高二练习）下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聚合酶和限制性核酸内切酶

C．限制性核酸内切酶和DNA连接酶

D．DNA聚合酶和RNA聚合酶

目的基因和载体结合需“分子手术刀”——限制性核酸内切酶和“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。

7．下表所示为几种限制酶的识别序列及其切割位点，请回答下列问题：

BamHⅠ

HindⅢ

EcoRⅠ

SmaⅠ

识别序列及切割位点

　↓　

—GGATCC—　—CCTAGG—

　　↑

↓

—AAGCTT—

—TTCGAA—

↑

—GAATTC—

—CTTAAG—

—CCCGGG—

—GGGCCC—

↑

（1）从表中四种酶的切割位点看，可以切出平末端的酶是________。

（2）将目的基因与质粒DNA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，切割后的质粒含有____________个游离的磷酸基团。

（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：

____________________________________。

（1）由表中四种限制酶的切割位点可知，SmaⅠ可切出平末端。

（2）目的基因与质粒缝合时用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EcoRⅠ切割，切割后形成链状DNA，有2个游离的磷酸基团。

（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。

（1）SmaⅠ　

（2）DNA连接　氢键　（3）EcoRⅠ　2

（4）能　二者具有相同的黏性末端

一、单项选择题

1．下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是（　　）

A．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

B．工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能

C．遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据

D．基因工程必须在同物种间进行

D

2．下列有关下图所示的黏性末端的说法，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

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

，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。

3．下图所示为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是（　　）

A．①②③④　　　　　　　　　B．①②④③

C．①④②③D．①④③②

图示中①是酶切割DNA分子双链产生黏性末端的过程，用到的酶是限制性核酸内切酶，②是黏性末端连接的过程，用到的酶是DNA连接酶，③是DNA分子解旋的过程，要用解旋酶，④是DNA分子复制时子链的形成过程，需要DNA聚合酶。

4．质粒是基因工程中最常用的载体，其主要特点是（　　）

①能自主复制　②不能自主复制　③结构简单　④是蛋白质　⑤是环状RNA　⑥是环状DNA　⑦能“友好”地“借居”

A．①③⑤⑦B．①④⑥

C．①③⑥⑦D．②③⑥⑦

质粒存在于细菌和酵母菌等微生物中，是一种很小的、独立于拟核之外的环状DNA分子，上面有标记基因，便于在受体细胞中检测。

质粒在受体细胞中能“友好”地“借居”，并能随受体细胞DNA的复制而复制，能进行目的基因的扩增和表达。

衡水高二检测）一环状DNA分子，设其长度为1，限制酶A在其上的切点位于0.0处；

限制酶B在其上的切点位于0.3处；

限制酶C的切点未知，但C单独切或与A或与B同时切的结果如下表，请确定C在该环状DNA分子上的切点应位于图中的哪处（　　）

C单独切

长度为0.8和0.2的两个片段

C与A同时切

长度为2个0.2和1个0.6的片段

C与B同时切

长度为2个0.1和1个0.8的片段

A．0.2和0.4处B．0.4和0.6处

C．0.5和0.7处D．0.6和0.9处

据图表信息可知：

限制酶C单独切割环状DNA分子，获得长度为0.8和0.2的两个片段，可推知限制酶C有2个切割位点。

限制酶A只有1个切割位点，且位于0.0处，又知限制酶C与限制酶A同时切割时，获得2个0.2和1个0.6的片段，因此以限制酶A切割点向左或向右推测，可得知限制酶C的切割位点可能为0.2、0.4或0.6、0.8处。

再根据限制酶C与限制酶B同时切割时，获得2个0.1和1个0.8片段，可推知限制酶C的切割位点可能为0.1、0.2或0.4、0.5处。

综上分析，只有0.2和0.4两处与之前推测相吻合，选项A正确。

河北巨鹿高二期中）下图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中a表示标记基因，b表示胰岛素基因，E1表示某限制酶的酶切位点，现用该种限制酶分别切割质粒和胰岛素基因，后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因，下列选项中不可能出现的是（　　）

C

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Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ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Ⅱ切割

B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割

C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割

D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割

解此题要明确目的基因要切下，质粒只要切开。

限制酶Ⅱ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Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，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Ⅱ切割，质粒用限制酶Ⅰ切割。

用限制酶Ⅰ切割质粒时破坏了GeneⅡ，所以只能用GeneⅠ作为标记基因。

8．（2019·

江苏扬州中学质量检测）基因工程利用某目的基因（图甲）和P1噬菌体载体（图乙）构建重组DNA。

限制性核酸内切酶BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点分别如图所示。

下列分析错误的是（　　）

A．构建重组DNA时，可用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体

B．构建重组DNA时，可用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体

C．图乙中的P1噬菌体载体只用EcoRⅠ切割后，含有两个游离的磷酸基团

D．用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，只能产生一种重组DNA

用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌体载体会形成相同的黏性末端，因此它们可构