3.1 重组DNA技术的基本工具-2024-2025学年高二下学期生物人教版2019选择性必修3(含解析）

第3章　第1节 重组DNA技术的基本工具
[基础达标]
题组一　基因工程的概念及诞生和发展
1．下列叙述符合基因工程概念的是(　　)
A．在细胞内直接将目的基因与宿主细胞的遗传物质进行重组，赋予生物新的遗传特性
B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的大肠杆菌菌株
C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株
D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上
2．基因工程取得成功，是基础理论和技术发展共同推动的，下列不属于基因工程的技术发明或发现的是(　　)
A．限制酶的发现
B．上海科技大学等单位首次解析新冠病毒蛋白质三维结构
C．罗思和赫林斯基发现了基因转移载体
D．DNA体外重组的实现
题组二　限制酶和DNA连接酶
3．如图表示三种酶分别作用于DNA分子的不同部位，①②③这三种酶依次是(　　)
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
4．下列有关如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
5．有关DNA重组技术的工具酶的叙述，正确的是(　　)
A．限制性内切核酸酶能切割烟草花叶病毒的核酸
B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
C．E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端
D．DNA连接酶和DNA聚合酶均可用来拼接DNA片段
6．下列有关限制性内切核酸酶的叙述，正确的是(　　)
A．用限制酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个
B．限制性内切核酸酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大
C．限制性内切核酸酶的活性不受温度、pH等条件的影响
D．只有用相同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒
题组三　基因进入受体细胞的载体
7．(2024·山西朔州期末)某目的基因两侧的DNA序列所含限制酶的酶切位点如图所示，则在进行基因工程操作中最好应选用下列哪种质粒作为载体？(　　)
A B
C D
8．(2024·江西上饶期末)基因工程是在DNA分子水平上进行的操作，需要有专门的工具。下列关于基因工程所需基本工具的叙述，错误的是(　　)
A．用不同的限制酶分别切割含目的基因的DNA和质粒可能产生相同的末端
B．T4 DNA连接酶可以催化磷酸二酯键形成进而连接黏性末端或平末端
C．作为载体的质粒上通常有抗生素合成基因作为标记基因，以便于重组DNA的筛选
D．原核细胞内的限制酶可切割入侵的DNA分子，通常不切割细菌自身的DNA分子
[能力提升]
9．研究人员用EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ两种限制酶处理某DNA分子，图1为EcoR Ⅰ切割该DNA分子后的结果；图2是酶切后的凝胶电泳图谱，其中1号泳道是DNA Marker，2号、3号、4号分别是EcoR Ⅰ单独处理、Sma Ⅰ单独处理、两种酶共同处理后的电泳结果。下列相关叙述错误的是(　　)
A．据图1可知EcoR Ⅰ的识别序列为—GAATTC—，切割位点在G和A之间
B．据图2可知琼脂糖凝胶的加样孔在B端，且连着电泳槽的负极
C．据图2可知该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA
D．据图2可知该DNA分子中两种限制酶的酶切位点各有一个
10．基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，以便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切割位点是ATC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点是－ ATCC－。根据图示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
11．(2024·福建福州期末)某校学生小组开展了“DNA的粗提取与鉴定”实验，选择了在不同温度下保存的花菜、辣椒和蒜黄作为实验材料，部分实验步骤如图1所示，部分实验结果如图2所示，下列叙述错误的是(　　)
图1
图2
A．加入适量的纤维素酶和果胶酶能够使研磨效果更好
B．加入体积分数为95%的预冷酒精溶液来初步提取DNA
C．DNA粗提取物溶于2 mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，在室温条件下进行鉴定
D．同种实验材料在－20 ℃条件下DNA粗提取量更高，其原因可能是－20 ℃的低温抑制了酶的活性，DNA的降解速率更慢
12．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相同，都是________________(写中文名字)。自然情况下大肠杆菌能发生的可遗传变异是________。
(2)下列常在基因工程中用作载体的是__________(填字母)。
A．苏云金杆菌抗虫基因
B．土壤农杆菌环状RNA分子
C．大肠杆菌的质粒
D．动物细胞的染色体
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上被称为__________，其作用是_______________________________________________________________________。
(4)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____________；切割形成以上片段的限制酶的识别序列是______________。可使用____________把质粒和目的基因连接在一起。
(5)某种限制酶识别的序列及切点为，那么含该序列的DNA片段被切割后形成的结果是____________。
13．(2024·安徽淮北期末)某小组进行了“DNA的粗提取与鉴定”实验，部分实验步骤如图所示，其中B为可能会加入的某试剂。回答下列问题：
(1)该实验利用酒精初步分离DNA与蛋白质的原理是_________________________。
(2)若实验材料A为菜花等硬度较高的植物，则B可能是______酶等，上述酶可以破坏植物细胞的细胞壁，加强研磨效果。
(3)将上述滤液C冷却后加入______溶液，静置几分钟后得到的白色丝状物就是粗提取的DNA。将丝状物处理后溶于适量2 mol/L的NaCl溶液中进行鉴定。鉴定时所用的是______试剂，DNA遇该试剂会呈现______色，该试剂在使用时应注意的事项有______________(答出1点)。
参考答案
【基础达标】
1.【答案】B　【解析】基因工程是在生物体外将DNA进行重组形成重组DNA分子，然后导入受体细胞，赋予生物新的遗传特性，A错误；将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株，这是基因工程技术的应用，B正确；用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株，这是诱变育种，与基因工程无关，C错误；基因工程是按照人们的意愿，对生物进行定向改造，而自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上不符合基因工程的概念，D错误。
2.【答案】B　【解析】限制酶是基因工程所需的工具酶，用于获取目的基因，因此限制酶的发现属于基因工程的发明或发现，A正确；上海科技大学等单位首次解析新冠病毒蛋白质三维结构不属于基因工程的发明或发现，B错误；基因工程的实现需要基因转移载体，因此罗思和赫林斯基发现了基因转移载体属于基因工程的发明或发现，C正确；基因工程是体外DNA分子重组技术，因此DNA体外重组的实现属于基因工程的发明或发现，D正确。
3.【答案】C　【解析】①作用的部位是氢键，因此①是解旋酶；②作用的部位是磷酸二酯键，因此②是限制酶；③作用的部位是两个DNA片段的缺口，因此③是DNA连接酶。
4.【答案】C　【解析】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连接酶可以催化形成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。
5.【答案】B　【解析】限制性内切核酸酶只能切割特定的脱氧核苷酸序列，而烟草花叶病毒的核酸是核糖核苷酸，A错误；限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列，并在特定的位点之间进行切割，B正确； E．coli DNA连接酶能连接黏性末端和平末端，但连接平末端的效率要远远低于T4 DNA连接酶，C错误； DNA连接酶用来拼接DNA片段，DNA聚合酶用来拼接单个脱氧核苷酸，D错误。
6.【答案】B　【解析】用限制性内切核酸酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，需要切割目的基因的两侧，因此要断裂4个磷酸二酯键，A错误；限制性内切核酸酶识别序列越短，该序列在DNA中出现的概率就越大，B正确；限制性内切核酸酶的活性受温度、pH等条件的影响，C错误；不同的限制性内切核酸酶切割也可能产生相同的末端序列，因此用不同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的片段和质粒，也可能形成重组质粒，D错误。
7.【答案】D　【解析】目的基因只有一侧含有限制酶NheⅠ的识别序列，用此酶不能获取目的基因，A错误；目的基因两侧分别含有限制酶AluⅠ的识别序列，但只用此酶切割可能会导致目的基因和质粒反向连接或自身环化，B错误；目的基因两侧分别含有限制酶NheⅠ和AluⅠ的识别序列，但用这两种酶切割可能会获得不含目的基因的片段，C错误；目的基因两侧分别含有限制酶NheⅠ和SmaⅠ的识别序列，用这两种酶切割会获取目的基因，而且能防止目的基因和质粒的自身环化和反向连接，D正确。
8.【答案】C　【解析】不同限制酶识别的碱基序列一般不同，但切割后所产生的黏性末端可能是一样的，A正确；T4 DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，也可以连接双链DNA片段的平末端，催化磷酸二酯键形成，B正确；作为载体的质粒上通常有抗生素抗性基因作为标记基因，以便于重组DNA的筛选，不是抗生素合成基因，C错误；原核生物内的限制酶可切割入侵的DNA分子而保护自身，一般不切割自身的DNA分子，D正确。
【能力提升】
9.【答案】B　【解析】图1中DNA双链片段被切割成两段，该片段序列是—GAATTC—，断开的部位是在G和A碱基之间，A正确；相对分子质量大小会影响物质在电泳时的迁移速率，DNA片段相对分子质量越大，迁移速度越慢，据图2可知琼脂糖凝胶的加样孔在A端，B错误；2号、3号分别是EcoR Ⅰ单独处理、Sma Ⅰ单独处理后的电泳结果，两个泳道均只出现一个DNA片段，且分子量是1 000 bp，说明该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA，C正确；图2中4号是EcoR Ⅰ和Sma Ⅰ两种酶共同处理后的电泳结果，显示800 bp和200 bp两个条带，说明在该DNA分子中，两种限制酶的酶切位点各有一个，D正确。
10.【答案】C　【解析】限制酶Ⅰ的识别序列和切割位点是ATC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点是—ATCC—，可知限制酶Ⅰ能够识别和切割限制酶Ⅱ切割后的黏性末端；目的基因的右端是限制酶Ⅰ的识别序列和切割位点ATC—，目的基因左端是限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点—ATCC—，只有用限制酶Ⅰ才能同时将目的基因切割下来；质粒有Gene Ⅰ和Gene Ⅱ两种标记基因，分别有限制酶Ⅰ的识别序列和限制酶Ⅱ的识别序列；如果用限制酶Ⅰ切割，则Gene Ⅰ和GeneⅡ都被破坏，造成重组质粒无标记基因；用限制酶Ⅱ切割，则破坏Gene Ⅱ，保留Gene Ⅰ，其黏性末端和切割目的基因所在DNA的黏性末端相同，可以连接形成重组DNA。
11.【答案】C　【解析】由于菜花细胞含有细胞壁，可在研磨过程中加入适量的纤维素酶和果胶酶，以缩短研磨时间，避免研磨时间过长，影响DNA的提取量，A正确；DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精，因此加入体积分数为95%的预冷酒精溶液来初步提取DNA，B正确；将DNA粗提取物溶于2 mol/L的NaCl溶液中，加入二苯胺试剂，在沸水浴条件下进行鉴定，C错误；同种实验材料在－20 ℃条件下DNA粗提取量更高，其原因可能是与20 ℃相比，－20 ℃的低温抑制了酶的活性，DNA的降解速率更慢，D正确。
12.【答案】(1)脱氧核糖核酸　基因突变
(2)C　(3)标记基因　用于目的基因(或重组质粒)是否导入的鉴定和筛选
(4)　—ACGCGT—　DNA连接酶
(5)
【解析】(1)a代表的物质是拟核中的DNA分子，质粒是细胞质中的DNA分子，二者都是环状DNA分子，能够自我复制、具有遗传效应、具有双螺旋结构等。大肠杆菌属于原核生物，只能发生的可遗传变异是基因突变。(2)大肠杆菌的质粒是基因工程中常用的载体。(3)质粒上的氨苄青霉素抗性基因是标记基因，可以用于目的基因(或重组质粒)是否导入的鉴定和筛选。(4)根据碱基互补配对原则，目的基因的切割末端应为；目的基因与质粒形成重组DNA需要用到DNA连接酶。切割形成以上片段的限制酶的识别序列是—ACGCGT—。(5)某种限制酶识别的序列及切割位点为，那么含该序列的DNA片段被切割后形成的结果是 。
13.【答案】(1)DNA不溶于酒精，某些蛋白质溶于酒精　(2)纤维素(或果胶)　(3)(预冷的体积分数为95%的)酒精　二苯胺　蓝　需要沸水浴加热；需要现用现配
【解析】(1)DNA不溶于酒精，但是细胞中的某些蛋白质则溶于酒精，利用这一原理，可以将DNA与蛋白质进一步分离。(2)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，若实验材料A为菜花等硬度较高的植物，则B可能是纤维素酶等，上述酶可以破坏植物细胞的细胞壁，加强研磨效果，提高DNA粗提取的效率。(3)DNA不溶于酒精，因此将上述滤液C冷却后加入预冷的体积分数为95%的酒精溶液，静置几分钟后得到的白色丝状物就是粗提取的DNA。将丝状物处理后溶于适量2 mol/L的NaCl溶液中加入二苯胺试剂，沸水浴加热条件下溶液会呈现蓝色，该试剂在使用时应注意沸水浴加热，需要现用现配。