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第1节 重组 技术的基本工具
任务一 限制酶与连接酶
任务二 探究·实践的粗提取与
鉴定
一、基因工程的概念
1.手段：________等技术。
2.目的：创造出更符合人们需要的新的__________和__________。
3.水平：__________水平。
转基因
生物类型
生物产品
分子
二、重组 技术的基本工具
1.限制性内切核酸酶(简称：限制酶)——“分子手术刀”
(1)来源:主要是从__________中分离纯化出来的。
［注］限制酶作为一种防御工具，可切割外源 ，使之失效，以
保证原核生物的自身安全。
原核生物
(2)功能:能够识别双链 分子的________________,并且使每一条链
中特定部位的____________断开。大多数限制酶的识别序列由___个
核苷酸组成。
特定核苷酸序列
磷酸二酯键
6
(3)结果:产生__________________。
黏性末端或平末端
2. 连接酶——“分子缝合针”
(1)作用:将______________“缝合”起来，恢复被限制酶切开的______
_______。
(2)种类
双链片段
磷酸二酯键
种类 来源 作用特点
大肠杆菌
低于
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)作用:将外源基因______细胞中。
送入
(2)种类
①质粒: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 之外,并具有自我复制能力的__________________。真正被
用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行过__________的。
环状双链分子
人工改造
②________、动植物病毒等。
噬菌体
(3)应具备的条件
①质粒分子上有__________个限制酶切割位点,供外源 片段
(基因)插入其中。
②能在细胞中进行__________或整合到受体上,随受体 同步
复制。
③含有特殊的__________,便于______________的筛选。
④载体对受体细胞应无毒害作用。
一个至多
自我复制
标记基因
重组分子
任务一 限制酶与 连接酶
【情境】 Ⅰ和 Ⅰ是两种限制酶，其识别序列及切割位点如下
表所示。
限制酶
识别序列及切割位点 ___________________________________ ______________________________________
(1)请画出 Ⅰ切割后产生的末端。
[答案]
(2)Ⅰ和Ⅰ两种限制酶切割 分子形成的末端都是______末
端，能连接具有该种末端片段的 连接酶有_______________
__________________。
黏性
连接酶和连接酶
(3)Ⅰ和Ⅰ切割后产生的黏性末端能否被 连接酶连接？说
出你的理由。
[答案] 能，二者切割后产生的黏性末端相同，可被 连接酶连接
(4)若某链状分子中含有两个Ⅰ的识别序列，该 分子将
被切成___个片段，共断裂___个磷酸二酯键。
3
4
(5)限制酶______(填“能”或“不能”)切割原核细胞自身的 ，推测其
理由是_____________________________________________________
_______________。
不能
原核细胞中不存在限制酶的识别序列或能被限制酶识别的序列被修饰了
基因工程中的同尾酶
这一类的限制酶来源各异，识别的靶序列也不相同，但产生相同的
黏性末端。由同尾酶产生的 片段，是能够通过其黏性末端之间
的互补作用彼此连接起来的。当把同尾酶切割的 片段与原来的
限制性内切核酸酶切割的 片段连接后，原来的酶切位点将不存
在，不能被原来的限制酶所识别。
例如:Ⅰ和 Ⅱ是同尾酶，
Ⅰ的切割位点:
Ⅱ的切割位点:
例1 [2024·山东菏泽一中月考] 如图是几种不同限制性内切核酸酶切
割 分子后形成的部分片段。下列叙述中正确的是( )
A.限制酶和 连接酶作用的部位都是磷酸二酯键
B.①～ 片段是由4种限制酶切割后产生的
C.①和④两个片段在聚合酶的作用下能形成重组 分子
D.②片段是在酶切位点为 的限制酶作用下形成的
√
[解析] 限制酶和 连接酶作用的部位都是磷酸二酯键，其中限制
酶能将磷酸二酯键切断，而连接酶能将 片段连接起来形成
磷酸二酯键，A正确；图中①④具有互补的黏性末端，因此可能是同
一种限制酶切割形成的，②③分别是由不同的限制酶切割产生的，
因此①～ 片段可能是由3种限制酶切割后产生的，B错误；由
于①④具有互补的黏性末端，所以应该用 连接酶连接起来，形
成重组 分子，C错误；由②片段的末端可推出，②片段是在酶切
位点为 的限制酶作用下形成的，D错误。
例2 如图表示三种酶分别作用于 分子的不同部位，①②③这三
种酶依次是( )
A.连接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、 连接酶
C.解旋酶、限制酶、连接酶 D.限制酶、 连接酶、解旋酶
[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 片段的缺口，
因此③是 连接酶，故选C。
√
［题后归纳］与 有关的几种酶的作用及特点的分析比较
名称 作用部位 作用底物 形成产物
限制酶 磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键 脱氧核苷酸
解旋酶 氢键
磷酸二酯键 脱氧核苷酸
任务二 探究·实践 的粗提取与鉴定
1.思路：、 、蛋白质和脂质等在____________性质方面存在
差异，可以利用这些差异，选用适当的物理或化学方法对它们进行
提取。
物理和化学
2.原理
(1)_____不溶于酒精，但某些________溶于酒精，利用这一原理可初
步分离 与蛋白质。
(2) 能溶于______________溶液。
(3)在一定温度下， 遇________试剂会呈现蓝色。
蛋白质
的
二苯胺
3.操作过程
称取新鲜洋葱，充分研磨
过滤，静置后再取上清液或离心后取上清液
在上清液中加入冷却的______________________溶液，静置后再用
玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物或离心后取沉淀物
在溶有丝状物或沉淀物的的 溶液中加入________试
剂，混合均匀后沸水浴加热 ，溶液变成____色
体积分数为的酒精
二苯胺
蓝
［注］粗提取的 可能含有核蛋白、多糖等杂质
［分析］ (1)充分研磨的目的是___________________。
裂解细胞，释放
(2)在研磨液过滤获得的上清液中加入体积分数为 的酒精溶液的
目的是使 ______(填“溶解”或“析出”)，依据的原理是__________
_______________________________________。
析出
不溶于酒精，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精
(3)预冷酒精的作用： ________________________________________
___________________________________________________________
____________________________ 。
(4)用玻璃棒搅拌时沿一个方向搅拌的目的是____________________。
防止结构被破坏
①可抑制核酸水解酶的活性，进而抑制
降解；②抑制分子运动，使 易形成沉淀析出；③低温有利于增
加 分子的韧性，减少其断裂
例3 [2023·广东卷] “粗提取与鉴定”实验的基本过程是裂解 分
离 沉淀 鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解：使细胞破裂释放出 等物质
B.分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀：可反复多次以提高 的纯度
D.鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
√
[解析] 裂解是指使细胞破裂，释放出等物质，A正确； 和
蛋白质等物质在不同浓度的溶液中溶解度不同， 能溶于
的 溶液而其他物质不能，将混合后的溶液过滤，即可将
混合物中的多糖、蛋白质等与分离，B正确； 不溶于酒精，
而某些蛋白质溶于酒精，可以反复多次用酒精沉淀出 ，以提高
纯度，C正确；只有在沸水浴条件下， 遇二苯胺试剂才会变
成蓝色，D错误。
例4 [2024·河北唐山期末] “ 粗提取与鉴定”实验需要对材料进行
选择、处理。为了提取出 相对含量较高的白色丝状物，下列对
实验材料的选择和处理，正确的是( )
A.以猪成熟红细胞为实验材料时，可在滤液中加入适量的木瓜蛋白酶
B.以菜花为实验材料时，在研磨过程中可加入适量的纤维素酶
C.以植物叶片为实验材料时，一般使用体积分数为 的预冷酒精
提取
D.以香蕉为实验材料时，将研磨液在 的冰箱中放置几分钟后，取
沉淀物进行离心
√
[解析] 猪成熟红细胞无细胞核与细胞器，几乎不含 ，不能用作
该实验的材料，A错误；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，以缩短研磨时间，避免研磨时间过长，影响
的提取量，B正确；以植物的叶片为实验材料时，一般使用体积
分数为的预冷酒精提取 ，C错误；以香蕉为实验材料时，将
研磨液在 的冰箱中放置几分钟后，取上清液进行离心，D错误。
1.正误辨析
(1)限制性内切核酸酶能识别和切割 。 ( )
×
[解析] 限制性内切核酸酶只能识别和切割 ，不能识别和切割
。
(2)基因工程常用的工具酶有限制酶、 连接酶和载体。 ( )
×
[解析] 载体不属于工具酶。
(3)同种限制性内切核酸酶切出的黏性末端一定相同，不同种限制性
内切核酸酶切出的黏性末端一定不同。( )
×
[解析] 同种限制性内切核酸酶切出的黏性末端相同，不同种限制性
内切核酸酶切出的黏性末端也可能相同。
(4)E.连接酶能催化任意2个 片段之间形成磷酸二酯键。
( )
×
[解析] 连接酶能连接具有互补黏性末端的2个 片段和
具有平末端的 片段。
(5) 连接酶能通过催化形成氢键将两碱基连接起来。 ( )
×
[解析] 连接酶连接的是两个 片段，催化形成的是磷酸二酯键。
(6)质粒是小型环状 分子，是基因工程常用的载体。( )
√
(7)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因。 ( )
×
[解析] 载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为标记基因。
2.[2024·河北平山中学期中]基因工程又称作重组 技术，是指按照
人们的愿望,通过转基因技术等,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合
人们需要的新的生物类型和生物产品。下列关于基因工程的描述正
确的是( )
A.基因工程的基本工具包括限制酶和 连接酶
B.限制酶只能特异性地识别6个核苷酸的 序列
C.基因工程人为实现了种间遗传物质的交换
D.通过基因工程改造的生物为新物种
√
[解析] 基因工程至少需要三种工具:限制酶、 连接酶、载体，A
错误;限制酶能特异性地识别核苷酸序列，但识别的核苷酸序列不一
定是6个，还可能是4个、8个等,B错误;重组 技术可克服生殖隔离
现象，实现种间遗传物质交换，按照人的意愿使生物发生定向变异,
C正确;基因工程能冲破远缘杂交不亲和障碍，但是培育的生物还是
原来的物种,只是出现了新的性状，D错误。
3.[2024·山西太原月考]基因工程操作离不开三种工具，下列有关说
法不正确的是( )
A.用相同的限制性内切核酸酶处理外源基因和质粒，可获得相同的
黏性末端
B.常用载体质粒的基本单位是脱氧核糖核苷酸，另外两种工具的基
本单位是氨基酸
C. 聚合酶能够催化形成磷酸二酯键，是基因工程中的“分子缝合针”
D.限制性内切核酸酶主要从原核生物中分离获得，具有识别特定核
苷酸序列的能力
√
[解析] 相同的限制性内切核酸酶处理目的基因和质粒，可产生相同
的黏性末端，以便于二者连接，A正确；常用载体质粒的化学本质是
，其基本单位是脱氧核糖核苷酸，另外两种工具酶的化学本质
是蛋白质，其基本单位是氨基酸，B正确； 连接酶能够催化形成
磷酸二酯键，是基因工程中的“分子缝合针”，C错误；限制性内切核
酸酶主要从原核生物中分离获得，具有识别特定核苷酸序列的能力，
D正确。
4.[2022·山东卷]关于“ 的粗提取与鉴定”实验，下列说法错误的是
( )
A.过滤液沉淀过程在冰箱中进行是为了防止 降解
B.离心研磨液是为了加速 的沉淀
C.在一定温度下， 遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的 中可能含有蛋白质
√
[解析] 低温时酶的活性较低，过滤液沉淀过程在 冰箱中进
行是为了防止 降解，A正确；离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀，
B错误；在沸水浴条件下， 遇二苯胺试剂呈现蓝色，C正确；细
胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精，有的蛋白质不溶于酒精，在体
积分数为的冷酒精中与一块儿析出，故粗提取的 中可
能含有蛋白质，D正确。
5.[2024·山东枣庄月考]如表列举了几种限制酶的识别序列及其切割
位点(箭头表示相关酶的切割位点)。如图是酶切后产生的几种末端。
下列说法正确的是( )
A.Ⅰ切割的是氢键， Ⅰ切割的是磷酸二酯键
B.Ⅰ和 Ⅰ切割产生的片段能够相连，但连接后的片段两者
都不能再切割
C.②④⑤对应的识别序列均能被 Ⅰ识别并切割
D. 连接酶能连接②⑤，不能连接②④
√
[解析] Ⅰ与Ⅰ切割的均是磷酸二酯键，A错误； Ⅰ切
割 ， Ⅰ切割 ，故二者切割后产生的黏性末端是相
同的，因此二者切割后产生的黏性末端能够相连，连接后仍然存在
的序列，能被Ⅰ切割，但是 Ⅰ不一定能切割，B错误；
②④⑤对应的识别序列都存在，都能被 Ⅰ识别并切割，C
正确；②⑤黏性末端相同，②④黏性末端也相同，因此 连接酶
能连接②⑤，也能连接②④，D错误。
1.基因工程技术也称为DNA重组技术，下列有关基因工程的说法错误
的是( )
A.基因工程的基本原理是基因重组
B.基因工程常用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
C.基因工程可以定向改造生物的性状
D.基因工程常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒
√
[解析]
2.下列有关质粒的叙述中，正确的是( )
A.质粒是存在于细菌中的一种细胞器
B.质粒改造后可用作基因工程的载体
C.质粒上基因的表达不遵循中心法则
D.质粒必须具有抗生素抗性基因以便筛选
√
[解析]
3.下面表示“DNA粗提取与鉴定”实验的基本流程，相关叙述错误的是
( )
①取材→②破碎细胞→③获得滤液→④去除杂质→⑤进一步提纯→
⑥DNA鉴定
A．本实验使用了体积分数为95%的酒精
B．步骤①中可以使用猪的肝细胞作为实验材料
C．步骤①中可以使用纱布对研磨液进行过滤，并获取上清液
D．步骤⑥向试管中加入二苯胺试剂后静置5min后即可呈现蓝色
√
[解析]
4.如图所示的酶M和酶N是两种限制酶，图中DNA片段只注明了黏性
末端处的碱基种类，其他碱基的种类未注明。请据图回答下列问题:
(1)酶M特异性切割的DNA片段是 ，则酶N特异性切割的
DNA片段是 。
[解析]
(2)多个片段乙和多个片段丁混合在一起，用DNA连接酶拼接得到环
状DNA，其中只由两个DNA片段连接成的环状DNA分子有 种。
3
[解析] 片段乙和片段丁是同种限制酶切割后形成的，二者存在相同的
黏性末端，可以首尾相接，形成环状的DNA分子(乙—丁)；乙和丁本
身也会发生“两两”连接，形成(乙—乙)和(丁—丁)两种环状的DNA分子。
练习册
知识点一 基因工程的概念、限制酶与 连接酶
1.[2024·广东云浮月考]基因工程的发展离不开理论的突破和技术的
创新。下列科学研究体现了基因工程正式问世的是( )
A.艾弗里等人通过肺炎链球菌的体外转化实验证明 可以转移
B.沃森和克里克建立了 双螺旋结构模型并提出自我复制假说
C.科学家利用质粒构建重组 并导入受体细胞中成功表达
D.科学家发现了多种限制性内切核酸酶、 连接酶和逆转录酶
[解析] 1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，利用质
粒构建重组 并导入受体细胞中成功表达，实现物种间的基因交
流，至此，基因工程正式问世，C正确。
√
2.基因工程是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗
传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。下列有
关基因工程的叙述中，不正确的是( )
A.基因工程操作中需要限制酶、 连接酶等酶的参与
B.基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒
C.只有同种限制酶切割的末端才能连接,不同限制酶切割的末端不能
连接
D.基因工程利用基因重组的原理，可定向改变生物的性状
√
[解析] 基因工程的基本操作工具包括限制酶、 连接酶、载体，
可见基因工程的操作中需要限制酶、 连接酶等酶的参与，A正确;
基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒，B正确；不同
限制酶切割产生的黏性末端相同也能连接,C错误；基因工程能按照
人们的意愿，利用基因重组的原理来定向改变生物性状，D正确。
3.[2024·山东德州夏津一中月考]如
图表示限制酶切割某 的过程，
从图中可知，该限制酶能识别的
碱基序列及切割位点是( )
A.，切点在C和 之间
B.，切点在 和A之间
C.，切点在 和A之间
D.，切点在C和 之间
√
[解析] 由题图可知，该限制酶能识别的碱基序列为
；对比切割前与切割后的片段可知， 片段
从与A之间断开，其切点在 和A之间，故选C。
4.[2024·广东饶平一中期中]限制酶和 连接酶都是基因工程中会用
到的工具酶，下列有关这两种酶的叙述，正确的是( )
A.限制酶将 双链切割成两条单链
B.同种限制酶既可以切割含目的基因的 片段又可以切割质粒，
因此不具有专一性
C.序列和 被限制酶切出的黏性末端相同
D. 连接酶催化黏性末端的连接，不能催化平末端的连接
√
[解析] 双链之间以氢键相连，而限制酶破坏的是磷酸二酯键，
因此限制酶能将 双链切割成两段双链，A错误；同种限制酶既可
以切割含目的基因的 片段又可以切割质粒，是由于含目的基因
的 片段和质粒都具该酶的酶切位点，因此限制酶具有专一性，
错误；两序列被限制酶切出的黏性末端相同，C正确； 连
接酶能催化平末端和黏性末端的连接，D错误。
5.[2024·四川广安二中月考]如图为 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内切核酸酶、聚合酶、 连接
酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
A.①③②④ B.①④②③ C.①②④③ D.①④③②
[解析] 限制性内切核酸酶识别 中特定序列并切割磷酸二酯键，
将切成片段,是①；聚合酶是催化复制，是④； 连
接酶是将片段连在一 起，是②;解旋酶是将 双链解开,是③，
A、C、D错误，B正确。
√
6.有3种限制酶对 分子的识别序列和切割位点(箭头所示)依次为，
限制酶 ；限制酶 ；限制酶 。
下列叙述错误的是( )
A.不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点
B.限制酶2和限制酶3识别的序列都包含6个碱基
C.限制酶1和限制酶3剪出的黏性末端相同
D.能够识别和切割 分子的酶只有限制酶2
√
[解析] 酶具有专一性，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，
A正确；限制酶2和限制酶3识别的序列分别是 和
，均为6个碱基，B正确；限制酶1和限制酶3剪出的黏
性末端相同，均为 ，C正确；限制酶只能识别和切割双链
分子的特定核苷酸序列，D错误。
7.[2024·江苏淮安调研]基因工程中需使用多种工具酶，几种限制酶
的切割位点如图所示。下列说法正确的是( )
A.限制酶 Ⅰ切割产生的是黏性末端
B.连接酶、聚合酶和 聚合酶均可催
化磷酸二酯键的形成
C.限制酶 Ⅰ进行一次切割，会切断2个磷酸二
酯键，形成1个游离的 末端
D.若两种限制酶的识别序列相同，则形成的末端
一定能通过 连接酶相互连接
√
[解析] 限制酶 Ⅰ切割产生的是平末端，A错
误。连接酶是在两个 片段之间形成磷酸
二酯键； 聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到
已有的核苷酸片段上，形成磷酸二酯键； 聚
合酶将单个核糖核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键，B正
确。一个限制酶切割一次，使 双链断开，会有两个磷酸二酯键断裂，
形成2个黏性末端或平末端，形成2个游离的 末端，C错误；若两种限
制酶的识别序列相同，但由于酶切位点不同，切割形成的末端不同，故
不一定能通过 连接酶相互连接，D错误。
8.[2024·福建宁德期中]
如图所示为某质粒被
Ⅰ切割后得到一
A.该技术的重要意义是防止线性载体 自身环化
B.末端核苷酸转移酶的作用是催化形成磷酸二酯键
C.末端核苷酸转移酶作用时不需要模板链
D.末端核苷酸转移酶的作用特点与 连接酶相同
个线性载体 ，经过末端核苷酸转移酶作用将多个相同的脱氧核苷三
磷酸 或或或 连续加到切割后的两个黏性末端上。
相关说法错误的是 ( )
√
[解析] 末端核苷酸转移
酶的作用是催化形成磷
酸二酯键，这样可将多
个相同的脱氧核苷三磷酸连续加到切割后的两个黏性末端上，防止线性
载体 自身环化，A、B正确；末端核苷酸转移酶的作用是将多个相
同的脱氧核苷三磷酸连续加到切割后的两个黏性末端上，这不需要模板
链，C正确；末端核苷酸转移酶的作用是将多个相同的脱氧核苷三磷酸
连续加到切割后的两个黏性末端上，而 连接酶是将具有相同末端的
片段连接起来，两者的作用特点不同，D错误。
知识点二 载体
9.[2024·天津耀华中学期中]下列有关质粒的叙述，正确的是( )
A.质粒是一种颗粒状细胞器
B.质粒是原核细胞中蛋白质合成的场所
C.质粒是具有自我复制能力的单链 分子
D.细菌的质粒和真核细胞 的基本结构单位相同
[解析] 质粒是环状 分子，不是细胞器，A错误；核糖体是原核
细胞中蛋白质的合成场所，B错误；质粒是具有自我复制能力的环状
双链分子，C错误；细菌的质粒是环状 分子，其和真核细胞
的基本结构单位相同，都是脱氧核苷酸，D正确。
√
10.[2024·浙江强基联盟联考]载体能传递能量或运载其他物质。下列
关于载体的叙述正确的是( )
A.载体都位于细胞膜
B.载体的本质是蛋白质
C.有的载体可在大肠杆菌内稳定存在
D.载体形态改变后会失活
√
[解析] 基因工程中的载体包括病毒、噬菌体和质粒等，不位于细胞
膜，A错误；细胞膜上的载体本质是蛋白质，但基因工程中的载体可
以是质粒 ，也可以是病毒，B错误；有的载体可在大肠杆菌内
稳定存在，如质粒作为载体可在大肠杆菌内稳定存在，C正确；细胞
膜上用于转运物质的某些载体形态可发生可逆性改变，D错误。
11.基因工程的运输工具——载体，必须具备的条件之一及理由是
( )
A.能够在宿主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.能够在宿主细胞中复制并稳定保存，以便于进行筛选
√
[解析] 作为载体必须具备的条件之一是能够在宿主细胞中稳定地保
存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因，A正确；作为载体必
须具备的条件之一是具有多个限制酶切割位点，以便于目的基因的
插入，B错误；作为载体必须具备的条件之一是具有某些标记基因，
便于重组分子的筛选，C错误；携带外源 片段的质粒进入受
体细胞后，在细胞中进行自我复制，或整合到染色体 上，随着
染色体 进行同步复制，具有某些标记基因便于进行筛选，D错误。
12.[2024·陕西宝鸡期末]质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于
许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推
知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细
菌在培养基上的生长情况不同，如图表示外源基因插入位置
插入点有、、 ，请根据表中提供细菌的生长情况，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培养基上 生长情况 细菌在含四环素培养基上生长
情况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
A.①是；②是；③是 B.①是和；②是；③是
C.①是和；②是；③是 D.①是；②是；③是
√
[解析] 第①组：细胞能在含氨苄青霉素和含四环素培养基上生长，
说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，因此，外源基
因插入的位置而是 ；第②组能在含氨苄青霉素培养基上生长，不能
在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因被破坏，抗氨苄青霉
细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况 细菌在含四环素
培养基上生长情况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
素基因未被破坏，因此，外源基因插入位置是 ，第③组能在含四环
素培养基上生长，不能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄
青霉素基因被破坏，抗四环素基因没有被破坏，因此，外源基因插
入的位置是 。综上所述，A正确。
细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况 细菌在含四环素
培养基上生长情况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
知识点三 的粗提取与鉴定
13.[2024·山东日照期末]下列关于以洋葱为实验材料进行“ 的粗提
取与鉴定”实验的叙述，正确的是( )
A.洋葱研磨液需要用滤纸过滤，以保证提取的 量
B.滤液中加入冷酒精后，用玻璃棒搅拌会使 的提取量增加
C.向含的滤液中加入的 溶液有利于去除杂质
D.用二苯胺试剂鉴定 时，需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化
√
[解析] 洋葱研磨液要用纱布过滤，以保证提取的 量，A错误；
滤液中加入冷酒精是利用 不溶于冷酒精但某些蛋白质溶于酒精
的原理，提纯，但用玻璃棒搅拌不会增加 提取量，B错误；
能溶于的溶液，向含的滤液中加入 的
溶液为了使溶于 溶液中便于鉴定，C错误；在沸水浴条
件下，遇二苯胺会呈现蓝色，用二苯胺试剂鉴定 时，需沸
水浴加热冷却后再观察颜色变化，D正确。
14.不同生物的的提取方法有所不同， 提取的原理和实验流
程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
A.破碎细胞在冷冻下进行，可将组织材料冻裂和降低 酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.粗提取时离心需使用塑料离心管，可减少提取过程中 的
损失
D.的粗提取时，离心研磨液是为了加速 的沉淀
√
[解析] 破碎细胞在冷冻下进行，可将组织材料冻裂，方便研磨，低
温可以降低酶的活性，防止被降解，A正确； 不溶于酒
精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精，据此推测，溶于酒精中
的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质，B正确；
容易吸附在玻璃表面，使用塑料离心管可减少提取过程中 的损
失，C正确；离心研磨液是为了加速细胞膜、细胞器和一些较大杂质
等的沉淀，D错误。
15.如图所示是以洋葱为材料进行“ 粗提取与鉴定”相关实验步骤。
下列有关叙述正确的是( )
A.步骤1和步骤2的目的是获取研磨液中的沉淀物
B.步骤3中的 溶于酒精,而某些蛋白质不溶于酒精
C.利用二苯胺试剂鉴定时,将试管置于 的温水中
D.步骤4中在的 溶液中溶解度较高
√
[解析] 步骤1和步骤2的目的是获取研磨液中的上清液，A错误;步骤3
中的 不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，B错误;利用二苯胺
试剂鉴定时，应将试管置于沸水中，C错误; 在不同浓度的
中溶解度不同，在的 溶液中溶解度较高，D正确。
16.下图中的甲和乙分别表示的是Ⅰ限制酶和 Ⅰ限制酶的作用
示意图。请思考回答下列问题：
(1)Ⅰ限制酶和 Ⅰ限制酶的化学本质是________，其单体是
________。
蛋白质
氨基酸
[解析] Ⅰ限制酶和 Ⅰ限制酶的化学本质是蛋白质，蛋白质是
生物大分子，其单体是氨基酸。
(2)Ⅰ限制酶识别的碱基序列是_____________， Ⅰ限制酶和
Ⅰ限制酶的识别序列不相同，说明限制酶具有______性。
专一
[解析] 分析题图可知， Ⅰ限制酶识别的碱基序列是
，Ⅰ限制酶的识别序列是， Ⅰ限制
酶和 Ⅰ限制酶的识别序列不相同，说明限制酶具有专一性。
(3)由图乙可知，当限制酶在它识别序列的________处切开时，产生
的末端是平末端；要将图甲中的末端再连接起来，需要用
_________________________________酶。
中轴线
连接酶或连接
[解析] 由图乙可知，当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时，产
生的末端是平末端；连接酶可以连接两个 片段，要将图甲
中的黏性末端再连接起来，需要用连接酶或 连接酶。
(4)1970年，阿尔伯 等在细菌中发现了第一个限制酶，而
在该细菌中没有此限制酶的识别序列，推测该限制酶在细菌细胞中
的作用可能是____________________________。
切割外来，起到防御作用
[解析] 1970年，阿尔伯 等在细菌中发现了第一个限制酶，
而在该细菌中没有此限制酶的识别序列，推测该限制酶在细菌细胞
中的作用可能是切割外来 ，起到防御作用。
17.如图为大肠杆菌及质粒的结构模式图，据图回答下列问题。
(1) 代表的物质和质粒的化学本质相同，都
是_____，二者还具有其他共同点,如
①_______________,②______________。
能够自我复制
具有遗传效应
[解析] 代表的物质是大肠杆菌的拟核,本质
是裸露的 ,它能够自我复制并具有遗传效
应。质粒是一种环状 分子，其本质是
，能够自我复制并具有遗传效应。
(2)若质粒 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。
连接酶
[解析] 根据碱基互补配对原则可推知:若质粒
分子的切割末端为 ，则与之连接的目的基因切割末端应
为 。连接两个片段的黏性末端需用 连接酶。
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒
上称为__________,其作用是
____________________。
标记基因
便于重组的筛选
[解析] 氨苄青霉素抗性基因在质
粒 上称为标记基因，在基因
工程中其作用是便于重组 的
筛选。
(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.土壤农杆菌环状 分子
C.大肠杆菌的质粒
D.动物细胞的染色体
√
[解析] 基因工程中常用作载体的有质粒、噬菌体、动植物病毒等,
故C正确。
(5)其他的载体有________和
_____________。
噬菌体
动植物病毒
[解析] 基因工程中的载体除常用的
质粒外,还有噬菌体、动植物病毒等。第3章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
【预习梳理】
一、1.转基因
2.生物类型 生物产品
3.DNA分子
二、1.(1)原核生物
(2)特定核苷酸序列 磷酸二酯键 6
(3)黏性末端或平末端
2.(1)双链DNA片段 磷酸二酯键 (2)低于
3.(1)送入
(2)①环状双链DNA分子 人工改造
②噬菌体
(3)①一个至多
②自我复制
③标记基因 重组DNA分子
【任务活动】
任务一
[情境]
(1)—T —ACTAGGATCA— T—
(2)黏性 E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶
(3)能,二者切割后产生的黏性末端相同,可被DNA连接酶连接
(4)3 4
(5)不能 原核细胞DNA中不存在限制酶的识别序列或能被限制酶识别的序列被修饰了
反馈评价
例1 A [解析] 限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键,其中限制酶能将磷酸二酯键切断,而DNA连接酶能将DNA片段连接起来形成磷酸二酯键,A正确;图中①④具有互补的黏性末端,因此可能是同一种限制酶切割形成的,②③分别是由不同的限制酶切割产生的,因此①~④DNA片段可能是由3种限制酶切割后产生的,B错误;由于①④具有互补的黏性末端,所以应该用DNA连接酶连接起来,形成重组DNA分子,C错误;由②片段的末端可推出,②片段是在酶切位点为的限制酶作用下形成的,D错误。
例2 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,故选C。
任务二
1.物理和化学
2.(1)DNA 蛋白质 (2)2 mol/L的NaCl (3)二苯胺
3.体积分数为95%的酒精 二苯胺 蓝
[分析]
(1)裂解细胞,释放DNA
(2)析出 DNA不溶于酒精,但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精
(3)①可抑制核酸水解酶的活性,进而抑制DNA降解;②抑制分子运动,使DNA易形成沉淀析出;③低温有利于增加DNA分子的韧性,减少其断裂
(4)防止DNA结构被破坏
反馈评价
例3 D [解析] 裂解是指使细胞破裂,释放出DNA等物质,A正确;DNA和蛋白质等物质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,DNA能溶于2 mol/L的NaCl溶液而其他物质不能,将混合后的溶液过滤,即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离,B正确;DNA不溶于酒精,而某些蛋白质溶于酒精,可以反复多次用酒精沉淀出DNA,以提高DNA纯度,C正确;只有在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺试剂才会变成蓝色,D错误。
例4 B [解析] 猪成熟红细胞无细胞核与细胞器,几乎不含DNA,不能用作该实验的材料,A错误;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,以缩短研磨时间,避免研磨时间过长,影响DNA的提取量,B正确;以植物的叶片为实验材料时,一般使用体积分数为95%的预冷酒精提取DNA,C错误;以香蕉为实验材料时,将研磨液在4 ℃的冰箱中放置几分钟后,取上清液进行离心,D错误。
【当堂自测】
1.(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×
[解析] (1)限制性内切核酸酶只能识别和切割DNA,不能识别和切割RNA。
(2)载体不属于工具酶。
(3)同种限制性内切核酸酶切出的黏性末端相同,不同种限制性内切核酸酶切出的黏性末端也可能相同。
(4)E.coli DNA连接酶能连接具有互补黏性末端的2个DNA片段和具有平末端的DNA片段。
(5)DNA连接酶连接的是两个DNA片段,催化形成的是磷酸二酯键。
(7)载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为标记基因。
2.C [解析] 基因工程至少需要三种工具:限制酶、DNA连接酶、载体,A错误;限制酶能特异性地识别核苷酸序列,但识别的核苷酸序列不一定是6个,还可能是4个、8个等, B错误;重组DNA技术可克服生殖隔离现象,实现种间遗传物质交换,按照人的意愿使生物发生定向变异, C正确;基因工程能冲破远缘杂交不亲和障碍,但是培育的生物还是原来的物种,只是出现了新的性状,D错误。
3.C [解析] 相同的限制性内切核酸酶处理目的基因和质粒,可产生相同的黏性末端,以便于二者连接,A正确;常用载体质粒的化学本质是DNA,其基本单位是脱氧核糖核苷酸,另外两种工具酶的化学本质是蛋白质,其基本单位是氨基酸,B正确;DNA连接酶能够催化形成磷酸二酯键,是基因工程中的“分子缝合针”,C错误;限制性内切核酸酶主要从原核生物中分离获得,具有识别特定核苷酸序列的能力,D正确。
4.B [解析] 低温时DNA酶的活性较低,过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解,A正确;离心研磨液是为了使细胞碎片沉淀,B错误;在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色,C正确;细胞中的某些蛋白质可以溶解于酒精,有的蛋白质不溶于酒精,在体积分数为95%的冷酒精中与DNA一块儿析出,故粗提取的DNA中可能含有蛋白质,D正确。
5.C [解析] BamHⅠ与AluⅠ切割的均是磷酸二酯键,A错误;BamHⅠ切割↓ —GGATCC—,Sau3AⅠ切割↓ GATC,故二者切割后产生的黏性末端是相同的,因此二者切割后产生的黏性末端能够相连,连接后仍然存在GATC的序列,能被Sau3AⅠ切割,但是BamHⅠ不一定能切割,B错误;②④⑤对应的识别序列都存在GATC,都能被Sau3AⅠ识别并切割,C正确;②⑤黏性末端相同,②④黏性末端也相同,因此DNA连接酶能连接②⑤,也能连接②④,D错误。第3章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
一、基因工程的概念
1.手段: 等技术。
2.目的:创造出更符合人们需要的新的 和 。
3.水平: 水平。
二、重组DNA技术的基本工具
1.限制性内切核酸酶(简称:限制酶)——“分子手术刀”
(1)来源:主要是从 中分离纯化出来的。
[注]限制酶作为一种防御工具,可切割外源DNA,使之失效,以保证原核生物的自身安全。
(2)功能:能够识别双链DNA分子的 ,并且使每一条链中特定部位的 断开。大多数限制酶的识别序列由 个核苷酸组成。
(3)结果:产生 。
2.DNA连接酶——“分子缝合针”
(1)作用:将 “缝合”起来,恢复被限制酶切开的 。
(2)种类
种类 来源 作用特点
E.coliDNA 连接酶 大肠 杆菌 E.coliDNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远 T4DNA连接酶
T4DNA 连接酶 T4噬 菌体
3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”
(1)作用:将外源基因 细胞中。
(2)种类
①质粒: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DNA之外,并具有自我复制能力的 。真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行过 的。
② 、动植物病毒等。
(3)应具备的条件
①质粒DNA分子上有 个限制酶切割位点,供外源DNA片段(基因)插入其中。
②能在细胞中进行 或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制。
③含有特殊的 ,便于 的筛选。
④载体对受体细胞应无毒害作用。
任务一限制酶与DNA连接酶
【情境】BamHⅠ和BclⅠ是两种限制酶,其识别序列及切割位点如下表所示。
限制酶 BamHⅠ BclⅠ
识别序列 及切割位点 ↓—GGATCC— —CCTAGG—↑ ↓—TGATCA— —ACTAGT—↑
(1)请画出BclⅠ切割后产生的末端。
(2)BamHⅠ和BclⅠ两种限制酶切割DNA分子形成的末端都是 末端,能连接具有该种末端DNA片段的DNA连接酶有 。
(3)BamHⅠ和BclⅠ切割后产生的黏性末端能否被DNA连接酶连接 说出你的理由。
。
(4)若某链状DNA分子中含有两个BamHⅠ的识别序列,该DNA分子将被切成 个片段,共断裂 个磷酸二酯键。
(5)限制酶 (填“能”或“不能”)切割原核细胞自身的DNA,推测其理由是 。
基因工程中的同尾酶
这一类的限制酶来源各异,识别的靶序列也不相同,但产生相同的黏性末端。由同尾酶产生的DNA片段,是能够通过其黏性末端之间的互补作用彼此连接起来的。当把同尾酶切割的DNA片段与原来的限制性内切核酸酶切割的DNA片段连接后,原来的酶切位点将不存在,不能被原来的限制酶所识别。
例如:BamHⅠ和BgIⅡ是同尾酶,
BamHⅠ的切割位点:↓5'—GGATCC—3'
3'—CCTAGG—5'↑
BglⅡ的切割位点:↓5'—AGATCT—3'
3'—TCTAGA—5'↑
例1[2024·山东菏泽一中月考]如图是几种不同限制性内切核酸酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列叙述中正确的是()
①…CTGCA…G②…G…CTTAA
③…TG…AC④…G…CTGCA
A.限制酶和DNA连接酶作用的部位都是磷酸二酯键
B.①~④DNA片段是由4种限制酶切割后产生的
C.①和④两个片段在DNA聚合酶的作用下能形成重组DNA分子
D.②片段是在酶切位点为的限制酶作用下形成的
例2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
[题后归纳]与DNA有关的几种酶的作用及特点的分析比较
名称 作用部位 作用底物 形成产物
限制酶 磷酸二酯键 DNA分子 具有黏性末端或平末端的DNA片段
DNA 连接酶 磷酸二酯键 DNA片段 重组DNA分子
DNA 聚合酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸 子代DNA分子
解旋酶 氢键 DNA分子 形成两条DNA单链
DNA 水解酶 磷酸二酯键 DNA分子 脱氧核苷酸
任务二探究·实践——DNA的粗提取与鉴定
1.思路:DNA、RNA、蛋白质和脂质等在 性质方面存在差异,可以利用这些差异,选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。
2.原理
(1) 不溶于酒精,但某些 溶于酒精,利用这一原理可初步分离DNA与蛋白质。
(2)DNA能溶于 溶液。
(3)在一定温度下,DNA遇 试剂会呈现蓝色。
3.操作过程
称取新鲜洋葱,充分研磨
过滤,静置后再取上清液或离心后取上清液
在上清液中加入冷却的 溶液,静置后再用玻璃棒沿一个方向搅拌,卷起丝状物或离心后取沉淀物
在溶有DNA丝状物或沉淀物的2mol/L的NaCl溶液中加入 试剂,混合均匀后沸水浴加热5min,溶液变成 色
[注]粗提取的DNA可能含有核蛋白、多糖等杂质
[分析]
(1)充分研磨的目的是 。
(2)在研磨液过滤获得的上清液中加入体积分数为95%的酒精溶液的目的是使DNA (填“溶解”或“析出”),依据的原理是 。
(3)预冷酒精的作用: 。
(4)用玻璃棒搅拌时沿一个方向搅拌的目的是 。
例3[2023·广东卷]“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是()
A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
例4[2024·河北唐山期末]“DNA粗提取与鉴定”实验需要对材料进行选择、处理。为了提取出DNA相对含量较高的白色丝状物,下列对实验材料的选择和处理,正确的是()
A.以猪成熟红细胞为实验材料时,可在滤液中加入适量的木瓜蛋白酶
B.以菜花为实验材料时,在研磨过程中可加入适量的纤维素酶
C.以植物叶片为实验材料时,一般使用体积分数为50%的预冷酒精提取DNA
D.以香蕉为实验材料时,将研磨液在4℃的冰箱中放置几分钟后,取沉淀物进行离心
1.正误辨析
(1)限制性内切核酸酶能识别和切割RNA。()
(2)基因工程常用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体。()
(3)同种限制性内切核酸酶切出的黏性末端一定相同,不同种限制性内切核酸酶切出的黏性末端一定不同。()
(4)E.coliDNA连接酶能催化任意2个DNA片段之间形成磷酸二酯键。()
(5)DNA连接酶能通过催化形成氢键将两碱基连接起来。()
(6)质粒是小型环状DNA分子,是基因工程常用的载体。()
(7)载体质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因。()
2.[2024·河北平山中学期中]基因工程又称作重组DNA技术,是指按照人们的愿望,通过转基因技术等,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。下列关于基因工程的描述正确的是()
A.基因工程的基本工具包括限制酶和DNA连接酶
B.限制酶只能特异性地识别6个核苷酸的DNA序列
C.基因工程人为实现了种间遗传物质的交换
D.通过基因工程改造的生物为新物种
3.[2024·山西太原月考]基因工程操作离不开三种工具,下列有关说法不正确的是()
A.用相同的限制性内切核酸酶处理外源基因和质粒,可获得相同的黏性末端
B.常用载体质粒的基本单位是脱氧核糖核苷酸,另外两种工具的基本单位是氨基酸
C.DNA聚合酶能够催化形成磷酸二酯键,是基因工程中的“分子缝合针”
D.限制性内切核酸酶主要从原核生物中分离获得,具有识别特定核苷酸序列的能力
4.[2022·山东卷]关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法错误的是()
A.过滤液沉淀过程在4℃冰箱中进行是为了防止DNA降解
B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀
C.在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质
5.[2024·山东枣庄月考]如表列举了几种限制酶的识别序列及其切割位点(箭头表示相关酶的切割位点)。如图是酶切后产生的几种末端。下列说法正确的是()
A.BamHⅠ切割的是氢键,AluⅠ切割的是磷酸二酯键
B.Sau3AⅠ和BamHⅠ切割产生的片段能够相连,但连接后的片段两者都不能再切割
C.②④⑤对应的识别序列均能被Sau3AⅠ识别并切割
D.DNA连接酶能连接②⑤,不能连接②④第3章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
1.C [解析] 1973年,科学家证明质粒可以作为基因工程的载体,利用质粒构建重组DNA并导入受体细胞中成功表达,实现物种间的基因交流,至此,基因工程正式问世,C正确。
2.C [解析] 基因工程的基本操作工具包括限制酶、DNA连接酶、载体,可见基因工程的操作中需要限制酶、DNA连接酶等酶的参与,A正确;基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒,B正确;不同限制酶切割产生的黏性末端相同也能连接,C错误;基因工程能按照人们的意愿,利用基因重组的原理来定向改变生物性状,D正确。
3.C [解析] 由题图可知,该限制酶能识别的碱基序列为5'—GAATTC—3';对比切割前与切割后的DNA片段可知,DNA片段从G与A之间断开,其切点在G和A之间,故选C。
4.C [解析] DNA双链之间以氢键相连,而限制酶破坏的是磷酸二酯键,因此限制酶能将DNA双链切割成两段双链,A错误;同种限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段又可以切割质粒,是由于含目的基因的DNA片段和质粒都具该酶的酶切位点,因此限制酶具有专一性, B错误;两序列被限制酶切出的黏性末端相同,C正确;T4 DNA连接酶能催化平末端和黏性末端的连接,D错误。
5.B [解析] 限制性内切核酸酶识别DNA中特定序列并切割磷酸二酯键,将DNA切成片段,是①;DNA聚合酶是催化DNA复制,是④;DNA连接酶是将DNA片段连在一 起,是②;解旋酶是将DNA双链解开,是③,A、C、D错误,B正确。
6.D [解析] 酶具有专一性,不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点,A正确;限制酶2和限制酶3识别的序列分别是—CCGCGG—和—GGATCC—,均为6个碱基,B正确;限制酶1和限制酶3剪出的黏性末端相同,均为GATC—,C正确;限制酶只能识别和切割双链DNA分子的特定核苷酸序列,D错误。
7.B [解析] 限制酶SmaⅠ切割产生的是平末端,A错误。DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键;DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段上,形成磷酸二酯键;RNA聚合酶将单个核糖核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键,B正确。一个限制酶切割一次,使DNA双链断开,会有两个磷酸二酯键断裂,形成2个黏性末端或平末端,形成2个游离的5'末端,C错误;若两种限制酶的识别序列相同,但由于酶切位点不同,切割形成的末端不同,故不一定能通过DNA连接酶相互连接,D错误。
8.D [解析] 末端核苷酸转移酶的作用是催化形成磷酸二酯键,这样可将多个相同的脱氧核苷三磷酸连续加到切割后的两个黏性末端上,防止线性载体DNA自身环化,A、B正确;末端核苷酸转移酶的作用是将多个相同的脱氧核苷三磷酸连续加到切割后的两个黏性末端上,这不需要模板链,C正确;末端核苷酸转移酶的作用是将多个相同的脱氧核苷三磷酸连续加到切割后的两个黏性末端上,而DNA连接酶是将具有相同末端的DNA片段连接起来,两者的作用特点不同,D错误。
9.D [解析] 质粒是环状DNA分子,不是细胞器,A错误;核糖体是原核细胞中蛋白质的合成场所,B错误;质粒是具有自我复制能力的环状双链DNA分子,C错误;细菌的质粒是环状DNA分子,其和真核细胞DNA的基本结构单位相同,都是脱氧核苷酸,D正确。
10.C [解析] 基因工程中的载体包括病毒、噬菌体和质粒等,不位于细胞膜,A错误;细胞膜上的载体本质是蛋白质,但基因工程中的载体可以是质粒(DNA),也可以是病毒,B错误;有的载体可在大肠杆菌内稳定存在,如质粒作为载体可在大肠杆菌内稳定存在,C正确;细胞膜上用于转运物质的某些载体形态可发生可逆性改变,D错误。
11.A [解析] 作为载体必须具备的条件之一是能够在宿主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,A正确;作为载体必须具备的条件之一是具有多个限制酶切割位点,以便于目的基因的插入,B错误;作为载体必须具备的条件之一是具有某些标记基因,便于重组DNA分子的筛选,C错误;携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后,在细胞中进行自我复制,或整合到染色体DNA上,随着染色体DNA进行同步复制,具有某些标记基因便于进行筛选,D错误。
12.A [解析] 第①组:细胞能在含氨苄青霉素和含四环素培养基上生长,说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏,因此,外源基因插入的位置而是c;第②组能在含氨苄青霉素培养基上生长,不能在含四环素培养基上生长,说明抗四环素基因被破坏,抗氨苄青霉素基因未被破坏,因此,外源基因插入位置是b,第③组能在含四环素培养基上生长,不能在含氨苄青霉素培养基上生长,说明抗氨苄青霉素基因被破坏,抗四环素基因没有被破坏,因此,外源基因插入的位置是a。综上所述,A正确。
13.D [解析] 洋葱研磨液要用纱布过滤,以保证提取的DNA量,A错误;滤液中加入冷酒精是利用DNA不溶于冷酒精但某些蛋白质溶于酒精的原理,提纯DNA,但用玻璃棒搅拌不会增加DNA提取量,B错误;DNA能溶于2 mol/L的NaCl溶液,向含DNA的滤液中加入2 mol/L的NaCl溶液为了使DNA溶于NaCl溶液中便于鉴定,C错误;在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺会呈现蓝色,用二苯胺试剂鉴定DNA时,需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化,D正确。
14.D [解析] 破碎细胞在冷冻下进行,可将组织材料冻裂,方便研磨,低温可以降低DNA酶的活性,防止DNA被降解,A正确;DNA不溶于酒精,但细胞中的某些物质却可以溶于酒精,据此推测,溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质,B正确;DNA容易吸附在玻璃表面,使用塑料离心管可减少提取过程中DNA的损失,C正确;离心研磨液是为了加速细胞膜、细胞器和一些较大杂质等的沉淀,D错误。
15.D [解析] 步骤1和步骤2的目的是获取研磨液中的上清液,A错误;步骤3中的DNA不溶于酒精,而某些蛋白质溶于酒精,B错误;利用二苯胺试剂鉴定DNA时,应将试管置于沸水中,C错误;DNA在不同浓度的NaCl中溶解度不同,DNA在2 mol/L的NaCl溶液中溶解度较高,D正确。
16.(1)蛋白质 氨基酸
(2)—GAATTC— 专一
(3)中轴线 E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接
(4)切割外来DNA,起到防御作用
[解析] (1)EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的化学本质是蛋白质,蛋白质是生物大分子,其单体是氨基酸。(2)分析题图可知,EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是—GAATTC—,SmaⅠ限制酶的识别序列是—CCCGGG—,EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的识别序列不相同,说明限制酶具有专一性。(3)由图乙可知,当限制酶在它识别序列的中轴线处切开时,产生的末端是平末端;DNA连接酶可以连接两个DNA片段,要将图甲中的黏性末端再连接起来,需要用E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶。(4)1970年,阿尔伯(W.Arber)等在细菌中发现了第一个限制酶,而在该细菌中没有此限制酶的识别序列,推测该限制酶在细菌细胞中的作用可能是切割外来DNA,起到防御作用。
17.(1)DNA 能够自我复制 具有遗传效应
(2)CGCGT— A— DNA连接酶
(3)标记基因 便于重组DNA的筛选
(4)C
(5)噬菌体 动植物病毒
[解析] (1)a代表的物质是大肠杆菌的拟核,本质是裸露的DNA,它能够自我复制并具有遗传效应。质粒是一种环状DNA分子,其本质是DNA,能够自我复制并具有遗传效应。(2)根据碱基互补配对原则可推知:若质粒DNA分子的切割末端为—A —TGCGC,则与之连接的目的基因切割末端应为CGCGT— A—。连接两个DNA片段的黏性末端需用DNA连接酶。(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为标记基因,在基因工程中其作用是便于重组DNA的筛选。(4)基因工程中常用作载体的有质粒、噬菌体、动植物病毒等,故C正确。(5)基因工程中的载体除常用的质粒外,还有噬菌体、动植物病毒等。第3章 基因工程
第1节 重组DNA技术的基本工具
知识点一基因工程的概念、限制酶与DNA连接酶
1.[2024·广东云浮月考]基因工程的发展离不开理论的突破和技术的创新。下列科学研究体现了基因工程正式问世的是()
A.艾弗里等人通过肺炎链球菌的体外转化实验证明DNA可以转移
B.沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出自我复制假说
C.科学家利用质粒构建重组DNA并导入受体细胞中成功表达
D.科学家发现了多种限制性内切核酸酶、DNA连接酶和逆转录酶
2.基因工程是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。下列有关基因工程的叙述中,不正确的是()
A.基因工程操作中需要限制酶、DNA连接酶等酶的参与
B.基因工程中常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒
C.只有同种限制酶切割的末端才能连接,不同限制酶切割的末端不能连接
D.基因工程利用基因重组的原理,可定向改变生物的性状
3.[2024·山东德州夏津一中月考]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割位点是()
A.5'-CTTAAG-3',切点在C和T之间
B.5'-CTTAAG-3',切点在G和A之间
C.5'-GAATTC-3',切点在G和A之间
D.5'-CTTAAC-3',切点在C和T之间
4.[2024·广东饶平一中期中]限制酶和DNA连接酶都是基因工程中会用到的工具酶,下列有关这两种酶的叙述,正确的是()
A.限制酶将DNA双链切割成两条单链
B.同种限制酶既可以切割含目的基因的DNA片段又可以切割质粒,因此不具有专一性
C.序列↓—CTAG—和↓—GGATCC—被限制酶切出的黏性末端相同
D.T4DNA连接酶催化黏性末端的连接,不能催化平末端的连接
5.[2024·四川广安二中月考]如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性内切核酸酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()
A.①③②④ B.①④②③
C.①②④③ D.①④③②
6.有3种限制酶对DNA分子的识别序列和切割位点(箭头所示)依次为,限制酶1:↓—GATC—;限制酶2:↓—CCGCGG—;限制酶3:↓—GGATCC—。下列叙述错误的是()
A.不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点
B.限制酶2和限制酶3识别的序列都包含6个碱基
C.限制酶1和限制酶3剪出的黏性末端相同
D.能够识别和切割RNA分子的酶只有限制酶2
7.[2024·江苏淮安调研]基因工程中需使用多种工具酶,几种限制酶的切割位点如图所示。下列说法正确的是()
A.限制酶SmaⅠ切割产生的是黏性末端
B.DNA连接酶、DNA聚合酶和RNA聚合酶均可催化磷酸二酯键的形成
C.限制酶EcoRⅠ进行一次切割,会切断2个磷酸二酯键,形成1个游离的5'末端
D.若两种限制酶的识别序列相同,则形成的末端一定能通过DNA连接酶相互连接
8.[2024·福建宁德期中]如图所示为某质粒被BamHⅠ切割后得到一个线性载体DNA,经过末端核苷酸转移酶作用将多个相同的脱氧核苷三磷酸dATP(或dTTP或dCTP或dGTP)连续加到切割后的两个黏性末端上。相关说法错误的是()
A.该技术的重要意义是防止线性载体DNA自身环化
B.末端核苷酸转移酶的作用是催化形成磷酸二酯键
C.末端核苷酸转移酶作用时不需要模板链
D.末端核苷酸转移酶的作用特点与DNA连接酶相同
知识点二载体
9.[2024·天津耀华中学期中]下列有关质粒的叙述,正确的是()
A.质粒是一种颗粒状细胞器
B.质粒是原核细胞中蛋白质合成的场所
C.质粒是具有自我复制能力的单链DNA分子
D.细菌的质粒和真核细胞DNA的基本结构单位相同
10.[2024·浙江强基联盟联考]载体能传递能量或运载其他物质。下列关于载体的叙述正确的是()
A.载体都位于细胞膜
B.载体的本质是蛋白质
C.有的载体可在大肠杆菌内稳定存在
D.载体形态改变后会失活
11.基因工程的运输工具——载体,必须具备的条件之一及理由是()
A.能够在宿主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.能够在宿主细胞中复制并稳定保存,以便于进行筛选
12.[2024·陕西宝鸡期末]质粒是基因工程中最常用的载体,它存在于许多细菌体内。质粒上有标记基因如图所示,通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同,细菌在培养基上的生长情况不同,如图表示外源基因插入位置(插入点有a、b、c),请根据表中提供细菌的生长情况,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 培养基上生长情况 细菌在含四环素 培养基上生长情况
① 能生长 能生长
② 能生长 不能生长
③ 不能生长 能生长
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;②是b;③是a
D.①是c;②是a;③是b
知识点三DNA的粗提取与鉴定
13.[2024·山东日照期末]下列关于以洋葱为实验材料进行“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述,正确的是()
A.洋葱研磨液需要用滤纸过滤,以保证提取的DNA量
B.滤液中加入冷酒精后,用玻璃棒搅拌会使DNA的提取量增加
C.向含DNA的滤液中加入2mol/L的NaCl溶液有利于去除杂质
D.用二苯胺试剂鉴定DNA时,需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化
14.不同生物的DNA的提取方法有所不同,DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是()
A.破碎细胞在冷冻下进行,可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管,可减少提取过程中DNA的损失
D.DNA的粗提取时,离心研磨液是为了加速DNA的沉淀
15.如图所示是以洋葱为材料进行“DNA粗提取与鉴定”相关实验步骤。下列有关叙述正确的是()
A.步骤1和步骤2的目的是获取研磨液中的沉淀物
B.步骤3中的DNA溶于酒精,而某些蛋白质不溶于酒精
C.利用二苯胺试剂鉴定DNA时,将试管置于50℃的温水中
D.步骤4中DNA在2mol/L的NaCl溶液中溶解度较高
16.下图中的甲和乙分别表示的是EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的作用示意图。请思考回答下列问题:
(1)EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的化学本质是 ,其单体是 。
(2)EcoRⅠ限制酶识别的碱基序列是 ,EcoRⅠ限制酶和SmaⅠ限制酶的识别序列不相同,说明限制酶具有 性。
(3)由图乙可知,当限制酶在它识别序列的 处切开时,产生的末端是平末端;要将图甲中的末端再连接起来,需要用 酶。
(4)1970年,阿尔伯(W.Arber)等在细菌中发现了第一个限制酶,而在该细菌中没有此限制酶的识别序列,推测该限制酶在细菌细胞中的作用可能是 。
17.如图为大肠杆菌及质粒的结构模式图,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 ,二者还具有其他共同点,如① ,② 。
(2)若质粒DNA分子的切割末端为—A—TGCGC,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.土壤农杆菌环状RNA分子
C.大肠杆菌的质粒
D.动物细胞的染色体
(5)其他的载体有 和 。
