课件39张PPT。专题1 基因工程1.1 DNA重组技术的基本工具课 后·提 能 达 标课前·新知导学DNA重组基因DNA分子生物类型生物产品DNA双螺旋中心法则遗传密码工具酶DNA合成和测序重组DNA表达PCR原核生物核苷酸序列磷酸二酯键黏性末端平末端磷酸二酯键大肠杆菌T4噬菌体黏性末端平末端外源基因质粒动植物病毒自我复制限制酶切割位点标记基因课堂·考点突破课 后·提 能 达 标点 击 进 入专题1 1.1 DNA重组技术的基本工具
一、选择题
1．以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的产物对人类都是有益的
C．基因工程育种的优点之一是目的性强
D．基因工程产生的变异属于人工诱变
解析：选C 基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行有目的地改造，然后导入受体细胞内，使目的基因在受体细胞内成功表达，产生人类所需要的基因产物。因而基因工程是分子水平上的生物工程，其产生的变异属于基因重组，不属于人工诱变；基因工程虽然是按照人们的意愿改造生物，目的性强，但并不是所有的基因产物都对人类有益。
2．有关DNA重组技术中的工具——“分子缝合针”、“分子手术刀”、“分子运输车”的组合正确的是( )
①DNA连接酶 ②DNA聚合酶 ③限制酶 ④RNA聚合酶 ⑤载体
A．②③⑤ B．①③④
C．①③⑤ D．④③⑤
解析：选C 基因工程中，“手术刀”是限制酶，“缝合针”是DNA连接酶，“运输车”是指将目的基因导入受体细胞的载体。
3．基因工程在操作过程中需要限制酶、DNA连接酶、载体三种工具。以下有关基本工具的叙述，正确的是( )
A．所有限制酶的识别序列均由6个核苷酸组成
B．所有DNA连接酶均能连接黏性末端和平末端
C．真正被用作载体的质粒都是天然质粒
D．原核生物体内的限制酶可切割入侵的DNA分子来保护自身
解析：选D 大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成，A错误；DNA连接酶包括E·coli DNA连接酶和T4DNA连接酶，前者只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，B错误；在基因工程操作中真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的，C错误。
4．质粒是基因工程最常用的载体，下列关于质粒的说法正确的是( )
A．质粒在宿主细胞内都要整合到染色体DNA上
B．质粒是独立于细菌拟核DNA之外的小型细胞器
C．基因工程使用的质粒一定含有标记基因和复制原点
D．质粒上碱基之间数量存在A＋G＝U＋C
解析：选C 基因工程使用的载体需有一至多个酶切位点，具有自我复制能力，有标记基因，对受体细胞安全，且分子大小适合。质粒进入宿主细胞后不一定都要整合到染色体DNA上，如宿主细胞是细菌细胞则不需整合。质粒是小型环状双链DNA分子而不是细胞器，也不会有碱基U。
5．下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，amp为氨苄青霉素抗性基因，tet为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA的细胞，应选用的质粒是( )
解析：选C A项破坏了复制必需的序列。B项氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好，在四环素培养基上和氨苄青霉素培养基上都能生长。C项氨苄青霉素抗性基因被破坏，四环素抗性基因完好，能在四环培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长。D项氨苄青霉素抗性基因完好，四环素抗性基因被破坏。
6．下列有关基因工程和酶的叙述，正确的是( )
A．同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒，因此不具备专一性
B．载体的化学本质与载体蛋白相同
C．限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸
D．DNA连接酶可催化脱氧核苷酸链间形成氢键
解析：选C 一种限制酶可识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，因此具有专一性。载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等，可能是物质，也可能是生物；载体蛋白本质是蛋白质。烟草花叶病毒的核酸为RNA，限制酶不能切割。DNA连接酶可催化两个相同末端的DNA片段间形成磷酸二酯键。
7．下图为DNA分子的某一片段，其中①②③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．解旋酶、限制酶、DNA连接酶
D．限制酶、DNA连接酶、解旋酶
解析：选C 解旋酶可催化碱基之间氢键(①)的断裂，限制酶可使两个核苷酸之间的磷酸二酯键(②)断开，而DNA连接酶则催化磷酸二酯键(③)的形成。
8．玉米的PEPC酶固定CO2的能力较水稻的强60倍。我国科学家正致力于将玉米的PEPC基因导入水稻中，以提高水稻产量。下列有关该应用技术的叙述，不正确的是( )
A．该技术是在DNA分子水平上进行设计和施工的
B．该技术的操作环境是生物体内
C．该技术的原理是基因重组
D．该技术的优点是定向产生人类需要的生物类型
解析：选B 由题意可知，该技术为基因工程，是在生物体外进行的操作。
9．据图判断，有关对几种酶功能的叙述错误的是( )
A．限制性核酸内切酶可以切断a处
B．DNA聚合酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开
D．DNA连接酶可以连接c处
解析：选D a处指的是两个相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，而c处指的是一个脱氧核苷酸内的脱氧核糖和磷酸之间的化学键，DNA连接酶不能连接此化学键。
10．现有一长度为1 000个碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp，用KpnⅠ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp 和600 bp 两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是( )
解析：选D 由题意可知，此DNA分子呈环状，只留下C、D两项供选，由“用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子”可确定只能选D。
11．下表所示为常用的限制酶及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法，正确的是( )
A．限制酶切割后不一定形成黏性末端
B．限制酶的切割位点一定在识别序列的内部
C．不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端
D．一种限制酶只能识别一种核苷酸序列
解析：选A 由表中信息可知，HindⅡ能识别4种不同的核苷酸序列；Sau3AⅠ酶的切割位点在识别序列的外部；BamHⅠ酶与Sau3AⅠ酶切割后能形成相同的黏性末端；SmaⅠ酶切割后产生的是平末端。
12．对下图所示黏性末端的相关说法错误的是( )
A．甲、乙、丙黏性末端是由各自不同的限制性核酸内切酶催化产生的
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连接酶作用位点在b处，催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键
D．切割甲的限制性核酸内切酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子
解析：选C 甲图表示在G和A之间进行剪切，乙图表示在C和A之间进行剪切，丙图表示在C和T之间进行剪切，因此三者需要不同的限制性核酸内切酶进行剪切，A正确；甲和乙的黏性末端相同，能够通过碱基互补配对形成重组DNA分子，但甲和丙不行，B正确；DNA连接酶作用的位点是磷酸二酯键，乙图中的a和b分别表示磷酸二酯键和氢键，C错误；甲和乙形成的重组DNA分子相应位置的DNA碱基序列为，而甲图表示在G和A之间切割，所以该重组序列不能被切割甲的限制性核酸内切酶识别，D正确。
二、非选择题
13．下列是基因工程的有关问题，请回答：
(1)限制性核酸内切酶可以识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列，并可以使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的__________(填化学键名称)断裂，形成的末端总体可分为两种类型，分别是________________。
(2)目的基因和载体重组时需要的工具酶是________，与限制性核酸内切酶相比，它对所重组的DNA两端碱基序列____________(填“有”或“无”)专一性要求。
(3)如图表示的是构建表达载体时的某种质粒与目的基因。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
—↓GATC—。
分析可知，最好选择限制酶________切割质粒，限制酶________切割目的基因所在的DNA片段，这样做的好处分别是___________________________、_______________________________________________________________。
解析：(1)限制性核酸内切酶作用的化学键是磷酸二酯键。限制性核酸内切酶切割DNA分子后形成平末端或黏性末端。(2)目的基因与载体连接需要用DNA连接酶。(3)限制酶Ⅰ的识别序列和切割位点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切割位点是—↓GATC—，用限制酶Ⅰ切割质粒只会破坏一个标记基因，用限制酶Ⅱ切割目的基因所在的DNA片段可以获得目的基因。
答案：(1)磷酸二酯键 黏性末端和平末端 (2)DNA连接酶 无 (3)Ⅰ Ⅱ 酶Ⅰ切割质粒不会把两个标记基因都破坏 目的基因两端均有酶Ⅱ的识别序列
14．目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如下图所示。
(1)构建人工质粒时要有抗性基因，以便于_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点，EcoRⅠ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G和A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoRⅠ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。
(3)pBR322分子中另有单个的BamHⅠ限制酶作用位点，现将经BamHⅠ处理后的质粒与用另一种限制酶BglⅡ处理得到的目的基因，通过DNA连接酶作用恢复________键，成功获得了重组质粒，说明____________________________
_______________________________________________________________。
(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无Ampr和Tetr的大肠杆菌，将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图二的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是________________________________________，图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是_________________________________________。
解析：(1)质粒作为基因工程载体的条件之一是要有标记基因(如抗生素的抗性基因)，以便于筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞。(2)同一种限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同，根据题意可知：该目的基因两侧被限制酶EcoR Ⅰ切割后所形成的黏性末端为：
(3)DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键；而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接，表明经两种限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。(4)由题意知：由于与图三空圈相对应的大肠杆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，故可推知与图三空圈相对应的图二中的菌落能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素。由图二、图三结果显示，多数大肠杆菌都能抗氨苄青霉素，而经限制酶BamHⅠ作用后，标记基因Tetr被破坏，故导入目的基因的大肠杆菌不能抗四环素，即多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。
答案：(1)筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞
(2)如下所示：
目的基因
—G AATTC—…… —G AATTC—
—CTTAA G—…… —CTTAA G—
(3)磷酸二酯 两种限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同
(4)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素 pBR322质粒
15．下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点，请回答下列问题：
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有________、________个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越_____。
(3)要用图1中的质粒和图2中外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是____________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_________________________。
(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________酶。
解析：(1)质粒被切割前为环状DNA分子，所有磷酸基团均参与形成磷酸二酯键，故不含游离的磷酸基团。从图1可以看出质粒上只含有一个SmaⅠ的切割位点，因此质粒变成线性DNA分子，含2个游离的磷酸基团。(2)由题目可知SmaⅠ识别的DNA序列只有G和C，而G和C之间形成3个氢键，所以插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越高。(3)质粒中的抗生素抗性基因为标记基因，由图1、图2可知标记基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位点，都可以被SmaⅠ酶切。(4)只使用EcoRⅠ，则质粒和目的基因两端的黏性末端相同，会发生自身环化；使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种酶会防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化。(5)将质粒和目的基因连接后获得重组质粒，需要DNA连接酶。
答案：(1)0 2 (2)高 (3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因 (4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化 (5)DNA连接
