2020-2021学年高中生物人教版选修3习题：1-1　DNA重组技术的基本工具 10页

专题 1 基因工程 1.1 DNA 重组技术的基本工具 课后篇巩固提升 基础知识巩固 1.下列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.基因工程的产物对生物都有利 C.基因工程能定向改造生物的性状 D.基因工程引起的变异属于基因突变 解析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,A、D 两项错误。基因工程是 按照人们的意愿进行的,能定向改造生物的性状。所以基因工程的产物有的对生物有利,有的对生物 不利,B 项错误,C 项正确。 答案 C 2.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 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 项正确;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 项正确;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 项错误;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 项正确。 答案 C 3.下列关于 DNA 连接酶的作用的叙述,正确的是( ) A.将单个脱氧核苷酸加到某个 DNA 片段末端 B.将断开的两个 DNA 片段的骨架连接起来 C.连接两条 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之间连接起来 解析 DNA 连接酶分为两类:E·coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶。这两类酶是有差别的,E·coli DNA 连接酶只能将双链 DNA 片段互补的黏性末端之间连接起来,而 T4DNA 连接酶既可以“缝合”双链 DNA 片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链 DNA 片段的平末端。不管哪类 DNA 连接酶,都是将 断开的两个 DNA 片段的骨架连接起来,因此 A 项和 C 项错误,B 项正确;而 D 选项只涉及 E·coli DNA 连接酶的作用,故 D 项错误。 答案 B 4.下列有关限制性核酸内切酶的叙述,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.限制性核酸内切酶识别序列越短,则该序列在 DNA 中出现的概率就越大 C.限制性核酸内切酶的活性不受温度、pH 等条件的影响 D.只有用相同的限制性核酸内切酶处理含目的基因的片段和质粒,才能形成重组质粒 解析用限制性核酸内切酶切割一个 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 项错误;限制性核酸内切酶的活性受温度、pH 等条件的影响,C 项错误; 不同的限制性核酸内切酶切割也可能产生相同的末端序列,因此用不同的限制性核酸内切酶处理含 目的基因的片段和质粒,也可能形成重组质粒,D 项错误。 答案 B 5.根据下图判断,下列有关工具酶功能的叙述,错误的是 ( ) A.限制酶可以切断 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 解析限制酶切割 DNA 分子时破坏的是 DNA 链中的磷酸二酯键,A 项正确;DNA 聚合酶是将单个核 苷酸加到已有的核酸片段的末端上,形成磷酸二酯键,B 项正确;解旋酶解开两个碱基对之间的氢键,即 将 b 处的氢键断开,C 项正确;DNA 连接酶连接的是两个相邻的脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖,如 a 处, 形成磷酸二酯键,而图示的 c 处连接的是同一个脱氧核苷酸内的磷酸和脱氧核糖,D 项错误。 答案 D 6.根据基因工程的有关知识,回答下列问题。 (1)限制酶切割 DNA 分子后产生的片段,其末端类型有 和 。 (2)质粒用 EcoRⅠ切割后产生的片段如下: AATTC……G G……CTTAA 为使载体与目的基因相连,含有目的基因的 DNA 除可用 EcoRⅠ切割外,还可用另一种限制酶切割,该 酶必须具有的特点是 。 (3)按其来源不同,基因工程中所使用的 DNA 连接酶有两类,即 DNA 连接酶和 DNA 连接酶。 (4)基因工程中除质粒外, 和 也可以作为载体。 解析(1)DNA 分子经限制酶切割产生的 DNA 片段末端通常有两种形式,即黏性末端和平末端。(2)若 用不同的酶切割目的基因,产生的黏性末端与 EcoRⅠ切割载体产生的黏性末端要能互补配对。(3)根 据酶的来源,可将 DNA 连接酶分为 E·coli DNA 连接酶和 T4DNA 连接酶两类。(4)基因工程中常用的 载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动植物病毒等。 答案(1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的 DNA 片段黏性末端与 EcoRⅠ切割产生的黏性末端能互 补配对 (3)E·coli T4 (4)动植物病毒 λ噬菌体的衍生物 能力素养提升 7.下图是 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)。下列叙述错误的是( ) 限制酶 1: ;限制酶 2: ;限制酶 3: A.不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点,体现了酶的专一性 B.限制酶 2 和 3 识别的序列都包含 6 个核苷酸 C.限制酶 1 和 3 切割得到的黏性末端相同 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 解析不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点,体现了酶具有专一性,A 项正确;据图可知,限制酶 2 和 3 识别的序列分别是—CCGCGG—和—GGATCC—,均为 6 个核苷酸,B 项正确;限制酶 1 和 3 切割 得到的黏性末端相同,均为—GATC—,C 项正确;限制酶只能识别特定的 DNA 序列,因此三种限制酶 均不能识别和切割 RNA 中的核糖核苷酸序列,D 项错误。 答案 D 8.下图是某质粒的结构示意图(a、b、c 代表外源基因可能的插入位点),下表是外源基因插入某位点 后含重组质粒的细菌在不同培养基上的生长情况,请根据表中提供的细菌的生长情况,推测①②③三 种重组细菌的外源基因插入点,正确的一组是( ) 细菌在含氨苄青霉 素的培养基上生长的情 况 细菌在含四环素的 培养基上生长的情 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 解析①细菌在两种培养基上都能生长,说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因都没有被破坏,外源基 因插入位点是 c 点;②细菌在含氨苄青霉素的培养基上能生长,在含四环素的培养基上不能生长,说明 抗氨苄青霉素基因没有被破坏,抗四环素基因被破坏了,外源基因插入位点是 b 点;③细菌在含四环素 的培养基上能生长,在含氨苄青霉素的培养基上不能生长,说明抗氨苄青霉素基因被破坏了,抗四环素 基因没有被破坏,外源基因插入位点是 a 点。 答案 A 9.近年诞生的具有划时代意义的 CRISPR/Cas9 基因编辑技术可简单、准确地进行基因定点编辑。其 原理是由一条单链向导 RNA 引导着酶 Cas9 到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导 RNA 中 20 个碱基的识别序列,可人为选择 DNA 上的目标位点进行切割(见下图)。下列有关叙述错误的是 ( ) A.酶 Cas9 是一种限制性核酸内切酶 B.若用酶 Cas9 切割目的基因,则目的基因的两端都存在酶 Cas9 的识别序列 C.酶 Cas9 切割产生的目的基因只能与自身切割的载体连接 D.若α链剪切位点附近序列为……TCCAGAATC……,则相应的识别序列为……UCCAGAAUC…… 解析由题干信息和图可知,酶 Cas9 能对 DNA 分子进行切割,因此属于限制酶;若用酶 Cas9 切割目的 基因,目的基因的两端必须有相应的识别序列,因为限制酶只能识别特定的序列并在特定切割位点切 割 DNA 分子;不同限制酶切割也可能产生互补的黏性末端,只要具有互补的黏性末端就可以连接在 一起,C 项错误;由于向导 RNA 能与α链的互补链配对,因此向导 RNA 的识别序列应 为……UCCAGAAUC……,D 项正确。 答案 C 10.右图为某种质粒的简图,小箭头所指分别为限制性核酸内切酶 EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,P 为 转录的启动部位。已知目的基因的两端均有 EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,受体细胞为无任何抗药 性的原核细胞。下列有关叙述正确的是( ) A.将含有目的基因的 DNA 与质粒分别用 EcoRⅠ酶切,在 DNA 连接酶的作用下,生成的由两个 DNA 片段连接形成的产物有 2 种 B.DNA 连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来,形成一个重组质粒时形成两个磷酸二酯 键 C.为了防止目的基因反向连接和质粒自身环化,酶切时可选用的酶是 EcoRⅠ和 BamHⅠ D.能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞表明该目的基因已成功导入该细胞 解析 DNA 连接酶只能将具有相同黏性末端的 DNA 片段连接起来,因此将含有目的基因的 DNA 与 质粒分别用 EcoRⅠ酶切,在 DNA 连接酶的作用下,生成的由两个 DNA 片段连接形成的产物有 3 种, 即质粒与质粒连接、目的基因与目的基因连接、目的基因与质粒连接,A 项错误;DNA 连接酶的作用 是将酶切后得到的具有相同末端的 DNA 片段连接起来,形成一个重组质粒时形成 4 个磷酸二酯键,B 项错误;EcoRⅠ和 BamHⅠ切割形成的黏性末端不同,而 DNA 连接酶只能将具有相同黏性末端的 DNA 片段连接起来,因此为了防止目的基因反向连接和质粒自身环化,酶切时可选用的酶是 EcoRⅠ 和 BamHⅠ,C 项正确;导入普通质粒的受体细胞和导入重组质粒的受体细胞都能在含青霉素的培养 基中生长,因此能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞不一定含有目的基因,D 项错误。 答案 C 11.下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图 1、图 2 中标注了相关限制酶的切割位点,其中切割 位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题。 限制酶 BamHⅠ BclⅠ Sau3AⅠ HindⅢ 识别序 列及切 割位点 (1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用 两种限制酶切割,酶切后的载体和目的基 因片段,通过 酶作用后获得重组质粒。 (2)若 BamHⅠ酶切的 DNA 末端与 BclⅠ酶切的 DNA 末端连接,连接部位的 6 个碱基对序列 为 ,对于该部位,这两种酶 (填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切 开。 (3)若用 Sau3AⅠ切割图 1 质粒,最多可能获得 种大小不同的 DNA 片段。 解析(1)选择的限制酶应在目的基因两端且在质粒中存在识别位点,故可以选择的限制酶为 BclⅠ、 HindⅢ、BamHⅠ和 Sau3AⅠ,由于质粒中存在多个 Sau3AⅠ的识别位点,且与 BamHⅠ均会破坏四环 素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因,所以应选 BclⅠ、HindⅢ两种限制酶切割。酶切后的载体和目的 基因片段,通过 DNA 连接酶作用后形成重组质粒。(2)若 BamHⅠ酶切的 DNA 末端与 BclⅠ酶切的 DNA 末端连接,连接部位的 6 个碱基对序列为 ,由于两种酶均不能识别该序列,所 以都不能切开该序列。(3)根据 BclⅠ、BamHⅠ和 Sau3AⅠ的识别序列,可以看出 Sau3AⅠ能同时识 别 BclⅠ、BamHⅠ的识别序列,因此 Sau3AⅠ在质粒上有三个酶切位点,若完全酶切,则形成三段,可 用 A、B、C 表示,若部分位点被切开,可分别形成 AB 和 C、AC 和 B、BC 和 A、ABC 7 种大小不同 的片段,所以用 Sau3AⅠ切割质粒,最多可获得 7 种大小不同的 DNA 片段。 答案(1)BclⅠ和 HindⅢ DNA 连接 (2) 都不能 (3)7 12.如图 1 为用 PvuⅠ限制酶切下的某目的基因及其上 DNA 片段示意图;图 2 表示三种质粒结构,含 复制原点、标记基因(图中 Ampr 为氨苄青霉素抗性基因,Tetr 为四环素抗性基因)、EcoRⅠ和 PvuⅠ 限制酶切割位点等。请回答下列相关问题。 (1)组成片段 D 的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是 。 (2)图 2 中质粒 A、质粒 C 能否作为目的基因最理想的载体? (填“能”或“否”),请说明理 由: 。 (3)重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅为 10-7。用质粒 B 构建重组质粒后,为了筛选出导入了 重组质粒的大肠杆菌,在导入完成后,将所有大肠杆菌分别在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培 养,大肠杆菌在两种培养基中的生长状况不可能出现的情况是 , 最可能的情况是 。 解析(1)脱氧核糖和磷酸交替连接构成 DNA 片段 D 的基本骨架,脱氧核糖由 C、H、O 三种元素组成, 组成磷酸的元素是 H、P、O;磷脂双分子层构成细胞膜的基本骨架,磷脂分子由 C、H、O、N、P 组 成;可见,组成片段 D 的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是 C、H、O、P。(2)分析图 2 可知, 质粒 A 缺少标记基因,质粒 C 在用和目的基因相同的限制酶(PvuⅠ限制酶)切割时,复制原点会被切 割,进而影响重组质粒的自主复制,所以质粒 A、质粒 C 均不能作为目的基因最理想的载体。(3)用质 粒 B 构建重组质粒,当用 PvuⅠ限制酶切割时,四环素抗性基因遭到破坏,而氨苄青霉素抗性基因结构 完好,因此在重组质粒导入完成后,将所有大肠杆菌分别在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培养, 大肠杆菌在两种培养基中的生长状况不可能出现的情况是在含四环素的培养基上能正常生长(在含 氨苄青霉素的培养基上不能正常生长)。重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅为 10-7,所以大肠 杆菌在两种培养基中的生长状况最可能的情况是在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基上 都不能正常生长。 答案(1)C、H、O、P (2)否 质粒 A 缺少标记基因;在用 PvuⅠ限制酶切割质粒 C 时,复制原点会被切割,从而影响重 组质粒的自主复制 (3)在含四环素的培养基上能正常生长(在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长) 在含氨苄青 霉素的培养基和含四环素的培养基上都不能正常生长 13.某一质粒载体如下图所示,外源 DNA 插入 Ampr 或 Tetr 中会导致相应的基因失活(Ampr 表示氨苄青 霉素抗性基因,Tetr 表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用 BamHⅠ酶切后,与用 BamHⅠ酶切 获得的目的基因混合,加入 DNA 连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大 肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒 载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。请回答下列问题。 (1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答 出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。 (2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的细胞和仅含环 状目的基因的细胞是不能区分的,其原因 是 ;并且 和 的细胞也是不能区分的,其原因 是 。在上述筛选的基础上,若要筛 选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有 的固体培养 基。 (3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其 DNA 复制所需的原料来 自 。 解析(1)基因工程中的载体应具备如下条件:必须有一个或多个限制酶切点;具有自我复制能力;具有 标记基因;对宿主细胞无害。(2)未转化的细胞和仅含环状目的基因的细胞不能在含有氨苄青霉素的 培养基上生长,故不能区分;而含有质粒载体的细胞和重组质粒的细胞在含有氨苄青霉素的培养基上 都能生长,也不能区分。因目的基因插入位点在抗四环素基因上,抗四环素基因被破坏,丧失了原有的 功能,故含有重组质粒的大肠杆菌不抗四环素。将获得的单个菌落各挑取少许分别接种到含有四环 素的培养基上,不能生长的即为所筛选的菌落,即含有重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体是营寄生生活 的,利用受体细胞内的原料进行自身 DNA 的复制和蛋白质的合成。 答案(1)能自我复制、具有标记基因 (2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均不生长 含有质粒载体的细胞 含有 插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均 能生长 四环素 (3)受体细胞