2019-2020学年高中生物 第一章 基因工程 第一节 工具酶的发现和基因工程的诞生知能演练轻巧夺

第一节工具酶的发现和基因工程的诞生[随堂检测]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．基因工程与科学发现无多大关系解析：选D。基因工程的诞生是许多科学家不断探索和研究的结果，其中DNA是遗传物质的发现及其双螺旋结构的确定和遗传信息传递方式的确定为基因工程的诞生打下了理论基础；基因工程工具的发现和应用为其提供技术保障。2．下列关于限制性核酸内切酶的说法，正确的是()A．限制性核酸内切酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布B．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列C．它能任意切割DNA，从而产生大量的DNA片段D．限制性核酸内切酶的作用部位是特定核苷酸形成的氢键解析：选B。限制性核酸内切酶主要是从原核生物中分离纯化出来，并不是广泛存在于各种生物中；一种限制性核酸内切酶能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。3．下图中所示粘性末端属于由同一种限制性核酸内切酶切割而成的是()①—TCG—AGCTTAA②—CA—GTTCCA③AATTC—G—④AGCTTC—AG—A．①②B．①③C．①④D．②③解析：选B。限制性核酸内切酶的主要特点是能够识别特定的核苷酸序列，并且有唯一的切点。由于DNA双链上的碱基互补配对，一条链上的碱基序列与另一条链上的碱基序列反向排列，因此一种限制性核酸内切酶所识别的一条链上的碱基序列与另一条链上反向序列相同，并且有唯一的切点，这个切点在两条链上也是相同的。从图中可以看出，①的一条链上未配对的碱基序列是TTAA，另一条链上与之对应的应该是AATT，这样③的碱基序列符合要求；如果将③与①配对起来，则可看出上下两条链之间的切点都在G与A之间。4．DNA连接酶的重要功能是()A．DNA复制时使母链与子链之间形成氢键B．粘性末端碱基之间形成氢键C．将两条DNA片段末端之间的缝隙连接起来D．以上都不正确解析：选C。DNA连接酶的作用只是催化DNA片段的“缝合”，即恢复被限制性核酸内切酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，不能催化氢键形成，也不能使已有的DNA片段与单个核苷酸之间形成磷酸二酯键。5．下列不是基因工程中载体的特点是()A．能进行自我复制B．有适宜的限制性核酸内切酶酶切位点C．具有抗性标记基因等D．组成的基本单位是核糖核苷酸解析：选D。目前常用的载体是质粒，为细菌中环状的DNA，则其基本单位为脱氧核苷酸，而不是核糖核苷酸。6．啤酒酵母菌是啤酒生产上常用的典型的发酵酵母菌。除用于酿造啤酒及其他的饮料酒外，还可发酵面包。菌体维生素、蛋白质含量高，可作食用、药用和饲料。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下：(1)该技术定向改变了啤酒酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于________。(2)为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是________。(3)要使载体与LTP1基因连接，首先应使用__________进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为AATTC—G—，则能与该载体连接的抗病基因分子末端有____________(多选)，其中跟AATTC—G—是同一种限制性核酸内切酶切割的是________。(4)有C进入的啤酒酵母菌分别在含有青霉素、四环素的两种选择培养基上的生长情况是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由图可知该技术属于基因工程，该变异属于基因重组。(2)据图可以看出，载体来自大肠杆菌，一定是质粒。(3)跟AATTC—G—具有相同粘性末端的是A、B、C，它们能相互连接，但来自同一种限制性核酸内切酶切割的是A。(4)由于质粒上抗四环素基因被破坏，所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培养基上能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活。答案：(1)基因重组(2)(大肠杆菌的)质粒(3)限制性核酸内切酶A、B、CA(4)在含有青霉素的培养基上能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活[课时作业]一、选择题1．科学家经过多年的努力，创立了一种新型生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是()A．定向提取生物体的DNA分子B．定向的对DNA分子进行人工“剪切”C．在生物体外对DNA分子进行改造D．定向改造生物的遗传性状解析：选D。基因工程的定义就是在生物体外通过对DNA分子进行人工切割和拼接，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入生物细胞内进行表达产生人类所需要的基因产物，也就定向改造了生物的遗传性状。2．下列关于基因工程的叙述，正确的是()A．DNA连接酶、限制性核酸内切酶及载体是构建重组质粒必需的工具酶B．基因工程技术是唯一能冲破远缘杂交不亲和障碍培育生物新品种的方法C．标记基因的作用是筛选含有目的基因的受体细胞D．基因工程经常以抗生素的抗性基因为目的基因解析：选C。载体不是工具酶，是基因工程操作的工具；冲破远缘杂交不亲和障碍培育生物新品种的方法除了基因工程，还有植物体细胞杂交等；抗生素抗性基因通常作为基因工程操作中的标记基因，而不作为目的基因。3．质粒是基因工程中最常用的载体。下列有关叙述正确的是()A．质粒的存在与否，对宿主细胞的生存起决定性作用B．有的细菌细胞中含有多个质粒C．具有一个限制性核酸内切酶切点和一个标志基因D．它只存在于细菌细胞中解析：选B。质粒是基因工程中最常用的载体，质粒进入宿主细胞能友好借居，对宿主细胞的生存没有决定作用，一般具有一个或多个限制性核酸内切酶切点和标记基因，质粒不仅存在于细菌细胞中，其他细胞中也可能存在，如酵母菌。4．如图两个核酸片段在适宜条件下，经X酶的催化作用，发生下列变化，则X酶是()A．DNA连接酶B．RNA连接酶C．DNA聚合酶D．限制性核酸内切酶解析：选A。DNA连接酶是将两粘性末端的磷酸与脱氧核糖连接在一起；RNA聚合酶是在RNA复制与转录过程中把核糖核苷酸连接在一起；DNA聚合酶是在DNA复制过程中催化脱氧核苷酸的聚合反应；限制性核酸内切酶是识别与切割特定的碱基序列。5．下列有关限制性核酸内切酶和DNA连接酶的叙述，正确的是()A．用限制性核酸内切酶剪切获得一个目的基因时得到两个切口，有2个磷酸二酯键被断开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．序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数不同D．T4DNA连接酶和E·coliDNA连接酶都能催化平末端和粘性末端的连接解析：选B。用限制性核酸内切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错误；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，B正确；序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制性核酸内切酶切出的粘性末端碱基数相同，都是4个，C错误；T4DNA连接酶和E·coliDNA连接酶都能催化粘性末端的连接，其中只有T4DNA连接酶可以连接平末端，D错误。6．据下图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是()A．限制性核酸内切酶可以切断a处，DNA连接酶可以连接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．连接c处的酶为RNA聚合酶解析：选D。题图为双链DNA的平面图。a处为磷酸二酯键，为限制性核酸内切酶的切口和DNA连接酶的缝合处，也是DNA复制过程中DNA聚合酶的作用部位。b处氢键自然状态下被解旋酶打开。RNA聚合酶在转录合成RNA的过程中起作用。7．下表为几种限制性核酸内切酶识别的序列和切割的位点。如图，已知某DNA在目的基因的两端1、2、3、4四处有BamHⅠ或EcoRⅠ或PstⅠ的酶切位点。现用上述三种酶同时切割该DNA片段(假设所用的酶均可将识别位点完全切开)，下列各种酶切位点情况中，可以防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状的是()限制性核酸内切酶BamHⅠEcoRⅠPstⅠ识别序列和切割位点↓GGATCCCCTAGG↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CTGCAGGACGTC↑A.1为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠB．1为EcoRⅠ，2为BamHⅠ，3为BamHⅠ，4为PstⅠC．1为PstⅠ，2为EcoRⅠ，3为EcoRⅠ，4为BamHⅠD．1为BamHⅠ，2为EcoRⅠ，3为EcoRⅠ，4为PstⅠ解析：选A。由题知三种酶识别的序列和切割的位点各不相同，因此，要防止酶切后单个含目的基因的DNA片段自身连接成环状，该DNA分子在图示的4个位置被切开后，在位置2和3处应不能产生相同的粘性末端，由题可知：在位置2和3处不能为同一种酶，故答案选A。8．图甲、乙中的箭头表示三种限制性核酸内切酶的酶切位点，Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Ner表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是()A．图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，含有4个游离的磷酸基团B．在构建重组质粒时，可用PstⅠ和BamHⅠ切割质粒和外源DNAC．用PstⅠ和HindⅢ酶切，加入DNA连接酶后可得到1种符合要求的重组质粒D．导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长解析：选C。环状质粒被限制酶切割后会出现2个游离的磷酸基团；如果用BamHⅠ切割外源DNA后，会破坏目的基因，导入目的基因的大肠杆菌能否在含氨苄青霉素的培养基中生长，关键看限制酶的切割部位在哪里，如果用PstⅠ切割，由于Ampr基因被破坏，所以不能在含氨苄青霉素的培养基中生长。二、非选择题9．如图为DNA分子的切割和连接过程。据图回答下列问题：(1)EcoRⅠ是一种________________酶，其识别序列是________，切割位点是____________与______________之间的______________键。(2)不同来源的DNA片段结合需要的酶应是________，此酶是在________________与________________之间形成________键而起“缝合”作用的，从而将不同来源的DNA片段连接在一起，构成________________。(3)如果该DNA分子在G处发生基因突变，可能发生的情况是________________________________________________________________________。解析：限制性核酸内切酶能识别特定的脱氧核苷酸序列并在特定部位切割形成粘性末端。而DNA连接酶则能连接粘性末端的相邻核苷酸形成磷酸二酯键构成重组DNA分子。要注意分清不同酶的特点及作用。如果DNA分子在G处发生基因突变，则使碱基序列发生变化，而不能被该种限制性核酸内切酶识别，更不能被切割下来。答案：(1)限制性核酸内切GAATTC鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯(2)DNA连接酶鸟嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸磷酸二酯重组DNA分子(3)限制性核酸内切酶不能识别该切割位点10．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质，下图表示这一技术的基本过程。在该工程中所用的基因“分子手术刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答下列问题：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________________。(2)请在图中画出质粒被切割形成粘性末端的过程图。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”羊的染色体内，是因为________________________________________