2024-2025學(xué)年高中生物第一章基因工程第一節(jié)基因工程概述第1課時(shí)基因工程的發(fā)展歷程和工具知能演練輕巧奪冠蘇教版選修3

PAGEPAGE1第1課時(shí)基因工程的發(fā)展歷程和工具[隨堂檢測(cè)]學(xué)問點(diǎn)一基因工程的發(fā)展歷程1．下列有關(guān)基因工程誕生的說法，不正確的是()A．基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的B．工具酶和載體的發(fā)覺使基因工程的實(shí)施成為可能C．遺傳密碼的破譯為基因的分別和合成供應(yīng)了理論依據(jù)D．基因工程必需在同物種間進(jìn)行解析：選D?；蚬こ炭稍诓煌锓N間進(jìn)行，它可打破生殖隔離的界限，定向改造生物遺傳性狀。學(xué)問點(diǎn)二基因工程的工具2．下面是3種限制性核酸內(nèi)切酶對(duì)DNA分子的識(shí)別序列和剪切位點(diǎn)圖(箭頭表示切點(diǎn)，切出的斷面為黏性末端)。相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()限制酶1：↓GATC限制酶2：CCC↓GGG限制酶3：G↓GATCCA．不同的限制酶有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，體現(xiàn)了酶的專一性B．限制酶2和3識(shí)別的序列都包含6個(gè)堿基對(duì)C．限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同D．能夠識(shí)別和切割RNA分子內(nèi)一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2解析：選D。酶具有專一性，不同的限制酶有不同的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)，A項(xiàng)正確；據(jù)圖可知，限制酶2和3識(shí)別的序列分別是CCCGGG和GGATCC，均為6個(gè)堿基對(duì)，故B項(xiàng)正確；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均為GATC，C項(xiàng)正確；限制酶只能識(shí)別特定的DNA序列，因此三種限制酶均不能識(shí)別和切割RNA中核糖核苷酸序列，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。3．對(duì)DNA連接酶的功能描述，正確的是()A．將堿基、脫氧核糖、磷酸之間的化學(xué)鍵連接起來B．在基因工程中只作用于一個(gè)切口處的兩個(gè)黏性末端C．用于DNA復(fù)制時(shí)母鏈與子鏈間形成氫鍵D．與DNA聚合酶作用的部位相同，作用對(duì)象不同解析：選D。DNA連接酶作用部位為磷酸二酯鍵，在基因工程中作用于兩個(gè)切口的黏性末端，DNA聚合酶也是作用于磷酸二酯鍵，作用對(duì)象為游離的脫氧核苷酸。4．下圖表示某種質(zhì)粒和人的胰島素基因，其中a表示標(biāo)記基因，b表示胰島素基因，E1表示某限制酶的酶切位點(diǎn)，現(xiàn)用該種限制酶分別切割質(zhì)粒和胰島素基因，后用DNA連接酶連接切割后的質(zhì)粒和胰島素基因，下列選項(xiàng)中不行能出現(xiàn)的是()答案：C5．如圖為重組質(zhì)粒形成示意圖。將此重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，然后將大腸桿菌放在四種培育基中培育：a——無(wú)抗生素的培育基，b——含四環(huán)素的培育基，c——含氨芐青霉素的培育基，d——含四環(huán)素和氨芐青霉素的培育基。含重組質(zhì)粒的大腸桿菌能生長(zhǎng)的是()A．a(chǎn) B．a(chǎn)和cC．a(chǎn)和b D．b和c解析：選B。從圖中可以看出人的生長(zhǎng)激素基因插入到抗四環(huán)素基因中，導(dǎo)致抗四環(huán)素基因結(jié)構(gòu)被破壞，無(wú)法表達(dá)，重組質(zhì)粒只有抗氨芐青霉素基因能夠表達(dá)，導(dǎo)入此重組質(zhì)粒的大腸桿菌只能夠在無(wú)抗生素或含有氨芐青霉素的培育基上生長(zhǎng)，不能在含有四環(huán)素的培育基上生長(zhǎng)。6．下圖表示兩種限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別DNA分子的特定序列，并在特定位點(diǎn)對(duì)DNA進(jìn)行切割的示意圖，請(qǐng)回答以下問題：(1)圖中甲和乙代表______________________________。(2)EcoRⅠ、HpaⅠ代表__________________________。(3)圖中甲和乙經(jīng)過相應(yīng)操作均形成兩個(gè)片段，切口的類型分別為________、________。甲中限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn)是______之間，乙中限制性核酸內(nèi)切酶的切點(diǎn)是________之間。(4)由圖解可以看出，限制性核酸內(nèi)切酶的作用特點(diǎn)是__________________________。(5)假如甲中G堿基發(fā)生基因突變，可能發(fā)生的狀況是_________________________。解析：從圖解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相應(yīng)的限制性核酸內(nèi)切酶(EcoRⅠ、HpaⅠ)的作用下，在特定的位點(diǎn)被切割成兩部分。前者是在識(shí)別序列的中心軸線兩側(cè)分別切開，形成的末端是黏性末端；后者是在識(shí)別序列的中心軸線處切開，形成的末端是平口末端。答案：(1)有特別脫氧核苷酸序列的DNA片段(2)兩種不同的限制性核酸內(nèi)切酶(3)黏性末端平口末端G、AA、T(4)能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定脫氧核苷酸序列，并從特定的位點(diǎn)將DNA分子切割(5)限制性核酸內(nèi)切酶不能識(shí)別切割位點(diǎn)[課時(shí)作業(yè)]一、選擇題1．下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是()A．基因工程是細(xì)胞水平上的生物工程B．基因工程的產(chǎn)物對(duì)人類都是有益的C．基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變D．基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)之一是目的性強(qiáng)解析：選D?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過對(duì)DNA分子進(jìn)行人工“剪切”和“拼接”，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造(目的性強(qiáng))和重新組合(基因重組)，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所須要的基因產(chǎn)物。但并不是全部的基因產(chǎn)物對(duì)人類都有益。基因工程是分子水平上的生物工程。2．下列四條DNA片段，可以由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的是()A．①② B．②③C．③④ D．②④解析：選D。只有②和④兩個(gè)黏性末端的堿基是互補(bǔ)的，可能是由同一種限制性核酸內(nèi)切酶切割而成的。3．鐮刀型細(xì)胞貧血癥的病因是血紅蛋白基因的堿基序列發(fā)生了變更。檢測(cè)這種堿基序列變更必需運(yùn)用的酶是()A．解旋酶 B．DNA連接酶C．限制性核酸內(nèi)切酶 D．RNA聚合酶解析：選C。解旋酶是在DNA復(fù)制時(shí)要用的酶，A錯(cuò)誤；DNA連接酶是用來連接目的基因與質(zhì)粒的工具酶，B錯(cuò)誤；檢測(cè)過程中必需用到限制性核酸內(nèi)切酶，C正確；RNA聚合酶是轉(zhuǎn)錄過程用的酶，D錯(cuò)誤。4．PU和GATA可以識(shí)別基因的特定序列，繼而激活相關(guān)基因的表達(dá)，由此推想，PU和GATA的結(jié)構(gòu)更接近下列選項(xiàng)中的()A．限制酶 B．蛋白酶C．淀粉酶 D．DNA連接酶解析：選A。由于PU和GATA可以識(shí)別基因的特定序列，從這方面來分析，其結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)接近限制酶，因?yàn)橄拗泼敢材茏R(shí)別基因中特定的脫氧核苷酸序列，故A正確。5．下列各選項(xiàng)中，a、b、c、d代表的結(jié)構(gòu)說法正確的是()A．a(chǎn)—質(zhì)粒RNA B．b—DNA連接酶C．c—限制酶 D．d—外源基因解析：選D。a代表質(zhì)粒DNA，故A錯(cuò)誤；b代表限制酶，故B錯(cuò)誤；c代表DNA連接酶，故C錯(cuò)誤；d代表外源基因，即目的基因，故D正確。6．如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變更，圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確依次是()A．①②③④ B．①②④③C．①④②③ D．①④③②解析：選C。圖示中①表示該酶切割DNA分子雙鏈產(chǎn)生黏性末端的過程，用到的酶是限制性核酸內(nèi)切酶，②是黏性末端連接的過程，用到的酶是DNA連接酶，③是DNA分子解旋的過程，要用解旋酶，④是DNA分子復(fù)制時(shí)子鏈的形成過程，須要DNA聚合酶。7．下列不行作為基因工程中的標(biāo)記基因的是()A．抗性基因B．發(fā)光基因C．產(chǎn)物具有顏色反應(yīng)的基因D．貯藏蛋白的基因解析：選D。標(biāo)記基因的作用是便利之后的篩選，所以標(biāo)記基因肯定要有肯定的鑒別篩選實(shí)力，比如抗性基因，可以通過加入對(duì)應(yīng)抗生素殺死未勝利轉(zhuǎn)化的細(xì)胞，而發(fā)光基因和有顏色反應(yīng)的基因，也可以通過其發(fā)光或產(chǎn)生某種顏色的反應(yīng)，篩選轉(zhuǎn)化勝利的細(xì)胞，但是貯藏蛋白的基因，無(wú)法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便的試驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)化的勝利與否進(jìn)行檢測(cè)，故不能作為基因工程的標(biāo)記基因，故選D。8．如圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是()A．DNA連接酶、限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶B．限制性核酸內(nèi)切酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶D．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、解旋酶解析：選C。限制酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開；DNA連接酶是在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵；解旋酶能使DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂，所以①處是解旋酶作用部位，②處是限制性核酸內(nèi)切酶作用部位，③處是DNA連接酶作用部位。9．針對(duì)如圖的敘述，錯(cuò)誤的是()A．限制酶將a處切斷，肯定形成相同的黏性末端B．DNA連接酶將a處連接會(huì)脫去一分子水C．DNA復(fù)制時(shí)須要解旋酶切斷b處，基因工程操作中不須要D．b處的化學(xué)鍵是氫鍵解析：選A。限制酶會(huì)將DNA切出具有黏性末端或平口末端的兩個(gè)片段，A項(xiàng)錯(cuò)誤；磷酸二酯鍵的形成是一個(gè)脫水縮合的反應(yīng)，B項(xiàng)正確；DNA復(fù)制須要解旋酶，而基因工程不須要，C項(xiàng)正確；視察該圖，可以確定b處為堿基對(duì)之間形成的氫鍵，D項(xiàng)正確。10．將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并勝利表達(dá)腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞至少含一個(gè)重組質(zhì)粒B．每個(gè)重組質(zhì)粒至少含一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)C．每個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)至少插入一個(gè)adaD．每個(gè)插入的ada至少表達(dá)一個(gè)腺苷酸脫氨酶分子解析：選C。A項(xiàng)正確，大腸桿菌勝利表達(dá)出腺苷酸脫氨酶，說明每個(gè)大腸桿菌都至少含一個(gè)重組質(zhì)粒；B項(xiàng)正確，每個(gè)重組質(zhì)粒應(yīng)至少含一個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)，以便ada的插入；C項(xiàng)錯(cuò)誤，質(zhì)粒pET28b作為載體，可有多個(gè)不同的限制酶酶切位點(diǎn)，并不是每個(gè)位點(diǎn)都插入了ada，這要看限制酶切割后的黏性末端是否與目的基因的黏性末端相同；D項(xiàng)正確，由于這些目的基因勝利表達(dá)，所以每個(gè)ada至少表達(dá)一個(gè)腺苷酸脫氨酶分子。11．構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí)可選用四種限制酶，其識(shí)別序列如圖。為防止酶切片段的自身環(huán)接，不行選用的限制酶組合是()A．①② B．②③C．①④ D．③④解析：選C。為防止酶切片段的自身環(huán)接，須要用不同的限制酶進(jìn)行切割，而且不同的限制酶切割后產(chǎn)生的黏性末端不同。限制酶①和②切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，可選用，與題意不符，A項(xiàng)錯(cuò)誤；限制酶②和③切割后產(chǎn)生的黏性末端也不同，可選用，與題意不符，B項(xiàng)錯(cuò)誤；限制酶①和④切割后產(chǎn)生的黏性末端相同，不行選用，與題意相符，C項(xiàng)正確；限制酶③和④切割后產(chǎn)生的黏性末端不同，可選用，與題意不符，D項(xiàng)錯(cuò)誤。12．如圖為某種質(zhì)粒的簡(jiǎn)圖，小箭頭所指分別為限制酶EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點(diǎn)，P為轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)部位。已知目的基因的兩端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位點(diǎn)，受體細(xì)胞為無(wú)任何抗藥性的原核細(xì)胞。下列敘述正確的是()A．將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切，在DNA連接酶作用下，由兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有兩種B．DNA連接酶的作用是將酶切后得到的黏性末端連接起來，形成一個(gè)重組質(zhì)粒時(shí)形成兩個(gè)磷酸二酯鍵C．為了防止目的基因反向粘連和質(zhì)粒自行環(huán)化，酶切時(shí)可選用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠD．能在含青霉素的培育基中生長(zhǎng)的受體細(xì)胞表明該目的基因已勝利導(dǎo)入該細(xì)胞解析：選C。假如將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切，那么酶切后二者的黏性末端相同，在DNA連接酶作用下，由兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有三種，只有一種符合基因工程的需求；DNA連接酶的作用是將酶切后的目的基因和質(zhì)粒的黏性末端連接起來形成重組質(zhì)粒，該過程形成4個(gè)磷酸二酯鍵；為了防止目的基因和質(zhì)粒自行環(huán)化，酶切時(shí)可選用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ，這樣切割后得到的DNA片段兩側(cè)的黏性末端不同；由于受體細(xì)胞為無(wú)任何抗藥性的原核細(xì)胞，因此能在含青霉素的培育基中生長(zhǎng)，可能是受體細(xì)胞勝利導(dǎo)入了目的基因，也可能是只導(dǎo)入了不含目的基因的載體。二、非選擇題13．如圖為體外對(duì)DNA分子進(jìn)行切割和拼接的示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答以下問題：(1)EcoRⅠ是一種________________酶，其識(shí)別序列是____________，切割位點(diǎn)是________與________之間的________鍵，切割產(chǎn)生的DNA片段末端形式為________________。(2)將不同來源的DNA片段“縫合”起來，須要________酶或________酶。它們均屬于________酶，作用是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。其中能“縫合”兩個(gè)雙鏈DNA片段的平口末端的酶是________________。解析：圖解表示EcoRⅠ將兩個(gè)DNA分子在特定序列的特定位點(diǎn)切開并通過DNA連接酶進(jìn)行拼接的過程。E·coliDNA連接酶只能“縫合”兩個(gè)互補(bǔ)的黏性末端，而T4DNA連接酶既可以“縫合”兩個(gè)互補(bǔ)的黏性末端，也可以“縫合”平口末端。答案：(1)限制性核酸內(nèi)切—GAATTC—鳥嘌呤脫氧核苷酸(或G)腺嘌呤脫氧核苷酸(或A)磷酸二酯黏性末端(2)E·coliDNA連接T4DNA連接DNA連接催化兩個(gè)脫氧核苷酸之間形成磷酸二酯鍵，將兩個(gè)雙鏈DNA片段“縫合”起來T4DNA連接酶14．啤酒酵母菌是啤酒生產(chǎn)上常用的典型的發(fā)酵酵母菌。除用于釀造啤酒及其他的飲料酒外，還可發(fā)酵面包。菌體維生素、蛋白質(zhì)含量高，可作食用、藥用和飼料?？茖W(xué)家將大麥細(xì)胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌種可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下：(1)該技術(shù)定向變更了啤酒酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于________。(2)為了將LTP1基因?qū)虢湍妇?xì)胞內(nèi)，所用的載體是________。(3)要使載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)運(yùn)用________進(jìn)行切割。假如載體被切割后，得到的分子末端序列為eq\a\vs4\al(AATTC—,G—)，則能與該載體連接的抗病基因分子末端有____________(多選)，其中跟eq\a\vs4\al(AATTC—,G—)是同一種限制酶切割的是________。(4)有C進(jìn)入的啤酒酵母菌分別在含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培育基上的生長(zhǎng)狀況是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由圖可知該技術(shù)屬于基因工程，該變異屬于基因重組。(2)據(jù)圖可以看出，載體來自大腸桿菌，肯定是質(zhì)粒。(3)跟eq\a\vs4\al(AATTC—,G—)具有相同黏性末端的是A、B、C，它們能相互連接，但來自同一種限制酶切割的是A。(4)由于質(zhì)粒上抗四環(huán)素基因被破壞，所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培育基上能存活，但在含有四環(huán)素的培育基上不能存活。答案：(1)基因重組(2)(大腸桿菌的)質(zhì)粒(3)限制酶A、B、CA(4)在含有青霉素的培育基上能存活，但在含有四環(huán)素的培育基上不能存活15．目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以自然細(xì)菌質(zhì)粒的各種元件為基礎(chǔ)重新組建的人工質(zhì)粒，pBR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如圖所示，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因，以便于___________________________________________________________________________________________________________。(2)pBR322分子中有單個(gè)EcoRⅠ限制酶作用位點(diǎn)，EcoRⅠ只能識(shí)別序列—GAATTC—，并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側(cè)各有1個(gè)EcoRⅠ的切點(diǎn)，請(qǐng)畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端：________________________________________________________________________________________________________。(3)pBR322分子中另有單個(gè)的BamHⅠ限制酶作用位點(diǎn)，現(xiàn)將經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與另一種限制酶BglⅡ處理得到的目的基因，通過DNA連接酶作用復(fù)原________鍵，勝利獲得了重組質(zhì)粒，說明________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)為了檢測(cè)上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入原本無(wú)ampr和tetr的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培育基上培育，得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培育基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培育基上培育，得到如圖三的結(jié)果(空圈表示與圖二比照無(wú)菌落的位置)。與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的圖二中的菌落表現(xiàn)型是_______________________________，圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是_____________________________________。解析：(1)質(zhì)粒作為基因表達(dá)載體的條件之一是要有抗性基因，以便于篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。(2)同一限制酶切割DNA分子產(chǎn)生的黏性末端相同，依據(jù)題意可知：該目的基因兩側(cè)被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端為：(3)DNA連接酶催化兩個(gè)DNA片段形成磷酸二酯鍵；而通過DNA連接酶作用能將兩個(gè)DNA分子片段連接，表明經(jīng)兩種限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。(4)由題意知：由于與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的大腸桿菌能在含氨芐青霉素的培育基上生長(zhǎng)，而不能在含四環(huán)素的培育基上生長(zhǎng)，故可推知與圖三空圈相對(duì)應(yīng)的圖二中的菌落能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素。由圖二、圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌都能抗氨芐青霉素和四環(huán)素，而經(jīng)限制酶BamHⅠ作用后，標(biāo)記基因tetr已被破壞，故重組質(zhì)粒不能抗四環(huán)素，故多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒。答案：(1)篩選(鑒別)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞(2)(3)磷酸二酯兩種限制酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同(4)能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素pBR322質(zhì)粒16．下表中列出了幾種限制酶識(shí)別序列及其切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問題：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ識(shí)別序列及切割位點(diǎn)↓GGATCCCCTAGG↑↓AAGCTTTTCGAA↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CCCGGGGGGCCC↑(1)一個(gè)圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)SmaⅠ切割前后，分別含有________和________個(gè)游離的磷酸基團(tuán)。(2)若對(duì)圖中質(zhì)粒進(jìn)行改造，插入的SmaⅠ酶切位點(diǎn)越多，質(zhì)粒的熱穩(wěn)定性越_