高中生物【分層作業(yè)】3.1 第1課時(shí) 基因工程的發(fā)展歷程及基本工具（蘇教2019版選擇性必修3）

第3章基因工程第1節(jié)基因工程及其技術(shù)第1課時(shí)基因工程的發(fā)展歷程及基本工具必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.基因工程取得成功是基礎(chǔ)理論和技術(shù)發(fā)展共同推動(dòng)的。下列不屬于催生基因工程的技術(shù)發(fā)明的是()A.限制性內(nèi)切核酸酶的發(fā)現(xiàn)B.尼倫伯格和馬太對(duì)遺傳密碼的破譯C.羅思和海林斯基發(fā)現(xiàn)了基因轉(zhuǎn)移載體D.DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)2.大腸桿菌中的EcoRⅠ酶能夠?qū)Ｒ恍宰R(shí)別CAATTC序列，并在C與A之間將這段序列剪開(kāi)。該酶屬于()A.DNA連接酶 B.RNA聚合酶C.限制性內(nèi)切核酸酶 D.DNA聚合酶3.[2023江蘇泰州姜堰中學(xué)高二月考]下圖為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、限制性內(nèi)切核酸酶、解旋酶B.限制性內(nèi)切核酸酶、解旋酶、DNA連接酶C.解旋酶、限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶D.限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶、解旋酶4.下列對(duì)DNA連接酶的理解，正確的是()A.其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)B.DNA連接酶可以恢復(fù)DNA分子中的氫鍵C.它不能被反復(fù)使用D.在基因工程操作中，可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶5.[2023江蘇徐州高二期中]下列關(guān)于限制酶的敘述，錯(cuò)誤的是()A.限制酶的識(shí)別序列只能由6個(gè)核苷酸組成B.每一種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列C.限制酶能在特定位點(diǎn)切割DNA分子D.被限制酶切割后的DNA不一定都形成黏性末端6.[2022江蘇南京師大附中高二模考改編]下列有關(guān)基因工程工具的敘述，正確的是()A.載體的作用只是攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞B.載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為鑒定和篩選的標(biāo)記基因C.限制酶、DNA連接酶和質(zhì)粒是基因工程中常用的三種工具酶D.基因工程中使用的載體除質(zhì)粒外，還有λ噬菌體的衍生物、動(dòng)物病毒等7.通過(guò)DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)。下圖表示這一技術(shù)的基本過(guò)程，在該工程中所用的基因“手術(shù)刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是↓—GGATCC—。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)從羊染色體中“切下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是。人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細(xì)胞染色體中時(shí)需要的酶是。

(2)請(qǐng)寫出質(zhì)粒被切割形成黏性末端的過(guò)程。(3)人體蛋白質(zhì)基因之所以能“插入”羊的染色體內(nèi)，原因是?！安迦搿睍r(shí)，用的工具是，其種類有。

關(guān)鍵能力提升練8.[2022江蘇泰州中學(xué)高二期中改編]下列關(guān)于生物學(xué)中常見(jiàn)的幾種酶的敘述，正確的是()A.DNA連接酶將目的基因的黏性末端與載體的黏性末端之間的堿基黏合B.用限制酶從質(zhì)粒上切下一個(gè)目的基因需消耗4個(gè)水分子C.限制酶能專一性破壞雙鏈DNA分子中堿基之間的氫鍵來(lái)切割DNA分子D.T4DNA連接酶只能連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端9.[2023江蘇揚(yáng)州邗江中學(xué)高三調(diào)研]限制酶HindⅢ和XhoⅠ的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別為↓AAGCTT和↓CTCGAG。下列有關(guān)敘述正確的是()A.兩種限制酶的作用都是使識(shí)別序列中的氫鍵斷裂B.兩種限制酶切割形成的黏性末端都是—AGCTC.用HindⅢ切割目的基因和用XhoⅠ切割質(zhì)粒后，可形成重組質(zhì)粒D.操作中可通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間、酶的濃度等控制酶切效果10.[2023江蘇泰州泰興中學(xué)高三調(diào)研]某線性DNA分子含有5000個(gè)堿基對(duì)(bp)，先用限制酶a切割，再把得到的產(chǎn)物用限制酶b切割，得到的DNA片段大小如表所示。限制酶a、b的識(shí)別序列和切割位點(diǎn)如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()酶a切割產(chǎn)物的長(zhǎng)度/bp酶b再次切割產(chǎn)物的長(zhǎng)度/bp2100；1400；1000；5001900；200；800；600；1000；500A.酶a與酶b切斷的化學(xué)鍵不相同B.酶a與酶b切出的黏性末端不能相互連接C.該DNA分子中酶a與酶b的識(shí)別序列分別有3個(gè)和2個(gè)D.若酶a切割與該DNA序列相同的質(zhì)粒，得到的切割產(chǎn)物有4種11.用DNA重組技術(shù)可以賦予生物以新的遺傳特性，創(chuàng)造出更符合人類需要的生物產(chǎn)品。在此過(guò)程中需要使用多種工具酶，其中4種限制性內(nèi)切核酸酶的切割位點(diǎn)如圖所示?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)常用的DNA連接酶有E.coliDNA連接酶和T4DNA連接酶。上圖中酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA連接酶連接。上圖中酶切割后的DNA片段可以用T4DNA連接酶連接。

(2)DNA連接酶催化目的基因片段與質(zhì)粒載體片段之間形成的化學(xué)鍵是。

(3)DNA重組技術(shù)中所用的質(zhì)粒載體具有一些特征，如質(zhì)粒DNA分子上有復(fù)制原點(diǎn)，質(zhì)粒DNA分子上有，便于外源DNA插入。質(zhì)粒DNA分子上有標(biāo)記基因(如某種抗生素抗性基因)，利用抗生素可篩選出含質(zhì)粒載體的宿主細(xì)胞，方法是。

學(xué)科素養(yǎng)創(chuàng)新練12.[2023江蘇鎮(zhèn)江丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)高三月考]下表中列出了幾種限制酶的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)，圖1、圖2中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點(diǎn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)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、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。

(3)要用圖1中的質(zhì)粒和圖2中外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是。

(4)與只使用EcoRⅠ相比較，使BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理質(zhì)粒、外源DNA的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止。

(5)為了獲取重組質(zhì)粒，將切割后的質(zhì)粒與目的基因片段混合，并加入酶。

第一節(jié)基因工程及其技術(shù)第1課時(shí)基因工程的發(fā)展歷程及基本工具參考答案1.【答案】B【解析】20世紀(jì)70年代初，科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了多種限制酶、DNA連接酶以及逆轉(zhuǎn)錄酶，這些發(fā)現(xiàn)為DNA的切割、連接以及功能基因的獲得創(chuàng)造了條件，工具酶的發(fā)現(xiàn)屬于催生基因工程的技術(shù)發(fā)明，A項(xiàng)不符合題意；尼倫伯格和馬太對(duì)遺傳密碼的破譯屬于催生基因工程的基礎(chǔ)理論，不屬于催生基因工程的技術(shù)發(fā)明，B項(xiàng)符合題意；1967年，羅思和海林斯基發(fā)現(xiàn)細(xì)菌DNA(擬核處的DNA)之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制的能力，并可以在細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移，這一發(fā)現(xiàn)為基因轉(zhuǎn)移找到一種運(yùn)載工具，基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)屬于催生基因工程的技術(shù)發(fā)明，C項(xiàng)不符合題意；1972年伯格首先在體外進(jìn)行了DNA改造的研究，成功地構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子，DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)屬于催生基因工程的技術(shù)發(fā)明，D項(xiàng)不符合題意。2.【答案】C【解析】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裂，故大腸桿菌中的EcoRⅠ酶能夠?qū)Ｒ恍宰R(shí)別CAATTC序列，并在C與A之間將這段序列剪開(kāi)，該酶屬于限制性內(nèi)切核酸酶，C項(xiàng)符合題意。3.【答案】C【解析】①處為氫鍵，是解旋酶的作用部位；②處為磷酸二酯鍵，是限制性內(nèi)切核酸酶的作用部位；③處為兩個(gè)DNA片段的缺口，是DNA連接酶的作用部位。綜上所述，C項(xiàng)符合題意。4.【答案】A【解析】DNA連接酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，A項(xiàng)正確；DNA連接酶可以恢復(fù)DNA分子中的磷酸二酯鍵，B項(xiàng)錯(cuò)誤；酶只改變反應(yīng)速率，反應(yīng)前后自身的物質(zhì)的量不發(fā)生改變，能被反復(fù)使用，C項(xiàng)錯(cuò)誤；DNA連接酶同時(shí)連接雙鏈的切口，而DNA聚合酶只在單鏈上將一個(gè)個(gè)脫氧核苷酸連接起來(lái)，因此在基因工程操作中，不可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.【答案】A【解析】不同限制酶的識(shí)別序列是不固定的，對(duì)識(shí)別序列的核苷酸數(shù)也是沒(méi)有固定要求的，A項(xiàng)錯(cuò)誤。6.【答案】D【解析】載體的作用是攜帶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，并使之在受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和表達(dá)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；載體質(zhì)粒通常采用抗生素抗性基因作為篩選標(biāo)記基因，用于篩選含有目的基因的細(xì)胞，B項(xiàng)錯(cuò)誤；質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是環(huán)狀的DNA分子，不屬于酶，C項(xiàng)錯(cuò)誤；基因工程中使用的載體除質(zhì)粒外，還有λ噬菌體的衍生物、動(dòng)物病毒等，D項(xiàng)正確。7.【答案】(1)限制酶DNA連接酶(2)—G↓GATCC—CCTAG↑G——G—CCTAG+GATCC—G—(3)基因的結(jié)構(gòu)是相同的載體質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動(dòng)物病毒等【解析】(1)限制酶可以識(shí)別并切割特定的脫氧核苷酸序列，可從羊染色體中“切下”羊蛋白質(zhì)基因。人的蛋白質(zhì)基因插入后連接在羊體細(xì)胞染色體中時(shí)需要DNA連接酶。(2)圖示限制酶識(shí)別的序列為—GGATCC—，并且在G與G之間切開(kāi)，因此形成的黏性末端是反向重復(fù)的，其過(guò)程見(jiàn)答案。(3)羊的染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)，其中DNA上的基因與人體蛋白質(zhì)基因的結(jié)構(gòu)是相同的，因此人體蛋白質(zhì)基因能“插入”羊的染色體內(nèi)?！安迦搿睍r(shí)，用的工具是載體，載體的種類有質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動(dòng)物病毒等。8.【答案】B【解析】DNA連接酶能夠?qū)⒛康幕虻酿ば阅┒伺c載體的黏性末端之間的磷酸二酯鍵黏合，A項(xiàng)錯(cuò)誤；用限制酶從質(zhì)粒上切下一個(gè)目的基因，要斷裂4個(gè)磷酸二酯鍵，故需消耗4個(gè)水分子，B項(xiàng)正確；限制酶切割DNA分子時(shí)，是破壞了同一條鏈上相鄰脫氧核苷酸之間的化學(xué)鍵，即磷酸二酯鍵，而不是兩條鏈上互補(bǔ)配對(duì)的堿基之間的氫鍵，C項(xiàng)錯(cuò)誤；T4DNA連接酶既可以連接雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端，又可以連接平末端，但連接平末端時(shí)的效率比較低，D項(xiàng)錯(cuò)誤。9.【答案】D【解析】限制酶的作用是識(shí)別特定的核苷酸序列并切割磷酸二酯鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；兩種限制酶識(shí)別和切割的序列分別為↓AAGCTT和↓CTCGAG，則兩者切割后形成的黏性末端分別是—AGCT、—TCGA，B項(xiàng)錯(cuò)誤；兩種限制酶切割形成的黏性末端不同，無(wú)法形成重組質(zhì)粒，C項(xiàng)錯(cuò)誤；酶切結(jié)果受環(huán)境因素的影響，操作中可通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間、酶的濃度等控制酶切效果，D項(xiàng)正確。10.【答案】C【解析】酶a與酶b切斷的化學(xué)鍵相同，都是磷酸二酯鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；酶a與酶b切出的黏性末端相同，用DNA連接酶可以將它們連接起來(lái)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；酶a可以把原有DNA切成4段，說(shuō)明該DNA分子中酶a的識(shí)別序列有3個(gè)，酶b把大小是2100bp的DNA切成大小分別為1900bp和200bp兩個(gè)片段，把大小是1400bp的DNA切成大小分別為800bp和600bp兩個(gè)片段，且酶a和酶b的識(shí)別位點(diǎn)不同，說(shuō)明酶b的識(shí)別序列有2個(gè)，C項(xiàng)正確；質(zhì)粒為環(huán)狀的DNA分子，并且酶a在該DNA分子上有3個(gè)識(shí)別序列，因此用酶a切割可以得到3種切割產(chǎn)物，D項(xiàng)錯(cuò)誤。11.【答案】(1)EcoRⅠ、PstⅠEcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRⅤ(2)磷酸二酯鍵(3)一個(gè)至多個(gè)限制酶的酶切位點(diǎn)用含有該抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細(xì)胞，能夠存活的即為含有質(zhì)粒載體的宿主細(xì)胞【解析】(1)限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的是平末端，E.coliDNA連接酶來(lái)源于大腸桿菌，只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來(lái)，而T4DNA連接酶來(lái)源于T4噬菌體，可用于連接黏性末端和平末端，但連接平末端的效率較低。因此圖中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.coliDNA連接酶連接，除了這兩種限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4DNA連接酶連接。(2)DNA連接酶將兩個(gè)DNA片段連接形成磷酸二酯鍵。(3)質(zhì)粒是小型環(huán)狀的DNA分子，常作為基因表達(dá)的載體，首先質(zhì)粒上含有復(fù)制原點(diǎn)，質(zhì)粒DNA分子上有一個(gè)至多個(gè)限制酶的酶切位點(diǎn)，便于目的基因的導(dǎo)入。質(zhì)粒上的標(biāo)記基因是為了鑒定受體細(xì)胞中是否含有目的基因，具體做法是用含有該抗生素的培養(yǎng)基培養(yǎng)宿主細(xì)胞，能夠存活的即為含有質(zhì)粒載體的宿主細(xì)胞。12.【答案】(1)02(2)高(3)SmaⅠ會(huì)破壞質(zhì)粒的抗性基因、外源DNA中目的基因(4)質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化(5)DNA連接【解析】(1)質(zhì)粒切割前的雙環(huán)DNA分子，所有磷酸基團(tuán)均參與形成磷酸二酯鍵，故不