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考點(diǎn)79 基因工程（一） 1．基因工程的概念 （1）供體：提供目的基因。 （2）操作環(huán)境：體外。 （3）操作水平：分子水平。 （4）原理：基因重組。 （5）受體：表達(dá)目的基因。 （6）本質(zhì)：性狀在受體體內(nèi)的表達(dá)。 （7）優(yōu)點(diǎn)：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的遺傳性狀。 2．DNA重組技術(shù)的基本工具 （1）限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱：限制酶) ①主要是從原核生物中分離純化出來的。 ②作用：識別特定的核苷酸序列并切開特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。 （2）DNA連接酶 ①種類：按來源可分為Ecoli DNA連接酶和T4DNA連接酶。 ②作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③DNA連接酶和限制酶的關(guān)系 （3）載體 ①種類：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 ②質(zhì)粒的特點(diǎn) 考向一 限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶等酶的作用 1．如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是 A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 【參考答案】C 解題技巧 確定限制酶的種類 （1）根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點(diǎn)確定限制酶的種類 ①應(yīng)選擇切點(diǎn)位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 ②不能選擇切點(diǎn)位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 ③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點(diǎn))。 （2）根據(jù)質(zhì)粒的特點(diǎn)確定限制酶的種類 ①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以確保具有相同的黏性末端。 ②質(zhì)粒作為載體必須具備標(biāo)記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標(biāo)記基因；如果所選酶的切點(diǎn)不止一個(gè)，則切割重組后可能會丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點(diǎn)區(qū)，則切割重組后的片段進(jìn)入受體細(xì)胞后不能自主復(fù)制。 2．若要利用某目的基因(見圖甲)和P1噬菌體載體(見圖乙)構(gòu)建重組DNA(見圖丙)，限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)分別是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是 A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 【答案】D 考向二 載體的作用及特點(diǎn)分析 3．下列關(guān)于基因工程中載體的敘述，錯(cuò)誤的是 A．常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等 B．目的基因與載體結(jié)合的過程發(fā)生在細(xì)胞外 C．載體上含有標(biāo)記基因，可用于檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 D．質(zhì)粒可作為基因工程的載體，其化學(xué)本質(zhì)是小型鏈狀DNA 【參考答案】D 【試題解析】基因工程常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等，A正確；基因工程的操作環(huán)境是在生物體外，因此目的基因與載體結(jié)合的過程發(fā)生在細(xì)胞外，B正確；載體上含有標(biāo)記基因，其作用是檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，C正確；質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是小型環(huán)狀DNA分子，D錯(cuò)誤。 技法提煉 載體上標(biāo)記基因的標(biāo)記原理 載體上的標(biāo)記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細(xì)胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當(dāng)含有抗生素抗性基因的載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使受體細(xì)胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素，所以在受體細(xì)胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細(xì)胞，原理如下圖所示： 4．如圖是表達(dá)新基因用的質(zhì)粒的示意圖，若要將目的基因插入到質(zhì)粒上的A處，則切割基因時(shí)可用的是 A．HindⅢ B．EcoRⅠ C．EcoB D．PstⅠ 【答案】C 1．下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是 A．基因工程的生物學(xué)原理是基因重組 B．通過基因工程技術(shù)能夠定向改造生物的遺傳性狀 C．整個(gè)過程都在細(xì)胞外進(jìn)行 D．基因工程屬于分子水平的操作 2．下列關(guān)于酶功能的敘述正確的是 A．DNA聚合酶與RNA聚合酶催化的底物都是游離的脫氧核苷酸 B．DNA連接酶能將游離的脫氧核苷酸逐一連接起來，形成一個(gè)完整的DNA分子 C．基因工程整個(gè)過程與RNA聚合酶無關(guān) D．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA水解酶都能斷裂磷酸二酯鍵 3．關(guān)于基因工程的操作工具的說法，正確的是 A．所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B．質(zhì)粒具有標(biāo)記基因，以便為目的基因的表達(dá)提供條件 C．載體必須具備的條件之一：具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 D．DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵 4．關(guān)于下圖所示黏性末端的敘述中，正確的是 A．①與③由相同限制酶切割產(chǎn)生 B．DNA連接酶可催化①與③的拼接 C．經(jīng)酶切形成④需要脫去2個(gè)水分子 D．①~④中的化學(xué)鍵均為相同化學(xué)鍵 5．一環(huán)狀DNA分子，設(shè)其長度為1。限制性內(nèi)切酶A在其上的切點(diǎn)位于0.0處；限制性內(nèi)切酶B在其上的切點(diǎn)位于0.3處；限制性內(nèi)切酶C的切點(diǎn)未知。但C單獨(dú)切或與A或B同時(shí)切的結(jié)果如下表，請確定C在該環(huán)形DNA分子的切點(diǎn)應(yīng)位于圖中的 A．0.2和0.4處 B．0.4和0.6處 C．0.5和0.7處 D．0.6和0.9處 6．以下是幾種不同限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列敘述中，錯(cuò)誤的是 A．以上DNA片段是由5種限制酶切割后產(chǎn)生的 B．若要把相應(yīng)片段連接起來，應(yīng)選用DNA連接酶 C．上述能進(jìn)行連接的兩個(gè)片段，其連接后形成的DNA分子是 D．限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵 7．在DNA測序工作中，需要將某些限制性核酸內(nèi)切酶的限制位點(diǎn)在DNA上定位，使其成為DNA分子中的物理參照點(diǎn)。這項(xiàng)工作叫做“限制酶圖譜的構(gòu)建”。假設(shè)有以下一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：用限制酶Hind Ⅲ、BamH Ⅰ和二者的混合物分別降解一個(gè)4kb（1kb即1千個(gè)堿基對）大小的線性DNA分子，降解產(chǎn)物分別進(jìn)行凝膠電泳，在電場的作用下，降解產(chǎn)物分開，如下圖所示。據(jù)此分析，這兩種限制性核酸內(nèi)切酶在該DNA分子上的限制位點(diǎn)數(shù)目是以下哪一組 A．Hind Ⅲ 1個(gè)，BamH Ⅰ 2個(gè) B．Hind Ⅲ 2個(gè)，BamH Ⅰ 3個(gè) C．Hind Ⅲ 2個(gè)，BamH Ⅰ 1個(gè) D．Hind Ⅲ 2個(gè)，BamH Ⅰ 2個(gè) 8．下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述中，正確的是 A．質(zhì)粒是存在于細(xì)菌中的一種細(xì)胞器 B．質(zhì)粒改造后可用作基因工程的載體 C．質(zhì)粒上基因的表達(dá)不遵循中心法則 D．質(zhì)粒必須具有抗生素抗性以便篩選 9．科學(xué)家常選用的細(xì)菌質(zhì)粒往往帶有一個(gè)抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是 A．提高受體細(xì)胞在自然環(huán)境中的耐熱性 B．有利于檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 C．增加質(zhì)粒分子的相對分子質(zhì)量 D．便于與外源基因連接 10．根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題: （1）限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有________和________。 （2）質(zhì)粒運(yùn)載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下： 為使運(yùn)載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點(diǎn)是________。 （3）按其來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即________DNA連接酶和________DNA連接酶。 （4）反轉(zhuǎn)錄作用的模板是________，產(chǎn)物是________。若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，常采用________技術(shù)。 （5）基因工程中除質(zhì)粒外，________和________也可作為運(yùn)載體。 11．（2018北京卷）用XhoI和SalI兩種限制性核酸內(nèi)切酶分別處理同一DNA片段，酶切位點(diǎn)及酶切產(chǎn)物分離結(jié)果如圖。以下敘述不正確的是 A．如圖中兩種酶識別的核苷酸序列不同 B．如圖中酶切產(chǎn)物可用于構(gòu)建重組DNA C．泳道①中是用SalI處理得到的酶切產(chǎn)物 D．圖中被酶切的DNA片段是單鏈DNA 12．（2017新課標(biāo)Ⅰ卷）真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。已知在人體中基因A（有內(nèi)含子）可以表達(dá)出某種特定蛋白（簡稱蛋白A）?；卮鹣铝袉栴}： （1）某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細(xì)胞卻未得到蛋白A，其原因是_____________________。 （2）若用家蠶作為表達(dá)基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用____________________作為載體，其原因是_____________________。 （3）若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。因?yàn)榕c家蠶相比，大腸桿菌具有_________________（答出兩點(diǎn)即可）等優(yōu)點(diǎn)。 （4）若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質(zhì)是___________________（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”）。 （5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，也可以說是基因工程的先導(dǎo)，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是_________________________。 1．【答案】C 2．【答案】D 【解析】DNA聚合酶與RNA聚合酶催化的底物分別是游離的脫氧核苷酸和游離的核糖核苷酸，A錯(cuò)誤；DNA聚合酶能將游離的脫氧核苷酸逐一連接起來，形成一個(gè)完整的DNA分子，B錯(cuò)誤；目的基因的轉(zhuǎn)錄需要用到RNA聚合酶，C錯(cuò)誤；限制性核酸內(nèi)切酶和DNA水解酶都能斷裂磷酸二酯鍵，D正確。 3．【答案】C 【解析】一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，不同酶識別序列不同，A錯(cuò)誤。質(zhì)粒具有標(biāo)記基因，以便檢測和篩選獲得目的基因的受體細(xì)胞，B錯(cuò)誤。載體必須具備的條件之一:具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接，C正確。DNA連接酶使黏性末端之間形成磷酸二酯鍵，D錯(cuò)誤。 4．【答案】B 【解析】不同限制酶切割生成的黏性末端也有可能會相同，因此①與③不一定是由相同限制酶切割產(chǎn)生的，A錯(cuò)誤；由于①與③的黏性末端相同，所以DNA連接酶可催化①與③的拼接，B正確；形成④需要斷裂兩個(gè)磷酸二酯鍵，因此需要消耗2分子的水，而不是脫去2個(gè)水分子，C錯(cuò)誤；①~④中的化學(xué)鍵有氫鍵和磷酸二酯鍵，D錯(cuò)誤。 5．【答案】A 6．【答案】A 【解析】分析題圖：圖示為幾種不同限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后形成的部分片段，其中①④是同一種限制酶切割形成的，具有相同的黏性末端；②經(jīng)過限制酶切割后形成黏性末端；③、⑤經(jīng)過限制酶切割后形成平末端。圖中①④是同一種限制酶切割形成的，因此以上DNA片段是由4種限制酶切割后產(chǎn)生的，A錯(cuò)誤；DNA連接酶可將具有相同末端的DNA片段連接起來，B正確；圖中①④具有相同的黏性末端，可被DNA連接酶連接形成，C正確；限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵，其中限制酶能將磷酸二酯鍵切斷，而DNA連接酶能將磷酸二酯鍵連接起來，D正確。 7．【答案】A 【解析】依題意和圖示分析可知：單獨(dú)用限制酶Hind Ⅲ降解（左圖）一個(gè)4 kb（1 kb即1千個(gè)堿基對）大小的線性DNA分子，可得到2.8 kb和1.2 kb的兩段，說明該DNA分子上有1個(gè)限制酶Hind Ⅲ的限制位點(diǎn)，而單獨(dú)用限制酶BamH Ⅰ降解（右圖）該DNA分子，則得到1.8 kb、1.3 kb和0.9 kb的三段，說明該DNA分子上有2個(gè)限制酶BamH Ⅰ的限制位點(diǎn)。綜上分析，A正確，B、C、D均錯(cuò)誤。 8．【答案】B 【解析】質(zhì)粒是存在于細(xì)菌中的一種環(huán)狀DNA，A錯(cuò)。天然質(zhì)粒經(jīng)過人工改造后，可用作基因工程的載體，B正確。質(zhì)粒上基因的表達(dá)遵循中心法則，C錯(cuò)。質(zhì)粒上要有標(biāo)記基因以便篩選，但不一定是抗生素抗性基因，D錯(cuò)。 9．【答案】B 【解析】抗菌素抗性基因的作用是作為標(biāo)記基因，可鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，故選B。 10．【答案】（1）黏性末端 平末端 （2）切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的相同 （3）E.coli T4 （4）mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR （5）噬菌體 動植物病毒 11．【答案】D 【解析】限制酶識別特定的脫氧核苷酸序列，不同的限制酶能識別不同的核苷酸序列，由電泳圖可知XhoI和SalI兩種酶分別切割時(shí)，識別的序列不同，A正確；同種限制酶切割出的DNA片段，具有相同的粘性末端，再用DNA連接酶進(jìn)行連接，可以構(gòu)成重組DNA，B正確；SalI將DNA片段切成4段，XhoI將DNA片段切成3段，根據(jù)電泳結(jié)果可知泳道①為SalI，泳道②為XhoI，C正確；限制酶切割雙鏈DNA，酶切后的DNA片段仍然是雙鏈DNA，D錯(cuò)誤。 12．【答案】（1）基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列不能被切除，無法表達(dá)出蛋白A （2）噬菌體 噬菌體的宿主是細(xì)菌，而不是家蠶 （3）繁殖快、容易培養(yǎng) （4）蛋白A的抗體 （5）DNA可以從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體 【解析】（1）基因A的編碼區(qū)中有內(nèi)含子，在真核生物細(xì)胞內(nèi)把內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄來的RNA切除，而原核生物細(xì)胞內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄后不切除，轉(zhuǎn)錄后直接表達(dá)，所以翻譯形成的蛋白質(zhì)不是蛋白A。（2）由于噬菌體是專性寄生在細(xì)菌體內(nèi)的病毒，無法侵染到真核生物家蠶細(xì)胞內(nèi)，所以不能用噬菌體作為運(yùn)載體。而家蠶屬于昆蟲，故可用昆蟲病毒作為運(yùn)載體。（3）大腸桿菌作為受體菌具有繁殖周期短、易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。（4）檢測目的基因是否表達(dá)通常用抗原－抗體雜交技術(shù)。（5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻(xiàn)，證明了生物的遺傳物質(zhì)是DNA，還為基因工程理論的建立提供了啟示，這一啟示是DNA可以從一種生物轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體。