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第1節(jié)　基因工程的基本原理和技術 課時過關能力提升 一、基礎鞏固 1.下列關于基因工程的敘述,正確的是(　　) A.基因工程經常以抗生素抗性基因為目的基因 B.細菌質粒是基因工程常用的運載體 C.通常用一種限制性內切酶處理含目的基因的DNA,用另一種限制性內切酶處理運載體 D.為育成抗除草劑的作物新品種,導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體 解析:基因工程中常用抗生素抗性基因作為標記基因,而不是目的基因。通常用同一種限制性內切酶處理含目的基因的DNA和運載體,以保證產生同樣的末端。在選擇受體細胞時,主要考慮的是該細胞中目的基因是否表達,受精卵由于全能性最高,往往成為動植物實施轉基因的首選受體,但目的基因也可以導入其他細胞,例如,植物胚的細胞、動物囊胚早期細胞等。 答案:B 2.下列對基因工程的理解,正確的是(　　) ①它是一種按照人們的意愿,定向地改造生物遺傳特性的工程?、诳稍谡婧伺c原核生物之間進行基因轉移?、凼求w外進行的人為的基因重組?、茉贒NA分子水平進行操作?、菀坏┏晒?便可遺傳 A.①②③④⑤ B.①③④⑤ C.①②③⑤ D.①②④⑤ 解析:基因工程可以對生物的基因進行重新組合,然后導入受體細胞內,使目的基因在受體細胞內表達,產生出人類所需要的新的遺傳特性,它可以在真核與原核生物之間進行基因轉移。轉基因一旦成功,便可遺傳。 答案:A 3.下列關于質粒和染色體的敘述,正確的是(　　) A.兩者有相同的化學本質 B.兩者是同一物質的不同形態(tài) C.質粒不存在于真核細胞中,染色體普遍存在于真核細胞中 D.兩者的化學成分中均含有脫氧核糖 解析:質粒是存在于細菌、酵母菌等微生物細胞中的小型環(huán)狀DNA分子,染色體是真核生物細胞核中主要由DNA和蛋白質組成的結構。 答案:D 4.下列關于質粒的敘述,正確的是(　　) A.由于質粒是環(huán)狀DNA分子,因此常被選為基因運載體 B.質粒是唯一的運載體 C.質粒是位于細菌擬核的環(huán)狀DNA分子 D.由于質粒上有特殊的標記基因,因此便于重組DNA的鑒定和篩選 解析:質粒是常用運載體,但不是唯一的運載體,其本質是獨立于擬核之外的環(huán)狀DNA分子,但其環(huán)狀結構不是質粒作為運載體的理由。 答案:D 5.下列關于下圖DNA分子片段的說法,正確的是(　　) A.一種限制性內切酶可作用于①②處 B.解旋酶作用于③處 C.DNA連接酶作用于③處 D.獲取目的基因要同時使用解旋酶和限制性內切酶 答案:B 二、能力提升 6.下表有關基因工程的內容,正確的組合是(　　) 供體 “分子手術刀” “分子縫紉針” 運載體 受體 A 質粒 限制性內切酶 DNA連接酶 提供目的基因的生物 大腸桿菌等 B 提供目的基因的生物 DNA連接酶 限制性內切酶 質粒 大腸桿菌等 C 提供目的基因的生物 限制性內切酶 DNA連接酶 質粒 大腸桿菌等 D 大腸桿菌等 DNA連接酶 限制性內切酶 提供目的基因的生物 質粒 解析:基因工程中的“分子手術刀”是限制性內切酶,“分子縫紉針”是DNA連接酶,最常用的運載體是質粒,受體多用原核生物,如大腸桿菌等。 答案:C 7.下圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化,圖中依次表示限制性內切酶、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 解析:限制性內切酶將DNA切割為兩個片段,如①。DNA聚合酶在DNA復制過程中能連接脫氧核苷酸,延長子鏈,如④。DNA連接酶能連接DNA片段,如②。解旋酶能解開DNA雙鏈,如③。 答案:C 8.現有一長度為1 000堿基對(bp)的DNA分子,用限制性核酸內切酶EcoRⅠ單獨酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp,用KpnⅠ單獨酶切后得到400 bp和600 bp兩種長度的DNA片段,用EcoRⅠ、KpnⅠ同時酶切后得到200 bp和600 bp兩種長度的DNA片段。該DNA分子的酶切圖譜正確的是(　　) 解析:從圖譜中可發(fā)現有鏈狀DNA、環(huán)狀DNA,用EcoRⅠ切割后DNA的長度不變,此DNA應該為環(huán)狀。用KpnⅠ單獨酶切后得到400 bp和600 bp兩種長度的DNA,因此DNA上應該存在兩個Kpn Ⅰ的切割位點。 答案:D 9.下列有關說法正確的是(　　) A.DNA連接酶最初是從人體細胞中發(fā)現的 B.限制性內切酶的切口一定是GAATTC堿基序列 C.質粒是基因工程中唯一用作運載目的基因的運載體 D.運載體必須具備的條件之一是具有一個或多個限制性內切酶切點,以便與外源基因連接 解析:DNA連接酶最初是在大腸桿菌細胞中發(fā)現的。一種限制性內切酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并且能在特定的位點上切割DNA分子,細胞中有多種限制性內切酶,不同的限制性內切酶的切口是不同的。質粒是基因工程中常用的運載體,但不是唯一的。 答案:D 10.在藥品生產中,有些藥品如干擾素、白細胞介素、凝血因子等,以前主要是從生物體的組織、細胞或血液中提取,由于受原料來源限制,價格十分昂貴,而且產量低,臨床供應不足。自20世紀70年代遺傳工程發(fā)展起來以后,人們逐步地在人體內發(fā)現了相應的目的基因,使之與質粒形成重組DNA,并把重組DNA導入大腸桿菌,最后利用這些工程菌,可以高效率地生產出上述各種高質量、低成本的藥品。請分析完成下列問題。 (1)在基因工程中,質粒是一種最常用的　　　　　　,它廣泛地存在于細菌細胞中,是一種很小的環(huán)狀　　　　　　　　分子。 (2)在目的基因與質粒形成重組DNA的過程中,一般要用到的工具酶是　　　　　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　　。 (3)將含有“某激素基因”的質粒導入細菌細胞后,能在細菌細胞內直接合成“某激素”,則該激素基因在細菌體內的表達包括　　　　　　　和　　　　　　　　兩個過程。 解析:基因工程的工具有限制性內切酶——“分子手術刀”、 DNA連接酶——“分子縫紉針”、基因進入受體細胞的運載體——“分子運輸車”,其中最常用的運載體是質粒?；虻谋磉_包括轉錄和翻譯。 答案:(1)運載體　DNA (2)限制性內切酶　DNA連接酶 (3)轉錄　翻譯 三、綜合應用 11.目前基因工程所用的質粒載體主要是以天然細菌質粒的各種元件為基礎重新組建的人工質粒,pBR322質粒是較早構建的質粒載體,其主要結構如圖1所示。 (1)構建人工質粒時要有抗性基因,以便于　　　　　　　　　　　　　　。 (2)pBR322分子中有1個EcoRⅠ限制性內切酶作用位點,EcoRⅠ只能識別序列—GAATTC—,并只能在G與A之間切割。若在某目的基因的兩側各有1個EcoRⅠ的切點,請畫出目的基因兩側被限制性內切酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端。 (3)pBR322分子中另有1個BamHⅠ限制性內切酶作用位點,現將經BamHⅠ處理后的質粒與用另一種限制性內切酶BglⅡ處理得到的目的基因,通過DNA連接酶作用恢復　　　　　　　　鍵,成功地獲得了重組質粒。這說明　　。 (4)為了檢測上述重組質粒是否導入原本無ampR和tetR的大腸桿菌,將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng),得到如圖2的菌落。再將滅菌絨布放到培養(yǎng)基上,使絨布面沾上菌落,然后將絨布放到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng),得到如圖3的結果(空圈表示與圖2對照無菌落的位置)。與圖3空圈相對應的圖2中的菌落表現型是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　,圖3結果顯示,多數大腸桿菌導入的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填“重組質粒”或“pBR322質?！?。 解析:(1)質粒上的抗性基因可作標記基因,便于鑒定受體細胞中是否導入目的基因。(2)在目的基因的兩側各有1個EcoRⅠ的切點,即目的基因兩側都有—GAATTC—。(3)DNA連接酶能連接磷酸二酯鍵。經BamHⅠ處理后的質粒與用另一種限制性內切酶BglⅡ處理得到的目的基因能連接起來,說明這兩種限制性內切酶切割得到的末端相同或互補。(4)圖2中的菌落能抗氨芐青霉素,將滅菌絨布放到圖2中培養(yǎng)基上,使絨布面沾上菌落,然后將絨布放到圖3含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng),仍能生長的為抗四環(huán)素的菌落,空圈為不能抗四環(huán)素的菌落(只能抗氨芐青霉素)。圖3結果顯示,多數大腸桿菌既能抗氨芐青霉素,又能抗四環(huán)素,說明導入的是pBR322質粒,而不是重組質粒(重組質粒的四環(huán)素抗性基因被切斷,不能表達,因此含重組質粒的大腸桿菌只抗氨芐青霉素)。 答案:(1)鑒別目的基因是否導入受體細胞 (2) (3)磷酸二酯　兩種限制性內切酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的末端相同(或互補)　(4)能抗氨芐青霉素,但不能抗四環(huán)素　pBR322質粒 12.限制性內切酶 Ⅰ 的識別序列和切點是—G↓GATCC—,限制性內切酶 Ⅱ 的識別序列和切點是—T↓GATC—。在質粒上有酶 Ⅰ 的一個切點,在目的基因的兩側各有1個酶 Ⅱ 的切點。用上述兩種酶分別切割質粒和含有目的基因的DNA。 (1)請畫出質粒被限制性內切酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。 (2)請畫出目的基因兩側被限制性內切酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。 (3)在DNA連接酶的作用下,上述兩種不同限制性內切酶切割后所形成的黏性末端能否連接起來?為什么? 解析:本題解題關鍵是根據堿基互補配對原則將DNA分子的兩條鏈寫準確,注意黏性末端的寫法。由于黏性末端之間符合堿基互補配對原則,所以在DNA連接酶的作用下,上述兩種不同限制性內切酶切割后形成的黏性末端能連接起來。 答案:(1) (2) (3)可以連接。因為由兩種限制性內切酶切割后所形成的黏性末端是互補的。