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第1節(jié)　基因工程的基本原理和技術(shù) 課時過關(guān)能力提升 一、基礎(chǔ)鞏固 1.下列關(guān)于基因工程的敘述,正確的是(　　) A.基因工程經(jīng)常以抗生素抗性基因為目的基因 B.細(xì)菌質(zhì)粒是基因工程常用的運(yùn)載體 C.通常用一種限制性內(nèi)切酶處理含目的基因的DNA,用另一種限制性內(nèi)切酶處理運(yùn)載體 D.為育成抗除草劑的作物新品種,導(dǎo)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(biāo)記基因,而不是目的基因。通常用同一種限制性內(nèi)切酶處理含目的基因的DNA和運(yùn)載體,以保證產(chǎn)生同樣的末端。在選擇受體細(xì)胞時,主要考慮的是該細(xì)胞中目的基因是否表達(dá),受精卵由于全能性最高,往往成為動植物實施轉(zhuǎn)基因的首選受體,但目的基因也可以導(dǎo)入其他細(xì)胞,例如,植物胚的細(xì)胞、動物囊胚早期細(xì)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　②可在真核與原核生物之間進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移?、凼求w外進(jìn)行的人為的基因重組?、茉贒NA分子水平進(jìn)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(jìn)行重新組合,然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi),使目的基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),產(chǎn)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(jìn)行基因轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基因一旦成功,便可遺傳。 答案:A 3.下列關(guān)于質(zhì)粒和染色體的敘述,正確的是(　　) A.兩者有相同的化學(xué)本質(zhì) B.兩者是同一物質(zhì)的不同形態(tài) C.質(zhì)粒不存在于真核細(xì)胞中,染色體普遍存在于真核細(xì)胞中 D.兩者的化學(xué)成分中均含有脫氧核糖 解析:質(zhì)粒是存在于細(xì)菌、酵母菌等微生物細(xì)胞中的小型環(huán)狀DNA分子,染色體是真核生物細(xì)胞核中主要由DNA和蛋白質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)。 答案:D 4.下列關(guān)于質(zhì)粒的敘述,正確的是(　　) A.由于質(zhì)粒是環(huán)狀DNA分子,因此常被選為基因運(yùn)載體 B.質(zhì)粒是唯一的運(yùn)載體 C.質(zhì)粒是位于細(xì)菌擬核的環(huán)狀DNA分子 D.由于質(zhì)粒上有特殊的標(biāo)記基因,因此便于重組DNA的鑒定和篩選 解析:質(zhì)粒是常用運(yùn)載體,但不是唯一的運(yùn)載體,其本質(zhì)是獨(dú)立于擬核之外的環(huán)狀DNA分子,但其環(huán)狀結(jié)構(gòu)不是質(zhì)粒作為運(yùn)載體的理由。 答案:D 5.下列關(guān)于下圖DNA分子片段的說法,正確的是(　　) A.一種限制性內(nèi)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(nèi)切酶 答案:B 二、能力提升 6.下表有關(guān)基因工程的內(nèi)容,正確的組合是(　　) 供體 “分子手術(shù)刀” “分子縫紉針” 運(yùn)載體 受體 A 質(zhì)粒 限制性內(nèi)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(nèi)切酶 質(zhì)粒 大腸桿菌等 C 提供目的基因的生物 限制性內(nèi)切酶 DNA連接酶 質(zhì)粒 大腸桿菌等 D 大腸桿菌等 DNA連接酶 限制性內(nèi)切酶 提供目的基因的生物 質(zhì)粒 解析:基因工程中的“分子手術(shù)刀”是限制性內(nèi)切酶,“分子縫紉針”是DNA連接酶,最常用的運(yùn)載體是質(zhì)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(nèi)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(nèi)切酶將DNA切割為兩個片段,如①。DNA聚合酶在DNA復(fù)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(xiàn)有一長度為1 000堿基對(bp)的DNA分子,用限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ單獨(dú)酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp,用KpnⅠ單獨(dú)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(xiàn)有鏈狀DNA、環(huán)狀DNA,用EcoRⅠ切割后DNA的長度不變,此DNA應(yīng)該為環(huán)狀。用KpnⅠ單獨(dú)酶切后得到400 bp和600 bp兩種長度的DNA,因此DNA上應(yīng)該存在兩個Kpn Ⅰ的切割位點(diǎn)。 答案:D 9.下列有關(guān)說法正確的是(　　) A.DNA連接酶最初是從人體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的 B.限制性內(nèi)切酶的切口一定是GAATTC堿基序列 C.質(zhì)粒是基因工程中唯一用作運(yùn)載目的基因的運(yùn)載體 D.運(yùn)載體必須具備的條件之一是具有一個或多個限制性內(nèi)切酶切點(diǎn),以便與外源基因連接 解析:DNA連接酶最初是在大腸桿菌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的。一種限制性內(nèi)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(diǎn)上切割DNA分子,細(xì)胞中有多種限制性內(nèi)切酶,不同的限制性內(nèi)切酶的切口是不同的。質(zhì)粒是基因工程中常用的運(yùn)載體,但不是唯一的。 答案:D 10.在藥品生產(chǎn)中,有些藥品如干擾素、白細(xì)胞介素、凝血因子等,以前主要是從生物體的組織、細(xì)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(chǎn)量低,臨床供應(yīng)不足。自20世紀(jì)70年代遺傳工程發(fā)展起來以后,人們逐步地在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的目的基因,使之與質(zhì)粒形成重組DNA,并把重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌,最后利用這些工程菌,可以高效率地生產(chǎn)出上述各種高質(zhì)量、低成本的藥品。請分析完成下列問題。 (1)在基因工程中,質(zhì)粒是一種最常用的　　　　　　,它廣泛地存在于細(xì)菌細(xì)胞中,是一種很小的環(huán)狀　　　　　　　　分子。 (2)在目的基因與質(zhì)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(zhì)粒導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞后,能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)直接合成“某激素”,則該激素基因在細(xì)菌體內(nèi)的表達(dá)包括　　　　　　　和　　　　　　　　兩個過程。 解析:基因工程的工具有限制性內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”、 DNA連接酶——“分子縫紉針”、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的運(yùn)載體——“分子運(yùn)輸車”,其中最常用的運(yùn)載體是質(zhì)粒。基因的表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。 答案:(1)運(yùn)載體　DNA (2)限制性內(nèi)切酶　DNA連接酶 (3)轉(zhuǎn)錄　翻譯 三、綜合應(yīng)用 11.目前基因工程所用的質(zhì)粒載體主要是以天然細(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1所示。 (1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時要有抗性基因,以便于　　　　　　　　　　　　　　。 (2)pBR322分子中有1個EcoRⅠ限制性內(nèi)切酶作用位點(diǎn),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(cè)各有1個EcoRⅠ的切點(diǎn),請畫出目的基因兩側(cè)被限制性內(nèi)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(nèi)切酶作用位點(diǎn),現(xiàn)將經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與用另一種限制性內(nèi)切酶BglⅡ處理得到的目的基因,通過DNA連接酶作用恢復(fù)　　　　　　　　鍵,成功地獲得了重組質(zhì)粒。這說明　　。 (4)為了檢測上述重組質(zhì)粒是否導(dǎo)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(jié)果(空圈表示與圖2對照無菌落的位置)。與圖3空圈相對應(yīng)的圖2中的菌落表現(xiàn)型是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　,圖3結(jié)果顯示,多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填“重組質(zhì)?！被颉皃BR322質(zhì)?！?。 解析:(1)質(zhì)粒上的抗性基因可作標(biāo)記基因,便于鑒定受體細(xì)胞中是否導(dǎo)入目的基因。(2)在目的基因的兩側(cè)各有1個EcoRⅠ的切點(diǎn),即目的基因兩側(cè)都有—GAATTC—。(3)DNA連接酶能連接磷酸二酯鍵。經(jīng)BamHⅠ處理后的質(zhì)粒與用另一種限制性內(nèi)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(nèi)切酶切割得到的末端相同或互補(bǔ)。(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(jié)果顯示,多數(shù)大腸桿菌既能抗氨芐青霉素,又能抗四環(huán)素,說明導(dǎo)入的是pBR322質(zhì)粒,而不是重組質(zhì)粒(重組質(zhì)粒的四環(huán)素抗性基因被切斷,不能表達(dá),因此含重組質(zhì)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(dǎo)入受體細(xì)胞 (2) (3)磷酸二酯　兩種限制性內(nèi)切酶(BamHⅠ和BglⅡ)切割得到的末端相同(或互補(bǔ))　(4)能抗氨芐青霉素,但不能抗四環(huán)素　pBR322質(zhì)粒 12.限制性內(nèi)切酶 Ⅰ 的識別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—,限制性內(nèi)切酶 Ⅱ 的識別序列和切點(diǎn)是—T↓GATC—。在質(zhì)粒上有酶 Ⅰ 的一個切點(diǎn),在目的基因的兩側(cè)各有1個酶 Ⅱ 的切點(diǎn)。用上述兩種酶分別切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA。 (1)請畫出質(zhì)粒被限制性內(nèi)切酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。 (2)請畫出目的基因兩側(cè)被限制性內(nèi)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(nèi)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(guān)鍵是根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則將DNA分子的兩條鏈寫準(zhǔn)確,注意黏性末端的寫法。由于黏性末端之間符合堿基互補(bǔ)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(nèi)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(nèi)切酶切割后所形成的黏性末端是互補(bǔ)的。