3.1 重组DNA技术的基本工具-【新课程能力培养】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步练习（人教版2019）

练 高中生物选择性必修 3 （人教版） 知识点一 基因工程 1. 下列关于基因工程的叙述 ， 错误的是 （ ） Ａ. 基因工程的原理是基因重组， 能按照 人们的意愿定向改造生物的性状 Ｂ. 基因工程是在分子水平的设计施工 ， 需要限制酶、 ＤＮＡ 连接酶和载体 Ｃ. 限制酶可识别特定的核苷酸序列， 并 在特定的切点上切割 ＤＮＡ 分子 Ｄ. 基因工程常用的载体质粒中含有两个 游离的磷酸基团 知识点二 重组 ＤＮＡ 技术的基本工具 2. 下列关于基因工程操作工具的说法， 正确 的是 （ ） Ａ. 质粒只分布于原核细胞中 Ｂ. 常用相同的限制酶处理目的基因和质粒， 从而获得相同的黏性末端 Ｃ. ＤＮＡ 聚合酶能够催化形成磷酸二酯键， 是基因工程中的 “分子手术刀” Ｄ. 细菌细胞内含有的限制酶能对自身的 ＤＮＡ 进行剪切 3. 在基因工程操作中限制性内切核酸酶是不 可缺少的工具。 下列关于限制性内切核酸 酶的叙述， 错误的是 （ ） Ａ. 限制性内切核酸酶也可以识别和剪切 ＲＮＡ Ｂ. 限制性内切核酸酶可以从某些原核生 物中提取 Ｃ. 限制性内切核酸酶的活性受温度和 ｐＨ 等因素的影响 Ｄ. 一种限制性内切核酸酶只能识别一种 特定的脱氧核苷酸序列 ４. 下图是几种不同限制性内切核酸酶切割 ＤＮＡ 分子后形成的部分片段。 下列叙述 中， 正确的是 （ ） Ａ. 限制酶和 ＤＮＡ 连接酶作用的部位都是 磷酸二酯键 Ｂ. ①～④ＤＮＡ 片段是由 ４ 种限制酶切割后 产生的 Ｃ. ① 和 ④ 两个片段是在 ＤＮＡ 聚合酶的作 用下形成的重组 ＤＮＡ 分子 Ｄ. ② 片段是在酶切位点为 G A A T T C T T A A ↓ ↑ 的 限制酶作用下形成的 ５. 结合下图判断， 有关基因工程中工具酶的 功能的叙述， 正确的是 （ ） 第 3章 基因工程 第 1 节 重组 DNA 技术的基本工具 基 础 练 习 ③ … TG … AC ② … G … CTTAA ① … CTGCA … G ④ … G … CTGCA 40 练 第 3章 基因工程 Ａ. 切断 ａ 处的酶简称内切酶 ， 被称为 “基因手术刀” Ｂ. 连接 ａ 处的酶为 ＤＮＡ 聚合酶， 被称为 基因的 “针线” Ｃ. ＲＮＡ 聚合酶可通过识别基因中的特定 碱基序列与 ＤＮＡ 分子结合 Ｄ. ＤＮＡ 连接酶的作用点是 ｂ 处 知识点三 ＤＮＡ 的粗提取与鉴定 ６. 在 ＤＮＡ 的粗提取与鉴定实验中， 试剂的 种类、 浓度和使用方法均有严格的规定。 下列相关操作正确的是 （ ） Ａ. 用蒸馏水裂解猪血细胞可导致猪血细 胞吸水涨破可获得 ＤＮＡ Ｂ. 在裂 解 液 中 加 入 ＮａＣｌ 溶 液 并 调 至 ２ ｍｏｌ/Ｌ ， 可以析出 ＤＮＡ Ｃ. 冷却过的酒精加入 ＤＮＡ 溶液中， 可降 低 ＤＮＡ 在其中的溶解度 Ｄ. 高温会使二苯胺分解， 鉴定 ＤＮＡ 时应 严格控制在室温条件下进行 ７. 某实验小组进行 “ ＤＮＡ 的粗提取与鉴定” 实验， 如下为实验流程： 取材 → 破碎细 胞 → 获得滤液 → 去除杂质 → 进一步提纯 → ＤＮＡ 鉴定， 下列相关叙述正确的是 （ ） Ａ. 取材时可选用猪血、 洋葱、 香蕉、 菜 花等富含 ＤＮＡ 的材料进行实验 Ｂ. 提取 ＤＮＡ 时， 加入等体积的体积分数 为 ９５％ 的冷酒精， 可以提取出 ＤＮＡ Ｃ. 提纯时在滤液中加入 ２ ｍｏｌ/Ｌ 的 ＮａＣｌ 溶液后会出现白色丝状物 ＤＮＡ Ｄ. ＤＮＡ 鉴定时可通过是否加入二苯胺试 剂设置对照实验来观察实验现象 一、 不定项选择题 １. 在重组 ＤＮＡ 技术中， 将外源基因送入受 体细胞的载体可以是 （ ） Ａ. 大肠杆菌 Ｂ. 动物病毒 Ｃ. 植物病毒 Ｄ. 噬菌体 ２. 下列关于基因工程中基本工具的说法， 正 确的是 （ ） Ａ. 基因工程中的工具酶有限制性内切核 酸酶和 ＤＮＡ 连接酶 Ｂ. ＤＮＡ 连接酶可将任意的 ＤＮＡ 片段通 过形成磷酸二酯键而连接起来 Ｃ. 质粒上必须有标记基因才可作为载体 Ｄ. 限制性内切核酸酶一般不仅仅能切割 外源 ＤＮＡ ， 也能切割自身的 ＤＮＡ 分子 ３. 下图是 ４ 种限制酶所识别的 ＤＮＡ 分子序 列和切割位点示意图 （ ↓ 表示切割位点）。 下列相关叙述错误的是 （ ） Ａ. 这 ４ 种限制酶都能识别并切割含有 ＧＴＡＣ 序列的 ＤＮＡ 片段 提 升 练 习 b a 限制酶 1 ： -GATC- 限制酶 2 ： -CATG- 限制酶 3 ： -GGATCC- 限制酶 4 ： -CCGCGC- ↓↓ ↓↓ 41 练 高中生物选择性必修 3 （人教版） Ｂ. 限制酶 １ 和 ３ 切割出的黏性末端上的 碱基不能互补配对 Ｃ. 限制酶 ３ 和 ４ 识别的序列都是由 ６ 个 脱氧核苷酸对组成的 Ｄ. 限制酶 ２ 和 ４ 切割出的黏性末端只能 由 Ｔ４ ＤＮＡ 连接酶拼接 二、 非选择题 ４. 下图中的图 １ 和图 ２ 分别表示的是 ＥｃｏＲⅠ 限制酶和 ＳｍａⅠ 限制酶的作用示意图。 请 思考回答下列问题： （ １ ） ＥｃｏＲⅠ 限制酶和 ＳｍａⅠ 限制酶的化学 本质是 ， 其单体是 。 （ ２ ） ＥｃｏＲⅠ 限制酶识别的碱基序列是 ， ＥｃｏＲⅠ 限制酶和 ＳｍａⅠ 限制酶 的识别序列不相同， 说明限制酶具有 性。 （ ３ ） 由图 ２ 可知， 当限制酶在它识别序列 的 切开时， 产生的末端是平 末端； 要将图 １ 中的末端再连接起 来， 需要用 连接酶。 （ ４ ） １９７０ 年， 阿尔伯 （ Ｗ. Ａｒｂｅｒ ） 等在细 菌中发现了第一个限制酶， 而在该细 菌中没有此限制酶的识别序列， 推测 该限制酶在细菌细胞中的作用可能是 。 图 １ 图 2 42 高中生物选择性必修 3 （人教版） 第 1节 重组DNA技术的基本工具 学习手册 知识点一 基因工程 知识梳理 （ 2 ） DNA 分子 （ 3 ） 生物类型 生物制品 知识点二 重组 DNA 技术的基本工具 知识梳理 1. 特定核苷酸 磷酸二酯键 中轴线两侧 黏性 中轴线处 平 原核生物 2. （ 1 ） 双链 DNA 磷酸二酯 （ 2 ） 大肠杆菌 黏性末端 T4 噬菌体 黏性末端 平末端 低 3. （ 1 ） 基因 （ 2 ） 质粒 ② 细胞核 拟核 ③ 受体 DNA 插入 筛选 （ 3 ） 噬菌体 动植物病毒 教材拓展 2. 提示： 不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末 端， 这样的限制酶称为同尾酶。 4. Hind Ⅲ 和 PstⅠ 知识点三 DNA 的粗提取与鉴定 知识梳理 1. （ 1 ） DNA 溶于酒精 蛋白质 不溶于酒精 （ 2 ） 二苯胺 蓝 2. （ 1 ） 研磨液 （ 2 ） 上清液 （ 3 ） 95% DNA 同一 沉淀物 教材拓展 1. 哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体， 几乎不含 DNA 。 2. 将鸡血细胞置于蒸馏水中， 待细胞涨破后， 收集 滤液。 3. 利用蛋白酶分解杂质蛋白， 不分解 DNA ， 有利 于 DNA 与蛋白质分开。 第 3 章 基因工程 结合题图可知， 图中反映 DNA 复制所需时长的是从 Q 点到 R 点。 （ 3 ） 分析题意， 要制备 IK 小鼠， 需要用诱导型基 因敲除小鼠， 而饲喂诱导物后小鼠的 L 基因才会被敲 除， 结合所给实验材料及药物可知， 制备小鼠 IK 的技 术路线为： 将 Ce 酶基因和 Er 基因连接 （ Ce 酶可作用于 x ， 导致两个 x 间的 DNA 片段丢失 ） → 连接到表达载 体 → 转入小鼠 Lx→ 筛选目标小鼠 → 饲喂口服药 T （诱导 Er 蛋白进入细胞核） → 获得小鼠 IK 。 （ 4 ） 据题可知， 变胖过程中增加的 B 细胞可能源于 自身分裂 （途径 Ⅰ ）， 也可能来自胰岛中干细胞的增殖、 分化 （途径 Ⅱ ）， 由于单途径 Ⅰ 的细胞周期时长 （ t 1 ） 是 途径 Ⅱ 细胞周期时长 （ t 2 ） 的三倍以上， 若先用 EdU 饲 喂小鼠 IK ， 各种细胞 DNA 复制所需时间基本相同， t 2 时间已经经过一个细胞周期， 所有的细胞应都含有 EdU 标记， 实验假设是变胖过程中增加的 B 细胞大多数来源 于自身分裂， 即来源于途径 Ⅰ ， 该过程已经复制的 B 细 胞直接分裂， 不会再有 DNA 复制过程， 故 t 2 时间后用 BrdU 饲喂则不起作用 ， 即大多数 B 细胞没有被 BrdU 标记。 7. （ 1 ） 不需要 使细胞接触处的磷脂分子重新排 布， 细胞膜打开， 细胞发生融合 （ ２ ） 未融合的亲本细胞 融合的具有同种核的细胞 （ ３ ） 通过抗体检测呈阳性来获得分泌所需抗体的杂 交瘤细胞 【解析 】 （ 1 ） 浆细胞是高度分化的细胞 ， 不能增 殖， 所以不需要通过原代培养扩大细胞数量。 脂溶性物 质 PEG 可使细胞接触处的磷脂分子重新排布， 细胞膜 打开， 细胞发生融合。 （ 2 ） 在杂交瘤细胞筛选过程中， 用特定的选择培养 基进行筛选， 在该培养基上， 未融合的亲本细胞和融合 的具有同种核的细胞都会死亡， 只有融合的杂交瘤细胞 才能生长。 （ 3 ） 单克隆抗体筛选中， 将抗体与该病毒外壳蛋白 进行杂交， 是运用了抗原—抗体杂交技术， 抗体检测呈 阳性的细胞， 即为所需的杂交瘤细胞。 28 参考答案与解析 练习手册 基础练习 1. Ｄ 【解析】 基因工程是指按照人类的愿望， 将不 同生物的遗传物质在体外人工剪切并和载体重组后转 入细胞内进行扩增 ， 并表达产生所需蛋白质的技术 。 可定向改造生物的遗传性状， 依据的原理是基因重组， Ａ 正确 ； 基因工程是在分子水平上对 ＤＮＡ （或基因 ） 进行设计施工的 ， 需要限制酶 、 ＤＮＡ 连接酶和载体 ， Ｂ 正确 ； 限制酶具有专一性 ， 可识别特定的核苷酸序 列， 并在特定的切点上切割 ＤＮＡ 分子， Ｃ 正确； 质粒 为 环 状 的 ＤＮＡ 分 子 ， 不 含 有 游离 的 磷 酸 基 团 ， Ｄ 错误。 2. Ｂ 【解析】 质粒不只分布于原核生物中， 在真核 生物酵母菌细胞内也有分布， Ａ 错误； 构建基因表达载 体时， 常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质 粒， 以产生相同的黏性末端， Ｂ 正确； ＤＮＡ 聚合酶用于 ＤＮＡ 的复制， 不用于基因工程， 而 ＤＮＡ 连接酶能够催 化形成磷酸二酯键， 是基因工程中的 “分子手术刀”， Ｃ 错误； 细菌内的限制酶能限制异源 ＤＮＡ 的侵入并使之 失活， 即能将外源 ＤＮＡ 切断， 从而保护自身的遗传特 性， Ｄ 错误。 3. Ａ 【解析 】 限制性内切核酸酶只能识别和切割 ＤＮＡ 序列， Ａ 错误； 限制性内切核酸酶主要从某些原核 生物中提取 ， Ｂ 正确 ； 限制性内切核酸酶具有酶的特 性， 其活性受温度和 ｐＨ 等因素的影响， Ｃ 正确； 限制 性内切核酸酶具有专一性， 只能识别一种特定的脱氧核 苷酸序列， Ｄ 正确。 ４. Ａ 【解析】 限制酶和 ＤＮＡ 连接酶作用的部位都 是磷酸二酯键， 其中限制酶能将磷酸二酯键切断 ， 而 ＤＮＡ 连接酶能将磷酸二酯键连接起来， Ａ 正确； 图中只 有 ①④ 是同一种限制酶切割形成的， 因此 ①～④ＤＮＡ 片 段是由 ３ 种限制酶切割后产生的， Ｂ 错误； 由于 ①④ 具 有相同的黏性末端， 所以能用 ＤＮＡ 连接酶连接起来 ， 形成重组 ＤＮＡ 分子， Ｃ 错误； ② 片段是在酶切位点为 G A A T T C C T T A A G 的限制酶作用下形成的， Ｄ 错误。 ５. Ｃ 【解析】 ａ 为磷酸二酯键， 可被限制性内切核 酸酶切断， 而限制性内切核酸酶简称为限制酶， 又被称 为 “分子手术刀 ” ， Ａ 错误 ； ａ 为磷酸二酯键 ， 可被 ＤＮＡ 连接酶连接起来 ， 而 ＤＮＡ 连接酶称为分子缝合 针， ＤＮＡ 聚合酶不是基因工程的工具酶， Ｂ 错误、 Ｄ 错 误； ＲＮＡ 聚合酶可通过识别基因中的特定碱基序列 （启 动子） 与 ＤＮＡ 分子结合， 催化转录过程， Ｃ 正确。 ６. Ｃ 【解析】 猪是哺乳动物， 其血细胞中主要是红 细胞， 成熟红细胞无细胞核， 不能提取 ＤＮＡ ， 一般用 鸡血提取 ， Ａ 错误 ； ＤＮＡ 在 ２ ｍｏｌ/Ｌ 的氯化钠溶液中 溶解度较高， 在裂解液中加入 ＮａＣｌ 溶液并调至 ２ ｍｏｌ/Ｌ ， 不能析出 ＤＮＡ ， Ｂ 错误 ； 利用 ＤＮＡ 不溶于酒精 ， 但 细胞中的其他物质可溶于酒精的特点 ， 可将冷却过的 酒 精 加 入 ＤＮＡ 溶 液 中 以 降 低 ＤＮＡ 在 其 中 的 溶 解 度 ， Ｃ 正确 ； ＤＮＡ 遇二苯胺成蓝色 ， 需进行沸水浴 ， Ｄ 错误。 ７. Ｂ 【解析】 哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核 ， 不能用猪血做 ＤＮＡ 提取的实验 ， Ａ 错误 ； 提取 ＤＮＡ 时， 加入等体积的体积分数为 ９５％ 的冷酒精， 可以提取 出 ＤＮＡ ， 利用了 ＤＮＡ 不溶于酒精的原理， Ｂ 正确； 提 纯时在滤液中加入与滤液体积相等、 冷却的酒精溶液后 会出现白色丝状物 ＤＮＡ ， 但是加入 ２ ｍｏｌ/Ｌ 的 ＮａＣｌ 溶 液， 会使 ＤＮＡ 溶于 ＮａＣｌ 中， Ｃ 错误； ＤＮＡ 鉴定时可 通过两支试管都加入二苯胺试剂后 ， 比较两支试管溶 液颜色的变化， 看看溶解有 ＤＮＡ 的溶液是否变蓝， Ｄ 错误。 提升练习 １. ＢＣＤ 【解析】 大肠杆菌一般不作为外源基因送入 受体细胞的载体， Ａ 错误； 常用的载体有质粒、 噬菌体 的衍生物、 动植物病毒等， 基因工程中所用的载体是在 天然载体的基础上改造的， Ｂ ， Ｃ ， Ｄ 正确。 ２. ＡＣ 【解析】 限制性内切核酸酶和 ＤＮＡ 连接酶是 基因工程的工具酶， Ａ 正确； ＤＮＡ 连接酶只能催化具有 互补黏性末端或平末端的 ＤＮＡ 片段之间形成磷酸二酯 键， Ｂ 错误； 质粒上必须有标记基因才可作为载体， 便 于筛选含有目的基因的受体细胞， Ｃ 正确； 限制性内切 核酸酶的作用是不切割自身 ＤＮＡ 分子 ， 只切割外源 ＤＮＡ ， 以保护自身 ＤＮＡ 的安全， Ｄ 错误。 ３. ＡＢＤ 【解析】 据图分析可知， 限制酶 ３ 和 ４ 不能 识别并切割含有 ＧＴＡＣ 序列的 ＤＮＡ 片段 ， Ａ 错误 ； 据图可知， 限制酶 １ 和 ３ 切割出的黏性末端相同， 均为 29 高中生物选择性必修 3 （人教版） -ＧＡＴＣ ， 黏性末端上的碱基能互补配对， Ｂ 错误； 据图 可知， 限制酶 ３ 和 ４ 识别的序列都是由 ６ 个脱氧核苷酸 对组成的， Ｃ 正确； 限制酶 ２ 和 ４ 切割出的末端分别 是黏性末端和平末端， 不能由 Ｔ４ ＤＮＡ 连接酶拼接， Ｄ 错误。 ４. （ １ ） 蛋白质 氨基酸 （ ２ ） ＧＡＡＴＴＣ 专一 （ ３ ） 中轴线 Ｅ.ｃｏｌｉ ＤＮＡ 连接酶或 Ｔ４ ＤＮＡ 连接酶 （ ４ ） 切割外来 ＤＮＡ ， 起到防御作用 【解析】 （ １ ） ＥｃｏＲⅠ 限制酶和 ＳｍａⅠ 限制酶的化学 本质是蛋白质 ， 蛋白质是生物大分子 ， 其单体是氨 基酸。 （ ２ ） 分析题图 １ 可知， ＥｃｏＲⅠ 限制酶识别的碱基序 列是 ＧＡＡＴＴＣ ， ＳｍａⅠ 限制酶的识别序列是 ＣＣＣＧＧＧ ， ＥｃｏＲⅠ 限制酶和 ＳｍａⅠ 限制酶的识别序列不相同， 说明 限制酶具有专一性。 （ ３ ） 由图 ２ 可知， 当限制酶在它识别序列的中轴线 切开时， 产生的末端是平末端； ＤＮＡ 连接酶可以连接 两个 ＤＮＡ 片段， 要将图 １ 中的末端再连接起来， 需要 用 Ｅ.ｃｏｌｉ ＤＮＡ 连接酶或 Ｔ４ ＤＮＡ 连接酶。 （ ４ ） １９７０ 年， 阿尔伯 （ Ｗ. Ａｒｂｅｒ ） 等在细菌中发现 了第一个限制酶， 而在该细菌中没有此限制酶的识别序 列， 推测该限制酶在细菌细胞中的作用可能是切割外来 ＤＮＡ ， 起到防御作用。 第 2节 基因工程的基本操作程序 学习手册 知识点一 目的基因的筛选与获取 知识梳理 1. 受体细胞性状 预期表达产物 蛋白质 2. 已知结构 功能清晰 3. （ 1 ） DNA 半保留复制 （ 2 ） PCR 反应缓冲 （ 3 ） 脱氧核苷酸 DNA 聚合酶 2 引物 （ 4 ） 90 ℃ 复性 50 ℃ 碱基互补配对 延伸 72 ℃ （ 5 ） 琼脂糖凝胶电泳 教材拓展 1. 可以水解产生脱氧核苷酸和磷酸， 同时释放能 量， 为合成 DNA 子链供能， 所以不用添加 ATP 。 2. 引物长度过短， 会引起引物与模板链结合的特异 性变差。 3. 构建基因文库和人工合成。 要点精析 变式训练 ABD 知识点二 基因表达载体的构建 知识梳理 1. （ 1 ） 核心 （ 2 ） ① 稳定存在 遗传 ② 表达 发挥作用 2. （ 1 ） 启动子 识别 结合 （ 2 ） 目的基因 （ 3 ） 终止子 （ 5 ） 标记基因 3. 限制酶 切口 同种 相同末端 DNA 连接酶 重组 DNA 分子 教材拓展 提示： 同时用两种限制酶切割含目的基因的 DNA 片段和载体， 既可以防止目的基因或载体自身环化， 也 可以防止目的基因与载体之间任意连接。 知识点三 将目的基因导入受体细胞 知识梳理 1. 维持稳定 表达 2. 花粉管通道 子房 农杆菌转化 转化细胞 植 株 种子 显微注射 受精卵 Ca 2+ DNA 分子 教材拓展 1. 不可以， 因为体细胞的体积太小， 很难进行显微 注射。 可以用动物病毒做载体。 2. 用 Ca 2+ 处理农杆菌， 使农杆菌处于能吸收周围环 境中 DNA 分子的状态， 将含有目的基因的重组 Ti 质粒 吸收到农杆菌细胞内。 必修二教材中 R 型肺炎链球菌就 是吸收了 S 型肺炎链球菌的 DNA 才发生了转化。 要点精析 1. （ 1 ） 基因重组 （ 2 ） ① 双子叶 裸子 单子叶 ②Ti T-DNA 染 色体 DNA 知识点四 目的基因的检测与鉴定 知识梳理 1. （ 1 ） PCR （ 2 ） 抗原—抗体 教材拓展 抗虫接种实验、 抗病接种实验、 抗逆性实验等。 30