第3章 第一节 第1课时 基因工程的发展历程和基因工程的基本工具（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（苏教版2019）

基因工程 第三章 聚焦核心素养·明方向 生命观念 基因工程实现了遗传信息在不同生物之间的横向传递。通过学习基因工程的基本原理和操作程序,深入理解和思考生命的信息观。 科学思维 构建基因工程和蛋白质工程的操作流程模型,并建立基因工程和蛋白质工程操作中的技术思维和工程思维。 科学探究 通过“利用PCR技术扩增DNA片段并完成电泳鉴定”“DNA的粗提取与鉴定”两个实验活动,培养学生的实践能力和创新能力。 社会责任 学会利用基因工程技术解决生产、环境保护及人类健康问题,建立科学技术观,认识到社会的进步离不开科学技术的发展。 第一节 基因工程及其技术 第1课时 基因工程的发展历程和基因工程的基本工具 学习目标 1.简述基因工程的发展历程。 2.阐明基因工程所需的三种基本工具的作用。 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 1 2 3 知识点(一)　基因工程的发展和基因工程的工具酶 知识点(二)　“分子搬运工”——载体 课堂小结与随堂训练 4 NO.1 知识点(一)　基因工程的发展和基因工程的工具酶 (一)基因工程是在多学科基础上发展而来的 教材知识梳理 (二)基因工程的工具酶 1.基因工程的概念 操作环境 ______ 操作方法 人工“_____”和“_____” 操作过程 将外源目的基因与载体DNA进行组合形成__________,然后导入_________,并使其在受体细胞中_____ 操作原理 基因重组 目的 产生人类需要的__________ 体外 剪切 拼接 重组DNA 受体细胞 表达 基因产物 2.“分子剪刀”——限制性内切核酸酶(限制酶) 来源 主要来自原核生物 功能 能够识别DNA分子上特定的_________________,并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的____________断开 结果 经过错位切和平切分别产生__________和________ 脱氧核苷酸序列 磷酸二酯键 黏性末端 平末端 应用 已知限制酶EcoR Ⅰ和HaeⅢ识别的碱基序列和切割位点分别为 在图中写出两种限制酶切割DNA后产生的末端种类。 限制酶EcoRⅠ和限制酶HaeⅢ识别的碱基序列不同,切割位点____ (填“相同”或“不同”),说明限制酶具有_______________ 不同 特异性(专一性) 续 表 13 3.“分子黏合剂”——DNA连接酶 (1)功能:将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的____________。 (2)种类 种类 E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 来源 ______________________ ___________________________ 特点 只能连接__________ 既可以连接黏性末端,又可以连接_______ 磷酸二酯键 大肠杆菌 T4噬菌体 黏性末端 平末端 [微提醒] ①限制酶不切割细菌本身的DNA分子,含某种限制酶的细菌的DNA分子不具备这种限制酶的识别序列,或者甲基化酶将甲基转移到了限制酶所识别序列的碱基上,使限制酶不能将其切开。 ②限制酶特异性识别和切割的部位具有回文序列,即在切割部位,一条链正向读的碱基顺序,与另一条链反向读的顺序完全一致。例如:EcoRⅠ限制酶识别的DNA序列为 ,为回文序列。 ③使用不同的限制酶进行切割,只要切割后产生的黏性末端互补(或相同)就可用DNA连接酶连接起来。 (一)与DNA相关的几种酶的比较 核心要点点拨 项目 DNA连接酶 限制酶 DNA聚合酶 解旋酶 作用部位 磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 氢键 作用对象 DNA片段 DNA 单个的脱氧核苷酸 DNA 作用结果 将两个DNA片段连接成重组DNA分子 切割DNA分子 将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链末端 将双链DNA分子局部解旋为单链 续表 (二)基因工程的理论基础 [典例]　限制酶a和b的识别序列和切割位点如图所示,下列有关说法正确的是 (　　) A.一个DNA分子中,酶a与酶b的识别序列可能有多个 B.酶a与酶b切出的黏性末端不能相互连接 C.酶a与酶b切断的化学键不完全相同 D.用酶a切割有3个识别位点的质粒(环状DNA分子),得到4种切割产物 √ [解析]　一个DNA分子中,可能存在一个至多个酶a与酶b的识别序列,A正确;由图可知,酶a与酶b识别的序列虽然不同,但切出黏性末端的两条链之间的碱基可以通过碱基互补配对连接起来,B错误;酶a与酶b切断的化学键均为相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,C错误;质粒为小型环状DNA分子,用酶a切割有3个识别位点的质粒,可得到3种切割产物,D错误。 (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)DNA连接酶能将DNA两条单链之间的碱基通过氢键连接起来。 ( ) (2)E.coli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。 ( ) (3)限制酶和解旋酶的作用部位相同。 ( ) (4)基因工程的原理是基因重组,在基因工程中这种变异是定向的。 ( ) (5)限制酶在原来的原核细胞内对细胞自身有害。 ( ) 层级训练评价 × × × √ × (二)落实知能 2.下列关于基因工程发展历程的说法正确的是(　　) A.科学家发现质粒为基因的转移和重组找到工具酶 B.沃森和克里克证明了DNA的半保留复制,为基因工程技术提供了理论基础 C.科学家将爪蟾的DNA片段和大肠杆菌的质粒重组并成功地复制转录,表明基因工程能够克服种间障碍 D.现代的基因工程技术已经能够让动植物的各种蛋白质基因都在大肠杆菌细胞中表达 √ 解析:质粒不是工具酶,A错误;沃森和克里克构建了DNA的双螺旋结构模型,其中克里克还提出了中心法则,但这两个人并没有证明DNA的半保留复制,B错误;大肠杆菌是原核生物,没有内质网、高尔基体等具膜细胞器,因此现代的基因工程技术还不能让动植物的各种蛋白质基因都在大肠杆菌细胞中表达,D错误。 3.实施基因工程的最终目的是 (　　) A.定向提取生物体的DNA分子 B.定向地对DNA分子进行人工“剪切” C.在生物体外对DNA分子进行改造 D.产生人类需要的基因产物 解析:基因工程是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法,将外源目的基因与载体DNA进行组合形成重组DNA,然后导入受体细胞,并使其在受体细胞中表达,产生人类需要的基因产物的技术。 √ 4.(2024·泰州月考)下列关于基因工程中DNA连接酶的叙述,不正确的是 (　　) A.DNA连接酶的化学本质是蛋白质 B.DNA连接酶能够连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键 C.基因工程中可以用DNA聚合酶替代DNA连接酶 D.根据来源不同,DNA连接酶可分为E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶两大类 √ 解析:DNA连接酶连接的是两个DNA片段之间的磷酸二酯键,而DNA聚合酶连接的是DNA片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,因此在基因工程中不能用DNA聚合酶替代DNA连接酶。 (三)迁移应用 5.用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性内切核酸酶的切割位点如图所示。回答下列问题: (1)常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中　　　　　　　酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接,　　　　 　　　 　酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。  EcoRⅠ、PstⅠ　 EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅤ 解析: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.coli DNA连接酶来源于大肠杆菌,只能连接具有黏性末端的DNA片段,而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体,可用于连接黏性末端和平末端,但连接平末端效率相对较低。因此图中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接,EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅤ酶切后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。 (2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是　　　　　　。  解析:DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成磷酸二酯键。 磷酸二酯键 NO.2 知识点(二)　“分子搬运工” ——载体 教材知识梳理 (一)质粒的概念与种类 1.概念:将外源基因导入_________,并使其在受体细胞中稳定___________,还需要一定的“分子搬运工”,基因工程上将它们称为载体。 2.种类:常用的有质粒、_________的衍生物、动物病毒等。 受体细胞 遗传和表达 λ噬菌体 (二)质粒作为基因工程的载体应具备条件 能自我复制 具有__________,能够在受体细胞中进行自我复制,或整合到染色体DNA上,随染色体DNA进行同步复制 有切割位点 有多种________的切割位点,供外源基因插入 具有标记基因 具有适合的标记基因,供_____________的鉴定和选择 无毒害作用 对受体细胞无毒害作用,否则受体细胞将受到损伤甚至死亡 复制原点 限制酶 重组DNA分子 [微提醒] 一般来说,天然载体不能同时满足所有条件,要对其进行人工改造才可以使用。 核心要点点拨 　图示法理解载体上标记基因筛选的原理 前提 载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力 过程 含有某抗生素抗性基因的载体导入受体细胞,抗性基因在受体细胞内表达,受体细胞对该抗生素产生抗性,因此培养受体细胞的培养基中加入该种抗生素即可筛选 结果 在培养基上,被抗生素杀死的是没有抗性的受体细胞,没被杀死的具有抗性的受体细胞得以被筛选出来 续表 [典例]　作为基因的运输工具——载体,必须具备的条件之一及理由是 (　　) A.能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制,以便提供大量的目的基因 B.具有多种限制酶的切割位点,以便目的基因的表达 C.具有某些标记基因,以使目的基因能够与其结合 D.对宿主细胞无伤害,以便重组DNA分子的鉴定和选择 √ [解析]　作为载体必须能在宿主细胞内稳定保存并大量复制,以便提供大量的目的基因,A正确;应有多种限制酶的切割位点,供目的基因的插入,B错误;应具有标记基因,以便重组DNA分子的鉴定和选择,C错误;应对宿主细胞无伤害,以便目的基因能够与其结合,D错误。 层级训练评价 (一)澄清概念 1.判断下列叙述的正误 (1)作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。 ( ) (2)质粒是环状双链DNA分子,是基因工程常用的载体。 ( ) (3)载体的作用是携带外源基因进入受体细胞中,使之稳定存在并表达。( ) (4)载体(如质粒)和细胞质膜中的载体蛋白的成分相同。 ( ) (5)基因工程上用作载体的质粒一般都经过人工改造。 ( ) × √ √ × √ (二)落实知能 2.下列结构在基因工程中不能作为载体的是(　　) A.细菌的质粒 B.λ噬菌体的衍生物 C.动物病毒 D.棉花的核DNA 解析:细菌的质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子,是基因工程常用的载体,A不符合题意;λ噬菌体的衍生物和动物病毒是基因工程常用的载体,B、C不符合题意;棉花的核DNA位于染色体上,不能作为基因工程的载体,D符合题意。 √ 3.下列关于质粒的叙述,正确的是 (　　) A.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器 B.质粒是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子 C.细菌质粒和真核细胞DNA的基本结构单位不同 D.细菌质粒的复制过程一定是在细胞外独立进行的 √ 解析:质粒广泛存在于细菌细胞中,是细菌细胞质中能够自主复制的小型环状DNA分子,不是细胞器,A错误,B正确;细菌质粒是环状DNA分子,和真核细胞DNA的基本结构单位相同,均为脱氧核苷酸,C错误;有的质粒可以整合到宿主细胞的染色体DNA上,伴随宿主细胞一起复制,如Ti质粒的T-DNA,D错误。 (三)迁移应用 4.下图是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(AmpR)。请回答下列问题: (1)用Taq 酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。线性载体P1经酶处理,在其两端各添加了一个碱基为　　　　 　的脱氧核苷酸,形成线性载体P2。  解析:据图分析,目的基因两侧为黏性末端,而进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸,根据碱基互补配对原则可知,在载体P1的两端需要各添加一个碱基为T的脱氧核苷酸,形成具有黏性末端的载体P2。 胸腺嘧啶(T) (2)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是　　(填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是_______________________________ _______。  　A类菌落含有P0、C类菌落未导入 B 质粒 平板类型 A B C 无抗生素 + + + 氨苄青霉素 + + - 四环素 + - - 氨苄青霉素+四环素 + - - 解析:据图可知,EcoRⅤ酶切割质粒后破坏了四环素抗性基因(tetr),但是没有破坏氨苄青霉素抗性基因,因此含有重组质粒P3的菌落在含四环素的培养基中不能生长,而在含氨苄青霉素的培养基中能生长,结合表格分析可知,应该选择B类菌落;根据表格分析,A类菌落在含氨苄青霉素和四环素的培养基中都能够生长,说明其导入的是质粒P0;C类菌落在含任何抗生素的培养基中都不能生长,说明其没有导入任何质粒。 课堂小结与随堂训练 NO.3 一、知识体系构建 二、关键语句必背 1.DNA重组技术的基本工具有限制性内切核酸酶、DNA连接酶和将外源基因导入受体细胞的载体。 2.限制性内切核酸酶能识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列,并在特定位点上切割。 3.E.coli DNA连接酶只能连接具有黏性末端的DNA分子,而T4 DNA连接酶可以用于连接具有黏性末端或平末端的DNA分子。 4.质粒作为基因工程的载体需具备的条件:具有复制原点,能在宿主细胞内稳定保存并自我复制;具有多种限制酶切割位点;具有标记基因。　 三、素养好题训练 1.(2024·淮安检测)下表所示为常用的限制酶及其识别序列和切割位点。下列说法错误的是 (　　) 限制酶名称 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点 注:Y=C或T, R=A或C BglⅡ A↓GATCT KpnⅠ GGTAC↓C EcoRⅠ G↓AATTC MbooⅠ ↓GATC HindⅠ GTY↓RAC SmaⅠ CCC↓GGG A.限制酶的作用底物都是双链DNA,都能切开磷酸二酯键 B.BglⅡ和MbooⅠ两种限制酶切割后可形成相同的黏性末端 C.SmaⅠ切割DNA后形成的末端可用Ecoli DNA连接酶连接 D.一种限制酶可能识别多种核苷酸序列 √ 解析:限制酶能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,A正确;BglⅡ和MbooⅠ两种限制酶切割后可形成相同的黏性末端,均为GATC—,B正确;SmaⅠ切割DNA后成的末端为平末端,而Ecoli DNA连接酶只能连接黏性末端,C错误;HindⅠ的识别序列为GTY↓RAC,其中Y=C或T,R=A或G,说明其识别序列不只一种,则一种限制酶可能识别多种核苷酸序列,D正确。 2.某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶基因a,通过基因工程的方法,将耐高温淀粉酶基因a与载体结合后导入马铃薯细胞中,经培养后检测发现耐高温淀粉酶在成熟马铃薯块茎细胞中存在。结合图示分析下列有关这一过程的叙述,正确的是 (　　) A.获取耐高温淀粉酶基因a的限制酶的作用部位是图中的② B.基因工程所用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶 C.连接耐高温淀粉酶基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的① D.一种限制酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列,并在特定位点上切割DNA分子 √ 解析:限制酶的作用部位是图中的①磷酸二酯键,A错误;基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶,没有DNA聚合酶,B错误;连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的①磷酸二酯键,C正确;一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列,并在特定位点上切割DNA分子,D错误。 3.(2024·连云港检测)限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是和。下图表示目的基因和四种质粒,其中,质粒上箭头所指部位为酶的识别位点,阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是(　　) 解析:用限制酶MunⅠ切割A项中的质粒后,不会破坏标记基因,而且还能产生与目的基因两侧黏性末端相同的末端,因此A项中的质粒适于作为目的基因的载体,A符合题意;B项中的质粒没有标记基因,不适于作为目的基因的载体,B不符合题意;C、D中的质粒含有标记基因,但用限制酶切割后,标记基因被破坏,因此不适于作为目的基因的载体,C、D不符合题意。 √ 4.匙叶草是一种泌盐植物。科研工作者将匙叶草液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白基因(TaNHX2基因)转移到棉花细胞内,获得了转基因耐盐棉花新品种。图1是获取的含有目的基因的DNA片段,Sau3AⅠ、EcoRⅠ、BamHⅠ为三种限制酶,图中箭头所指为三种限制酶的切点;图2是三种限制酶的识别序列与酶切位点示意图;图3是土壤农杆菌中用于携带目的基因的Ti质粒结构示意图。请分析回答问题: (1)基因工程中,通常选用质粒作为目的基因载体的意义有　　　[多选]。  A.质粒上有复制原点,可以保证重组质粒在受体细胞中能复制 B.重组质粒能在受体细胞中复制和表达 C.质粒上有多种限制酶的识别序列,便于外源DNA插入 D.质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可初步筛选出含重组质粒的宿主细胞 ABCD 解析:复制原点是DNA复制的起点,作用是带动目的基因复制,因此质粒上有复制原点可以保证重组质粒在受体细胞中能复制,A正确;由于质粒上含有复制原点和启动子,因此形成的重组质粒能在受体细胞中复制和表达,B正确;质粒上有多种限制酶的识别序列,便于不同的外源DNA插入,C正确;质粒DNA分子上有标记基因,如抗生素抗性基因,可以用含该抗生素的培养基培养宿主细胞,若该宿主细胞含有该质粒,则宿主细胞可以存活,从而初步筛选出含重组质粒的宿主细胞,D正确。 (2)选择合适的限制酶能提高重组质粒的构建效率。切割图1所示DNA片段应优先选用酶　　　 　,切割图3所示质粒应优先选用酶　　　　　　 　　;所得重组质粒　　　　 (填“能”“不能”或“不一定能”)被BamHⅠ切割。  解析:由于Sau3AⅠ在目的基因内部含有切割位点,因此不能用此限制酶切割目的基因。若用同一种限制酶切割,在构建重组质粒时容易出现目的基因自连的情况,因此为保证目的基因和质粒的准确连接,应选择不同的限制酶切割目的基因,故切割图1所示DNA片段应优先选用酶EcoRⅠ和BamHⅠ。 EcoRⅠ和BamHⅠ　 EcoRⅠ和Sau3AⅠ　 不一定能 由于EcoRⅠ和BamHⅠ切割后的黏性末端不同,因此为保证目的基因和质粒准确连接,需要使质粒的黏性末端与目的基因的黏性末端相同,由图2可知,Sau3AⅠ切割后的黏性末端与BamHⅠ切割后的黏性末端相同,因此切割图3所示质粒应优先选用酶EcoRⅠ和Sau3AⅠ。结合以上分析以及Sau3AⅠ与BamHⅠ酶的识别序列可知,形成的重组质粒上肯定含有EcoRⅠ、Sau3AⅠ的识别位点,不一定含有BamHⅠ的识别位点,所以所得重组质粒不一定能被BamHⅠ切割。 (3)将含有TaNHX2基因的重组质粒导入受体细胞后,还需要利用______________技术处理才能得到转基因棉花幼苗,这一技术的原理是　　　　　　 。  解析:将转基因细胞经过植物组织培养技术可培养为转基因棉花幼苗,植物组织培养技术的原理是植物细胞具有全能性。 植物组织培养　 植物细胞具有全能性 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A级——基础综合练 1.选择育种利用的是现有品种在繁殖过程中的自然变异作为选择工作的原始材料。从选择育种到基因工程育种的发展历程说明,生产实践必然会对科技发展的需求、科学理论上的突破有巨大影响。下列关于生物育种的说法,正确的是(　　) A.选择育种应用的原理与杂交育种应用的原理完全相同 B.杂交育种获得的后代,纯合子才能应用于生产 C.单倍体育种时需用秋水仙素处理其萌发的种子或幼苗 D.基因工程育种可培育出抗病性强的植物,减少农药对环境的污染 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析:杂交育种的原理是基因重组,选择育种的原理还可能是基因突变或染色体变异,A错误;杂交育种后,根据育种目的,有时候选用的是杂合子,有时候选用的是纯合子,B错误;花药离体培养得到的单倍体植株不育,不产生种子,所以单倍体育种时需用秋水仙素处理其幼苗,C错误;基因工程育种可以定向改变生物性状,可培育出抗病性强的植物,减少农药的使用,减少对环境的污染,D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 2.基因工程也称为DNA重组技术,其实施必须具备的四个条件是 (　　) A.工具酶、目的基因、载体、受体细胞 B.重组DNA、RNA聚合酶、限制酶、连接酶 C.目的基因、限制酶、质粒、受体细胞 D.模板DNA、mRNA、质粒、受体细胞 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:目的基因、工具酶、载体、受体细胞是基因工程必须具备的条件,其中工具酶包括DNA连接酶和限制酶;RNA聚合酶是转录需要的酶,不是基因工程的工具酶;载体未必都是质粒,还可以是λ噬菌体的衍生物、动物病毒等;基因工程不需要模板DNA,mRNA是翻译和逆转录过程的模板,在获取目的基因的过程可能需要,但不是基因工程实施的必需条件,A符合题意。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 3.以下不属于基因工程基本工具的是 (　　) A.限制酶 B.胶原蛋白酶 C.DNA连接酶 D.载体 解析:基因工程的基本工具包括限制酶、DNA连接酶、载体,胶原蛋白酶不属于基因工程的基因工具。故选B。 √ 4.基因工程需要特定的工具,下列叙述正确的是 (　　) A.基因工程所需载体有质粒、细菌拟核等,至少要有一个限制酶识别位点 B.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,能够识别双链DNA分子中的某种特定的核苷酸序列 C.限制酶、DNA连接酶和解旋酶作用的化学键都是两个核苷酸之间的磷酸二酯键 D.限制酶有数千种,而DNA连接酶只有两种 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 √ 解析:基因工程所需载体有质粒、动物病毒和λ噬菌体的衍生物等,载体需有多种限制酶识别位点,以便连接不同的目的基因,细菌拟核DNA不能作为载体,A错误;限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,能够识别双链DNA分子中的特定的核苷酸序列,并在特定位点实现切割,因此限制酶具有专一性,B正确;限制酶、DNA连接酶作用的化学键相同,都是DNA一条链中相邻两个核苷酸之间的磷酸二酯键,而解旋酶的作用部位是氢键,C错误;DNA连接酶并非只有两种,D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 5.下图为DNA分子的某一片段,其中①②③分别表示某种酶的作用部位,则相应的酶依次是 (　　) A.DNA连接酶、限制性内切核酸酶、解旋酶 B.限制性内切核酸酶、解旋酶、DNA连接酶 C.解旋酶、限制性内切核酸酶、DNA连接酶 D.限制性内切核酸酶、DNA连接酶、解旋酶 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:限制性内切核酸酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂;DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键;解旋酶能使DNA分子双螺旋结构解开,氢键断裂;所以①处是解旋酶作用部位,②处是限制性内切核酸酶作用部位,③处是DNA连接酶作用部位。 6.(2024·无锡高二阶段训)为了更好地催化丙酮酸还原生成L-乳酸,科学家在某种乳杆菌中采用基因工程技术用L-乳酸脱氢酶(ldhL)基因替换了D-乳酸脱氢酶(ldhD)基因,构建了一株稳定的无ldhD活性的菌株,从而使ldhL基因含量增加。该过程会用到的工具酶最可能是 (　　) A.限制酶和DNA连接酶 B.DNA酶和RNA酶 C.DNA聚合酶和蛋白酶 D.胰蛋白酶和逆转录酶 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 √ 解析:构建重组质粒需要用限制酶切割载体和目的基因,需要用DNA连接酶将载体和目的基因连接起来,所以用到的工具酶最可能是限制酶和DNA连接酶,A正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 7.如图是基因工程中基因表达载体的模式图,若结构X是表达载体所必需的,则X最可能是 (　　) A.目的基因插入位点 B.启动子 C.标记基因 D.DNA聚合酶识别位点 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:基因表达载体由启动子、终止子、标记基因、复制原点和目的基因等组成。题图中有终止子、标记基因(抗生素抗性基因)、目的基因、复制原点等,还缺少启动子。启动子位于基因的上游,所以X最可能是启动子,B正确。 8.下表是几种限制酶识别序列及切割位点,图甲为某质粒的示意图,图乙是一段含有目的基因的DNA片段。下列说法错误的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 限制酶 BamHⅠ BclⅠ Sau3AⅠ HindⅢ 识别序列及切割位点 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.基因工程中“分子缝合针”是指DNA连接酶 B.质粒是最早被应用的载体 C.若要检测目的基因是否成功导入受体细胞,采用的检测方法是抗原—抗体杂交 D.用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用BclⅠ和HindⅢ两种限制酶切割 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:DNA连接酶是基因工程中的“分子缝合针”,可以催化DNA单链之间磷酸二酯键的形成,A正确;质粒是最早被应用的载体,B正确;若要检测目的基因是否成功导入受体细胞,采用的检测方法是DNA分子杂交技术,若出现相关杂交带,则证明导入成功,C错误;选择的限制酶应在目的基因两端存在识别位点,但使用BamHⅠ可能破坏质粒中的两种抗性基因,BclⅠ和HindⅢ都只会破坏氨苄青霉素抗性基因,四环素抗性基因完好,因此只能选BclⅠ和HindⅢ两种限制酶切割,D正确。 9.关于基因工程,下列说法正确的有 (　　) ①限制酶的切口一定是GAATTC碱基序列　②基因工程是在DNA上进行的分子水平的设计施工　③只要目的基因进入受体细胞就能成功表达　④所有限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列　⑤基因工程可以将一种生物的优良性状移植到另一种生物身上　⑥质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的载体 A.2项 B.3项 C.4项 D.5项 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,具有特异性,所以限制酶的切口不都是GAATTC碱基序列,①错误;基因工程又称DNA重组技术,是在DNA上进行的分子水平的设计施工,②正确;目的基因进入受体细胞后不一定能成功表达,还需要进行检测和鉴定,③错误;不同的限制酶识别的序列不同,④错误;基因工程可以将一种生物的优良性状移植到另一种生物身上,⑤正确;质粒是基因工程中常用作运载目的基因的载体,但不是唯一的载体,⑥错误。 10.[多选]下列有关基因工程和酶的相关叙述,错误的是 (　　) A.同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,因此不具备专一性 B.载体的本质与载体蛋白不相同 C.限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸 D.DNA连接酶可催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,但只能识别特定的核苷酸序列,因此具备专一性,A错误;载体的本质与载体蛋白不同,B正确;限制酶能切割DNA,不能切割烟草花叶病毒的核酸(RNA),C正确;DNA连接酶可催化不同的DNA片段连接起来,游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链是DNA聚合酶的功能,D错误。 11.根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)限制酶切割DNA分子后产生的DNA片段,其末端类型通常有________和　　　 　。  解析:限制酶切割DNA分子后产生的DNA片段,其末端类型通常有黏性末端和平末端。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 平末端　 黏性末端 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (2)质粒载体用限制酶X(识别的序列由6个核苷酸组成)切割后产生的片段如右: 该酶识别的序列为　　 ,切割的部位是　　　　之间的磷酸二酯键。 G和A　 90 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:根据题图中质粒载体用限制酶X切割后产生的片段可知,该酶识别的序列为 ,切割的部位是G和A之间的磷酸二酯键。 91 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (3)为使切割后的载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用限制酶X切割外,还可用限制酶Y切割,两种酶共同的特点是____________ 　　　　 　　　　　　。  解析:为使切割后的载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用限制酶X切割外,还可用限制酶Y切割,则两种限制酶切割后形成的黏性末端必须相同。 两种限制酶 切割后形成的黏性末端相同 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (4)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即____ DNA连接酶和　　　　DNA连接酶,其中后者只能连接一种末端。 解析:按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即T4 DNA连接酶和E.coli DNA连接酶,E.coli DNA连接酶来源于大肠杆菌,可用于连接黏性末端;T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体,可用于连接黏性末端和平末端。 T4 E.coli 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (5)基因工程中除质粒外,　　　 　和　　　 等也可作为载体。  解析:基因工程中常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物和动物病毒等。 λ噬菌体的衍生物 动物病毒 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 B级——应用创新练 12.[多选]下图为DNA在不同酶的作用下所发生的变化,下列变化对应的酶正确的是(　　) A.①——DNA连接酶 　B.②——限制酶 C.③——解旋酶 　D.④——DNA聚合酶 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,形成黏性末端或平末端,因此作用于③;DNA聚合酶用于DNA分子的复制,能在单链上将一个个游离的脱氧核苷酸连接起来,因此作用于④;DNA连接酶能将双链DNA片段连接起来,因此作用于①;解旋酶能够将DNA分子的双螺旋解开,故作用于②。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 13.[多选]关于下图所示黏性末端的叙述,不正确的是 (　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 A.①与③是由相同的限制酶切割产生的 B.DNA连接酶可催化①与③的连接 C.经酶切形成④需要脱去2分子水 D.DNA连接酶与DNA聚合酶均能作用于上述黏性末端 √ √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 解析:不同限制酶切割产生的黏性末端也可能相同,因此①与③不一定是由相同限制酶切割产生的,A错误;由于①与③的黏性末端互补,所以DNA连接酶可催化①与③的连接,B正确;形成④需要断裂两个磷酸二酯键,因此需要消耗2分子水,C错误;DNA聚合酶用于在DNA复制时连接单个游离的脱氧核苷酸,D错误。 14.图甲是含有目的基因的外源DNA片段,图乙是用于将目的基因导入受体细胞的质粒(阴影部分表示抗生素抗性基因),相关限制酶作用部位如下,现想培养转基因抗病植株,回答下列问题: 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (1)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征,如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能　　　　 ;质粒DNA分子上有　　　　　 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是______________________________________ ___________________________________。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 自我复制　 多种限制酶的切割位点　 用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞,能 够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞 解析:质粒是小型环状DNA分子,常被用作载体,首先质粒上含有复制原点,能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有多种限制性内切核酸酶的酶切位点,便于切割产生末端,使外源DNA插入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞,能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (2)在基因工程操作中,不宜选用SmaⅠ,原因是其会破坏_________ ______________和　　　　　 　　　。  解析:由图甲可知,SmaⅠ会破坏目的基因;由图乙可知,SmaⅠ会破坏标记基因。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 目的基因 (或抗病基因)　 标记基因(或抗生素抗性基因) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (3)在基因工程操作中,不宜只用EcoRⅠ,原因是用其切割外源DNA片段后,　　　　 　　　　。  解析:由图甲可知,EcoRⅠ不能将目的基因切割下来。 不能将目的基因切割下来 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 3 4 (4)为避免目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接,可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,例如可以选用___________和　　 这两种酶切割。  解析:为避免目的基因和质粒的自身环化以及目的基因的反向连接,可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒,例如可以选用EcoRⅠ和PstⅠ,以产生不同的黏性末端。 EcoRⅠ PstⅠ $$