第三章 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-【优化探究】2025-2026学年新教材高中生物学选择性必修3同步导学案配套PPT课件（苏教版）

基因工程 第三章　 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 [目标导学]　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。3.了解基因工程载体所需要具备的条件。 内容索引 NEIRONGSUOYIN 学习任务二　“分子搬运工”——载体 学习任务一　基因工程的发展及工具酶 课时作业 素养达标 备选题库 教师独具 基因工程的发展及工具酶 学习任务一 梳理 归纳教材知识 1.基因工程是在多学 科基础上发展而来的 DNA 质粒 DNA连接酶 逆转录酶 限制性内切核酸酶 体外重组 重组质粒 真核生物 原核生物 核苷酸排列 聚合酶 顺序 2.基因工程的概念 操作环境 _______ 操作方法 人工“ ”和“ ”等 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 3.“分子剪刀”——限制性内切核酸酶(又称限制酶) (1)特点及作用 ①特点: (专一性)很强、主要从原核生物中分离纯化出来。 ②作用:能识别 上特定的脱氧核苷酸序列,并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的 断开。 特异性 DNA分子 磷酸二酯键 (2)切割方式 ①错位切:在DNA分子两条链的 部位进行切割,切割后形成的两个DNA分子片段的末端均留下一段游离的 ,这种单链称为 。 ②平切:在DNA分子两条链上 的部位进行切割,切割后形成 。 不同 单链 黏性末端 相同 平末端 4.“分子黏合剂”——DNA连接酶 (1)两个具有黏性末端的DNA分子的连接 ①通过 原则可以将黏性末端的两条链之间的碱基连接起来。 ②DNA分子基本骨架之间的 通过DNA连接酶的作用连接。 碱基互补配对 磷酸二酯键 (2)DNA连接酶的分布及作用 ①分布:广泛存在于各种生物体内。 ②作用:在DNA复制、 以及体内外重组过程中起着重要作用。 修复 (3)种类 种类 来源 作用 ___________ 连接酶 大肠杆菌 可以用于连接具有 的DNA分子 T4 DNA连接酶 T4噬菌体 可以用于连接具有黏性末端或 的DNA分子 E.coli DNA 黏性末端 平末端 [正误辨析] (1)真核生物的基因可以在原核生物中进行表达。 ( ) (2)通过基因工程产生的变异是不定向的。 ( ) (3)DNA连接酶能将DNA两条单链之间的碱基通过氢键连接起来。( ) (4)E.coli DNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端。 ( ) (5)限制酶和解旋酶的作用部位相同。 ( ) √ × × × × 探究 要点合作突破 1.为什么不同生物的DNA分子能拼接起来? 提示:DNA的基本组成单位都是四种脱氧核苷酸;双链DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构。 2.为什么一种生物的基因可以在另一种生物细胞内表达? 提示:①基因是控制生物性状的遗传物质的独立遗传单位。 ②遗传信息的传递都遵循中心法则。 ③生物界共用一套遗传密码。 3.请结合限制酶的作用特点回答以下问题。 (1)限制酶能切开RNA分子的磷酸二酯键吗? 提示:不能。 (2)请结合图示,推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯键?产生多少游离的磷酸基团?产生几个黏性末端?消耗几分子水? 提示:断开2个磷酸二酯键。产生2个游离的磷酸基团。产生2个黏性末端。消耗2分子水。 4.请写出下列限制酶切割形成的黏性末端,思考并回答：同种限制酶切割不同来源的DNA产生的黏性末端是否相同?不同限制酶切割产生的黏性末端是否一定不同? 提示:如图 同种限制酶产生的黏性末端相同。不同的限制酶可能会形成相同的黏性末端。 5.请判断:以下黏性末端是由　　种限制酶作用产生的。  三 [核心知识] 1.基因工程的理论基础 (1)不同生物的DNA分子能拼接起来的原因分析 ①基本组成单位相同:都是四种脱氧核苷酸。 ②双链DNA分子的空间结构相同:都是规则的双螺旋结构。 ③DNA碱基配对的原则相同:均遵循严格的碱基互补配对原则。 (2)外源基因能够在受体内表达,并使受体表现出相应性状的原因分析 ①基因的功能特点:控制生物体性状的结构和功能单位,具有相对独立性。 ②遗传信息的传递方向都遵循中心法则。 ③生物界共用一套遗传密码。 2.与DNA相关的几种酶的比较 比较项目 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片段连接成完整的DNA分子 切割DNA分子 将单个的脱氧核苷酸连接到DNA单链3'端 将双链DNA 分子局部解旋为单链 强化 题点对应训练 1.如图为4种黏性末端及2种限制酶的识别序列和切割位点。下列相关叙述正确的是 (　　) A.限制性内切核酸酶都是从原核生物中分离出来的 B.黏性末端①与②,③与④能连接在一起 C.a酶和b酶切割后连接形成的序列能再一次被它们切割 D.获取一个目的基因需限制酶切割2次,共产生2个游离的磷酸基团 B 解析:限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,A错误;黏性末端①与②相同能互补配对,③与④黏性末端相同能互补配对,故黏性末端①与②,③与④能连接在一起,B正确;a酶和b酶切割后产生的黏性末端相同可以连接在一起,但是连接之后的碱基序列与原来均不同,由于限制酶具有专一性(识别特定的序列从特定的位点切割),故a酶和b酶切割后连接形成的序列不能再一次被它们切割,C错误;获取一个目的基因需限制酶切割2次,水解4个磷酸二酯键,共产生4个游离的磷酸基团,D错误。 2.(多选)下列关于限制酶和DNA连接酶的理解,错误的是 (　　 ) A.限制酶能在特定部位的两个核苷酸之间切断磷酸二酯键 B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键 C.DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端,不能连接DNA片段的平末端 D.限制酶广泛存在于动植物体内,微生物内很少分布 BCD 解析:限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,在特定部位的两个核苷酸之间切断磷酸二酯键,A正确;DNA连接酶可以恢复DNA分子中的磷酸二酯键,将两条DNA片段的黏性末端之间的缝隙连接起来,B错误;E.coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来,而不能将双链DNA片段的平末端进行连接,但是,T4 DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,C错误;限制酶主要来源于微生物(原核生物),D错误。 “分子搬运工”——载体 学习任务二 梳理 归纳教材知识 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:质粒、λ噬菌体的衍生物、动物病毒等。 受体细胞 遗传和表达 3.质粒载体应该具有的DNA序列 序列 原因 __________ 使外源基因在受体细胞中稳定复制和遗传 标记基因 用于 重组DNA分子 多种_______ 的切割位点 便于外源基因的插入 复制原点 鉴定和选择 限制酶 [正误辨析] (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)载体的作用是携带外源基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达。 ( ) (3)基因工程上用作载体的质粒一般都经过人工改造。( ) × √ √ 如图为大肠杆菌及质粒的结构模式图,据图回答以下问题。 探究 要点合作突破 (1)将外源基因直接导入受体细胞可行吗?为什么? 提示:不可行。直接把外源基因导入受体细胞,外源基因在细胞内不能进行复制、转录和稳定保存。 (2)从图示分析质粒上的氨苄青霉素抗性基因有什么作用? 提示:作为标记基因,用于鉴定和选择重组DNA分子。 (3)为使外源基因插入质粒中,质粒须具备什么条件? 提示:质粒应有多种限制性内切核酸酶的切割位点,供外源基因插入。 [核心知识] 1.基因工程载体须具备的条件 (1)具有复制原点:能够在受体细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA同步复制。 (2)有切割位点:有一个至多个限制酶切割位点,供外源基因插入其中。 (3)具有标记基因:具有合适的标记基因,用于鉴定和选择重组DNA分子。 (4)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。 说明: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。 2.标记基因的筛选原理 载体上的标记基因一般是某种抗生素的抗性基因,而受体细胞没有抵抗该抗生素的能力。将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。在含有该抗生素的培养基上,能够生存的是被导入了载体的受体细胞。过程如图所示。 1.作为基因的运输工具——载体,必须具备的条件及理由正确的是(　　) A.具有某些标记基因,以使目的基因能够与其结合 B.具有多个限制酶切点,以便于目的基因的表达 C.对宿主细胞无伤害,以便于重组DNA的筛选 D.能在宿主细胞中稳定保存并复制,以便产生大量的目的基因 强化 题点对应训练 D 解析:作为运载体必须具备的条件之一是具有某些标记基因,以便于重组后进行筛选,A错误;作为运载体必须具备的条件之一是具有多个限制酶切点,以便于目的基因的插入,B错误;对宿主细胞无伤害,便于目的基因能在宿主细胞中稳定存在和表达,C错误;作为运载体必须具备的条件之一是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,D正确。 2.图1为某种质粒简图,图2表示某外源DNA上的目的基因,小箭头所指分别为限制性内切核酸酶EcoRⅠ、BamHⅠ、HindⅢ的酶切位点。下列有关叙述错误的是 (　　) A.使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理图1质粒,所得的产物中含有2个游离的磷酸基团 B.如果将一个外源DNA分子和一个质粒分别用EcoR Ⅰ酶切割后,再用DNA连接酶连接,形成的重组DNA中具有2个EcoRⅠ酶的切点 C.为防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化,酶切时可以使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理 D.使用EcoR Ⅰ处理外源DNA分子时需消耗4分子H2O 答案:A 解析:图1所示的一个质粒分子经BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶切割后,所得的产物中含有两段DNA分子,每条DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成,因此含有4个游离的磷酸基团,A错误;若将一个外源DNA分子和一个质粒分别用EcoRⅠ酶切后再用DNA连接酶连接,则形成的重组DNA中,目的基因两端应各含1个EcoRⅠ酶切位点,即重组DNA中EcoRⅠ酶切点有2个,B正确;为了防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化,可用两种限制酶进行切割,由于质粒和含目的基因的外源DNA片段上都含有BamHⅠ和Hind Ⅲ的酶切位点,故酶切时可使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理,C正确;使用EcoRⅠ处理外源DNA分子时,有4个磷酸二酯键断裂,因此需消耗4分子H2O,D正确。 备选题库 教师独具 1.基因工程的操作水平是 (　　) A.细胞　　　　　　　　　　 B.细胞核 C.染色体 D.分子 解析:基因工程的操作水平是分子水平,是将外源基因(DNA分子)导入宿主细胞中稳定高效表达的工程。故选D。 D 2.以下关于基因工程的操作工具,说法正确的是 (　　) A.DNA和RNA均可使用限制酶进行切割 B.切割质粒的限制酶均能特异性地识别6个核苷酸序列 C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因 D.载体的作用是将目的基因导入受体细胞使之稳定存在并表达 D 解析:限制酶只能在双链DNA的特定位点上进行切割,A错误;切割质粒的限制酶具有特异性,不是都能特异性地识别6个核苷酸序列,B错误;载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标记基因,C错误;载体上一般有复制原点和标记基因,载体的作用是将目的基因导入受体细胞使之稳定存在并表达,D正确。 3.关于如图所示黏性末端的叙述中,正确的是 (　　) A.①与③由相同限制酶切割产生 B.DNA连接酶可催化①与③的拼接 C.经酶切形成④需要脱去2个水分子 D.图中黏性末端可由两种限制酶作用产生 B 解析:分析题图可知,切割①的限制酶识别序列为-TCCAATTGGA-序列,切割③的限制酶识别序列为-GAATTC-序列,两者不同,A错误;由于①和③露出的黏性末端相同,因此可以用DNA连接酶催化连接过程,B正确;形成④需要断裂两个磷酸二酯键,因此需要消耗2分子的水,而不是脱去2个水分子,C错误;由于切割上述黏性末端的限制酶识别序列都不同,故题图中黏性末端是由四种限制酶作用产生,D错误。 4.(多选)限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶,以下说法正确的是(　　) A.DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键 B.限制酶只能切割双链DNA片段,不能切割烟草花叶病毒的核酸 C.E.coli DNA连接酶既能连接黏性末端,也能连接平末端 D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,不能剪切自身的DNA BD 解析:DNA连接酶连接的是两个DNA片段,A错误;限制酶只能切割DNA分子,烟草花叶病毒的核酸是RNA,不能切割,B正确;E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端,不能连接平末端,C错误;限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,但是因为原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰,所以不能剪切自身的DNA,D正确。 5.如图为体外对DNA分子进行切割和连接的示意图,请据图回答下列问题。 (1)EcoRⅠ是一种　　　　酶,其识别序列是　 　　　,切割位点是 　　　　　　　 　与　 　　　　　　　之间的 　　　　键,切割产生的DNA片段末端形式为　 　　　。  (2)将不同来源的DNA片段“缝合”起来,需要　　　　　　　　酶或 　　　　 　　酶,它们均属于　 　　　酶,作用是__________ 　  　,  其中能“缝合”两个双链DNA片段的平末端的酶是　　　　　　　　。 限制 ⁃GAATTC⁃ 鸟嘌呤脱氧核苷酸(或G) 腺嘌呤脱氧核苷酸(或A) 磷酸二酯 黏性末端 E.coli DNA连接 T4 DNA连接 DNA连接 脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,将两个双链DNA片段“缝合”起来 催化两个 T4 DNA连接酶 解析:(1)EcoRⅠ是一种限制酶,限制酶能够识别特定的脱氧核苷酸序列,并在特定位点进行切割,据题图可知,EcoRⅠ识别序列是⁃GAATTC⁃,切割位点是G与A之间的磷酸二酯键;由于该酶的切割位点在识别序列的中轴线两侧,故切割形成的末端是黏性末端。 (2)将不同来源的DNA片段“缝合”起来,需要DNA连接酶,具体包括E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶;DNA连接酶的作用是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键,将两个双链DNA片段“缝合”起来;其中能“缝合”两个双链DNA片段的平末端的酶是T4 DNA连接酶。 课时作业 素养达标 [基础巩固练] 1.科学家将萤火虫的荧光素和荧光酶基因转入烟草细胞,获得高水平的表达。长成的植物通体光亮,堪称自然界的奇迹。这一研究成果表明(　　) ①萤火虫与烟草的DNA结构基本相同 ②萤火虫与烟草共用一套遗传密码子 ③烟草体内合成了荧光素和荧光酶 ④萤火虫和烟草合成蛋白质的方式基本相同 A.①和③　　　B.②和③ C.①和④ D.①②③④ D 解析:科学家将萤火虫的荧光素和荧光酶基因转入烟草细胞后,相关基因需整合到烟草细胞的染色体的DNA上才能在植物体不同细胞得以表达,使植物通体光亮,说明萤火虫与烟草的DNA结构基本相同,①正确;荧光素和荧光酶基因转入烟草细胞后能成功表达,说明萤火虫和烟草合成蛋白质的方式基本相同,这两种生物共用一套遗传密码子,在烟草体内合成了荧光素和荧光酶,②③④正确。综上所述,D正确。 2.DNA重组技术中需要使用工具酶。下列叙述正确的是(　　) A.限制性内切核酸酶主要是从病毒中分离纯化而来 B.真核细胞中任意一个DNA片段都能被限制酶切割 C.被Hae Ⅲ酶切割后的DNA可以用T4 DNA连接酶连接 D.DNA连接酶可以将游离的单个脱氧核苷酸连接成链 C 解析:限制性内切核酸酶主要是从原核生物中分离纯化而来,A错误;限制性内切核酸酶需要识别特定的核苷酸序列进行切割,任意一个DNA片段不一定能被限制酶切割,B错误;被Hae Ⅲ酶切割后的DNA片段为平末端,T4 DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端,C正确;DNA连接酶可以将双链DNA片段连接起来,对游离的单个脱氧核苷酸进行连接的是DNA聚合酶,D错误。 3.下列有关限制酶的叙述,正确的是 (　　) A.限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越小 B.⁃CAT和⁃ATCC⁃序列被限制酶切出的黏性末端碱基数相同 C.只有用相同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒,才能形成重组质粒 D.用限制酶切割DNA分子中部,获得一个目的基因时被水解的磷酸二酯键有2个 B 解析:限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大,A错误;⁃CAT和⁃ATCC⁃序列被限制酶切出的黏性末端碱基数相同,都是4个,B正确;用不同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒,也可能形成相同的黏性末端,再用DNA连接酶也可能形成重组质粒,C错误;用限制酶从一个DNA分子中部获取一个目的基因时,需要切开两个切口,断裂4个磷酸二酯键,D错误。 4.T4 DNA连接酶可将任意2个具有相同黏性末端的DNA片段连接在一起。该反应过程需消耗ATP,其水解产生的腺苷—磷酸(AMP)通过共价键与酶相连,随后AMP转移至DNA片段,进而完成连接反应。下列叙述正确的是 (　　) A.T4 DNA连接酶的底物种类较多,故其无专一性 B.T4 DNA连接酶催化反应后,其组成成分已改变 C.ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键 D.T4 DNA连接酶需保存于最适温度和pH条件下 C 解析:T4 DNA连接酶有专一性,A错误;酶在催化反应前后性质不变,故T4 DNA连接酶催化反应后,其组成成分不变,B错误;ATP水解产生AMP需要打开两个特殊的化学键,结合题干“该反应过程需消耗ATP,其水解产生的腺苷—磷酸(AMP)通过共价键与酶相连”可推测ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键,C正确;T4 DNA连接酶需在低温和最适pH条件下保存,D错误。 5.下列关于基因工程基本工具的叙述,正确的是 (　　) A.限制酶能特异性地识别6个核苷酸序列 B.限制酶切割DNA分子一次可断开2个磷酸二酯键,产生2个游离的磷酸基团 C.有些DNA连接酶既能连接双链DNA片段互补的黏性末端,又能连接双链DNA片段的平末端,从而恢复被限制酶切开的氢键 D.用做分子搬运工的质粒常有特殊的抗生素合成基因,便于重组DNA分子的筛选 B 解析:大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成,A错误;限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开,即一条链断1个磷酸二酯键,产生1个游离的磷酸基团,所以限制酶切割DNA分子一次可断开2个磷酸二酯键,产生2个游离的磷酸基团,B正确;T4 DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,而不是氢键,C错误;作为载体的质粒通常采用抗生素抗性基因(如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因)作为标记基因,便于成功导入重组DNA分子的受体细胞的筛选,D错误。 6.基因工程需要三种工具:限制酶、DNA连接酶和载体。下列相关叙述错误的是(　　) A.不同限制酶切割后产生的DNA片段可能被某种DNA连接酶“缝合” B.T4 DNA连接酶可连接黏性末端和平末端 C.质粒可以作为基因的载体使用,通常采用抗生素合成基因作为标记基因 D.某些病毒可作为基因工程的“分子搬运工” C 解析:不同限制酶切割后产生的DNA片段有可能会发生碱基互补配对,可能被某种DNA连接酶“缝合”,A正确;限制酶切割产生的DNA末端有黏性末端和平末端,其中T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端,又可以连接平末端,具有特异性(专一性),B正确;质粒可以作为基因的载体使用,通常采用抗生素抗性基因作为标记基因,C错误;“分子搬运工”是基因进入受体细胞的载体,常用的载体包括质粒、动物病毒、噬菌体等,某些病毒可作为基因工程的“分子搬运工”,D正确。 7.如图表示不同的限制酶在目的基因的提取和基因表达载体的构建中的作用,下列有关叙述错误的是 (　　) A.限制酶沿识别序列的中轴线两侧将DNA两条链切开 B.在图1和图2中将分别产生4个和2个黏性末端 C.限制酶切割的是特定核苷酸序列之间的磷酸二酯键和氢键 D.图示中酶1、酶2和酶3可以为不同种类的限制酶 C 解析:由题图可知,限制酶切割后产生的是黏性末端,可推知限制酶是在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开的,A正确;由题图可知,图1中能产生4个黏性末端,图2中能产生2个黏性末端,B正确;限制酶切割的是特定核苷酸序列之间的磷酸二酯键,不会切割氢键,C错误;限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开,图示中酶1、酶2和酶3可以为不同种类的限制酶,D正确。 8.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　　 　两种。  (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下: AATTC……G G……CTTAA 该酶识别的序列为　　　　　,切割的部位是　 。 黏性末端 平末端 ⁃GAATTC⁃ G和A之间的磷酸二酯键 (3)按来源不同,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。  (4)基因工程中除质粒外,　　　　　　　　和　 　　　也可以作为载体。  T4 E.coli(两空不可颠倒) λ噬菌体的衍生物 动物病毒 解析:(2)将题图中片段两端的黏性末端对接后可以看出限制酶X识别的序列为6个核苷酸组成的⁃GAATTC⁃,切割的位点为G和A之间的磷酸二酯键。 (3)基因工程使用的DNA连接酶,按来源可以分为E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶,其中只能连接黏性末端的是E.coli DNA连接酶。 [素能培优练] 9.已知限制酶BamHⅠ和BglⅡ的识别位点分别是⁃ATCC⁃、ATCT⁃。 下列有关说法错误的是(　　) A.限制酶的识别序列可能由4个、6个、8个或其他数目的核苷酸组成 B.上述两种限制酶切割出的末端只能用E.coli DNA连接酶进行“缝合” C.上述两种限制酶切割出的末端之间相互连接后可能不会再被两种限制酶识别 D.若用两种限制酶同时切割目的基因和质粒,可以提高重组质粒构建的成功率 B 解析:不同限制酶识别序列有差异,限制酶的识别序列可能由4个、6个、8个或其他数目的核苷酸组成,A正确;上述两种限制酶切割出的末端为黏性末端,能用E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶进行“缝合”,B错误;上述两种限制酶切割出的末端之间相互连接后形成的序列为⁃AGATCC⁃ ⁃TCTAGG⁃,不会再被两种限制酶识别,C正确;若用两种限制酶同时切割目的基因和质粒,可形成不同的末端,能避免目的基因和质粒自身环化和随意连接,从而提高重组质粒构建的成功率,D正确。 10.某细菌DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点,经Sau3AⅠ处理后会形成4个大小不同的DNA片段。若是用BamHⅠ处理,则只会形成2个大小不同的DNA片段。Sau3AⅠ和BamH Ⅰ的识别序列及切割位点如表所示。下列叙述不正确的是 (　　) 限制酶名称 识别序列及切割位点 BamH Ⅰ ATCC Sau3AⅠ ATC A.上述两种限制酶切割后可形成相同的黏性末端 B.该DNA分子上有两个BamHⅠ的酶切位点 C.黏性末端能通过T4 DNA连接酶连接 D.若用两种酶共同处理,会形成6个大小不同的DNA片段 答案:D 解析:BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成的黏性末端均为GATC,A正确;该DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点,经Sau3AⅠ处理后形成4个DNA片段,可知该DNA分子为环状DNA,用BamHⅠ处理后,得到2个DNA片段,说明该DNA分子上有两个BamHⅠ的酶切位点,B正确;T4 DNA连接酶可以连接黏性末端,C正确;该DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点,有2个BamHⅠ的酶切位点,但是BamHⅠ识别序列中包含Sau3AⅠ的识别序列,所以同时用两种酶共同处理,仍然会形成4个大小不同的DNA片段,D错误。 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 BamHⅠ ATCC KpnⅠ GGTA EcoRⅠ ATTC Sau3AⅠ ATC HindⅡ GTAC SmaⅠ CCGG 11.如表为常用的限制酶及其识别序列和切割位点,由此推断以下说法中,正确的是 (　　) (注:Y=C或T,R=A或G) A.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B.若两种限制酶的识别序列相同,则形成的末端一定能通过DNA连接酶相互连接 C.不同的限制酶切割DNA分子后可以形成相同的黏性末端 D.限制酶EcoRⅠ进行一次切割,会切断2个磷酸二酯键,形成1个游离的5'末端 答案:C 解析:由题图可知,由于Y=C或T,R=A或G,因此HindⅡ可以识别多种核苷酸序列,A错误;两种限制酶的识别序列相同,但识别的位点可能不同,导致切割形成的末端不同,故不一定能通过DNA连接酶相互连接,B错误;不同的限制酶切割DNA分子后可以形成相同的黏性末端,如BamH Ⅰ和Sau3AⅠ,C正确;一个限制酶切割一次,使DNA双链断开,会有两个磷酸二酯键断裂,形成2个黏性末端或平末端,形成2个游离的5'末端,D错误。 12.(多选)若某种限制性内切核酸酶的识别序列是CCTAGG,它在C和C之间切断线性DNA。如图表示用该酶处理某基因后产生的片段。下列有关叙述正确的是 (　　) A.该正常基因一条链中有3个CCTAGG序列 B.产生的DNA片段可以用DNA聚合酶连接起来 C.用该酶处理得到图示基因片段,需要水解3个磷酸二酯键 D.若该基因某处有一个CCTACG突变为CCTAGG,用该酶处理后将产生5个片段 AD 解析:分析题意,某种限制性核酸内切酶的识别序列是CCTAGG,该正常基因被切为4个片段,有3个切点,应有3个CCTAGG序列,A正确;产生的DNA可用DNA连接酶连接,B错误;DNA分子是两条链,用该酶处理得到图示基因片段要水解6个磷酸二酯键,C错误;该限制性核酸内切酶的识别序列是CCTAGG,若该基因某处有一个CCTACG突变为CCTAGG,则该基因存在4个切点,用该酶处理后将产生5个片段,D正确。 13.(多选)某线性DNA分子含有3 000个碱基对(bp),先用限制酶a切割,再把得到的产物用限制酶b切割,得到的DNA片段大小如表所示。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酶切割产物(bp) b酶再次切割产物(bp) 1 600;1 100;300 800;300 A.在该DNA分子中,酶a与酶b的识别序列分别有3个和2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切断的化学键相同 D.用这两种酶和DNA连接酶对该DNA分子进行反复切割、连接操作, 若干循环后, 序列会明显增多 答案:CD 解析:根据题表分析可知在该DNA分子中,酶a与酶b的识别序列都是2个,A错误;图中显示两个酶的识别序列不同,但是切割后的黏性末端相同,酶a与酶b切出的黏性末端可以相互连接,B错误;酶a与酶b切断的化学键都是磷酸二酯键,C正确;酶a和酶b切割后形成的黏性末端相同,在 DNA连接酶的作用下可连接形成 。所以用这两种酶和DNA连接酶对该DNA分子进行反复切割、连接操作,若干循环后,所得DNA分子中 序列会明显增多,D正确。 14.如图所示四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别位点,AmpR表示氨苄青霉素抗性基因,TetR表示四环素抗性基因。请回答下列有关基因工程的问题。 (1)基因工程中使用的限制酶,其特点是  　　　　 。  (2)将两端用E1切开的TetR与用E1切开的质粒X-1混合连接,连接后可获得的质粒类型有　 　　(不定项选择)。  A.X-1　　　　　　　 B.X-2 C.X-3 D.X-4 能特异性地识别和切割DNA ABC (3)若将如图所示X-1、X-2、X-3、X-4四种质粒分别导入大肠杆菌,然后分别涂布在含有氨苄青霉素和四环素的两种培养基上。在这两种培养基上均不能生长的大肠杆菌细胞(自身不含AmpR和TetR)类型为   　。  (4)如果用E1切割质粒X-1,产生含850对碱基和3 550对碱基的两种片段,那么用E2切割质粒X-2(TetR的长度为1 200对碱基)后产生的片段长度为 　　　对碱基。  含质粒X-3的细胞 4 750 (5)若将外源的TetR两端用E2切开,再与用E2切开的X-1混合连接,并导入大肠杆菌细胞,结果显示,含X-4的细胞数与含X-1的细胞数的比值为1/3,增大DNA连接酶用量　　　　(填“能”或“不能”)提高上述比值,原因是 　。  不能 DNA连接酶对DNA片段没有选择性(或两段DNA末端相同) 解析:(1)基因工程中使用的限制酶,其特点是能特异性地识别和切割DNA。 (2)用限制酶E1切开质粒X-1后,质粒X-1暴露出两个末端,AmpR部分被切下。两端用E1切开的TetR基因含有与质粒X-1切割后的产物相同的末端,混合后可形成X-1、X-2和X-3这3种质粒类型。 (3)含X-1的细胞可在含氨苄青霉素的培养基上生长;含X-2的细胞可在含四环素的培养基上生长;含X-3的细胞在两种培养基上均不能生长;含X-4的细胞在两种培养基上均能生长。 (4)质粒X-2的长度为1 200+3 550 =4 750对碱基,用E2切割后质粒由环状变为链状,长度不变。 (5)用同一种限制酶E2切开外源的TetR两端和质粒X-1后,形成的两段DNA的末端相同,DNA连接酶对DNA片段没有选择性,故增大DNA连接酶的用量不能提高含X-4的细胞与含X-1的细胞的比值。 15.β⁃葡萄糖苷酶(BglB)是工业生产中降解纤维素的关键酶,研究人员利用基因工程技术,将编码BglB的基因转移到了大肠杆菌的细胞中并使之表达。如图1~3分别表示Bgl Ⅱ、BamHⅠ两种限制酶的识别序列和酶切位点,及其在质粒和含β⁃葡萄糖苷酶基因的外源DNA片段上的切割位点。其中,质粒含有leu2基因,可用于合成亮氨酸,目的基因含有卡那霉素抗性基因KanR。回答下列问题。 (1)在基因工程中,用质粒和目的基因构建重组质粒时，必需的工具酶有　 　　　　　　　　　　　　　。  (2)根据图1分别写出Bgl Ⅱ与BamHⅠ酶切后形成的末端序列 　　　　　　 　、　　 　　　　　。  (3)Bgl Ⅱ酶切后的质粒与BamHⅠ酶切后的目的基因能够连接的原因是　　　　 　　　　　　　　。  限制性内切核酸酶(限制酶)和DNA连接酶 产生了相同的黏性末端(并遵循碱基互补配对原则) (4)将连接后的产物转入某种大肠杆菌,该细菌对卡那霉素敏感,且不能在缺乏亮氨酸的培养基中培养。使用Bgl Ⅱ处理重组质粒,可以得到长度为　　　　bp的环状DNA。若要筛选含有重组质粒的大肠杆菌,应选择　　　　　　　　　　　　的培养基进行培养。  (5)大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为_____________________________________ 　。  3 300 含卡那霉素但不含亮氨酸 转基因的大肠杆菌能分泌出有 活性的BglB酶 解析:(1)在基因工程中,质粒和目的基因构建重组质粒时用限制性内切核酸酶(限制酶)切割,将切割后的质粒和目的基因连接起来需要DNA连接酶。 (2)分析图1可知,Bgl Ⅱ切割了AGATCT序列中A与G之间的磷酸二酯键,酶切后形成的末端序列为 ;BamHⅠ切割了GGATCC序列中G与G之间的磷酸二酯键,酶切后形成的末端序列为 。 (3)由于Bgl Ⅱ酶切后的质粒与BamHⅠ酶切后的目的基因产生了相同的黏性末端并遵循碱基互补配对原则,因此Bgl Ⅱ酶切后的质粒与BamHⅠ酶切后的目的基因能够连接。 (4)将连接后的产物转入某种大肠杆菌,该细菌对卡那霉素敏感,且不能在缺乏亮氨酸的培养基中培养。质粒长度为2 800 bp,目的基因长度为500 bp,重组质粒上只有一个Bgl Ⅱ的酶切位点,故使用Bgl Ⅱ处理重组质粒,可以得到长度为2 800+500=3 300 bp的环状DNA。将连接后的产物转入某种大肠杆菌,由于该细菌对卡那霉素敏感,且不能在缺乏亮氨酸的培养基中培养,所以若要筛选含有重组质粒的大肠杆菌,应选择含卡那霉素但不含亮氨酸的培养基进行培养。 (5)大肠杆菌不能降解纤维素,但由于转基因的大肠杆菌能分泌出有活性的BglB酶,故转入上述建构好的表达载体后获得了降解纤维素的能力。 $$