新教材高中生物第3章基因工程第1節(jié)胚胎工程及其應(yīng)用第1課時(shí)基因工程的基本工具與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)課后素養(yǎng)落實(shí)蘇教版選擇性必修

1、 基因工程的基本工具與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù)(建議用時(shí)：40分鐘)題組一基因工程及其誕生和發(fā)展1科學(xué)家經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程。實(shí)施該工程的最終目的是()A定向提取生物體的DNA分子B定向地對DNA分子進(jìn)行人工“剪切”C在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造D定向地改造生物的遺傳性狀D該題的關(guān)鍵詞是“最終目的”，A、B、C三項(xiàng)都是基因工程的技術(shù)手段，這些手段的目的是定向改造生物的遺傳性狀，故選D項(xiàng)。2下列關(guān)于基因工程的發(fā)展歷程的說法錯(cuò)誤的是()A質(zhì)粒是一種具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀DNA分子B美國科學(xué)家伯格領(lǐng)導(dǎo)的研究小組完成世界上首次DNA分子體外重組C科恩和博耶證明真核生物的

2、基因可以在原核生物中表達(dá)D基因工程的建立和發(fā)展是生物學(xué)進(jìn)步的結(jié)果，與其他學(xué)科無關(guān)D基因工程是在遺傳學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等眾多學(xué)科長足進(jìn)步的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。題組二基因工程的基本工具3下列有關(guān)限制性內(nèi)切核酸酶的敘述，正確的是()A用限制性內(nèi)切核酸酶切割一個(gè)DNA分子中部，獲得一個(gè)目的基因時(shí)，被水解的磷酸二酯鍵有2個(gè)B限制性內(nèi)切核酸酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大CCATG和GGATCC序列被限制酶切出的黏性末端可用DNA連接酶連接D只有用相同的限制性內(nèi)切核酸酶處理含目的基因的片段和質(zhì)粒，才能形成重組質(zhì)粒B用限制性內(nèi)切核酸酶切割一個(gè)DNA分子中部，獲得一個(gè)目的基因時(shí)

3、，需要切割目的基因的兩側(cè)，因此要斷裂4個(gè)磷酸二酯鍵，即被水解的磷酸二酯鍵有4個(gè)，A錯(cuò)誤；限制性內(nèi)切核酸酶識別序列越短，則該序列在DNA中出現(xiàn)的概率就越大，B正確；CATG和GGATCC序列被限制酶切出的黏性末端不同，分別為CATG和GATC，不能用DNA連接酶連接，C錯(cuò)誤；用不同的限制性內(nèi)切核酸酶處理含目的基因的DNA片段和質(zhì)粒，若產(chǎn)生的黏性末端相同，也能形成重組質(zhì)粒，D錯(cuò)誤。4下列關(guān)于DNA連接酶作用的敘述，正確的是 ()A將單個(gè)核苷酸加到某個(gè)DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵B將斷開的2個(gè)DNA片段的骨架連接起來，重新形成磷酸二酯鍵C連接2條DNA鏈上堿基之間的氫鍵D只能將雙鏈DNA片段互補(bǔ)

4、的黏性末端連接起來，而不能將兩者之間的平末端進(jìn)行連接BDNA連接酶和DNA聚合酶都是催化2個(gè)脫氧核苷酸分子之間形成磷酸二酯鍵。但DNA連接酶是在2個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，將2個(gè)DNA片段連接成重組DNA分子；DNA聚合酶是將單個(gè)的核苷酸分子加到已存在的核酸片段上形成磷酸二酯鍵，合成新的DNA分子。5下列關(guān)于載體的敘述中，錯(cuò)誤的是()A載體與目的基因結(jié)合后，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)重組DNA分子B在進(jìn)行基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行過人工改造的C目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等D載體具有某些標(biāo)記基因，便于對其進(jìn)行切割D用DNA連接酶將目的基因和載體DNA

5、連接在一起，形成的DNA分子為重組DNA分子，A正確；常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒等，其中在進(jìn)行基因工程操作中，真正被用作載體的質(zhì)粒，都是在天然質(zhì)粒的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工改造的，B、C正確；標(biāo)記基因的作用是鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細(xì)胞篩選出來，D錯(cuò)誤。6下面是四種不同質(zhì)粒的示意圖，其中ori為復(fù)制必需的序列，ampr為氨芐青霉素抗性基因，tetr為四環(huán)素抗性基因，箭頭表示一種限制性內(nèi)切核酸酶的酶切位點(diǎn)。若要得到一個(gè)能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長的含重組DNA的細(xì)胞，應(yīng)選用的質(zhì)粒是()CA項(xiàng)破壞了復(fù)制必需的序列。B項(xiàng)氨芐青霉素抗性基因和

6、四環(huán)素抗性基因都完好，在四環(huán)素培養(yǎng)基上和氨芐青霉素培養(yǎng)基上都能生長。C項(xiàng)氨芐青霉素抗性基因被破壞，四環(huán)素抗性基因完好，能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生長而不能在氨芐青霉素培養(yǎng)基上生長。D項(xiàng)氨芐青霉素抗性基因完好，四環(huán)素抗性基因被破壞。7根據(jù)圖表的內(nèi)容回答問題：幾種限制酶識別序列切割位點(diǎn)(1)假設(shè)所用的限制酶均能將所識別的位點(diǎn)完全切開，采用EcoR和Pst酶切含有目的基因的DNA，能得到_種DNA片段。如果將質(zhì)粒載體和含目的基因的DNA片段只用EcoR酶切，酶切產(chǎn)物再加入DNA連接酶，其中由兩個(gè)DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有_、_、_。(2)為了防止目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體酶切后的末端任意連接，酶切時(shí)應(yīng)該選用

7、的酶是_、_。解析(1)含目的基因的DNA分子上含有2個(gè)EcoR 和1個(gè)Pst 的酶切位點(diǎn)，3個(gè)切點(diǎn)全部切開，則形成4種DNA片段。質(zhì)粒與含目的基因的DNA片段都用EcoR酶切，目的基因兩端和質(zhì)粒切口處的黏性末端相同，只考慮兩個(gè)DNA片段相連，則會(huì)形成3種連接產(chǎn)物，即質(zhì)粒與質(zhì)粒相連、質(zhì)粒與目的基因相連、目的基因與目的基因相連。(2)為了防止任意連接，可選用EcoR和Sma兩種酶同時(shí)切割。答案(1)4質(zhì)粒載體與質(zhì)粒載體連接物目的基因與目的基因連接物質(zhì)粒載體與目的基因連接物(2)EcoRSma題組三PCR技術(shù)8DNA的復(fù)制需要引物，主要原因是()A可加快DNA的復(fù)制速度B引物可與DNA母鏈通過堿基

8、互補(bǔ)配對結(jié)合C引物的5端有助于DNA聚合酶的延伸DNA鏈DDNA聚合酶只能從3端延伸DNA鏈DDNA聚合酶不能從5端開始合成DNA，而只能從3端延伸DNA鏈，因此，DNA復(fù)制需要引物。當(dāng)引物與DNA母鏈通過堿基互補(bǔ)配對結(jié)合后，DNA聚合酶就能從引物的3端開始延伸DNA鏈，DNA的合成方向總是從子鏈的5端向3端延伸。9利用PCR技術(shù)從某種生物的基因組DNA中獲取目的基因的前提是()A有目的基因的DNA片段，作為模板進(jìn)行復(fù)制B有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據(jù)這一序列合成引物C有足夠的脫氧核苷酸作為原料D加入足夠數(shù)量的DNA連接酶進(jìn)行指數(shù)式擴(kuò)增B利用PCR技術(shù)從某種生物的基因組DNA中獲取目

9、的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成引物。10金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白，某研究小組計(jì)劃通過多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增獲得目的基因，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌，用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴(kuò)增過程示意圖如下，請回答下列問題： (1)從高表達(dá)MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過_獲得_用于PCR擴(kuò)增。(2)設(shè)計(jì)一對與MT基因兩端序列互補(bǔ)配對的引物(引物1和引物2)，為方便構(gòu)建重組質(zhì)粒，在引物中需要增加適當(dāng)?shù)腳位點(diǎn)。設(shè)計(jì)引物時(shí)需要避免引物之間形成_，而造成引物自連。 (3)圖中步驟1代表_，步驟2代表退火，步驟3代表延伸，這三個(gè)步驟組成一輪循環(huán)。(4)如果PCR

10、反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物，則可以采取的改進(jìn)措施有_(填序號：升高退火溫度降低退火溫度重新設(shè)計(jì)引物)。解析(1)目的基因的獲?。簭母弑磉_(dá)MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過逆轉(zhuǎn)錄獲得cDNA用于PCR擴(kuò)增。(2)設(shè)計(jì)一對與MT基因兩端序列互補(bǔ)配對的引物(引物1和引物2)，為方便基因與載體相連構(gòu)建重組質(zhì)粒，在引物中需要增加適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切核酸酶的切割位點(diǎn)。為了避免引物自連，設(shè)計(jì)引物時(shí)需要避免引物之間形成堿基互補(bǔ)配對。(3)根據(jù)PCR的過程可知，圖中步驟1為變性，步驟2為退火，步驟3為延伸，這三個(gè)步驟組成一輪循環(huán)。(4)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物，可能的原因是退火溫度過高，或者設(shè)計(jì)的引物不合適

11、，不能與模板堿基配對。因此可采取的改進(jìn)措施有降低退火溫度、重新設(shè)計(jì)引物等。答案(1)逆轉(zhuǎn)錄cDNA(2)限制性內(nèi)切核酸酶堿基互補(bǔ)配對(3)變性(4)11對下圖所示黏性末端的相關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A甲、乙、丙黏性末端是由各自不同的限制性內(nèi)切核酸酶催化產(chǎn)生的B甲、乙具相同的黏性末端，可形成重組DNA分子，但甲、丙之間不能CDNA連接酶作用位點(diǎn)在b處，催化磷酸基團(tuán)和脫氧核糖之間形成化學(xué)鍵D切割甲的限制性內(nèi)切核酸酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子C甲圖表示在G和A之間進(jìn)行剪切，乙圖表示在C和A之間進(jìn)行剪切，丙圖表示在C和T之間進(jìn)行剪切，因此三者需要不同的限制性內(nèi)切核酸酶進(jìn)行剪切；甲和乙的黏性末端

12、相同，能夠通過堿基互補(bǔ)配對形成重組DNA分子，但甲和丙不行；DNA連接酶作用的位點(diǎn)是磷酸二酯鍵，乙圖中的a和b分別表示磷酸二酯鍵和氫鍵；甲和乙形成的重組DNA分子相應(yīng)位置的DNA堿基序列為，而甲圖表示在G和A之間切割，所以該重組序列不能被切割甲的限制性內(nèi)切核酸酶識別。12下圖所示為限制酶BamH 和Bgl 的識別序列及切割位點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中用BamH 切割DNA獲得目的基因，用Bgl 切割質(zhì)粒，并將它們拼接得到重組質(zhì)粒。下列相關(guān)敘述正確的是()A在酶切過程中，只需要控制好酶的濃度，不需要控制溫度等因素B經(jīng)兩種酶處理得到的重組質(zhì)粒不能再被這兩種酶所識別C質(zhì)粒經(jīng)Bgl 切割后形成的黏性末端是D分別用圖中

13、兩種限制酶切割，可保證目的基因定向地插入質(zhì)粒B影響酶促反應(yīng)的因素有溫度、pH、酶濃度、底物濃度、反應(yīng)時(shí)間等，因此酶切過程中，需控制好酶濃度、溫度和反應(yīng)時(shí)間等因素，A錯(cuò)誤；經(jīng)兩種酶處理得到的重組質(zhì)粒不能再被這兩種酶識別，B正確；質(zhì)粒經(jīng)Bgl 切割后形成的黏性末端是，C錯(cuò)誤；分別用題圖中兩種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，由于形成的黏性末端相同，因此并不能保證目的基因定向地插入質(zhì)粒，D錯(cuò)誤。13RTPCR是將RNA逆轉(zhuǎn)錄(RT)和cDNA的聚合酶鏈?zhǔn)綌U(kuò)增反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)，可利用此技術(shù)獲取目的基因，具體過程如圖所示，以下說法錯(cuò)誤的是()A設(shè)計(jì)擴(kuò)增目的基因的引物時(shí)需考慮表達(dá)載體的序列BGC含量高的引物在與模

14、板鏈結(jié)合時(shí)，需要更高的溫度C過程需要加入緩沖液、原料、耐高溫的DNA聚合酶和引物A等D過程擬對單鏈cDNA進(jìn)行n次循環(huán)的擴(kuò)增，理論上需要2n1個(gè)引物BC設(shè)計(jì)擴(kuò)增目的基因的引物時(shí)，引物應(yīng)當(dāng)可以與表達(dá)載體兩端的序列進(jìn)行互補(bǔ)配對。所以設(shè)計(jì)引物時(shí)需考慮表達(dá)載體的序列，A正確；GC對之間有三個(gè)氫鍵，GC含量高時(shí)穩(wěn)定性高，所以需要更高的溫度，B正確；過程是逆轉(zhuǎn)錄過程，所以需要加入緩沖液、原料、逆轉(zhuǎn)錄酶和引物A等，C錯(cuò)誤；過程擬對單鏈cDNA進(jìn)行n次循環(huán)的擴(kuò)增，根據(jù)DNA的半保留復(fù)制可知理論上需要2n1個(gè)引物B，D正確。14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，p

15、BR322質(zhì)粒是較早構(gòu)建的質(zhì)粒載體，其主要結(jié)構(gòu)如圖一所示。(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因，以便于_。(2)pBR322分子中有單個(gè)EcoR限制酶作用位點(diǎn)，EcoR 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(gè)EcoR 的切點(diǎn)，請畫出目的基因兩側(cè)被限制酶EcoR 切割后所形成的黏性末端。_。(3)pBR322分子中另有單個(gè)的BamH 限制酶作用位點(diǎn)，現(xiàn)將經(jīng)BamH 處理后的質(zhì)粒與用另一種限制酶Bgl 處理得到的目的基因，通過DNA連接酶的作用恢復(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

16、菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖二的菌落。再將滅菌絨布按到培養(yǎng)基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，得到如圖三的結(jié)果(空圈表示與圖二對照無菌落的位置)。與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表型是_，圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是_。解析(1)構(gòu)建人工質(zhì)粒時(shí)要有抗性基因作為標(biāo)記基因，用于重組DNA的鑒定和篩選或便于鑒別目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。(2)EcoR 只能識別核酸序列GAATTC，并只能在G與A之間切割。根據(jù)限制酶的識別序列和切割位點(diǎn)進(jìn)行解答。(3)DNA連接酶的作用是恢復(fù)磷酸二酯鍵；由題干可知，兩種限制酶(BamH 和Bgl)切割得到的黏性末端相同，這樣才

17、能進(jìn)行相應(yīng)的堿基互補(bǔ)配對。(4)與圖三空圈相對應(yīng)的圖二中的菌落表型是能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素；圖三結(jié)果顯示，多數(shù)大腸桿菌導(dǎo)入的是能抗氨芐青霉素和四環(huán)素的人工質(zhì)粒即pBR322質(zhì)粒。答案(1)重組DNA的鑒定和篩選(鑒別目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞)(2)(3)磷酸二酯兩種限制酶(BamH 和Bgl)切割得到的黏性末端相同(4)能抗氨芐青霉素，但不能抗四環(huán)素pBR322質(zhì)粒對限制酶的作用結(jié)果分辨不清15表1列舉了幾種限制酶識別序列及其切割位點(diǎn)(箭頭表示相關(guān)酶的切割位點(diǎn))。圖2是酶切后產(chǎn)生的幾種末端。下列說法正確的是()表1圖2ABamH 切割的是磷酸二酯鍵，Alu 切割的是氫鍵B能被Sau3A 識別的序列，一定也能被BamH 識別CDNA連接酶能