2020-2021年新教材高中生物第3章基因工程1重組DNA技術(shù)的基本工具學(xué)案+練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

第1節(jié)重組DNA技術(shù)的基本工具

5.1.1概述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)等學(xué)科基礎(chǔ)上1.基于DNA重組的操作過程.運(yùn)川結(jié)構(gòu)與功能觀說明甚因工

發(fā)展而來的程的各種工具的特點(diǎn)。（生命觀念）

5.1.2闡明DNA幣:組技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要利2.關(guān)注基因匚程的誕生和發(fā)展行程.參與討論基礎(chǔ)理論和技術(shù)

川限制性內(nèi)切核酸酶、DNA連接酶和載體發(fā)展是如何促進(jìn)基因工程的發(fā)展。（社會(huì)責(zé)任）

三種基本工具

必備知識(shí)?素養(yǎng)奠基

一、基因工程的誕生和發(fā)展

判一判:基于基因工程相關(guān)基礎(chǔ)理論的突破和技術(shù)的創(chuàng)新,判斷下列說法的正誤。

1.1953年,沃森和克里克建立了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并用實(shí)驗(yàn)證明了DNA分子的半保留

復(fù)制。（X）

提示:DNA分子半保留復(fù)制是梅塞爾森和斯塔爾用實(shí)驗(yàn)證明的。

2.1970年,在細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)限制前,后來又發(fā)現(xiàn)了多種限制酶、DNA連接酶等。

（V）

3.1972年,伯格首先在體外進(jìn)行DNA改造,并構(gòu)建了第一個(gè)體外重組DNA分子。（J）

4.1983年,科學(xué)家采用花粉管通道法培育了世界上第一例轉(zhuǎn)基因煙草。（X）

提示:第一例轉(zhuǎn)基因煙草是用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育的。

5.1984年,我國(guó)科學(xué)家朱作言領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)培育了世界上第一條轉(zhuǎn)基因魚。（J）

6.基因工程是在生物化學(xué)、分子生物學(xué)和微生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。（J）

二、限制性內(nèi)切核酸酶一一“分子手術(shù)刀”

1.來源:主要來自原核生物。

2.特點(diǎn):具有專一性。

（1）識(shí)別DNA分子的特定核音酸序列。

（2）切割特定部位的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯鍵。

3.結(jié)果：

T、家?吊獷in'

些末揣土末端

?激疑

限制酶來源于原核生物,為什么限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNA?

提示:細(xì)菌DNA缺乏特定的核甘酸序列，限制酶無法識(shí)別這些DNA,故不能剪切。

三、DNA連接酶——“分子縫合針”

1.作用:將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核昔酸之間的磷酸二酯鍵。

2.種類：

種類來源特點(diǎn)

E?coli

大腸桿菌只能“縫合”具有互補(bǔ)黏性末端的雙鏈DNA片段

DNA連接酶

T4DNA既可以“縫合”雙鏈DNA片段互補(bǔ)的黏性末端,又

T4噬菌體

連接酶可以“縫合”雙鏈DNA片段的平末端

四、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體一一“分子運(yùn)輸車”

1.種類:質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒等。

2.常用載體——質(zhì)粒

(1)本質(zhì):質(zhì)粒是?種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核期里之外，并

具有自我復(fù)制能力的環(huán)狀雙鏈DNA分子。

(2)作為載體的三個(gè)條件。

①質(zhì)粒DNA分子上有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)。

②能在細(xì)胞內(nèi)自我復(fù)制,或整合到受體DNA匕隨受體DNA同步復(fù)制。

③含有特殊的標(biāo)記基因。

五、DNA的粗提取與鑒定

1.實(shí)驗(yàn)原理：

(l)DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等在物理和化學(xué)性質(zhì)方面有差異，選用適當(dāng)?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)方法對(duì)

它們進(jìn)行提取。

①DNA不溶于酒精,某些蛋白質(zhì)溶于漕精,分離DNA和蛋白質(zhì)。

②DNA能溶于2mol/L的NaCl溶液。

(2)DNA遇二基胺試劑會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)色。

2.方法步驟:

(1)研磨:取30g洋蔥切碎，倒入10mL研磨液研磨。

(2)除雜:漏斗中墊上紗布過濾后，在4℃冰箱靜置后取上清液,1500r/min的轉(zhuǎn)速下離心后

取上清液。

(3)提取:加入體積相等、體積分?jǐn)?shù)95%酒精,溶液出現(xiàn)白色的絲狀物是DNAo

方法一:用玻璃杯按二仝(填“一個(gè)”或“兩個(gè)”)方向攪拌,卷起絲狀物,用濾紙吸去上面的水

分。

方法二：10000r/min的轉(zhuǎn)速下離心5min,取沉淀物晾干。

⑷鑒定：

項(xiàng)目AB

2mol/L的NaCl溶液5mL

絲狀物或沉淀物不加加入

二苯胺試劑4mL

沸水中加熱5min

現(xiàn)象無色藍(lán)色

?激疑

DNA的鑒定和還原糖的鑒定都需要加熱,它們有什么不同？

提示:還原糖加斐林試劑后,置于55?65C熱水中加熱;而DNA加二苯胺試劑后,置于沸水中加

熱。

關(guān)鍵能力?素養(yǎng)形成

知識(shí)點(diǎn)一基因工程中的工具酶

1.限制酶：

(1)限制酶的作用。

限制酶具有特殊的識(shí)別和切割功能,在基因工程中，一方面被用于切割含目的基因的DNA分子,

以獲取目的基因；另一方面用于切割載體。

(2)識(shí)別序列的特點(diǎn):呈現(xiàn)堿基互補(bǔ)對(duì)稱,無論是奇數(shù)個(gè)堿基,還是偶數(shù)個(gè)堿基，都可以找到一

條中心軸線，中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。如

cccGGGCCAGGA

GGGCCC以中心線為軸,兩側(cè)堿基互補(bǔ)對(duì)稱；GGTCC以T為軸，兩側(cè)

堿基互補(bǔ)對(duì)稱。

(3)限制酶切割方式：

①上下交錯(cuò)切割：限制醐在DNA雙鏈的不同位置切割DNA(即在識(shí)別序列的中軸線兩側(cè)切割)，

產(chǎn)生的DNA片段的末端兩條鏈一長(zhǎng)一短,不是平齊的，即黏性末端，

如圖：

g

黏性末端片段

②上下對(duì)稱切割：限制酶在DNA雙鏈的相同位置切割DNA(即沿著識(shí)別序列的中軸線切割)，這樣

產(chǎn)生的末端兩條鏈平齊,即平末端,如圖：

:二二孤曜鹿

片段分離

:二翻:+:?！?

平末端片段

2.DNA連接醉：

(1)作用：

將具有相同或互補(bǔ)黏性末端以及具有平末端的DNA片段“縫合”成新的DNA分子。

(2)連接方式：

DNA連接酶可把黏性末端和平末端之間的縫隙“縫合”起來，相當(dāng)于把梯子兩邊的扶手的斷口

連接起來,形成兩個(gè)磷酸二酯鍵。DNA連接酶與堿基之間的氫鍵形成無關(guān)。

3.與DNA相關(guān)的五種酶的比較:

名稱作用部位作用結(jié)果

限制酶磷酸二酯鍵將DNA切成兩個(gè)片段

DNA

磷酸二酯鍵將兩個(gè)DNA片段連接為一個(gè)DNA分子

連接酶

DNA

磷酸二酯鍵將單個(gè)脫氧核甘酸依次連接到單鏈末端

聚合酶

DNA(水

磷酸二酯鍵將DNA片段水解為單個(gè)脫氧核甘酸

解)酶

堿基對(duì)之

解旋酶將雙鏈DNA分子局部解旋為單鏈,形成兩條長(zhǎng)鏈

間的氫鍵

【特別提醒】限制酶和DNA連接酶

(1)同一種限制酶一定能切出相同的黏性末端，相同的黏性末端不一定來自同一種限制酶的切

割,但同樣能相互連接。

(2)限制酶和DNA連接酶作用部位相同，但作用正好相反,都作用于特定部位的磷酸二酯鍵,前

者是“切割”，后者是“縫合”.

(3)DNA連接酶種類少:DNA連接酶無識(shí)別的特異性,對(duì)于相同或互補(bǔ)的黏性末端以及平末端都

能連接。所以，限制酶種類多,DNA連接酶種類少。

f素養(yǎng)案例

如表所示為4種限制酶的識(shí)別序列及其切割位點(diǎn),請(qǐng)回答下列問題:

限制酶BamHTIIincl111EcoRISniaT

1

VV

識(shí)別序

-(SGATCC--AAGCTT--GAATTC--CCCGGG-

列及切

-GGTAGG--TTCGAA--CTTAAG--GGGCCC-

割位點(diǎn)

AAA

(1)從表中4種酶的切割位點(diǎn)看,可以切出平末端的酶是

(2)限制酶切割的DNA片段的縫合依靠的是酶,它的作用是形成磷酸二酯鍵;兩

條鏈間的堿基對(duì)通過連接起來o

(3)圖1中的質(zhì)粒分子可被表中限制酶切割。

圖I

IIIlli__II1111??????---------r-

CTTAAGCTTAAGAATTCG

酶切

GAATTCGAATTC

??????__IliiiiGCTTAA

-I______口3

（目的基因）乙

圖2

(4)在相關(guān)酶的作用下，圖1中的甲與圖2中的乙(填“能”或“不能”)拼接起來。

請(qǐng)說明理由:_______________________________________

【解題導(dǎo)引】解答本題思維流程如下：

識(shí)別特定的核普酸序

限制酶歹4,產(chǎn)生黏性末端或

平末端

連接相同的黏性末端

DNA連接酶

或平末端

【解析】(1)由表中4種限制酶的切割位點(diǎn)可知,5加al可切出平末端。(2)限制酶切割的DNA

片段縫合時(shí)用DNA連接酶進(jìn)行連接,形成磷酸二酯鍵;兩條鏈之間的堿基依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原

則形成氫鍵。(3)根據(jù)質(zhì)粒的堿基序列可知,質(zhì)粒分子可被限制酶比涼I切割,切割后形成鏈狀

DNA?(4)由圖可知，甲和乙的黏性末端相同,在DNA連接酶的作用下可以拼接起來。

答案：(1)加al(2)DNA連接氫鍵(3)&oRI

(4)能二者具有相同的黏性末端

【素養(yǎng)?探究一一母題追問】

(1)科學(xué)思維——模型與建模

如圖是某同學(xué)畫出的限制酶Ba曲I和必力MII切割產(chǎn)生的黏性末端,判斷他的寫法是否正確？如

果不正確，請(qǐng)改正。

(X^ATCC---AAGCTT一

G-—CCTAG—TTCGAA-

限制酶BcunHI限制酶HzWHl

提示:限制酶Ba源I切割產(chǎn)生的黏性末端不正確，限制酶從力4I切割產(chǎn)生的黏性末端正確。

限制酶BaniW產(chǎn)生的黏性末端為

-GGATCC一

一CCTAGG-

(2)科學(xué)思維——批判性思維

某同學(xué)認(rèn)為同一限制酶切割產(chǎn)生相同的黏性末端,DNA連接酶可以連接相同的黏性末端，因此

基因工程必須使用同一種限制酶處理后的黏性末端才能用DNA連接酶連接,這個(gè)同學(xué)的說法正

確嗎?說明你的理由。

提示:不對(duì)。不同的限制酶也可能產(chǎn)生相同的黏性末端，因此基因工程中也可使用不同的限制

酶處理獲得相同的黏性末端。

【素養(yǎng)?遷移】

下列所示的末端至少是由幾種限制醐作用產(chǎn)生的()

①AATTC-②AATTG-③CTA-④-TAG

G-C-GAT--ATC

A.1種B.2種C.3種D.4種

【解析】選C。圖中③④為相同的平末端,可能由同一種限制酶切割所得,所以圖示四種末端至

少是由3種限制酶作用產(chǎn)生的。

【補(bǔ)償訓(xùn)練】

在基因工程中用來修飾改造生物基因的工具是()

A.限制酶和DNA連接醵

B.限制酶和水解能

C.限制酶和載體

D.DNA連接醐和載體

【解析】選A。基因工程中的操作工具有3種，即“分子手術(shù)刀”“分子縫合針”“分子運(yùn)輸

車”。限制酶的作用是通過識(shí)別和切割從DNA分子上獲取目的基因，而DNA連接酶是將目的基

因連接到載體上,載體起運(yùn)輸工具的作用,攜帶著目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞。顯然,對(duì)基因起修飾

改造作用的是限制酶和DNA連接酶。

知識(shí)點(diǎn)二基因工程中常用的載體

1.特點(diǎn):質(zhì)粒是一種裸露的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有自我復(fù)制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子。

2.本質(zhì)：質(zhì)粒是獨(dú)立于真核細(xì)胞細(xì)胞核或原核細(xì)胞擬核DNA之外的小型DNA分子,不是細(xì)胞器。

3.質(zhì)粒作為載體所具備的條件：

條件分析

穩(wěn)定并能復(fù)制目的基因穩(wěn)定存在且數(shù)量可擴(kuò)大

有一個(gè)至多個(gè)可攜帶多個(gè)

限制酶切割位點(diǎn)或多種外源基因

具有特殊的標(biāo)記基因便于重組DNA的鑒定和選擇

無毒害作用避免受體細(xì)胞受到損傷

4.標(biāo)記基因的篩選原理：

載體上的標(biāo)記基因一般是某種抗生素的抗性基因，而未導(dǎo)入該基因的受體細(xì)胞沒有抵抗該抗

生素的能力。

將含有某抗生素抗性基因的載體導(dǎo)入受體細(xì)胞,抗性基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),受體細(xì)胞對(duì)該抗

生素產(chǎn)生抗性。在含有該抗生素的培養(yǎng)基上,能夠生存的是被導(dǎo)入了基因表達(dá)載體的受體細(xì)

胞。如圖所示：

在含有氨節(jié)

青霉素的培

Amp'體細(xì)胞養(yǎng)基上培養(yǎng)

n只有含有載體,并

含有抗氨節(jié)青霉素

抗性基因的質(zhì)粒大腸桿菌中有的且載體上的基因表

達(dá)的大腸桿菌才能

有載體進(jìn)入,有存活并增殖

的沒有載體進(jìn)入

【特別提醒】

細(xì)胞膜上的載體與基因工程中的載體的兩個(gè)“不同”

⑴化學(xué)本質(zhì)不同：

①細(xì)胞膜上的載體化學(xué)成分是蛋白質(zhì)。

②基因工程中的載體可能是物質(zhì)，如質(zhì)粒(DNA),也可能是生物,如噬菌體、動(dòng)植物病毒等。

(2)功能不同：

①細(xì)胞膜上的載體功能是協(xié)助細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。

②基因工程中的載體是一種“分子運(yùn)輸車”，把目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。

_一素養(yǎng)案例

某細(xì)菌質(zhì)粒如圖所示,通過標(biāo)記基因可以推知外源基因插入的位置，圖示中的a、b、c是外

源基因插入位置,請(qǐng)根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長(zhǎng)情況,推測(cè)①②③三種重組后細(xì)菌的外源基因插

入點(diǎn),正確的一組是()

冒抗氨卡青霉素基因

■抗四環(huán)素基因

細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)

細(xì)菌在含氨茉青霉素的培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)狀況

狀況

①能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)

②能生長(zhǎng)不能生長(zhǎng)

③不能生長(zhǎng)能生長(zhǎng)

A.①是c;②是b;③是a

B.①是a和b;②是a;③是b

C.①是a和b;②是b;③是a

D.①是c;②是a;③是b

【解題導(dǎo)引】解答本題注意兩個(gè)方面：

(1)理解抗性基因：

抗四環(huán)素基因:使細(xì)菌能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。

抗氨芳青霉素基因：使細(xì)菌能在含氨茉青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。

(2)質(zhì)粒上標(biāo)記基因的作用：用于重組DNA分子的篩選。

【解析】選A。①細(xì)菌能在含氨節(jié)青霉素和四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說明抗氨節(jié)青霉素基因和

抗四環(huán)素基因沒有被破壞,所以插入點(diǎn)是c;②細(xì)菌能在含氨革青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng),而不能

在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，說明其抗氨芾青霉素基因正常而抗四環(huán)素基因被破壞，故插入點(diǎn)

為b;③細(xì)菌不能在含氨半青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng),能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng),說明其抗氨

節(jié)青霉素基因被插入而破壞,故插入點(diǎn)為a。

【素養(yǎng)?探究一一母題追問】

(1)科學(xué)思維——演繹與推理

將外源基因插入質(zhì)粒中需要借助哪些工具酶？

提示:限制酶和DNA連接酶。

(2)科學(xué)探究——結(jié)果的討論與交流

天然的質(zhì)?？梢灾苯佑米骰蚬こ梯d體嗎?為什么？

提示:不能，自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全具備作為載體條件,都要進(jìn)行人工改造后才能用

作基因工程載體。

【素養(yǎng)?遷移】

限制酶物nI和限制酶及成I的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)分別是一CTTAAG-和

。如圖表示四種

質(zhì)粒和目的基因,其中，質(zhì)粒上箭頭所指部位為酶的識(shí)別位點(diǎn)，陰影部分表示標(biāo)記基因。適于作

為圖示目的基因載體的質(zhì)粒是()

目的基因

CTTAAGCTTAAG

GAATTCGAATTC

含目的基因的DNA片段

【解題關(guān)鍵】作為載體的質(zhì)粒必須與目的基因具有相同的限制酶切點(diǎn)，并且該切點(diǎn)不能破壞質(zhì)

粒的標(biāo)記基因。

【解析】選A.用限制酗MmI切割A(yù)質(zhì)粒后,不會(huì)破壞標(biāo)記基因,而且還能產(chǎn)生與目的基因兩

側(cè)黏性末端相同的末端,適于作為目的基因的載體。B項(xiàng)中質(zhì)粒沒有標(biāo)記基因，不適于作為目的

基因的載體。C、D質(zhì)粒含有標(biāo)記基因,但用限制前切割后會(huì)被破壞，因此不適于作為目的基因

的載體。

課堂檢測(cè)?素養(yǎng)達(dá)標(biāo)

【概念?診斷】

1.“工欲善其事，必先利其器”基因工程對(duì)體外DNA分子“切割”“拼接”并導(dǎo)入受體細(xì)胞中

至少需要三種工具,下列有關(guān)基因工程中的三種工具的描述合理的是。

①DNA重組技術(shù)的原理是基因突變

②限制酶和解旋酶的作用部位相同

③作為載體,必須要有標(biāo)記基因等結(jié)構(gòu)

?T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端

⑤DNA連接酶能連接所有相同或互補(bǔ)的黏性末端,故該酶沒有專一性

【解析】選③④。DNA重組技術(shù)的原理是基因重組,①錯(cuò)誤;限制酶作用于磷酸二酯鍵,解旋酶

作用于氫鍵，②錯(cuò)誤;作為載體，必須能進(jìn)行自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、有一個(gè)或多個(gè)限制酶切

割位點(diǎn)等,③正確;T4DNA連接酶既能連接黏性末端,又能連接平末端,④正確;任何酶都具有專

一性。酶的專一性是指一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng),黏性末端相連接屬于一類合成反

應(yīng)，⑤錯(cuò)誤。

2.下列關(guān)于基因工程工具酶的說法，正確的是（）

A.E.collDNA連接酶既能夠連接平末端,也可以連接黏性末端

B.每種限制酶只能識(shí)別特定的核甘酸序列，并在特定位點(diǎn)進(jìn)行切割,體現(xiàn)了酶的專一性

C.DNA連接酶連接的是堿基間的氫鍵

D.限制酶、DNA連接酶和質(zhì)粒是基因工程常用的工具酶

【解析】選B?！阠ollDNA連接酶只能連接黏性末端，不能連接平末端,A項(xiàng)錯(cuò)誤;每種限制酶

只能識(shí)別特定的核甘酸序列,并在特定的位點(diǎn)上切割DNA分子,體現(xiàn)了酶的專一性,B項(xiàng)正

確;DNA連接酶連接的是兩個(gè)脫氧核甘酸之間的磷酸二酯鍵,C項(xiàng)錯(cuò)誤;限制酶和DNA連接酶是

基因工程常用的工具酶，但質(zhì)粒是載體,不是工具酶,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.如圖表示限制前切割某DNA的過程,從圖中可知，該限制酶能識(shí)別的堿基序列及切點(diǎn)是

A.CTTAAG,切點(diǎn)在C和T之間

B.CTTAAG,切點(diǎn)在G和A之間

C.GAATTC,切點(diǎn)在G和A之間

D.CTTAAC,切點(diǎn)在C和T之間

【解析】選Co據(jù)圖分析可知,識(shí)別的序列為GAATTC,切割的位點(diǎn)在GA之間。

4.如圖為DNA分子的某一片段,其中①②③分別表示某種酶的作用部位,則相應(yīng)的酶依次是

③

-

GAATTcGAATTc

—

—

—

—

——

III—I

?

cTTAAGcTTAAG

A.DNA連接酶、限制酶、解旋酶

B.限制酶、解旋酶、DNA連接酶

C.限制酶、DNA連接酶、解旋酶

D.解旋酶、限制酶、DNA連接酶

【解析】選D。①是氫鍵，是解旋酶的作用位點(diǎn);②是磷酸二酯鍵,限制酶可將其斷裂;③是DNA

連接酶,可將DNA片段之間的磷酸二酯鍵連接起來。

5.作為目的基因的運(yùn)輸工具一一質(zhì)粒，必須具備的條件之一及理由是（）

A.能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定地保存下來并大量復(fù)制，以便提供大量的目的基因

B.具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，以便于目的基因的表達(dá)

C.具有某些標(biāo)記基因，以便為目的基因的表達(dá)提供條件

D.能夠在受體細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定保存，以便于進(jìn)行篩選

【解析】選A。作為載體要攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞并使之表達(dá)，必須能夠在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)

定地保存并大量復(fù)制，以便通過復(fù)制提供大量目的基因。同時(shí)要具有某些標(biāo)記基因，是為了通

過標(biāo)記基因是否表達(dá)來判斷目的基因是否進(jìn)入了受體細(xì)胞,從而進(jìn)行篩選受體細(xì)胞。載體要具

有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，則是為了便于與外源基因連接。

【思維?躍遷】

6.(2016?全國(guó)卷I)某一質(zhì)粒載體如圖所示,外源DNA插入Am/或作/中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失

活(4涉表示氨節(jié)青霉素抗性基因，2「表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用Ba源I酶

切后,與用Ba源I酶切獲得的目的基因混合,加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng),用得到的混合物直

接轉(zhuǎn)化大腸桿菌,結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化,有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種,分別是

含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹣铝?/p>

問題：

qX/癡mHl

(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具,應(yīng)具備的基本條件有

(答出兩點(diǎn)即可)。而作為基因表達(dá)載體,除滿足上述基本條件

外,還需具有啟動(dòng)子和終止子。

(2)如果用含有氨苦青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選,在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅

含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是

;并且和的細(xì)胞也是不能區(qū)分

的,其原因是。在上述篩選的基礎(chǔ)上,若要篩選含有

插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落,還需使用含有的固體培養(yǎng)

基。

(3)基因工程中,某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自

【解題關(guān)鍵】解答本題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：

(1)理解基因工程中載體的特點(diǎn)。

(2)熟悉導(dǎo)入重組質(zhì)粒的微生物的篩選方法。

【解析】本題考查基因工程的相關(guān)知識(shí)。

(1)質(zhì)粒被選用為基因工程的載體是因?yàn)?具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn);具有自我復(fù)制能

力;帶有標(biāo)記基因;對(duì)受體細(xì)胞無害。

(2)未轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞都不能在含有氨節(jié)青霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，故這兩種

不可區(qū)分。含有質(zhì)粒載體和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的細(xì)胞在含有氨茶青霉素的培養(yǎng)

基上都能生長(zhǎng),這兩種也不可區(qū)分。因目的基因插入位點(diǎn)在四環(huán)素抗性基因上，四環(huán)素抗性基

因被破壞,在獲得的單個(gè)菌落中各挑取少許分別接種到含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上,不能生長(zhǎng)的為

要篩選的菌落,即含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。

(3)噬菌體營(yíng)寄生生活,能利用宿主細(xì)胞內(nèi)的原料和場(chǎng)所進(jìn)行自身DNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成。

答案：(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因

(2)二者均不含有氨年青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng)含有質(zhì)粒載體含有插入了

目的基因的重組質(zhì)粒(或含有重組質(zhì)粒)二者均含有氨節(jié)青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均

能生長(zhǎng)四環(huán)素(3)受體細(xì)胞

【拓展?探究】

7.如圖表示兩種限制酶識(shí)別DNA分子的特定序列,并在特定位點(diǎn)對(duì)DNA分子進(jìn)行切割的示意圖,

請(qǐng)回答以下問題：

甲5'—JC—G—A—A—T—JC—

3'—A—G—C-T—T—A—A—G—

EcoRI|

—T—C—GA—A—T—T—C—

—A—G—CT—T—A—AG—

乙5'—G—T—T—A—A—C—

3'—C—A—A—T—T—G—

^HpaI

—G—T—TA—A—C—

—C—A-AT—T"-G—

⑴關(guān)于限制酶的描述，錯(cuò)誤的是()

A.a”R1識(shí)別的序列為GAATTC,在GA之間切割

B.HpaI識(shí)別的序列為GTTAAC,在AT之間切割

C.比成I切割后產(chǎn)生的為黏性末端,可用T4DNA連接酶連接

I).HpaI切割后產(chǎn)生的為平末端,可用￡coliDNA連接酶連接

(2)由圖解可以看出，限制酶的作用特點(diǎn)是

(3)如果甲中G堿基發(fā)生基因突變,%oRI還可以識(shí)別該片段嗎?為什么？

【解析】（D￡coRI識(shí)別的序列為GAATTC,切點(diǎn)在G、A之間,A正確;汝aI識(shí)別的序列為GTTAAC,

切點(diǎn)在A、T之間,B正確;I切口在識(shí)別序列中軸線兩側(cè)，形成黏性末端,T4DNA連接酶既

能連接黏性末端也可連接平末端,C正確;儂I切口在識(shí)別序列中軸線處,形成平末端,￡coli

DNA連接酶只能連接黏性末端不能連接平末端,D錯(cuò)誤。（2）（3）限制酶能識(shí)別DNA分子的特定

核苜酸序列,并從特定位點(diǎn)切割DNA分子。當(dāng)特定核甘酸序列變化后,就不能被相應(yīng)限制酶識(shí)

別。

答案：⑴D

（2）能識(shí)別雙鏈DNA分子的特定脫氧核甘酸序列,并從特定的位點(diǎn)將DNA分子切開（或特異性）

（3）不能。因?yàn)橄拗泼妇哂刑禺愋?每種限制酶只能識(shí)別特定的核甘酸序列，并在特定位點(diǎn)切

割。

十二重組DNA技術(shù)的基本工具

基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)（20分鐘?70分）

一、選擇題（共7小題,每小題5分，共35分）

1.下列說法中不正確的有（）

①限制酶主要是從原核生物中分離純化出來的

②DNA連接酶都是從原核生物中分離得到的

③所有限制酶識(shí)別的核甘酸序列均由6個(gè)核甘酸組成

④有的順粒是單鏈DNA

A.①②@B.①②④

C.②③④D.①③④

【解析】選C。限制酶主要是從原核生物中分離純化出來的，也有少數(shù)來自真核生物一一酵母

菌,①正確;T4DNA連接酶來源于T4噬菌體（一種病毒），②錯(cuò)誤;&oRI、飆?I限制酶識(shí)別的

序列均為6個(gè)核甘酸，也有少數(shù)限制酶的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核甘酸組成,③錯(cuò)誤;所有的

質(zhì)粒都是雙鏈的環(huán)狀DNA分子,④錯(cuò)誤。

2.如圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個(gè)基本步驟，這一步驟需用到的工具酶是（）

目的基因（人的

生長(zhǎng)激素基因）

結(jié)合

注：物物如曲

抗基因

四環(huán)素抗性基因

a點(diǎn)為目的基因與

質(zhì)粒A的結(jié)合點(diǎn)

重組質(zhì)粒

A.DNA連接酶和解旋酶

B.DNA聚合酶和限制性內(nèi)切核酸酶

C.限制性內(nèi)切核酸酶和DNA連接酶

D.DNA聚合酶和RNA聚合酶

【解析】選C。目的基因和載體結(jié)合需“分子手術(shù)刀”一一限制性內(nèi)切核酸酶和“分子縫合針”

——DNA連接酶。此過程不涉及DNA復(fù)制,不需要DNA聚合酶和解旋酶。

3.據(jù)圖分析下列有關(guān)基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是（）

A.切斷a處的酶為限制性內(nèi)切核酸酶

B.連接a處的酶為DNA連接酶

C.切斷b處的酶為解旋酶

D.切斷b處的酶為限制性內(nèi)切核酸酶

【解析】選D。a為磷酸二酯鍵,可被限制性內(nèi)切核酸酶切斷,A正確;a為磷酸二酯鍵,可被DNA

連接酶連接起來,B正確;b為氫鍵,可被解旋酶切斷,C正確;b為氫鍵,而限制性內(nèi)切核酸酶切

斷的是磷酸二酯鍵,D錯(cuò)誤。

4.如圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA

連接酶、解旋酶作用的正確順序是（）

A.①②③④B.①②④③

C.①??③D.①④③②

【解析】選C。限制酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核甘酸序列，并且使每一條鏈中特定

部位的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯鍵斷裂,形成黏性末端或平末端,因此①符合;DNA聚合酶用

于DNA分子的復(fù)制,能在單鏈上將一個(gè)個(gè)脫氧核昔酸連接起來,因此④符合;DNA連接酶能在具

有相同或互補(bǔ)堿基末端的兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵,因此②符合;解旋酶能夠?qū)NA

分子的雙螺旋解開，因此③符合?

5.下列有關(guān)如圖所示的黏性末端的說法，錯(cuò)誤的是（）

AATTCAATTG.TTAAG

G111c11rbc|

甲乙丙

A.甲、乙、丙黏性末端分別是由不同的限制酶切割產(chǎn)生的

B.甲、乙具有相同的黏性末端，可形成重組DNA分子,但甲、丙之間不能

C.DNA連接酶的作用位點(diǎn)是b處

D.切割產(chǎn)生甲的限制酶不能識(shí)別由甲、乙黏性末端形成的重組DNA分子片段

【解析】選C。據(jù)圖可知,切割形成甲、乙、丙黏性末端的限制酶識(shí)別序列與切割位點(diǎn)分別是

—GAATTC—（在G與A之間切割）、一CAATTG—（在C與A之間切割）、一CTTAAG—（在C與T之

間切割），即甲、乙、

丙是由不同的限制酶切割產(chǎn)生的,A正確。甲、乙的黏性末端互補(bǔ)，所以甲、乙可以形成重組

DNA分子；甲、丙的黏性末端不互補(bǔ)，所以甲、丙無法形成重組DNA分子,B正確。DNA連接酶可

以恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核甘酸之間的磷酸二酯犍,而b處是氫鍵,C錯(cuò)誤。甲、乙黏性末端

形成的重組DNA分子片段為-CAATTC-GTTAAG,其中沒有切割產(chǎn)生甲的限制酶的識(shí)別序列及酶切

位點(diǎn),所以切割產(chǎn)生甲的限制酶不能識(shí)別由甲、乙黏性末端形成的重組DNA分子片段,D正確。

6.下列關(guān)于E.coliDNA連接酶的敘述正確的是（）

①催化具有相同黏性末端的DNA片段之間的連接

②催化具有互補(bǔ)黏性末端的DNA片段之間的連接

③催化具有平末端的DNA片段之間的連接

④催化單個(gè)脫氧核甘酸之間磷酸二酯鍵的形成

A.①②B.②④C.②③D.①?

【解析】選A?！阠oliDNA連接酶來源于大腸桿菌,可用于連接相同或互補(bǔ)的黏性末端，不能

連接平末端。DNA連接酶不能連接單個(gè)的脫氧核甘酸,在DNA復(fù)制時(shí),DNA聚合酶將一個(gè)一個(gè)的

脫氧核音酸聚合在一起。

7.基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,便于重組和篩選。已知限制酶I的

識(shí)別序列和切點(diǎn)是一G,GATCC一,限制酶II的識(shí)別序列和切點(diǎn)是一‘GATC一。根據(jù)下圖判斷下列

操作正確的是()

/GGATCC\GGATCC目的基因GATC

/rATT\/--\

(CCTAGGCTAG

|注：GeneI和GeneH表示

GeneH|兩種標(biāo)記基因；Q表示限|

Gene1包之制海僅有的畫別序列放大

A.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶H切割

B.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶I切割

C.質(zhì)粒用限制酶II切割，目的基因用限制酶I切割

D.質(zhì)粒用限制酶I切割，目的基因用限制酶H切割

【解析】選D。解此題要明確目的基因要從DNA片段上切下，質(zhì)粒只要切開。限制酶H的識(shí)別

序列和切點(diǎn)是一IGATC-,單獨(dú)使用時(shí)可以把目的基因和質(zhì)粒都切斷;限制酶1的識(shí)別序列和

切點(diǎn)是一GIGATCC-,只能把它們切開,單獨(dú)使用時(shí)不能切斷,所以目的基因用限制酶II切割，

質(zhì)粒用限制酶I切割；因?yàn)橛孟拗泼窱切割質(zhì)粒時(shí)破壞了GeneH,所以只能用GeneI作為標(biāo)記

基因。

二、非選擇題(共2小題，共35分)

8.(17分)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識(shí)，回答下列問題：

(1)限制醐切割DNA分子后產(chǎn)生的片段,其末端類型有和

(2)質(zhì)粒載體用限制酶X(識(shí)別的序列由6個(gè)核甘酸組成)切割后產(chǎn)生的片段如下:

AATTC...G

G...CTTAA

該酶識(shí)別的序列為，切割的部位是

⑶為使切割后的載體與目的基因相連,含有目的基因的DNA除可用限制酶X切割外,還可用限

制酶Y切割,原因是_______________________________

(4)按其來源不同,基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即DNA連接酶和

DNA連接酶,其中后者只能連接一種末端。

(5)基因工程中除質(zhì)粒外和也可作為載體。

【解析】（D限制酶切割DNA分子后可產(chǎn)生兩種類型的末端，即平末端和黏性末端。（2）將圖

中片段兩端的黏性末端對(duì)接后可以看出限制酶X識(shí)別的序列為6個(gè)核昔酸組成的一GAATTC-,

互補(bǔ)鏈?zhǔn)且籆TTAAG一,切割的位點(diǎn)為G和A之間的磷酸二酯鍵。（3）質(zhì)粒載體可以用限制酶X

切割，也可以用另一種限制酶切割,說明該酶與限制酶X切割產(chǎn)生的黏性末端相同或者互補(bǔ)。

（4）基因工程使用的DNA連接酶,按來源可分為￡coLDNA連接酶和T4DNA連接酶,其中只能

連接黏性末端的是￡co/yDNA連接酶。（5）基因工程的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。

答案：（1）黏性末端平末端

（2）—GAATTC一或一CTTAAG—6和A之間的磷酸二酯鍵（3）兩種限制酶切割后形成的黏性末

端相同或互補(bǔ)（4）T4E.coll（5）噬菌體動(dòng)植物病毒

9.（18分）如圖為大腸桿菌及質(zhì)粒載體的結(jié)構(gòu)模式圖，據(jù)圖回答下列問題：

（Da代表的物質(zhì)和質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)都是，二者還具有其他共同點(diǎn),如

①,②（寫出兩條即可）。

一A

（2）若質(zhì)粒DNA分子的切割末端為—TGCGC,則與之連接的目的基因切割末端應(yīng)為

_______________L可使用________________把質(zhì)粒和目的基因連接在一起。

（3）氨羊青霉素抗性基因在質(zhì)粒DNA上被稱為,

其作用是，

（4）下列常在基因工程中用作載體的是（）

A.蘇云金芽胞桿菌抗蟲基因

B.土壤農(nóng)桿菌中的RNA分子

C.大腸桿菌的質(zhì)粒

D.動(dòng)物細(xì)胞的染色體

【解析】（1）據(jù)圖可知,a是位于擬核部位的DNA分子，跟質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)一樣。作為DNA分子,

二者都能自我復(fù)制,其上的基因能完成表達(dá)，即具有遺傳效應(yīng)等。

-A

（2）與—TGCGC具有相同或互補(bǔ)黏性末端的DNA片段都可與之連接，即

-CGCG—

-GCGC或?qū)懗梢?。DNA連接酶催化連接相同或互補(bǔ)的黏性末端。

（3）抗性基因常作為標(biāo)記基因,供重組DNA的鑒定和篩選。

（4）大腸桿菌的質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體,載體的本質(zhì)為DNA,RNA分子不能用作載體。

抗蟲基因?qū)儆谀康幕?，不屬于載體。染色體的主要成分為DNA和蛋白質(zhì)，不能用作載體。

答案：（1）DNA能夠自我復(fù)制具有遺傳效應(yīng)

（2）CGCG—

DNA連接酶

（3）標(biāo)記基因供重組DNA的鑒定和篩選（4）C

能力提升（10分鐘?30分）

1.（6分）如圖為農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的T-DNA區(qū)段結(jié)構(gòu)示意圖。農(nóng)桿菌附著植物細(xì)胞后,T-DNA首先

在農(nóng)桿菌中從右邊界到左邊界被剪切、復(fù)制,然后進(jìn)入植物細(xì)胞并整合到染色體上,繼而誘發(fā)

細(xì)胞異常生長(zhǎng)和分裂，形成植物腫瘤。以下有關(guān)敘述不正確的是（）

生長(zhǎng)素基因（A）細(xì)胞分裂素基因（B）

A.Ti質(zhì)粒存在于農(nóng)桿菌的擬核DNA之外

B.植物腫瘤的形成與A、