北师版高中生物学选择性必修3生物学技术与工程课后习题 第3章 基因工程 第二节 基因工程的基本工具

第二节基因工程的基本工具
基础巩固
1.20世纪90年代开始兴起的DNA疫苗被称为第三代疫苗。

医学专家将病毒抗原基因中的一段编码序列(通常是裸露的DNA)与质粒重组后注入人体的肌细胞内,通过表达使人获得免疫能力。

下列叙述错误的是( )。

A.病毒抗原基因与质粒重组时需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
B.病毒抗原基因在体内表达时会发生碱基互补配对
C.重组质粒在机体细胞内表达后,能引起机体免疫反应
D.重组质粒在机体细胞内的表达产物具有与原病毒一样的致病性
答案:D
解析:重组质粒在机体细胞内的表达产物为病毒抗原,能引起机体发生免疫反应,但不具有与原病毒一样的致病性。

2.限制酶可识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。

图3-2-1为四种限制酶BamH Ⅰ、EcoRⅠ、Hind Ⅲ及BglⅡ的识别序列及每一种限制酶的特定切割部位。

其中切割出来的DNA片段末端可以互补结合的两种限制酶是( )。

图3-2-1
A.BamH Ⅰ和EcoR Ⅰ
B.BamH Ⅰ和Hind Ⅲ
C.BamH Ⅰ和BglⅡ
D.EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ
答案:C
解析:BamHⅠ和BglⅡ切出的黏性末端的碱基能互补配对。

3.下列关于质粒的说法,错误的是( )。

A.质粒存在于细菌和酵母菌等生物的细胞中
B.质粒中每个磷酸基团都连接两个脱氧核糖
C.不同的质粒DNA,(A+G)/(T+C)的比值一定相同
D.质粒是基因工程中常用的工具酶
答案:D
解析:质粒是基因工程中常用的载体。

4.下列关于基因工程各种工具的叙述,错误的是( )。

A.DNA连接酶不能连接两条单链的DNA分子
B.限制酶主要来自原核生物,限制酶一般不切割自身DNA
C.载体必须有2个以上限制性内切核酸酶的识别切割位点
D.限制酶断开磷酸二酯键,DNA连接酶能恢复磷酸二酯键
答案:C
解析:载体要含有1个或多个限制性内切核酸酶的识别切割位点,从而便于DNA片段插入载体的特定位点。

5.已知在一线性DNA分子上有3个某种限制性内切核酸酶的切割位点,如图3-2-2中箭头所指。

如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该限制酶切断,则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。

现有多个上述线性DNA分子,若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲,经该限制酶切开后,这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA 片段种类数是( )。

图3-2-2
A.3种
B.4种
C.9种
D.12种
答案:C
解析:该线性DNA分子有以下3种切割情况。

①只切开1个位点,则有3种情况:切点在a、bcd之间,则片段为a、bcd2种;切点在ab、cd之间,则片段为ab、cd2种;切点在abc、d之间,则片段为abc、d2种。

②切开
2个位点,则有3种情况:切在a、b、cd之间,则片段为a、b、cd3种;切点在a、bc、d之间,则片段为a、bc、d3种;切点在ab、c、d之间,则片段为ab、c、d3种。

③切开3个位点,即切点在a、b、c、d之间,则片段为a、b、c、d4种。

所以不重复的DNA片段共有9种。

6.EcoRⅠ和SmaⅠ限制酶识别的序列均由6个核苷酸组成,但切割后产生的结果不同,其识别序列和切割位点如图3-2-3所示。

据图分析,下列说法正确的是( )。

图3-2-3
A.所有限制酶的识别序列均由6个碱基对组成
B.SmaⅠ切割后产生的是黏性末端
C.DNA连接酶可随意连接具有黏性末端的DNA分子
D.细菌细胞内的限制酶可以切割外源DNA,防止外源DNA入侵
答案:D
解析:限制酶通常特异性识别4~8个碱基对。

由题图可知,SmaⅠ在它识别序列的对称线处将DNA片段切开,产生的是平末端。

DNA连接酶可连接具
有相同黏性末端的DNA分子。

细菌细胞内的限制酶可以切割外源DNA,防止外源DNA入侵,是一套完善的防御体系。

7.下列关于基因工程的叙述,正确的是( )。

A.“分子黏合剂”是限制性内切核酸酶
B.DNA连接酶和载体是构建重组质粒必需的工具酶
C.限制酶和DNA连接酶的作用都与磷酸二酯键有关
D.转基因烟草操作过程中常用烟草花叶病毒作载体
答案:C
解析:“分子黏合剂”是DNA连接酶,A项错误。

载体不属于工具酶,B项错误。

限制酶催化磷酸二酯键的水解,DNA连接酶催化磷酸二酯键的形成,都与磷酸二酯键有关,C项正确。

转基因烟草操作过程中常用质粒作载体,D 项错误。

8.图3-2-4为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图,据图回答下列问题。

图3-2-4
(1)a代表的物质和质粒的化学本质相同,都是,二者还具有其他共同点,如①,②。

(2)若质粒DNA分子的切割末端为—A
—TGCGC,则与之连接的目的基因切割末端应为;可使用把质粒和目的基因连接在一起。

(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为,其作用
是。

(4)下列常在基因工程中用作载体的是。

A.苏云金芽孢杆菌的Bt抗虫基因
B.土壤农杆菌的环状RNA分子
C.大肠杆菌的质粒
D.动物细胞的染色体
答案:(1)DNA 能够自主复制具有遗传效应
(2)CGCGT—
A—DNA连接酶
(3)标记基因便于鉴定含有载体的细胞
(4)C
能力提升
1.作为DNA分子的运载工具——载体,下列关于其必须具备的特性之一及理由的叙述,正确的是( )。

A.必须含有一个复制起点,能够独立于宿主染色体进行自主复制
B.含有多个限制酶切割位点,以便目的基因的表达
C.含有用于筛选的标记基因,以便目的基因能够与其结合
D.它的参与能够使目的基因在宿主细胞中复制并稳定表达
答案:A
解析:载体必须含有一个复制起点,能够独立于宿主染色体进行自主复制,A项正确。

载体要含有一个或多个限制酶识别切割位点,从而便于DNA 片段插入载体的特定位点,并非便于表达,B项错误。

载体要含有用于筛选的标记基因,以便鉴定含有载体的细胞,并非便于与目的基因结合,C项错误。

载体是否参与决定了目的基因能否稳定地进入宿主细胞,与基因在宿主细胞中能否稳定表达联系不大,D项错误。

2.下列有关图3-2-5所示黏性末端的说法,错误的是( )。

图3-2-5
A.甲、乙、丙黏性末端是由各自不同的限制性内切核酸酶酶切产生的
B.甲、乙具有相同的黏性末端,可相互连接,甲、丙之间不能
C.DNA连接酶的作用位点在b处,催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键
D.切割甲的限制性内切核酸酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子答案:C
解析:DNA连接酶作用位点在a处,催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键。

3.现有一长度为1 000个碱基对(bp)的DNA分子,用限制性内切核酸酶(EcoRⅠ)酶切后得到的DNA分子仍是1 000 bp,用KpnⅠ单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子,用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200 bp和600 bp两种长度的DNA分子。

图3-2-6中能正确表示该DNA分子的酶切图谱的是( )。

图3-2-6
答案:D
解析:A项所示的DNA用KpnⅠ单独酶切会得到600bp和200bp两种长度的DNA分子,不符合题意。

B项所示的DNA用EcoRⅠ单独酶切会得到800bp 和200bp两种长度的DNA分子,不符合题意。

C项所示的DNA用EcoRⅠ酶切后得到200bp和800bp两种长度的DNA分子,不符合题意。

D项所示的DNA用EcoRⅠ酶切后得到的DNA分子的长度是1000bp,用KpnⅠ单独酶切得到400bp和600bp两种长度的DNA分子,用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子,符合题意。

4.(不定项选择题)某种着色性干皮病的致病原因是相关染色体DNA发生损伤后,未能完成图3-2-7所示的修复过程。

下列相关说法错误的是( )。

图3-2-7
A.完成过程③至少需要2种酶
B.酶Ⅰ或酶Ⅱ功能异常或缺失都可导致患该病
C.该病由染色体结构变异导致
D.该修复过程的场所是细胞质
答案:CD
解析:完成过程③需要DNA聚合酶将脱氧核糖核苷酸连接到DNA片段上,之后还需要DNA连接酶将DNA片段连接起来。

由题图可知,该DNA的修复需要酶Ⅰ和酶Ⅱ,因此酶Ⅰ或酶Ⅱ功能异常或缺失都可导致患病。

该病是由基因结构改变引起的,属于基因突变。

染色体位于细胞核中,因此修复染色体DNA损伤的过程发生在细胞核中。

5.(不定项选择题)基因编辑是指将外源DNA片段导入到染色体DNA特定位点或删除基因内部片段,定点改造基因,获得预期的生物体基因序列从而使遗传性状改变的技术。

图3-2-8表示对某生物B基因进行基因编辑的过程,该过程中用sgRNA指引限制性内切核酸酶Cas9结合到特定的靶位点。

下列分析不合理的是( )。

图3-2-8
A.图中B基因缺失一段核苷酸序列可能导致染色体结构变异
B.图中sgRNA1的碱基序列和sgRNA2的碱基序列相同或互补
C.Cas9可识别特定的碱基序列使核苷酸间的磷酸二酯键断裂
D.根据上述处理前后生物体的功能变化,可推测B基因的功能
答案:AB
解析:题图中B基因缺失一段核苷酸序列可能导致基因突变,A项错误。

题图中sgRNA1的碱基序列和sgRNA2的碱基序列,结合的是不同的DNA区段,故一般情况下二者既不相同也不互补,B项错误。

Cas9可识别特定的碱基序列,并从特定的位点切割DNA双链分子,使磷酸二酯键断裂,C项正确。

通过破坏B基因前后生物体的功能变化,可推测B基因的功能,D项正确。

6.如图3-2-9所示,若用两种识别序列完全不同的限制酶E和F从基因组DNA上切下长为1.2 kb(1 kb=1 000 bp,1 bp表示1个碱基对)的目的基因,并将之取代质粒pZHZ1(3.7 kb)上相应的EF区域(0.2 kb),形成重组质粒pZHZ2。

请据图回答下列问题。

图3-2-9
(1)限制酶E和限制酶F在结构和功能上的不同之处分别在于①
;②。

(2)pZHZ2所含有的碱基数量为kb。

(3)上述目的基因模板链中的TGA序列对应一个密码子,翻译时识别该密
码子的tRNA上相应的反密码子碱基序列是。

答案:(1)蛋白质分子的结构不同(氨基酸的种类、数目、排列顺序、蛋白质的空间结构不同) 识别的碱基序列不同(2)4.7 (3)UGA
解析:(1)限制酶的化学本质是蛋白质,蛋白质分子在结构和功能上的不同是由氨基酸的种类、数目、排列顺序以及蛋白质的空间结构不同造成的。

限制酶的特性:限制酶通常特异性识别4~8个碱基对,一般为反向重复序列,并在其中的特定位置进行切割。

(2)插入的目的基因碱基数量为1.2kb,质粒的长度为3.7kb,用目的基因取代了其中长度为0.2kb的EF区段,则pZHZ2的碱基数量为3.7+1.2-0.2=4.7(kb)。

(3)模板链上的碱基为
TGA,mRNA上对应的密码子为ACU,tRNA上的反密码子与之互相配对,为UGA。

7.图3-2-10中四种质粒含有E1和E2两种限制酶的识别序列,amp r表示氨苄青霉素抗性基因,tet r表示四环素抗性基因。

回答下列有关基因工程的
问题。

图3-2-10
(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tet r基因与用E1切开的质粒X-1混合连接,连接后获得的质粒类型有(多选)。

A.X-1
B.X-2
C.X-3
D.X-4
(3)若将上图所示X-1、X-2、X-3、X-4四种质粒分别导入大肠杆菌,并分别涂布在含有氨苄青霉素的培养基上和含有四环素的培养基上。

在这两种培养基上均不能生长的大肠杆菌类型
有、。

(4)如果X-1用E1酶切,产生含850个碱基对和3 550个碱基对的两种片段,那么质粒X-2(tet r基因的长度为1 200个碱基对)用E2酶切后的片段长度为个碱基对。

答案:(1)特异性地识别和切割DNA分子
(2)ABC
(3)无质粒的大肠杆菌含X-3的大肠杆菌
(4)4 750
解析:(1)限制酶能特异性地识别和切割DNA分子。

(2)用E1切开质粒X-1后,质粒p r被切下。

两端用E1切下的tet r基因含有与上述切割后的质粒X-1、amp r基因相同的末端,混合后会出现自身环化现象,或形成重组质粒,故会形成X-1、X-2、X-33种质粒。

(3)含X-1的大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上可以生长,含X-2的大肠杆菌在含有四环素的培养基上可以存活,含X-4的大肠杆菌在两种培养基上均能生长,含X-3的大肠杆菌不含抗性基因,不能在两种培养基上生长,不含质粒的大肠杆菌也不能在这两种培养基上生长。

(4)X-2含有的碱基对为1200+3550=4750(个),用E2切割后,质粒由环状变为链状,仍含有4750个碱基对。