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考點79 基因工程（一） 1．基因工程的概念 （1）供體：提供目的基因。 （2）操作環(huán)境：體外。 （3）操作水平：分子水平。 （4）原理：基因重組。 （5）受體：表達目的基因。 （6）本質(zhì)：性狀在受體體內(nèi)的表達。 （7）優(yōu)點：克服遠緣雜交不親和的障礙，定向改造生物的遺傳性狀。 2．DNA重組技術(shù)的基本工具 （1）限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱：限制酶) ①主要是從原核生物中分離純化出來的。 ②作用：識別特定的核苷酸序列并切開特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端或平末端。 （2）DNA連接酶 ①種類：按來源可分為Ecoli DNA連接酶和T4DNA連接酶。 ②作用：將雙鏈DNA片段“縫合”起來，恢復(fù)被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③DNA連接酶和限制酶的關(guān)系 （3）載體 ①種類：質(zhì)粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等。 ②質(zhì)粒的特點 考向一 限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶等酶的作用 1．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．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 【參考答案】C 解題技巧 確定限制酶的種類 （1）根據(jù)目的基因兩端的限制酶切點確定限制酶的種類 ①應(yīng)選擇切點位于目的基因兩端的限制酶，如圖甲可選擇PstⅠ。 ②不能選擇切點位于目的基因內(nèi)部的限制酶，如圖甲不能選擇SmaⅠ。 ③為避免目的基因和質(zhì)粒的自身環(huán)化和隨意連接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，如圖甲也可選擇用PstⅠ和EcoRⅠ兩種限制酶(但要確保質(zhì)粒上也有這兩種酶的切點)。 （2）根據(jù)質(zhì)粒的特點確定限制酶的種類 ①所選限制酶要與切割目的基因的限制酶相一致，以確保具有相同的黏性末端。 ②質(zhì)粒作為載體必須具備標記基因等，所以所選擇的限制酶盡量不要破壞這些結(jié)構(gòu)，如圖乙中限制酶SmaⅠ會破壞標記基因；如果所選酶的切點不止一個，則切割重組后可能會丟失某些片段，若丟失的片段含復(fù)制起點區(qū)，則切割重組后的片段進入受體細胞后不能自主復(fù)制。 2．若要利用某目的基因(見圖甲)和P1噬菌體載體(見圖乙)構(gòu)建重組DNA(見圖丙)，限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點分別是BglⅡ(A↓GATCT)、EcoRⅠ(G↓AATTC)和Sau3AⅠ(↓GATC)。下列分析合理的是 A．用EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 B．用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 C．用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 D．用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和P1噬菌體載體 【答案】D 考向二 載體的作用及特點分析 3．下列關(guān)于基因工程中載體的敘述，錯誤的是 A．常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等 B．目的基因與載體結(jié)合的過程發(fā)生在細胞外 C．載體上含有標記基因，可用于檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細胞 D．質(zhì)?？勺鳛榛蚬こ痰妮d體，其化學(xué)本質(zhì)是小型鏈狀DNA 【參考答案】D 【試題解析】基因工程常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等，A正確；基因工程的操作環(huán)境是在生物體外，因此目的基因與載體結(jié)合的過程發(fā)生在細胞外，B正確；載體上含有標記基因，其作用是檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細胞，C正確；質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是小型環(huán)狀DNA分子，D錯誤。 技法提煉 載體上標記基因的標記原理 載體上的標記基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要轉(zhuǎn)入的受體細胞沒有抵抗相關(guān)抗生素的能力。當含有抗生素抗性基因的載體進入受體細胞后，抗性基因在受體細胞內(nèi)表達，使受體細胞能夠抵抗相應(yīng)抗生素，所以在受體細胞的培養(yǎng)體系中加入該種抗生素就可以只保留轉(zhuǎn)入載體的受體細胞，原理如下圖所示： 4．如圖是表達新基因用的質(zhì)粒的示意圖，若要將目的基因插入到質(zhì)粒上的A處，則切割基因時可用的是 A．HindⅢ B．EcoRⅠ C．EcoB D．PstⅠ 【答案】C 1．下列關(guān)于基因工程的敘述，錯誤的是 A．基因工程的生物學(xué)原理是基因重組 B．通過基因工程技術(shù)能夠定向改造生物的遺傳性狀 C．整個過程都在細胞外進行 D．基因工程屬于分子水平的操作 2．下列關(guān)于酶功能的敘述正確的是 A．DNA聚合酶與RNA聚合酶催化的底物都是游離的脫氧核苷酸 B．DNA連接酶能將游離的脫氧核苷酸逐一連接起來，形成一個完整的DNA分子 C．基因工程整個過程與RNA聚合酶無關(guān) D．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA水解酶都能斷裂磷酸二酯鍵 3．關(guān)于基因工程的操作工具的說法，正確的是 A．所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B．質(zhì)粒具有標記基因，以便為目的基因的表達提供條件 C．載體必須具備的條件之一：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接 D．DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵 4．關(guān)于下圖所示黏性末端的敘述中，正確的是 A．①與③由相同限制酶切割產(chǎn)生 B．DNA連接酶可催化①與③的拼接 C．經(jīng)酶切形成④需要脫去2個水分子 D．①~④中的化學(xué)鍵均為相同化學(xué)鍵 5．一環(huán)狀DNA分子，設(shè)其長度為1。限制性內(nèi)切酶A在其上的切點位于0.0處；限制性內(nèi)切酶B在其上的切點位于0.3處；限制性內(nèi)切酶C的切點未知。但C單獨切或與A或B同時切的結(jié)果如下表，請確定C在該環(huán)形DNA分子的切點應(yīng)位于圖中的 A．0.2和0.4處 B．0.4和0.6處 C．0.5和0.7處 D．0.6和0.9處 6．以下是幾種不同限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后形成的部分片段。下列敘述中，錯誤的是 A．以上DNA片段是由5種限制酶切割后產(chǎn)生的 B．若要把相應(yīng)片段連接起來，應(yīng)選用DNA連接酶 C．上述能進行連接的兩個片段，其連接后形成的DNA分子是 D．限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵 7．在DNA測序工作中，需要將某些限制性核酸內(nèi)切酶的限制位點在DNA上定位，使其成為DNA分子中的物理參照點。這項工作叫做“限制酶圖譜的構(gòu)建”。假設(shè)有以下一項實驗：用限制酶Hind Ⅲ、BamH Ⅰ和二者的混合物分別降解一個4kb（1kb即1千個堿基對）大小的線性DNA分子，降解產(chǎn)物分別進行凝膠電泳，在電場的作用下，降解產(chǎn)物分開，如下圖所示。據(jù)此分析，這兩種限制性核酸內(nèi)切酶在該DNA分子上的限制位點數(shù)目是以下哪一組 A．Hind Ⅲ 1個，BamH Ⅰ 2個 B．Hind Ⅲ 2個，BamH Ⅰ 3個 C．Hind Ⅲ 2個，BamH Ⅰ 1個 D．Hind Ⅲ 2個，BamH Ⅰ 2個 8．下列有關(guān)質(zhì)粒的敘述中，正確的是 A．質(zhì)粒是存在于細菌中的一種細胞器 B．質(zhì)粒改造后可用作基因工程的載體 C．質(zhì)粒上基因的表達不遵循中心法則 D．質(zhì)粒必須具有抗生素抗性以便篩選 9．科學(xué)家常選用的細菌質(zhì)粒往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是 A．提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐熱性 B．有利于檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細胞 C．增加質(zhì)粒分子的相對分子質(zhì)量 D．便于與外源基因連接 10．根據(jù)基因工程的有關(guān)知識，回答下列問題: （1）限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段，其末端類型有________和________。 （2）質(zhì)粒運載體用EcoRⅠ切割后產(chǎn)生的片段如下： 為使運載體與目的基因相連，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割，該酶必須具有的特點是________。 （3）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。 （4）反轉(zhuǎn)錄作用的模板是________，產(chǎn)物是________。若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，常采用________技術(shù)。 （5）基因工程中除質(zhì)粒外，________和________也可作為運載體。 11．（2018北京卷）用XhoI和SalI兩種限制性核酸內(nèi)切酶分別處理同一DNA片段，酶切位點及酶切產(chǎn)物分離結(jié)果如圖。以下敘述不正確的是 A．如圖中兩種酶識別的核苷酸序列不同 B．如圖中酶切產(chǎn)物可用于構(gòu)建重組DNA C．泳道①中是用SalI處理得到的酶切產(chǎn)物 D．圖中被酶切的DNA片段是單鏈DNA 12．（2017新課標Ⅰ卷）真核生物基因中通常有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機制。已知在人體中基因A（有內(nèi)含子）可以表達出某種特定蛋白（簡稱蛋白A）。回答下列問題： （1）某同學(xué)從人的基因組文庫中獲得了基因A，以大腸桿菌作為受體細胞卻未得到蛋白A，其原因是_____________________。 （2）若用家蠶作為表達基因A的受體，在噬菌體和昆蟲病毒兩種載體中，不選用____________________作為載體，其原因是_____________________。 （3）若要高效地獲得蛋白A，可選用大腸桿菌作為受體。因為與家蠶相比，大腸桿菌具有_________________（答出兩點即可）等優(yōu)點。 （4）若要檢測基因A是否翻譯出蛋白A，可用的檢測物質(zhì)是___________________（填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗體”）。 （5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻，也可以說是基因工程的先導(dǎo)，如果說他們的工作為基因工程理論的建立提供了啟示，那么，這一啟示是_________________________。 1．【答案】C 2．【答案】D 【解析】DNA聚合酶與RNA聚合酶催化的底物分別是游離的脫氧核苷酸和游離的核糖核苷酸，A錯誤；DNA聚合酶能將游離的脫氧核苷酸逐一連接起來，形成一個完整的DNA分子，B錯誤；目的基因的轉(zhuǎn)錄需要用到RNA聚合酶，C錯誤；限制性核酸內(nèi)切酶和DNA水解酶都能斷裂磷酸二酯鍵，D正確。 3．【答案】C 【解析】一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，不同酶識別序列不同，A錯誤。質(zhì)粒具有標記基因，以便檢測和篩選獲得目的基因的受體細胞，B錯誤。載體必須具備的條件之一:具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接，C正確。DNA連接酶使黏性末端之間形成磷酸二酯鍵，D錯誤。 4．【答案】B 【解析】不同限制酶切割生成的黏性末端也有可能會相同，因此①與③不一定是由相同限制酶切割產(chǎn)生的，A錯誤；由于①與③的黏性末端相同，所以DNA連接酶可催化①與③的拼接，B正確；形成④需要斷裂兩個磷酸二酯鍵，因此需要消耗2分子的水，而不是脫去2個水分子，C錯誤；①~④中的化學(xué)鍵有氫鍵和磷酸二酯鍵，D錯誤。 5．【答案】A 6．【答案】A 【解析】分析題圖：圖示為幾種不同限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后形成的部分片段，其中①④是同一種限制酶切割形成的，具有相同的黏性末端；②經(jīng)過限制酶切割后形成黏性末端；③、⑤經(jīng)過限制酶切割后形成平末端。圖中①④是同一種限制酶切割形成的，因此以上DNA片段是由4種限制酶切割后產(chǎn)生的，A錯誤；DNA連接酶可將具有相同末端的DNA片段連接起來，B正確；圖中①④具有相同的黏性末端，可被DNA連接酶連接形成，C正確；限制酶和DNA連接酶作用的部位都是磷酸二酯鍵，其中限制酶能將磷酸二酯鍵切斷，而DNA連接酶能將磷酸二酯鍵連接起來，D正確。 7．【答案】A 【解析】依題意和圖示分析可知：單獨用限制酶Hind Ⅲ降解（左圖）一個4 kb（1 kb即1千個堿基對）大小的線性DNA分子，可得到2.8 kb和1.2 kb的兩段，說明該DNA分子上有1個限制酶Hind Ⅲ的限制位點，而單獨用限制酶BamH Ⅰ降解（右圖）該DNA分子，則得到1.8 kb、1.3 kb和0.9 kb的三段，說明該DNA分子上有2個限制酶BamH Ⅰ的限制位點。綜上分析，A正確，B、C、D均錯誤。 8．【答案】B 【解析】質(zhì)粒是存在于細菌中的一種環(huán)狀DNA，A錯。天然質(zhì)粒經(jīng)過人工改造后，可用作基因工程的載體，B正確。質(zhì)粒上基因的表達遵循中心法則，C錯。質(zhì)粒上要有標記基因以便篩選，但不一定是抗生素抗性基因，D錯。 9．【答案】B 【解析】抗菌素抗性基因的作用是作為標記基因，可鑒別受體細胞中是否含有目的基因，故選B。 10．【答案】（1）黏性末端 平末端 （2）切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoRⅠ切割產(chǎn)生的相同 （3）E.coli T4 （4）mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR （5）噬菌體 動植物病毒 11．【答案】D 【解析】限制酶識別特定的脫氧核苷酸序列，不同的限制酶能識別不同的核苷酸序列，由電泳圖可知XhoI和SalI兩種酶分別切割時，識別的序列不同，A正確；同種限制酶切割出的DNA片段，具有相同的粘性末端，再用DNA連接酶進行連接，可以構(gòu)成重組DNA，B正確；SalI將DNA片段切成4段，XhoI將DNA片段切成3段，根據(jù)電泳結(jié)果可知泳道①為SalI，泳道②為XhoI，C正確；限制酶切割雙鏈DNA，酶切后的DNA片段仍然是雙鏈DNA，D錯誤。 12．【答案】（1）基因A有內(nèi)含子，在大腸桿菌中，其初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中與內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列不能被切除，無法表達出蛋白A （2）噬菌體 噬菌體的宿主是細菌，而不是家蠶 （3）繁殖快、容易培養(yǎng) （4）蛋白A的抗體 （5）DNA可以從一種生物個體轉(zhuǎn)移到另一種生物個體 【解析】（1）基因A的編碼區(qū)中有內(nèi)含子，在真核生物細胞內(nèi)把內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄來的RNA切除，而原核生物細胞內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄后不切除，轉(zhuǎn)錄后直接表達，所以翻譯形成的蛋白質(zhì)不是蛋白A。（2）由于噬菌體是專性寄生在細菌體內(nèi)的病毒，無法侵染到真核生物家蠶細胞內(nèi)，所以不能用噬菌體作為運載體。而家蠶屬于昆蟲，故可用昆蟲病毒作為運載體。（3）大腸桿菌作為受體菌具有繁殖周期短、易培養(yǎng)等優(yōu)點。（4）檢測目的基因是否表達通常用抗原－抗體雜交技術(shù)。（5）艾弗里等人的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗為證明DNA是遺傳物質(zhì)做出了重要貢獻，證明了生物的遺傳物質(zhì)是DNA，還為基因工程理論的建立提供了啟示，這一啟示是DNA可以從一種生物轉(zhuǎn)移到另一種生物個體。