PAGEPAGE9DNA重組技術的基本工具1．下圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次是()A．DNA連接酶、限制酶、解旋酶B．限制酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制酶、DNA連接酶D．限制酶、DNA連接酶、解旋酶答案C解析解旋酶可催化DNA堿基之間氫鍵(①)的斷裂，限制酶可使DNA兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵(②)斷開，而DNA連接酶則催化兩個DNA片段之間磷酸二酯鍵(③)的形成。2．下列關于限制酶和DNA連接酶的敘述，正確的是()A．化學本質都是蛋白質B．DNA連接酶可以復原DNA分子中的氫鍵C．它們不能被反復運用D．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶答案A解析限制酶與DNA連接酶的化學本質都是蛋白質；DNA連接酶連接的是兩個DNA片段間的磷酸二酯鍵，DNA聚合酶連接的是DNA片段與游離的脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，因此在基因工程中不行以用DNA聚合酶代替DNA連接酶；酶在化學反應前后其數量、性質、功能均不發生變更，因此可以反復利用。3．作為基因的運輸工具——載體，必需具備的條件之一及理由是()A．能夠在宿主細胞中穩定地保存下來并大量復制，以便供應大量的目的基因B．具有多個限制酶切割位點，以便目的基因的表達C．具有某些標記基因，以便為目的基因的表達供應條件D．能夠在宿主細胞中復制并穩定保存，以便于進行篩選答案A解析作為載體要攜帶目的基因進入受體細胞并使之表達，必需能夠在宿主細胞內穩定地保存下來并大量復制，以便通過復制供應大量的目的基因；載體具有某些標記基因，是為了通過標記基因來推斷目的基因是否導入受體細胞，從而進行受體細胞的篩選；載體具有多個限制酶切割位點，則是為了便于與外源基因連接。4．玉米的PEPC酶固定CO2的實力較水稻的強60倍。我國科學家正致力于將玉米的PEPC基因導入水稻中，以提高水稻產量。下列有關該應用技術的敘述，錯誤的是()A．該技術是在DNA分子水平上進行設計和施工的B．該技術的操作環境是生物體內C．該技術的原理是基因重組D．該技術的優點是定向產生人類須要的生物類型答案B解析由題意可知，該技術為基因工程，是在生物體外進行的操作。5．基因工程在操作過程中須要限制酶、DNA連接酶、載體三種工具。以下有關基本工具的敘述，正確的是()A．全部限制酶的識別序列均由6個核苷酸組成B．全部DNA連接酶均能連接黏性末端和平末端C．真正被用作載體的質粒都是自然質粒D．原核生物內的限制酶可切割入侵的DNA分子而愛護自身答案D解析大多數限制酶的識別序列由6個核苷酸組成，也有少數限制酶的識別序列由4、5或8個核苷酸組成；DNA連接酶包括E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶，前者只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端連接起來；在基因工程操作中真正被用作載體的質粒都是在自然質粒的基礎上進行過人工改造的。6．下列關于細菌質粒的敘述，正確的是()A．全部的質粒都可以作為基因工程中的載體B．質粒是獨立于細菌擬核DNA之外的雙鏈DNA分子，不與蛋白質結合C．質粒對侵入的宿主細胞都是無害的D．細菌質粒的復制過程都是在宿主細胞內獨立進行的答案B解析自然質粒不能干脆作為載體，在基因工程操作中真正被用作載體的質粒，都是在自然質粒的基礎上進行過人工改造的。質粒上可能含有毒素基因等，對宿主細胞產生破壞作用。細菌質粒是獨立于細菌擬核之外的袒露的雙鏈DNA分子，質粒侵入宿主細胞后有的可以獨立地進行自我復制，有的則整合到宿主細胞染色體DNA上，隨著宿主細胞染色體DNA的復制而同步復制。7．下列關于四種黏性末端的敘述，正確的是()A．①與③是由相同限制酶切割產生的B．DNA連接酶可催化①與③的拼接C．經酶切形成④須要脫去2個水分子D．DNA連接酶修復磷酸二酯鍵和氫鍵答案B解析不同限制酶切割生成的黏性末端也可能相同，因此①與③不肯定是由相同限制酶切割產生的；由于①與③的黏性末端堿基可以互補配對，所以DNA連接酶可催化①與③的拼接；形成④須要斷裂兩個磷酸二酯鍵，因此須要消耗2分子水；DNA連接酶能修復磷酸二酯鍵，但不能修復氫鍵。8．下列是基因工程的有關問題，請回答：(1)限制性核酸內切酶可以識別雙鏈DNA分子中的特定核苷酸序列，并可以使每條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的__________(填化學鍵名稱)斷裂，形成的末端總體可分為兩種類型，分別是________________。(2)目的基因和載體重組時須要運用的工具酶是________，與限制性核酸內切酶相比，它對所重組的DNA兩端堿基序列________(填“有”或“無”)專一性要求。(3)如圖表示的是構建表達載體時的某種質粒與目的基因。已知限制酶Ⅰ的識別序列和切割位點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切割位點是—↓GATC—。分析可知，最好選擇限制酶________切割質粒，限制酶________切割目的基因所在的DNA，這樣做的好處分別是_____________________、____________________________________。答案(1)磷酸二酯鍵黏性末端和平末端(2)DNA連接酶無(3)ⅠⅡ限制酶Ⅰ切割質粒不會把兩個標記基因都破壞掉目的基因兩端均有限制酶Ⅱ的識別序列解析(1)限制性核酸內切酶作用的化學鍵是磷酸二酯鍵。限制性核酸內切酶切割DNA分子后形成平末端或黏性末端。(2)目的基因與載體連接須要DNA連接酶催化。(3)限制酶Ⅰ的識別序列和切割位點是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的識別序列和切割位點是—↓GATC—。GeneⅠ含有限制酶Ⅱ的識別序列和切割位點，而GeneⅡ既含有限制酶Ⅰ又含有限制酶Ⅱ的識別序列和切割位點，故用限制酶Ⅰ切割質粒只會破壞一個標記基因。目的基因兩端均含有限制酶Ⅱ的識別序列，故切割目的基因所在的DNA時用限制酶Ⅱ切割。9．某科學家從細菌中分別出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程的方法，將基因a與載體結合后導入馬鈴薯植株中，經檢測發覺Amy在成熟塊莖細胞中存在。下列有關這一過程的敘述不正確的是()A．獲得基因a的限制酶的作用部位是圖中的①B．連接基因a與載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的②C．基因a進入馬鈴薯細胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞D．通過該技術人類實現了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀答案B解析限制酶和DNA連接酶的作用部位都為①磷酸二酯鍵，但兩者作用相反；重組DNA分子導入馬鈴薯植株中，在成熟塊莖細胞中發覺Amy，說明基因a進入馬鈴薯細胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞；題中采納的是基因工程技術，基因工程能定向改造生物的遺傳性狀。10．關于基因工程，下列說法正確的有()①DNA重組技術所用的工具酶是限制酶、DNA連接酶和載體②基因工程是在DNA分子水平上進行的設計和施工③限制酶的切口肯定是GAATTC堿基序列④只要目的基因進入受體細胞就能勝利實現表達⑤全部的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列⑥基因工程可以將一種生物的優良性狀轉移到另一種生物體上⑦質粒是基因工程中唯一用作運載目的基因的載體A．2項 B．3項C．4項 D．5項答案A解析DNA重組技術所用的工具酶是限制酶、DNA連接酶，載體不屬于工具酶，①錯誤；基因工程又稱DNA重組技術，是在DNA分子水平上進行的設計和施工，②正確；一種限制酶只能識別某種特定的核苷酸序列，其具有特異性，所以限制酶的切口不都是GAATTC堿基序列，③⑤錯誤；即使目的基因能進入受體細胞，也不肯定可以勝利表達，還要考慮基因的插入位置及基因的選擇性表達等因素，所以須要檢測和鑒定，④錯誤；基因工程是指依據人們的意愿，進行嚴格的設計，并通過體外DNA重組和轉基因等技術，給予生物新的遺傳特性，從而創建出更符合人們須要的新的生物類型和生物產品，因而可以通過基因工程將一種生物的優良性狀移植到另一種生物體上，⑥正確；基因工程常用的載體有質粒、λ噬菌體的衍生物、動植物病毒等，⑦錯誤。11．限制酶是一種核酸切割酶，可識別并切割DNA分子上特定的核苷酸序列。如圖依次為四種限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BglⅡ的切割位點和識別序列。為防止酶切后含目的基因的DNA片段自身連接成環狀，下列不能同時切割目的基因的是()A．EcoRⅠ和HindⅢ B．EcoRⅠ和BglⅡC．BamHⅠ和HindⅢ D．BamHⅠ和BglⅡ答案D解析由圖分析可知，四種限制酶(BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ、BglⅡ)切割后形成的黏性末端依次是GATC—、AATT—、AGCT—、GATC—，由此可知經限制酶BamHⅠ和BglⅡ切割后，DNA露出相同的黏性末端，含目的基因的DNA片段會自身連接成環狀，所以不能用這兩種限制酶同時切割含目的基因的DNA。12．如圖是四種不同質粒的示意圖，其中ori為復制必需的序列，Ampr為氨芐青霉素抗性基因，Tetr為四環素抗性基因，箭頭表示一種限制性核酸內切酶的酶切位點。若要得到一個能在四環素培育基上生長而不能在氨芐青霉素培育基上生長的含重組DNA的細胞，應選用的質粒是()答案C解析A項用限制酶切割后，破壞了復制必需的序列。B項用限制酶切割后，氨芐青霉素抗性基因和四環素抗性基因都完好，在含四環素的培育基上和含氨芐青霉素的培育基上都能生長。C項用限制酶切割后，氨芐青霉素抗性基因被破壞，四環素抗性基因正常，在含四環素的培育基上生長而在含氨芐青霉素的培育基上不能生長。D項用限制酶切割后，氨芐青霉素抗性基因正常，四環素抗性基因被破壞，在含氨芐青霉素的培育基上能生長而在含四環素的培育基上不能生長。13．下表中列出了幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中箭頭表示相關限制酶的酶切位點。請回答下列問題：(1)一個圖1所示的質粒分子經SmaⅠ切割前后，分別含有________、________個游離的磷酸基團。(2)若對圖中質粒進行改造，插入的SmaⅠ酶切位點越多，質粒的熱穩定性越________。(3)要用圖1中的質粒和圖2中外源DNA構建重組質粒，不能運用SmaⅠ切割，緣由是_______________________________________________________________________________________________________________。(4)與只運用EcoRⅠ相比較，運用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時處理質粒、外源DNA的優點在于可以防止______________________________________。(5)為了獲得重組質粒，將切割后的質粒與目的基因片段混合，并加入________酶。答案(1)02(2)高(3)SmaⅠ會破壞質粒的抗性基因(標記基因)和外源DNA中的目的基因(4)質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環化(5)DNA連接解析(1)質粒是環狀DNA分子，全部磷酸基團均參加形成磷酸二酯鍵，不含游離的磷酸基團。由圖1可知質粒上只含有一個SmaⅠ的切割位點，因此用SmaⅠ切割后質粒變成線性DNA分子，含2個游離的磷酸基團。(2)由題干可知，SmaⅠ識別的DNA序列只含G和C，G和C之間形成3個氫鍵，A與T之間形成2個氫鍵，所以插入的SmaⅠ酶切位點越多，質粒的熱穩定性越高。(3)質粒DNA分子上的抗生素抗性基因為標記基因，標記基因和外源DNA目的基因中均含有SmaⅠ酶切位點，都可以被SmaⅠ破壞。(4)只運用EcoRⅠ處理質粒和外源DNA，則質粒和目的基因兩端的黏性末端相同，會導致質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環化。(5)質粒和目的基因的連接須要DNA連接酶的催化。14．為制備目的基因Y(圖1)與質粒X(圖2)的重組DNA，將質粒X與含Y的DNA片段加入含有限制性核酸內切酶BglⅡ與BamHⅠ的反應混合物中，酶切后的片段再加入含有DNA連接酶的反應體系中。其中，質粒X含有leu2基因，可用于合成亮氨酸，目的基因Y含有卡那霉素抗性基因KanR。請回答下列問題：(1)依據圖3分別寫出BglⅡ與BamHⅠ酶切后形成的末端序列：________________、________________。(2)BglⅡ酶切后的質粒X與BamHⅠ酶切后的目的基因Y能夠連接的緣由是______________________________________________。(3)運用BglⅡ處理重組質粒，可以得到______________________。(4)將連接后的產物轉入一種Z細菌，Z細菌對卡那霉素敏感，且不能在缺乏亮氨酸的培育基中培育。若要篩選含有重組質粒的Z細菌，應選擇______________________的培育基培育。(2)酶切后產生相同的黏性末端，并遵循堿基互補配對原則(3)長度為3300bp的環狀DNA(4)含卡那霉素但不含亮氨酸解析(1)限制酶BglⅡ與BamHⅠ切割形成的序列依次為：或、或。(2)BglⅡ酶切后的質粒X與BamHⅠ酶切后的目的基因Y具有相同的黏性末端，依據堿基互補配對原則，它們能夠連接形成重組DNA。(3)BglⅡ酶切后的質粒與BamHⅠ酶切后的目的基因形成的重組DNA分子上沒有BglⅡ的識別序列，因此運用BglⅡ處理重組質粒，可以得到長度為3300bp的環狀DNA。(4)由于Z細菌對卡那霉素敏感，且不能在缺乏亮氨酸的培育基中培育，質粒X含有leu2基因，可用于合成亮氨酸，目的基因Y含有卡那霉素抗性基因KanR，因此要篩選含有重組質粒的Z細菌，應選擇含卡那霉素但不含亮氨酸的培育基培育。15．目前基因工程所用的質粒載體主要是以自然細菌質粒的各種元件為基礎重新組建的人工質粒，pBR322質粒是較早構建的質粒載體，其主要結構如下圖所示。(1)構建人工質粒時要有抗性基因，以便于_______________。(2)pBR322分子中有單個EcoRⅠ限制酶作用位點，EcoRⅠ只能識別序列—GAATTC—，并只能在G和A之間切割。若在某目的基因的兩側各有1個EcoRⅠ的切割位點，請畫出目的基因兩側被限制酶EcoRⅠ切割后所形成的黏性末端：____________________________。(3)pBR322分子中另有單個的BamHⅠ限制酶作用位點，現將經BamHⅠ處理后的質粒與用另一種限制酶BglⅡ處理得到的目的基因，通過DNA連接酶作用復原________，勝利獲得了重組質粒，說明____________________________________________。(4)為了檢測上述重組質粒是否導入原本無Ampr和Tetr的大腸桿菌，將大腸桿菌在含氨芐青霉素的培育基上培育，得到如圖2的菌落。再將滅菌絨布按到培育基上，使絨布面沾上菌落，然后將絨布按到含四環素的培育基上培育，得到如圖3的結果(空圈表示與圖2比照無菌落的位置)。與圖3空圈相對應的圖2中的菌落表現型