北师大版 (2019)选择性必修3 生物技术与工程第二节 基因工程的基本工具练习

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Bgl Ⅱ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Bgl Ⅱ

D.EcoR Ⅰ和Hind Ⅲ

答案:C

解析:BamH Ⅰ和Bgl Ⅱ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、bcd 2种;切点在ab、cd之间,则片段为ab、cd 2种;切点在abc、d之间,则片段为abc、d 2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、cd 3种;切点在a、bc、d之间,则片段为a、bc、d 3种;切点在ab、c、d之间,则片段为ab、c、d 3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、d 4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600 bp和200 bp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800 bp和200 bp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200 bp和800 bp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,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1.2 kb,质粒的长度为3.7 kb,用目的基因取代了其中长度为0.2 kb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,ampr表示氨苄青霉素抗性基因,tetr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tetr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(tetr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X-1暴露出2个末端,ampr被切下。两端用E1切下的tetr基因含有与上述切割后的质粒X-1、ampr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-3 3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1 200+3 550=4 750(个),用E2切割后,质粒由环状变为链状,仍含有4 750个碱基对。