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2025人教版高中生物学选择性必修3
第3章　基因工程
第1节　重组DNA技术的基本工具
基础过关练
题组一　　基因工程的概念和理论基础
1.(2023安徽六安一中期末)下列叙述符合基因工程概念的是(　　)
A.白菜细胞与甘蓝细胞融合,杂种细胞中含有两种细胞中的全部基因
B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株
C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株
D.自然界中存在的噬菌体感染细菌后,其DNA整合到细菌DNA上2.(2024陕西渭南月考)科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞的染色体上,获得高水平的表达,长成的植物通体光亮。这一研究成果表明(　　)
①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同
②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码
③烟草植物体内合成了荧光素
④基因工程可以克服不同种生物之间的杂交障碍
A.①和③ B.②和③
C.①和④ D.①②③④
题组二　　限制酶和DNA连接酶
3.(2024河北邯郸期中)“工欲善其事,必先利其器。”下列关于基因工程操作工具的叙述,正确的是(　　)
A.DNA和RNA均可使用限制酶进行切割
B.切割质粒的限制酶均能特异性地识别6个核苷酸序列
C.限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越小
D.基因工程中生物所发生的变异类型和杂交育种中的变异类型一致
4.(易错题)下列有关如图所示的黏性末端的说法,正确的是(　　)
　　丙
甲 乙 丙
A.甲、乙、丙黏性末端是由两种不同的限制酶切割产生的
B.甲、乙具有相同的黏性末端,可形成重组DNA分子
C.DNA连接酶的作用位点是b处
D.切割产生甲的限制酶识别的核苷酸序列是5'-CAATTG-3'
5.(2024江苏扬州期中)某细菌DNA分子上有4个Sau3AⅠ的酶切位点,经Sau3AⅠ处理后会形成4个大小不同的DNA片段。若是用BamHⅠ处理,则只会形成2个大小不同的DNA片段。Sau3AⅠ和BamHⅠ的识别序列及切割位点如下表所示。下列叙述不正确的是(　　)
限制酶名称 识别序列及切割位点
BamHⅠ 5'-G↓GATCC3'-
Sau3AⅠ 5'-↓GATC-3'
A.上述两种限制酶切割后可形成相同的黏性末端
B.该DNA分子上有两个BamHⅠ的酶切位点
C.黏性末端能通过T4 DNA连接酶连接
D.若用两种酶充分切割,会形成6个大小不同的DNA片段
6.图1和图2分别表示的是限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的作用示意图。请回答下列问题。
图1
图2
(1)限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的化学本质是　　　　,其单体是　　　　。
(2)限制酶EcoRⅠ识别的碱基序列是　　　　　　,限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的识别序列不同,说明限制酶具有　　　　性。
(3)由图2可知,当限制酶在它识别序列的　　　　　处切开时,产生的末端是平末端;要将图2中的末端再连接起来,可用　　　　　　　酶、　　　　　　酶,其中后者的效率更高。
(4)1970年,科学家在细菌中发现了第一个限制酶,但在该细菌中没有此限制酶的识别序列,推测该限制酶在细菌细胞中的作用可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
题组三　　基因进入受体细胞的载体
7.载体作为基因的运输工具,必须具备的条件及对应理由是(　　)
A.具有某些标记基因,使目的基因能够与其结合
B.具有多个限制酶切点,便于目的基因的表达
C.对宿主细胞无伤害,便于重组DNA的筛选
D.能在宿主细胞中稳定保存并复制,以便提供大量的目的基因
8.(2024山东临沂月考)质粒是基因工程中常用的分子载体,下列有关质粒的说法正确的是(　　)
A.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种单链环状DNA分子
B.质粒的作用是将目的基因导入受体细胞使之稳定存在并复制
C.细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的
D.大多数天然质粒都不需要人工改造,可以直接作为载体使用
题组四　　DNA的粗提取与鉴定实验
9.(广东佛山阶段测试)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法错误的是(　　)
A.过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解
B.实验中两次离心,DNA都主要存在于上清液中
C.在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色
D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质
10.(2024吉林长春期中)“DNA粗提取与鉴定”的实验步骤是:研磨→去杂质→析出→鉴定。某研究小组欲探究不同的去杂质方法对实验结果的影响,实验结果如下表所示。下列说法错误的是(　　)
去杂质方式 沉淀质量(g) DNA浓度(ng/μL) OD260/OD280 二苯胺鉴定
离心 0.068 81.5 1.53 蓝色
4 ℃冰 箱静置 0.1028 336.4 1.41
注:OD260与OD280的比值可检查DNA纯度。纯DNA的OD260/OD280为1.8,当存在蛋白质污染时,这一比值会明显降低。
A.猪肝和菜花均可作为提取DNA的材料
B.对研磨液进行离心是为了加速DNA的沉淀
C.离心法可以获得更高纯度的DNA
D.向上清液中加入等体积预冷的酒精可析出DNA
能力提升练
题组　　重组DNA技术的基本工具
1.(2024四川德阳月考)下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述正确的是(　　)
A.限制酶既能切割双链DNA片段,又能切割烟草花叶病毒的核酸
B.序列和被限制酶切出的黏性末端碱基数相同
C.DNA连接酶能催化任意2个DNA片段之间形成磷酸二酯键
D.用限制酶切割DNA分子中部获得某一个基因时,被水解的磷酸二酯键有2个
2.(2024江苏扬州期中)若某种限制性内切核酸酶的识别序列是CCTAGG,它在C和C之间切断线性DNA。下图表示用该酶处理某基因后产生的片段。下列有关叙述正确的是　(　　)
A.该正常基因中有4个CCTAGG序列
B.产生的DNA片段可用DNA聚合酶连接起来
C.用该酶处理得到图示基因片段要水解3个磷酸二酯键
D.若该基因某处有一个CCTACG突变为CCTAGG,用该酶处理后将产生5个片段
3.下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,图中依次表示限制性内切核酸酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　)
A.①②③④ B.①②④③
C.①④②③ D.①④③②
4.(2024河南郑州期中)如图是四种不同质粒的示意图,其中ori为复制必需的序列,AmpR为氨苄青霉素抗性基因,TetR为四环素抗性基因,箭头表示同一种限制性内切核酸酶的酶切位点。若要得到一个能在含四环素培养基上生长而不能在含氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA的细胞,应选用的质粒是(　　)
　　　
　　　
5.(易错题)(2024陕西西安期末)限制酶是基因工程中必需的工具之一,下图表示五种限制酶的识别序列及切割位点。下列关于限制酶的叙述,错误的是(　　)
限制酶 识别序列及 切割位点 限制酶 识别序列及 切割位点
EcoRⅠ MfeⅠ
BamHⅠ EcoRⅤ
Sau3AⅠ
A.EcoRⅠ和EcoRⅤ切割DNA片段产生的末端分别为黏性末端和平末端
B.EcoRⅠ和MfeⅠ切割产生的DNA片段能被E.coli DNA连接酶连接起来
C.BamHⅠ和Sau3AⅠ切割产生的DNA片段,连接后能被BamHⅠ切割
D.以上五种限制酶均能识别双链DNA的特定序列,并切开特定部位的磷酸二酯键
6.(2024广东惠州期中)某线性DNA分子含有5 000个碱基对(bp),先用限制酶a切割,再把得到的产物用限制酶b切割,得到的DNA片段大小如下表。限制酶a和b的识别序列和切割位点如下图所示。下列叙述错误的是(　　)
a酶切割产物(bp) b酶再次切割产物(bp)
2 100;1 400;1 000;500 1 900;200;800;600;1 000;500
A.a酶与b酶切断的化学键相同
B.a酶与b酶切出的黏性末端能相互连接
C.a酶与b酶切割该DNA分子的位点分别有3个和5个
D.限制酶将一个DNA分子片段切成两个片段需消耗两个水分子
7.(2024山东德州一中模拟)酶M和酶N是两种限制酶,图1、图2中DNA片段只注明了黏性末端处的碱基种类,其他碱基的种类未作注明。下列叙述中正确的是(　　)
图1
图2
A.该DNA分子和质粒上均含有酶M的一个切割位点和酶N的一个切割位点
B.多个片段乙与多个片段丁混合在一起,可用DNA连接酶拼接得到环状DNA
C.多个片段乙与多个片段丁混合,只由两个DNA片段连接成的环状DNA分子共有4种
D.若酶M特异性剪切的DNA片段是,则酶N特异性剪切的DNA片段是
8.(2024江苏锡东高级中学月考)如图表示含有目的基因D的DNA片段的长度(bp即碱基对)和部分碱基序列。现有限制酶SmaⅠ,其识别的碱基序列和酶切位点为。请回答下列问题:
(1)限制酶切断的化学键所处的具体部位是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。与其作用部位完全相同的酶是　　　　。
A.解旋酶
B.RNA聚合酶
C.DNA连接酶
D.DNA聚合酶
(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图中DNA片段,其产物长度为537 bp、
　　　　bp和　　　　　bp。
(3)若图中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出上图及其对应的DNA片段,用限制酶SmaⅠ完全切割,产物中共有　　　种不同长度的DNA片段。
答案与分层梯度式解析
第3章　基因工程
第1节　重组DNA技术的基本工具
基础过关练
1.B 2.D 3.D 4.B 5.D 7.D 8.B 9.B
10.B
1.B　基因工程是指按照人们的愿望,通过转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。据此分析选项:
选项 分析
白菜细胞与甘蓝细胞融合获得杂种细胞 属于植物体细胞杂交,在细胞水平上进行,不属于基因工程,A错误
将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌 定向改造生物的遗传特性,原理是基因重组,属于基因工程,B正确
紫外线照射使青霉菌DNA发生改变 是诱变育种,与基因工程无关,C错误
噬菌体DNA整合到细菌DNA上 不符合基因工程的概念,D错误
2.D　根据题干信息进行分析:
题干信息 结论分析
荧光素基因转入烟草植物细胞后能够表达 萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同,且萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码,①②正确
烟草植物通体光亮 烟草植物合成了荧光素,③正确
萤火虫的荧光素基因可以在烟草植物细胞表达 基因工程可以克服不同种生物之间的杂交障碍,④正确
3.D　限制酶只能在双链DNA的特定位点上进行切割,A错误;大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成,也有少数限制酶的识别序列由4个、8个或其他数量的核苷酸组成,B错误;限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大,C错误;在基因工程中生物所发生的变异类型和杂交育种所涉及的变异类型都属于基因重组,D正确。
4.B　分析切割甲、乙、丙的限制酶的识别序列,如表所示,可知三个黏性末端由三种限制酶切割产生,A、D错误。
限制酶识别序列与切割位点
甲 5'-G↓AATTC-3'
乙 5'-C↓AATTG-3'
丙 5'-C↓TTAAG-3'
甲、乙的黏性末端相同,在DNA连接酶的作用下可形成重组DNA分子,B正确。DNA连接酶催化形成磷酸二酯键(a处),b处是氢键,C错误。
5.D　限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后形成的黏性末端均为5'GATC,A正确;
根据题表可知,BamHⅠ识别序列中包含Sau3AⅠ的识别序列,用两种酶充分处理,相当于用Sau3AⅠ处理,形成4个大小不同的DNA片段,D错误。
特别提醒
　　(1)两个相同的黏性末端不一定来自同一种限制酶的切割,不同的限制酶切割也可得到相同的黏性末端。
　　(2)DNA连接酶并非只能连接同一限制酶切割形成的黏性末端,只要黏性末端互补,DNA连接酶就可连接。
6.答案　(1)蛋白质　氨基酸　(2)-GAATTC-　专一　(3)中心轴线　E.coli DNA连接　T4 DNA连接　(4)切割外源DNA,起到防御作用　
解析　(2)限制酶EcoRⅠ识别的碱基序列是-GAATTC-,限制酶SmaⅠ识别的碱基序列是-CCCGGG-,二者的识别序列不同,说明限制酶具有专一性。(3)当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时,产生的是黏性末端;当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时,产生的是平末端,则限制酶EcoRⅠ切割产生的是黏性末端,限制酶SmaⅠ切割产生的是平末端。E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶均能连接黏性末端和平末端,但E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶。
7.D　作为基因的运输工具,载体必须具备的条件及对应理由:
条件 理由
具有特殊的标记基因 便于重组DNA分子的筛选,A错误
有一个至多个限制酶切割位点 供外源DNA片段插入其中,B错误
对受体细胞无毒害作用 避免受体细胞受到损伤,C错误
能在宿主细胞中稳定保存并复制 能使目的基因稳定存在且数量可扩增,D正确
8.B　质粒是一种独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子,A错误;细菌质粒可以自我复制,也可整合到宿主细胞上,随受体DNA同步复制,C错误;基因工程操作中,真正被用作载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的,D错误。
9.B　实验中两次离心,第一次是为了去除细胞碎片等杂质,DNA主要存在于上清液中;第二次是为了加速DNA的沉淀,DNA主要存在于沉淀物中,B错误。本实验只是对DNA进行了粗提取,提取的DNA中可能含有蛋白质等其他物质,D正确。
归纳总结
DNA的粗提取与鉴定实验的注意事项
　　(1)本实验不能用哺乳动物成熟的红细胞作实验材料,原因是哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器(无DNA),可选用鸡血细胞作材料。
　　(2)二苯胺试剂要现配现用,否则会影响鉴定的效果。
　　(3)在DNA进一步提纯时,选用冷却的体积分数为95%的酒精溶液的作用是溶解杂质和析出DNA。
10.B　DNA的粗提取与鉴定实验中,应选择富含DNA的材料,猪肝和菜花均可作为提取DNA的材料,A正确;离心研磨液能够加速细胞膜、细胞器及其他一些较大杂质的沉淀,而DNA在上清液中,B错误;根据题干信息可知,纯DNA的OD260/OD280为1.8,当存在蛋白质污染时,这一比值会明显降低,因此4 ℃冰箱静置法(OD260/OD280=1.41)与离心法(OD260/OD280=1.53)相比蛋白质污染严重,离心法可获得更高纯度的DNA,C正确;DNA不溶于冷酒精,但某些蛋白质溶于酒精,向上清液中加入等体积预冷的酒精可初步分离DNA和蛋白质,D正确。
能力提升练
1.B 2.D 3.C 4.C 5.C 6.C 7.ABD
1.B　烟草花叶病毒的核酸是RNA,限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸,A错误;序列和被限制酶切出的黏性末端都是4个碱基(分别为CATG、GATC),B正确;DNA连接酶连接DNA片段不是任意的,而是恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,使两个DNA片段连接起来,C错误;用限制酶切割一个DNA分子中部获得某个基因时,需要切割该基因的两侧,DNA为双链结构,因此要断裂4个磷酸二酯键,即被水解的磷酸二酯键有4个,D错误。
2.D　某种限制性内切核酸酶的识别序列是CCTAGG,它在C和C之间切断线性DNA,该正常基因被该酶切为4个片段,有3个切点,应有3个CCTAGG序列,A错误;产生的DNA片段可用DNA连接酶连接,B错误;DNA分子是两条链,用该酶处理得到图示基因片段要水解6个磷酸二酯键,C错误;该限制性内切核酸酶的识别序列是CCTAGG,若该基因某处有一个CCTACG突变为CCTAGG,则该基因有该酶的4个切点,用该酶处理后将产生5个片段,D正确。
3.C　分析图示可得到下表:
序号 图示分析 相关酶
① 双链DNA分子被切成两段,且出现了黏性末端 限制性内 切核酸酶
② 两个具有黏性末端的DNA片段连接成一个完整的DNA分子 DNA连接酶
③ DNA分子的双链解开 解旋酶
④ 以解开的单链DNA作为模板形成子链 DNA聚合酶
4.C　若要得到一个能在含四环素的培养基上生长(TetR基因完整不被破坏)而不能在含氨苄青霉素的培养基上生长(AmpR基因被破坏)的含重组DNA的细胞,应选用的质粒是C。
5.C　根据限制酶识别序列和切割位点,EcoRⅠ和EcoRⅤ切割DNA片段产生的末端分别为黏性末端和平末端,A正确;根据表格中EcoRⅠ和MfeⅠ的识别序列和切割位点可知,EcoRⅠ和MfeⅠ切割产生的黏性末端相同(5'AATT),则两者切割产生的DNA片段能被E.coli DNA连接酶连接在一起,B正确;BamHⅠ和Sau3AⅠ切割产生的黏性末端相同(5'GATC),二者切割产生的DNA片段连接后仍然存在Sau3AⅠ的识别序列(GATC),但不一定存在BamHⅠ的识别序列(GGATCC),C错误;限制酶具有专一性,题述五种限制酶均能识别双链DNA的特定序列,并切开特定部位的磷酸二酯键,D正确。
6.C　限制酶作用的化学键是磷酸二酯键,A正确。由图可以看出,a酶和b酶切割后产生的黏性末端相同(5'GATC),它们之间能相互连接,B正确。由表格信息可以看出,a酶把原有线性DNA切成4段,说明该DNA分子上a酶的切割位点有3个;b酶把2 100 bp的DNA片段切成了大小分别为1 900 bp和200 bp的两个片段,把1 400 bp的DNA片段切成了大小分别为800 bp和600 bp的两个片段,且a酶和b酶的识别序列不同,说明在该DNA分子上b酶的切割位点有2个,C错误。DNA分子片段为双链结构,限制酶将一个DNA分子片段切成两个片段,需要破坏2个磷酸二酯键,消耗2个水分子,D正确。
7.ABD　该DNA分子经酶M和酶N两种限制酶切割后,产生了3个DNA片段,且两个切口形成的黏性末端不同,说明该DNA分子含有酶M的一个切割位点和酶N的一个切割位点;质粒为环状DNA,其经酶M和酶N两种限制酶切割后,产生了两个DNA片段,观察两个切口形成的黏性末端也不同,可推出质粒含有酶M的一个切割位点和酶N的一个切割位点,A正确。根据片段乙和片段丁的黏性末端可知,多个片段乙和多个片段丁混合在一起,用DNA连接酶拼接可得到环状DNA,其中只由两个DNA片段连接成的环状DNA分子有3种,即片段乙与片段乙连接、片段丁与片段丁连接、片段乙和片段丁连接,B正确,C错误。根据图中黏性末端可知,酶M和酶N识别的片段是或,若酶M特异性剪切的DNA片段是,则酶N特异性剪切的DNA片段是,D正确。
8.答案　(1)一条链上相邻两个核苷酸的磷酸基团与脱氧核糖之间　CD　(2)790　661　(3)4
解析　(1)限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用的部位都是DNA的一条链上相邻两个核苷酸的磷酸基团与脱氧核糖之间的磷酸二酯键;解旋酶作用于两条脱氧核苷酸链碱基之间的氢键;RNA聚合酶作用于RNA的一条链上相邻两个核苷酸的磷酸基团与核糖之间的磷酸二酯键。(2)由限制酶SmaⅠ的识别序列和切割位点可知,题图中DNA片段含有2个限制酶SmaⅠ的识别序列,用限制酶SmaⅠ切割该DNA片段会产生3种DNA片段,长度分别为534+3=537(bp)、796-3-3=790(bp)、658+3=661(bp)。(3)图示虚线方框内发生碱基对的替换后,形成的基因d失去一个限制酶SmaⅠ的识别序列,用限制酶SmaⅠ切割基因d所在的DNA片段,会产生2种DNA片段,长度分别为534+796-3=1 327(bp)、658+3=661(bp)。杂合子同时含有基因D和基因d,结合(2)可知,从杂合子中分离出题图及其对应的DNA片段,用限制酶SmaⅠ完全切割,会产生4种不同长度的DNA片段(537 bp、
790 bp、661 bp、1 327 bp)。
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