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第一节　基因工程及其技术
第1课时　基因工程的发展及基本工具
知识点一　基因工程的发展历程和工具酶
1.（2024·江苏东台创新高中月考）科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程。实施该工程的最终目的是（　　）
A.定向提取生物体的DNA分子
B.定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C.在生物体外对DNA分子进行改造
D.定向地改造生物的遗传性状
2.（2024·江苏扬州中学月考）下列关于基因工程中的DNA连接酶的叙述，不正确的是（　　）
A.DNA连接酶的化学本质是蛋白质
B.DNA连接酶能够连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键
C.基因工程中可以用DNA聚合酶替代DNA连接酶
D.根据来源不同，DNA连接酶可分为E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶两大类
3.如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位点。下列叙述错误的是（　　）
A.甲、乙、丙都属于黏性末端
B.甲、乙片段可形成重组DNA分子，但甲、丙不能
C.DNA连接酶的作用位点在乙图中b处
D.切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子
4.下图为不同限制酶识别的序列及切割位置（箭头所指），下列叙述错误的是（　　）
A.若DNA上的碱基随机排列，理论上每4 096个碱基对会有一个BamH Ⅰ限制酶的切割位点
B.若DNA上的碱基随机排列，Not Ⅰ限制酶切割位点出现频率较其他三种限制酶低
C.作为基因工程的通用载体，质粒上通常会有多种限制酶的切割位点
D.BamHⅠ限制酶切割的DNA无法连接到用Bgl Ⅱ切割的载体DNA中
知识点二　“分子搬运工”——载体
5.下列关于质粒的叙述，正确的是（　　）
A.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B.质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外且能够自我复制的环状双链DNA分子
C.细菌质粒和真核细胞DNA的基本组成单位不同
D.细菌质粒的复制过程一定是在细胞外独立进行的
6.质粒是基因工程中最常用的载体之一，它的主要特点是（　　）
①能自主复制　②不能自主复制　③结构很小
④化学本质是蛋白质　⑤环状RNA　⑥环状DNA　⑦能“友好”地“借居”
A.①③⑤⑦　　　　　　　　B.①④⑥
C.①③⑥⑦ D.②③⑥⑦
7.限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—C↓TTAAG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目的基因，其中，质粒上箭头所指部位为酶的识别位点，阴影部分表示标记基因。适于作为图示目的基因载体的质粒是（　　）
8.同尾酶是指切割不同的DNA片段后能产生相同黏性末端的一类限制酶，下列四种限制酶中属于同尾酶的是（　　）
①Nco　②Sma
③Pci　④Xma
A.①③ B.②④ C.①③和②④ D.①④
9.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片段大小如表所示。限制酶a、b的识别序列和切割位点如图所示。下列有关说法正确的是（　　）
酶a切割产物长度（bp） 酶b再次切割产物长度（bp）
2 100；1 400；1 000；500 1 900；200；800；600；1 000；500
A.酶a与酶b切断的化学键不相同
B.酶a与酶b切出的黏性末端不能相互连接
C.该DNA分子中酶a与酶b的识别序列分别有 3个和2个
D.若酶a完全切割与该DNA序列相同的质粒，得到的切割产物有4种
10.（多选）如表为常用的限制性内切核酸酶（限制酶）及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法，错误的是（　　）
限制酶 识别序列和 切割位点 限制酶 识别序列和 切割位点
BamHⅠ ↓　 　 GGATCC KpnⅠ 　　　↓ GGTACC
EcoRⅠ ↓　 　 GAATTC Sau3AⅠ ↓　GATC
HindⅡ ↓ GTYRAC SmaⅠ ↓ CCCGGG
注：Y＝C或T，R＝A或G。
A.限制酶Sma Ⅰ 切割后形成的末端可用E.coli DNA连接酶连接
B.Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部
C.BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D.一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
11.如表所示为几种限制酶的识别序列及其切割位点，请回答下列问题：
限制酶 BamH Ⅰ Hind Ⅲ EcoR Ⅰ Sma Ⅰ
识别序 列及切 割位点 ↓　GGATCC CCTAGG 　 　↑ ↓　AAGCTT TTCGAA 　 　↑ ↓　GAATTC CTTAAG 　　　↑ ↓ CCCGGG GGGCCC ↑
（1）从表中四种酶的切割位点看，可以切出平末端的酶是　　　　。
（2）将目的基因与质粒DNA“缝合”依靠的是　　　　酶，它的作用是形成磷酸二酯键；两条链间的碱基对通过　　　　连接起来。
（3）图1中的质粒分子可被表中限制酶　　　　切割，切割后的质粒含有　　　　个游离的磷酸基团。
（4）在相关酶的作用下，图1中的甲与图2中的乙　　　　（填“能”或“不能”）拼接起来。请说明理由：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
第1课时　基因工程的发展及基本工具
1.D　基因工程的内容就是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生更符合人们需要的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传性状。
2.C　DNA连接酶的化学本质是蛋白质，根据来源不同可分为E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶两大类，DNA连接酶连接的是两个DNA片段之间的磷酸二酯键，而DNA聚合酶连接的是DNA片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，因此在基因工程中不能用DNA聚合酶替代DNA连接酶，故选C。
3.C　由图可知，甲、乙、丙都属于黏性末端，A正确；甲、乙的黏性末端相同，因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子，但甲、丙的黏性末端不同，它们之间不能形成重组DNA分子，B正确；DNA连接酶催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，C错误；切割甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG，而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为GAATTG∥CTTAAC，因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子，D正确。
4.D　BamH Ⅰ限制酶的识别序列具有6个碱基对，若DNA上的碱基随机排列，理论上每46＝4 096个碱基对会有一个BamHⅠ限制酶的切割位点，A正确；NotⅠ限制酶的识别序列具有8个碱基对，而其他三种限制酶的识别序列均为6个碱基对，故若DNA上的碱基随机排列，NotⅠ限制酶切割位点出现频率较其他三种限制酶低，B正确；作为基因工程的最常用的载体，质粒上通常会有多种限制酶的切割位点，C正确；BamHⅠ限制酶切割的DNA产生的黏性末端和用BglⅡ切割的载体DNA产生的黏性末端可以互补配对，故BamHⅠ限制酶切割的DNA可以连接到用BglⅡ切割的载体DNA中，D错误。
5.B　质粒是一种裸露的、结构简单、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，不是细胞器，A错误，B正确；细菌质粒是环状DNA分子，和真核细胞DNA的基本组成单位相同，均为脱氧核苷酸，C错误；质粒能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，D错误。
6.C　质粒必须能自主复制，以保证能在宿主细胞中稳定存在并复制，①正确、②错误；质粒为小型环状DNA分子，其结构很小，③⑥正确、⑤错误；质粒的化学本质是DNA，不是蛋白质，④错误；质粒必须能“友好”地“借居”，以便于目的基因的稳定存在和复制，⑦正确。
7.A　用限制酶MunⅠ切割A质粒后，不会破坏标记基因，而且还能产生与目的基因两侧黏性末端相同的末端，适于作为目的基因的载体，A符合题意；B质粒没有标记基因，不适于作为目的基因的载体，B不符合题意；C、D质粒含有标记基因，但使用限制酶切割后，标记基因会被破坏，因此不适于作为目的基因的载体，C、D不符合题意。
8.A　同尾酶是指切割不同的DNA片段后能产生相同黏性末端的一类限制酶，平末端不属于黏性末端，故②④不属于同尾酶。限制酶切割后，①产生的黏性末端为CATG，③产生的黏性末端为CATG，因此①③产生的黏性末端都为CATG的相同黏性末端，符合同尾酶的定义，A正确，B、C、D错误。
9.C　酶a与酶b切断的化学键均为磷酸二酯键，A错误；酶a与酶b切出的黏性末端相同，用DNA连接酶可以将它们连接起来，B错误；由题表可知，限制酶a可以把DNA分子切成4段，说明该DNA分子上限制酶a的切割位点有3个；限制酶b把长度为2 100 bp的DNA片段切割成长度分别为1 900 bp和200 bp的两个DNA片段，把长度为1 400 bp的DNA片段切割成长度分别为800 bp和600 bp的两个DNA片段，说明限制酶b在该DNA分子上有2个切割位点，所以酶a与酶b的识别序列分别有3个和2个，C正确；用酶a切割与该DNA序列相同的质粒（环状的），可得到3种大小不同的切割产物，D错误。
10.AD　限制酶SmaⅠ的切割位点在中轴线上，切割后形成平末端，E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端，A错误；一种限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，并在特定位点切割DNA分子，并非只能识别一种核苷酸序列，如表格中限制酶HindⅡ识别的核苷酸序列不止一种，D错误。
11.（1）SmaⅠ　（2）DNA连接　氢键　（3）EcoRⅠ　2　（4）能　二者具有相同的黏性末端
解析：（1）由表中四种限制酶的切割位点可知，Sma Ⅰ可切出平末端。（2）目的基因与质粒缝合时用DNA连接酶进行连接，形成磷酸二酯键；两条链之间的碱基依据碱基互补配对原则形成氢键。（3）根据质粒的碱基序列可知，质粒分子可被限制酶EcoR Ⅰ切割，切割后形成链状DNA，每一端有一个游离的磷酸基团，共有2个游离的磷酸基团。（4）由图可知，甲和乙的黏性末端相同，在DNA连接酶的作用下可以拼接起来。
3 / 3第一节　基因工程及其技术
第1课时　基因工程的发展及基本工具
导学 聚焦 1.关注基因工程的发展过程，认同多学科对基因工程发展的促进作用。 2.模拟重组DNA分子的操作过程，说出合成新DNA分子的基本原理
知识点（一）　基因工程是在多学科基础上发展而来的
1.基因工程是在多学科基础上发展而来的
年份 科学家 主要成就
1957 科恩伯格 首次在大肠杆菌中发现了　　　　　　
1967 罗思和海林斯基 发现一种具有自我复制能力的环状DNA分子，即　　
其他 科学家 在大肠杆菌细胞中发现了　　　　　　
1970 特明和巴尔的摩 各自在RNA“肿瘤”病毒中发现了　　　　　
史密斯等 从流感嗜血杆菌中分离到一种特异性很强的　　　　　　　
1972 伯格等 完成了世界上首次DNA分子体外重组
1973 科恩等 　　　　　　转化大肠杆菌获得成功
科恩和 博耶 证明真核生物的基因可以在　　　生物中进行表达
1977 桑格 首次对完整基因组的　　　　　　　　　　进行测定
2.基因工程的概念
别名 　　　　　　技术
操作环境 生物体外
操作过程 将外源　　　　　与　　　　　进行组合形成　　　　　，然后导入　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　， 并使其在受体细胞中　　　
操作水平 　　　　　　水平
结果 产生人类需要的　　　　　
3.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的。（　　）
（2）基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫作DNA重组技术。（　　）
（3）真核生物的基因无法在原核生物体内表达。（　　）
1.为什么几乎所有生物的DNA分子都可以进行DNA拼接？
2.为什么一种生物的基因在其他生物体内也能正常表达？
基因工程的理论基础
1.下列叙述符合基因工程概念的是（　　）
A.在细胞内将DNA进行重组，赋予生物新的遗传特性
B.将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，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.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其DNA整合到细菌DNA上
2.科学家把兔子的血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在细菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列不是这一先进技术的理论依据的是（　　）
A.所有生物共用一套遗传密码
B.基因能控制蛋白质的合成
C.兔子的血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构成，都遵循相同的碱基互补配对原则
D.兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先
知识点（二）　基因工程的基本工具酶
1.“分子剪刀”——限制性内切核酸酶（限制酶）
（1）作用：特异性（专一性）很强，能识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
（2）结果：错位切产生　　　　　　；平切产生　　　　。
2.“分子黏合剂”——DNA连接酶
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的　　　　　　　。
（2）常用种类
①E.coli DNA连接酶：来自　　　　　　，其特点只能连接具有　　　　　　的DNA分子；
②T4 DNA连接酶：来自　　　　　　，其特点可以连接具有黏性末端或　　　　的DNA分子。
3.“分子搬运工”——载体
（1）功能：将　　　　　　导入受体细胞，并使其在受体细胞中　　　　　　　　　　。
（2）常用载体：　　　　、λ噬菌体的衍生物、动物病毒等。
（3）质粒载体应该具有的DNA序列包括：　　　　　　原点；适合的　　　　　基因；　　　　　　　　的切割位点。
4.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）限制酶通过对DNA分子进行错位切，可以产生平末端。（　　）
（2）用同一种限制酶切割不同的DNA分子，可以产生相同的黏性末端。（　　）
（3）DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA。（　　）
（4）E.coli DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。（　　）
1.已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为和，分析回答下列问题：
（1）在图中画出两种限制酶切割DNA后产生的末端。
（2）限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列不同，切割位点　　　　（填“相同”或“不同”），说明限制酶具有　　　　。
（3）要将限制酶SmaⅠ切割后产生的末端连接起来，需要　　　　　　　　。
（4）请结合下图，推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗几分子水？
2.DNA连接酶与DNA聚合酶是同类酶吗？在下面的箭头上标注相应的酶。
（1）两种酶作用的相同点是：都能形成　　　　　　键。
（2）两种酶作用的不同点是：DNA聚合酶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
DNA连接酶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
1.限制酶的识别序列和切割末端的判断
（1）识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还是偶数个碱基，都可以找到一条中轴线，如图中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如 以中心线为轴，两侧碱基互补对称，CCAGGGGTCC以AT为轴，两侧碱基互补对称。
（2）黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的判断方法：将黏性末端或平末端之一旋转180°后，看它们是否是完全相同的结构。是，则为相同限制酶切割形成的；否，则为不同限制酶切割形成的。
2.限制酶与DNA连接酶的比较
（1）区别
项目 作用 应用
限制酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA 连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于基因表达载体的构建
（2）两者的关系可表示为：
1.（2024·江苏徐州高二期中）某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶（Amy）基因a，通过基因工程的方法，将基因a与载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合下图分析下列有关这一过程的叙述，正确的是（　　）
A.获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①
B.基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶、质粒
C.连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
D.一种限制酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子
2.（多选）DNA连接酶是基因工程的必需工具。下列有关DNA连接酶的叙述，错误的是（　　）
A.DNA连接酶可以将任意的两个DNA片段连接成一个重组DNA分子
B.DNA连接酶发挥作用时需要识别特定的脱氧核苷酸序列
C.DNA连接酶可以催化两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成
D.有些DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端
知识点（三）　基因工程的“分子搬运工”——载体
1.常用载体——质粒
①化学本质：质粒是一种裸露的、结构简单、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　　　　　　　　分子。
②质粒作为载体所具备的条件及原因
2.其他载体：λ噬菌体的衍生物、　　　　　　　　等。
3.功能
①将外源基因导入　　　　　　。
②使　　　　　　在受体细胞内稳定遗传和表达。
4.基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因。（　　）
（2）质粒是环状双链DNA分子，是基因工程常用的载体。（　　）
（3）载体（如质粒）和细胞质膜中的载体蛋白的成分相同。（　　）
（4）载体的种类有质粒、噬菌体、动物病毒等，其中动物病毒必须是DNA病毒。（　　）
　下图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图思考：
（1）所有载体都是质粒吗？为什么？
（2）将外源基因直接导入受体细胞可行吗？为什么？
（3）根据标记基因的作用，有同学认为在含有某种抗生素的培养基中筛选存活的受体细胞不一定是导入目的基因的受体细胞，这种说法是否合理？并说明理由。
（4）若用家蚕作为某基因表达载体的受体细胞，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用噬菌体作为载体，其原因是什么？
1.载体上标记基因的标记原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：
2.基因工程中的载体与细胞质膜上的载体蛋白的区别
1.质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是（　　）
A.质粒是只存在于细菌细胞质中能自我复制的小型环状双链DNA分子
B.在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点
C.携带目的基因的重组质粒只有整合到受体细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制
D.质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的筛选
2.下面是四种不同质粒的结构模式图，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酶的酶切位点。下列有关叙述正确的是（　　）
A.基因AmpR和TetR是一对等位基因，常作为基因工程中的标记基因
B.质粒指细菌细胞中能自我复制的小型环状的DNA和动植物病毒的DNA
C.限制酶的作用部位是DNA分子中特定的两个核苷酸之间的氢键
D.用质粒④将目的基因导入大肠杆菌，该菌不能在含四环素的培养基上生长
　
（1）限制性内切核酸酶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）质粒作为基因工程的载体需具备的条件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
1.下列关于转基因技术的叙述，错误的是（　　）
A.能将不同物种优良性状集中到一起，定向地改造生物的遗传性状
B.所有生物共用一套遗传密码是基因工程能够最终成功的重要前提
C.艾弗里等人通过实验证明遗传物质是DNA可以说是基因工程的先导
D.沃森、克里克解开了DNA复制、转录和翻译过程之谜，阐明了遗传信息流动的方向
2.DNA连接酶是重组DNA技术中常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是（　　）
A.能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键
B.能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键
C.能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键
D.DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端
3.下表列举了几种限制酶的识别序列及其切割位点（箭头表示相关酶的切割位点）。下图是酶切后产生的几种末端。下列说法正确的是（　　）
限制酶 AluⅠ BamHⅠ SmaⅠ Sau3AⅠ
识别序列及 切割位点
A.BamHⅠ切割的是氢键，AluⅠ切割的是磷酸二酯键
B.Sau3AⅠ和BamHⅠ切割的序列产生的黏性末端能够相连，连接后的片段还能被Sau3AⅠ切割
C.DNA连接酶能连接②⑤，不能连接②④
D.E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接①③，且连接效率低
4.下列关于质粒的叙述，正确的是（　　）
A.细菌质粒和真核细胞DNA的基本组成单位不同
B.细菌质粒的复制过程一定是在受体细胞外独立进行的
C.质粒是存在于所有细胞中的蛋白质合成的场所
D.质粒是细胞质中能够自我复制的环状DNA分子
5.（多选）下列有关限制性内切核酸酶（又称限制酶）的叙述，错误的是（　　）
A.用限制酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个
B.限制酶识别的序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大
C.—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端可用DNA连接酶连接
D.只有使用相同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒
第1课时　基因工程的发展及基本工具
【核心要点·巧突破】
知识点（一）
自主学习
1.DNA聚合酶　质粒　DNA连接酶　逆转录酶　限制性内切核酸酶　重组质粒　原核　核苷酸排列顺序
2.DNA重组　目的基因　载体DNA　重组DNA　受体细胞
表达　DNA分子　基因产物
3.（1）×　提示：基因工程是人工操作导致的基因重组。
（2）√
（3）×提示：由于密码子具有通用性，真核生物的基因能在原核生物体内表达。
互动探究
1.提示：几乎所有生物的DNA分子都具有相似的成分和结构，即都是由4种脱氧核苷酸形成规则的双螺旋结构。
2.提示：①所有生物共用一套遗传密码，这为一种生物的基因在其他生物体内正常表达提供了可能。②基因是控制生物体性状的结构和功能单位，具有相对独立性，这为目的基因在受体细胞中的独立表达提供了可能。
学以致用
1.B　基因工程是在生物体外将DNA进行重组，赋予生物新的遗传特性，A项错误；B项符合基因工程的概念；C项属于诱变育种；D项外源基因导入细菌不是人为操作的，不属于基因工程的范畴。
2.D　题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质，说明控制其合成的mRNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A不符合题意；基因通过转录获得mRNA，进而控制蛋白质的合成，B不符合题意；基因是有遗传效应的DNA片段，只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核苷酸，C不符合题意；生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系，D符合题意。
知识点（二）
自主学习
1.（2）黏性末端　平末端
2.（1）磷酸二酯键　（2）大肠杆菌　黏性末端　T4噬菌体
平末端
3.（1）外源基因　稳定遗传和表达　（2）质粒　（3）复制　标记
多种限制酶
4.（1）×　提示：限制酶通过对DNA分子进行错位切产生黏性末端。
（2）√
（3）×　提示：DNA连接酶可以连接目的基因与载体的磷酸二酯键，形成重组DNA。
（4）×　提示：E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端，不能连接平末端。
互动探究
1.（1）
（2）不同　专一性　（3）T4 DNA连接酶
（4）提示：断开2个磷酸二酯键；产生2个游离的磷酸基团；产生2个黏性末端；消耗2分子水。
2. DNA连接酶　 DNA聚合酶　（1）磷酸二酯　（2）将单个的脱氧核苷酸连接到已经形成的脱氧核苷酸链上　连接DNA分子的两个片段
学以致用
1.A　获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①磷酸二酯键，A正确；基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶，质粒是基因工程中常用的载体，不是工具酶，B错误；连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的①磷酸二酯键，C错误；一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核糖核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，D错误。
2.AB　DNA连接酶可以连接平末端或互补配对的黏性末端，而非任意的两个DNA片段，A错误；DNA连接酶发挥作用时不需要识别特定的脱氧核苷酸序列，B错误。
知识点（三）
自主学习
1.①环状双链DNA　② 复制原点　 限制酶切割位点
标记基因　 鉴定和选择
2.动物病毒
3.①受体细胞　②外源基因
4.（1）×　提示：作为载体的质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标记基因。
（2）√
（3）×　提示：质粒是DNA，细胞膜中的载体是蛋白质。
（4）√
互动探究
　（1）提示：不是；除了质粒外，载体还有动物病毒和噬菌体等。
（2）提示：不可行；因为如果没有载体导入受体细胞，目的基因无法进行自我复制和稳定存在以及表达。
（3）提示：合理；因为仅导入普通载体的和导入重组载体的受体细胞均能在该培养基中存活。
（4）提示：噬菌体的宿主细胞是细菌，而不是家蚕。
学以致用
1.D　质粒不只分布于原核生物中，在真核生物（如酵母菌）细胞内也有分布，A错误；并不是所有的质粒上都能找到限制酶的切割位点而成为适合运载目的基因的工具，B错误；重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，或整合到受体染色体DNA上后复制，C错误。
2.D　基因AmpR和TetR在同一个DNA分子上，不是一对等位基因，A错误；质粒是指一种裸露的、结构简单的、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，能自我复制的环状双链DNA分子，动植物病毒的DNA不属于质粒，B错误；限制酶的作用部位是DNA分子中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，C错误；重组质粒④中，氨苄青霉素抗性基因完好，四环素抗性基因被破坏，因此用质粒④将目的基因导入大肠杆菌，该菌不能在含四环素的培养基上生长，D正确。
【过程评价·勤检测】
网络构建
　（1）能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开　（2）能在宿主细胞进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制；具有一个至多个限制酶切割位点；具有标记基因
课堂演练
1.D　梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制，克里克提出了中心法则，D错误。
2.C　DNA连接酶连接的是磷酸二酯键，A错误；DNA聚合酶能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键，B错误；有些DNA连接酶既能连接双链DNA片段互补的黏性末端，又能连接DNA片段的平末端，D错误。
3.B　限制酶BamHⅠ与AluⅠ切割的均是磷酸二酯键，A错误；BamHⅠ切割，Sau3AⅠ切割，故二者切割后产生的黏性末端是相同的，因此二者切割后产生的黏性末端能够相连，连接后的片段能被Sau3AⅠ切割，但是不能被BamHⅠ切割，B正确；②⑤的黏性末端相同，②④的黏性末端也相同，因此DNA连接酶能连接②⑤，也能连接②④，C错误；E.coli DNA连接酶是从大肠杆菌中获得的，只能连接黏性末端，T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端，也可以连接平末端，而图中①③属于平末端，只能用T4 DNA连接酶连接，D错误。
4.D　细菌质粒是环状DNA分子，和真核细胞DNA的基本组成单位相同，都是脱氧核苷酸，A错误；细菌质粒的复制过程可在受体细胞内进行，B错误；细胞中蛋白质合成的场所是核糖体，C错误。
5.ACD　用限制酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，需要切割目的基因的两侧，又因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，A错误；—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端不同，分别为—CATG和—CTAG，因此不能用DNA连接酶连接，C错误；使用不同的限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒，若产生的黏性末端相同，也可以形成重组质粒，D错误。
8 / 8(共82张PPT)
第1课时　
基因工程的发展及基本工具
导学 聚焦 1.关注基因工程的发展过程，认同多学科对基因工程发展的促
进作用。
2.模拟重组DNA分子的操作过程，说出合成新DNA分子的基
本原理
核心要点·巧突破
01
过程评价·勤检测
02
课时训练·提素能
03
目录
CONTENTS
核心要点·巧突破
01
精准出击 高效学习
知识点（一）　基因工程是在多学科基础上发展而来的
1. 基因工程是在多学科基础上发展而来的
年份 科学家 主要成就
1957 科恩伯格 首次在大肠杆菌中发现了
1967 罗思和海林
斯基 发现一种具有自我复制能力的环状DNA分子，
即
其他科学家 在大肠杆菌细胞中发现了
DNA聚合酶　
质粒　
DNA连接酶　
年份 科学家 主要成就
1970 特明和巴尔
的摩 各自在RNA“肿瘤”病毒中发现了

史密斯等 从流感嗜血杆菌中分离到一种特异性很强
的
1972 伯格等 完成了世界上首次DNA分子体外重组
1973 科恩等 转化大肠杆菌获得成功
科恩和博耶 证明真核生物的基因可以在 生物中进
行表达
1977 桑格 首次对完整基因组的 进行
测定
逆转录
酶　
限制性内切核酸酶　
重组质粒　
原核　
核苷酸排列顺序　
2. 基因工程的概念
别名 技术
操作环境 生物体外
操作过程 将外源 与 进行组合形成
，然后导入 ，并使其在受体细胞
中
操作水平 水平
结果 产生人类需要的
DNA重组　
目的基因　
载体DNA　
重
组DNA　
受体细胞　
表达　
DNA分子　
基因产物　
3. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的。
（　×　）
提示：基因工程是人工操作导致的基因重组。
（2）基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫作
DNA重组技术。 （　√　）
（3）真核生物的基因无法在原核生物体内表达。 （　×　）
提示：由于密码子具有通用性，真核生物的基因能在原核生
物体内表达。
×
√
×
1. 为什么几乎所有生物的DNA分子都可以进行DNA拼接？
提示：几乎所有生物的DNA分子都具有相似的成分和结构，即都
是由4种脱氧核苷酸形成规则的双螺旋结构。
2. 为什么一种生物的基因在其他生物体内也能正常表达？
提示：①所有生物共用一套遗传密码，这为一种生物的基因在其他
生物体内正常表达提供了可能。②基因是控制生物体性状的结构和
功能单位，具有相对独立性，这为目的基因在受体细胞中的独立表
达提供了可能。
基因工程的理论基础
1. 下列叙述符合基因工程概念的是（　　）
A. 在细胞内将DNA进行重组，赋予生物新的遗传特性
B. 将人的干扰素基因重组到质粒上后导入大肠杆菌，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. 自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其DNA整合到细菌
DNA上
解析： 　基因工程是在生物体外将DNA进行重组，赋予生物
新的遗传特性，A项错误；B项符合基因工程的概念；C项属于
诱变育种；D项外源基因导入细菌不是人为操作的，不属于基
因工程的范畴。
2. 科学家把兔子的血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在细菌细胞中
合成了兔子的血红蛋白。下列不是这一先进技术的理论依据的是
（　　）
A. 所有生物共用一套遗传密码
B. 基因能控制蛋白质的合成
C. 兔子的血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构
成，都遵循相同的碱基互补配对原则
D. 兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先
解析： 　题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过
程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质，说明控
制其合成的mRNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的
氨基酸，A不符合题意；基因通过转录获得mRNA，进而控制蛋白
质的合成，B不符合题意；基因是有遗传效应的DNA片段，只要是
双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核
苷酸，C不符合题意；生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技
术之间没有必然关系，D符合题意。
知识点（二）　基因工程的基本工具酶
1. “分子剪刀”——限制性内切核酸酶（限制酶）
（1）作用：特异性（专一性）很强，能识别DNA分子上特定的脱
氧核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之
间的磷酸二酯键断开。
（2）结果：错位切产生 ；平切产生 。
黏性末端　
平末端　
（1）作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开
的 。
（2）常用种类
①E. coli DNA连接酶：来自 ，其特点只能连接
具有 的DNA分子；
②T4 DNA连接酶：来自 ，其特点可以连接具
有黏性末端或 的DNA分子。
磷酸二酯键　
2. “分子黏合剂”——DNA连接酶
大肠杆菌　
黏性末端　
T4 噬菌体　
平末端　
3. “分子搬运工”——载体
（1）功能：将 导入受体细胞，并使其在受体细胞
中 。
（2）常用载体： 、λ噬菌体的衍生物、动物病毒等。
（3）质粒载体应该具有的DNA序列包括： 原点；适合
的 基因； 的切割位点。
外源基因　
稳定遗传和表达　
质粒　
复制　
标记　
多种限制酶　
4. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）限制酶通过对DNA分子进行错位切，可以产生平末端。
（　×　）
提示：限制酶通过对DNA分子进行错位切产生黏性末端。
（2）用同一种限制酶切割不同的DNA分子，可以产生相同的黏性
末端。 （　√　）
×
√
（3）DNA连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组
DNA。 （　×　）
提示：DNA连接酶可以连接目的基因与载体的磷酸二酯键，
形成重组DNA。
（4）E. coli DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端。
（　×　）
提示：E. coli DNA连接酶只能连接黏性末端，不能连接
平末端。
×
×
1. 已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别
为 和 ，分析回答下列问题：
（1）在图中画出两种限制酶切割DNA后产生的末端。
（2）限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列不同，切割位点
（填“相同”或“不同”），说明限制酶具有
。
（3）要将限制酶SmaⅠ切割后产生的末端连接起来，需要
。
不
同　
专一
性　
T4
DNA连接酶　
（4）请结合如图，推断限制酶切割一次可断开几个磷酸二酯
键？产生多少游离的磷酸基团？产生几个黏性末端？消耗
几分子水？
提示：断开2个磷酸二酯键；产生2个游离的磷酸基团；产生2个黏性末端；消耗2分子水。
2. DNA连接酶与DNA聚合酶是同类酶吗？在下面的箭头上标注相应
的酶。
（1）两种酶作用的相同点是：都能形成 键。
（2）两种酶作用的不同点是：DNA聚合酶的作用是
，DNA连接酶
的作用是 。
磷酸二酯　
将单个的脱
氧核苷酸连接到已经形成的脱氧核苷酸链上　
连接DNA分子的两个片段　
1. 限制酶的识别序列和切割末端的判断
（1）识别序列的特点：呈现碱基互补对称，无论是奇数个碱基还
是偶数个碱基，都可以找到一条中轴线，如图中轴线两侧的
双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。如
以中心线为轴，两侧碱基互补对称，
CCAGGGGTCC以AT为轴，两侧碱
基互补对称。
GC
CG
（2）黏性末端或平末端是否由同一种限制酶切割形成的判断方
法：将黏性末端或平末端之一旋转180°后，看它们是否是完
全相同的结构。是，则为相同限制酶切割形成的；否，则为
不同限制酶切割形成的。
2. 限制酶与DNA连接酶的比较
（1）区别
项目 作用 应用
限制酶 使特定部位的磷酸二酯键断裂 用于提取目的基因和切割载体
DNA连接酶 在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键 用于基因表达载体的构建
（2）两者的关系可表示为：
1. （2024·江苏徐州高二期中）某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉
酶（Amy）基因a，通过基因工程的方法，将基因a与载体结合后导
入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合如
图分析下列有关这一过程的叙述，正确的是（　　）
A. 获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①
B. 基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶、质粒
C. 连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
D. 一种限制酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列，并在特定的切
点上切割DNA分子
解析： 　获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①磷酸二酯
键，A正确；基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶，质粒
是基因工程中常用的载体，不是工具酶，B错误；连接基因a与载
体的DNA连接酶的作用部位是图中的①磷酸二酯键，C错误；一种
限制酶只能识别一种特定的脱氧核糖核苷酸序列，并在特定的切点
上切割DNA分子，D错误。
2. （多选）DNA连接酶是基因工程的必需工具。下列有关DNA连接
酶的叙述，错误的是（　　）
A. DNA连接酶可以将任意的两个DNA片段连接成一个重组DNA分子
B. DNA连接酶发挥作用时需要识别特定的脱氧核苷酸序列
C. DNA连接酶可以催化两个脱氧核苷酸之间磷酸二酯键的形成
D. 有些DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端
解析： 　DNA连接酶可以连接平末端或互补配对的黏性末端，
而非任意的两个DNA片段，A错误；DNA连接酶发挥作用时不需要
识别特定的脱氧核苷酸序列，B错误。
知识点（三）　基因工程的“分子搬运工”——载体
1. 常用载体——质粒
①化学本质：质粒是一种裸露的、结构简单、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
分子。
环状双链
DNA　
c
c
c
c
②质粒作为载体所具备的条件及原因
2. 其他载体：λ噬菌体的衍生物、 等。
3. 功能
①将外源基因导入 。
②使 在受体细胞内稳定遗传和表达。
动物病毒　
受体细胞　
外源基因　
4. 基于上述学习，判断下列相关表述的正误
（1）作为载体的质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基
因。 （　×　）
提示：作为载体的质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标
记基因。
（2）质粒是环状双链DNA分子，是基因工程常用的载体。
（　√　）
（3）载体（如质粒）和细胞质膜中的载体蛋白的成分相同。
（　×　）
提示：质粒是DNA，细胞膜中的载体是蛋白质。
（4）载体的种类有质粒、噬菌体、动物病毒等，其中动物病毒必
须是DNA病毒。 （ √ ）
×
√
×
√
　如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图思考：
（1）所有载体都是质粒吗？为什么？
提示：不是；除了质粒外，载体还有动物病毒和噬菌体等。
（2）将外源基因直接导入受体细胞可行吗？为什么？
提示：不可行；因为如果没有载体导入受体细胞，目的基因无
法进行自我复制和稳定存在以及表达。
（3）根据标记基因的作用，有同学认为在含有某种抗生素的培养基
中筛选存活的受体细胞不一定是导入目的基因的受体细胞，这
种说法是否合理？并说明理由。
提示：合理；因为仅导入普通载体的和导入重组载体的受体细
胞均能在该培养基中存活。
（4）若用家蚕作为某基因表达载体的受体细胞，在噬菌体和昆虫病
毒两种载体中，不选用噬菌体作为载体，其原因是什么？
提示：噬菌体的宿主细胞是细菌，而不是家蚕。
1. 载体上标记基因的标记原理
载体上的标记基因一般是一些抗生素的抗性基因。目的基因要转入
的受体细胞没有抵抗相关抗生素的能力。当含有抗生素抗性基因的
载体进入受体细胞后，抗性基因在受体细胞内表达，使受体细胞能
够抵抗相应抗生素，所以在受体细胞的培养体系中加入该种抗生素
就可以只保留转入载体的受体细胞，原理如图所示：
2. 基因工程中的载体与细胞质膜上的载体蛋白的区别
1. 质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确
的是（　　）
A. 质粒是只存在于细菌细胞质中能自我复制的小型环状双链DNA分
子
B. 在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点
C. 携带目的基因的重组质粒只有整合到受体细胞的染色体DNA上才
会随后者的复制而复制
D. 质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的筛选
解析： 　质粒不只分布于原核生物中，在真核生物（如酵母菌）
细胞内也有分布，A错误；并不是所有的质粒上都能找到限制酶的
切割位点而成为适合运载目的基因的工具，B错误；重组质粒进入
受体细胞后，可以在细胞内自我复制，或整合到受体染色体DNA
上后复制，C错误。
2. 下面是四种不同质粒的结构模式图，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
一种限制酶的酶切位点。下列有关叙述正确的是（　　）
A. 基因AmpR和TetR是一对等位基因，常作为基因工程中的标记基因
B. 质粒指细菌细胞中能自我复制的小型环状的DNA和动植物病毒的
DNA
C. 限制酶的作用部位是DNA分子中特定的两个核苷酸之间的氢键
D. 用质粒④将目的基因导入大肠杆菌，该菌不能在含四环素的培养
基上生长
解析： 　基因AmpR和TetR在同一个DNA分子上，不是一对等位基
因，A错误；质粒是指一种裸露的、结构简单的、独立于真核细胞
细胞核或原核细胞拟核DNA之外，能自我复制的环状双链DNA分
子，动植物病毒的DNA不属于质粒，B错误；限制酶的作用部位是
DNA分子中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，C错误；重组质
粒④中，氨苄青霉素抗性基因完好，四环素抗性基因被破坏，因此
用质粒④将目的基因导入大肠杆菌，该菌不能在含四环素的培养基
上生长，D正确。
过程评价·勤检测
02
反馈效果 筑牢基础
（1）限制性内切核酸酶的作用是
。
（2）质粒作为基因工程的载体需具备的条件是

。
能够识别双链DNA分子的特定核
苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开　
能在宿主细胞进行
自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制；具有
一个至多个限制酶切割位点；具有标记基因　
　　
1. 下列关于转基因技术的叙述，错误的是（　　）
A. 能将不同物种优良性状集中到一起，定向地改造生物的遗传性状
B. 所有生物共用一套遗传密码是基因工程能够最终成功的重要前提
C. 艾弗里等人通过实验证明遗传物质是DNA可以说是基因工程的先
导
D. 沃森、克里克解开了DNA复制、转录和翻译过程之谜，阐明了遗
传信息流动的方向
解析： 　梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制，克
里克提出了中心法则，D错误。
2. DNA连接酶是重组DNA技术中常用的一种工具酶。下列相关叙述
正确的是（　　）
A. 能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键
B. 能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键
C. 能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键
D. DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端
解析： 　DNA连接酶连接的是磷酸二酯键，A错误；DNA聚合酶
能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键，B错
误；有些DNA连接酶既能连接双链DNA片段互补的黏性末端，又
能连接DNA片段的平末端，D错误。
3. 下表列举了几种限制酶的识别序列及其切割位点（箭头表示相关酶
的切割位点）。如图是酶切后产生的几种末端。下列说法正确的是
（　　）
限制酶 AluⅠ BamHⅠ SmaⅠ Sau3AⅠ
识别序列及 切割位点
B. Sau3AⅠ和BamHⅠ切割的序列产生的黏性末端能够相连，连接后
的片段还能被Sau3AⅠ切割
C. DNA连接酶能连接②⑤，不能连接②④
D. E. coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接①③，且连接
效率低
A. BamHⅠ切割的是氢键，AluⅠ切割的是磷酸二酯键
解析： 　限制酶BamHⅠ与AluⅠ切割的均是磷酸二酯键，A错误；
BamHⅠ切割 ，Sau3AⅠ切割 ，故二者切割后产生的黏
性末端是相同的，因此二者切割后产生的黏性末端能够相连，连接
后的片段能被Sau3AⅠ切割，但是不能被BamHⅠ切割，B正确；②
⑤的黏性末端相同，②④的黏性末端也相同，因此DNA连接酶能
连接②⑤，也能连接②④，C错误；E. coli DNA连接酶是从大肠杆
菌中获得的，只能连接黏性末端，T4 DNA连接酶既可以连接黏性
末端，也可以连接平末端，而图中①③属于平末端，只能用T4
DNA连接酶连接，D错误。
4. 下列关于质粒的叙述，正确的是（　　）
A. 细菌质粒和真核细胞DNA的基本组成单位不同
B. 细菌质粒的复制过程一定是在受体细胞外独立进行的
C. 质粒是存在于所有细胞中的蛋白质合成的场所
D. 质粒是细胞质中能够自我复制的环状DNA分子
解析： 　细菌质粒是环状DNA分子，和真核细胞DNA的基本
组成单位相同，都是脱氧核苷酸，A错误；细菌质粒的复制过
程可在受体细胞内进行，B错误；细胞中蛋白质合成的场所是
核糖体，C错误。
5. （多选）下列有关限制性内切核酸酶（又称限制酶）的叙述，错误
的是（　　）
A. 用限制酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解
的磷酸二酯键有2个
B. 限制酶识别的序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大
C. —CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端可用
DNA连接酶连接
D. 只有使用相同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成
重组质粒
解析： 　用限制酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基
因时，需要切割目的基因的两侧，又因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，A错误；—
CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端不同，分
别为—CATG和—CTAG，因此不能用DNA连接酶连接，C错误；
使用不同的限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒，若产生的
黏性末端相同，也可以形成重组质粒，D错误。
课时训练·提素能
03
分级练习 巩固提升
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
知识点一　基因工程的发展历程和工具酶
1. （2024·江苏东台创新高中月考）科学家们经过多年的努力，创立
了一种新兴生物技术——基因工程。实施该工程的最终目的是
（　　）
A. 定向提取生物体的DNA分子
B. 定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C. 在生物体外对DNA分子进行改造
D. 定向地改造生物的遗传性状
解析： 　基因工程的内容就是在生物体外，通过对DNA分子进行
人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然
后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，
产生更符合人们需要的基因产物，也就是定向地改造了生物的遗传
性状。
1
2
3
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5
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11
2. （2024·江苏扬州中学月考）下列关于基因工程中的DNA连接酶的
叙述，不正确的是（　　）
A. DNA连接酶的化学本质是蛋白质
B. DNA连接酶能够连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键
C. 基因工程中可以用DNA聚合酶替代DNA连接酶
D. 根据来源不同，DNA连接酶可分为E. coli DNA连接酶和T4
DNA连接酶两大类
1
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解析： 　DNA连接酶的化学本质是蛋白质，根据来源不同可分为
E. coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶两大类，DNA连接酶连接的是
两个DNA片段之间的磷酸二酯键，而DNA聚合酶连接的是DNA片
段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，因此在基因工程中不能
用DNA聚合酶替代DNA连接酶，故选C。
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11
3. 如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位
点。下列叙述错误的是（　　）
A. 甲、乙、丙都属于黏性末端
B. 甲、乙片段可形成重组DNA分子，但甲、丙不能
C. DNA连接酶的作用位点在乙图中b处
D. 切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子
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解析： 　由图可知，甲、乙、丙都属于黏性末端，A正确；甲、
乙的黏性末端相同，因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA
分子，但甲、丙的黏性末端不同，它们之间不能形成重组DNA分
子，B正确；DNA连接酶催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二
酯键，C错误；切割甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG，
而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为GAATTG∥CTTAAC，因
此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子，D
正确。
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4. 如图为不同限制酶识别的序列及切割位置（箭头所指），下列叙述
错误的是（　　）
A. 若DNA上的碱基随机排列，理论上每4 096个碱基对会有一个
BamH Ⅰ限制酶的切割位点
B. 若DNA上的碱基随机排列，Not Ⅰ限制酶切割位点出现频率较其他
三种限制酶低
C. 作为基因工程的通用载体，质粒上通常会有多种限制酶的切割位点
D. BamHⅠ限制酶切割的DNA无法连接到用Bgl Ⅱ切割的载体DNA中
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解析： 　BamH Ⅰ限制酶的识别序列具有6个碱基对，若DNA
上的碱基随机排列，理论上每46＝4 096个碱基对会有一个
BamHⅠ限制酶的切割位点，A正确；NotⅠ限制酶的识别序列具有
8个碱基对，而其他三种限制酶的识别序列均为6个碱基对，故
若DNA上的碱基随机排列，NotⅠ限制酶切割位点出现频率较其
他三种限制酶低，B正确；作为基因工程的最常用的载体，质
粒上通常会有多种限制酶的切割位点，C正确；BamHⅠ限制酶
切割的DNA产生的黏性末端和用BglⅡ切割的载体DNA产生的黏
性末端可以互补配对，故BamHⅠ限制酶切割的DNA可以连接到
用BglⅡ切割的载体DNA中，D错误。
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11
知识点二　“分子搬运工”——载体
5. 下列关于质粒的叙述，正确的是（　　）
A. 质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B. 质粒是独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外且能够自
我复制的环状双链DNA分子
C. 细菌质粒和真核细胞DNA的基本组成单位不同
D. 细菌质粒的复制过程一定是在细胞外独立进行的
1
2
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11
解析： 　质粒是一种裸露的、结构简单、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，不是细胞器，A错误，B正确；细菌质粒是环状DNA分子，
和真核细胞DNA的基本组成单位相同，均为脱氧核苷酸，C错误；
质粒能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体
DNA同步复制，D错误。
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6. 质粒是基因工程中最常用的载体之一，它的主要特点是（　　）
①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小
④化学本质是蛋白质 ⑤环状RNA ⑥环状DNA
⑦能“友好”地“借居”
A. ①③⑤⑦ B. ①④⑥
C. ①③⑥⑦ D. ②③⑥⑦
解析： 　质粒必须能自主复制，以保证能在宿主细胞中稳定存在
并复制，①正确、②错误；质粒为小型环状DNA分子，其结构很
小，③⑥正确、⑤错误；质粒的化学本质是DNA，不是蛋白质，
④错误；质粒必须能“友好”地“借居”，以便于目的基因的稳定
存在和复制，⑦正确。
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7. 限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及切割位点分别是—
C↓TTAAG—和—G↓AATTC—。如图表示四种质粒和目的基因，其
中，质粒上箭头所指部位为酶的识别位点，阴影部分表示标记基
因。适于作为图示目的基因载体的质粒是（　　）
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解析： 　用限制酶MunⅠ切割A质粒后，不会破坏标记基因，而且
还能产生与目的基因两侧黏性末端相同的末端，适于作为目的基因
的载体，A符合题意；B质粒没有标记基因，不适于作为目的基因
的载体，B不符合题意；C、D质粒含有标记基因，但使用限制酶
切割后，标记基因会被破坏，因此不适于作为目的基因的载体，
C、D不符合题意。
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8. 同尾酶是指切割不同的DNA片段后能产生相同黏性末端的一类限制
酶，下列四种限制酶中属于同尾酶的是（　　）
①Nco ②Sma
③Pci
④Xma
A. ①③ B. ②④
C. ①③和②④ D. ①④
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解析： 　同尾酶是指切割不同的DNA片段后能产生相同黏性末端
的一类限制酶，平末端不属于黏性末端，故②④不属于同尾酶。限
制酶切割后，①产生的黏性末端为CATG，③产生的黏性末端为
CATG，因此①③产生的黏性末端都为CATG的相同黏性末端，符
合同尾酶的定义，A正确，B、C、D错误。
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9. 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片段大小如表所示。限
制酶a、b的识别序列和切割位点如图所示。下列有关说法正确的是
（　　）
酶a切割产物长度（bp） 酶b再次切割产物长度（bp）
2 100；1 400；1 000；500 1 900；200；800；600；1 000；500
A. 酶a与酶b切断的化学键不相同
B. 酶a与酶b切出的黏性末端不能相互连接
C. 该DNA分子中酶a与酶b的识别序列分别
有 3个和2个
D. 若酶a完全切割与该DNA序列相同的质粒，得到的切割产物有4种
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解析： 　酶a与酶b切断的化学键均为磷酸二酯键，A错误；酶a与
酶b切出的黏性末端相同，用DNA连接酶可以将它们连接起来，B
错误；由题表可知，限制酶a可以把DNA分子切成4段，说明该
DNA分子上限制酶a的切割位点有3个；限制酶b把长度为2 100 bp
的DNA片段切割成长度分别为1 900 bp和200 bp的两个DNA片段，
把长度为1 400 bp的DNA片段切割成长度分别为800 bp和600 bp的
两个DNA片段，说明限制酶b在该DNA分子上有2个切割位点，所
以酶a与酶b的识别序列分别有3个和2个，C正确；用酶a切割与该
DNA序列相同的质粒（环状的），可得到3种大小不同的切割产
物，D错误。
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10. （多选）如表为常用的限制性内切核酸酶（限制酶）及其识别序
列和切割位点，由此推断以下说法，错误的是（　　）
限制酶 识别序列和 切割位点 限制酶 识别序列和
切割位点
BamHⅠ ↓　 　 GGATCC KpnⅠ 　　　↓
GGTACC
EcoRⅠ ↓　 　 GAATTC Sau3AⅠ ↓　　　
GATC
HindⅡ ↓ GTYRAC SmaⅠ ↓
CCCGGG
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注：Y＝C或T，R＝A或G。
A. 限制酶Sma Ⅰ 切割后形成的末端可用E. coli DNA连接酶连接
B. Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部
C. BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D. 一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
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解析： 　限制酶SmaⅠ的切割位点在中轴线上，切割后形成平
末端，E. coli DNA连接酶只能连接黏性末端，A错误；一种限制
酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，并在特定位点切割DNA分
子，并非只能识别一种核苷酸序列，如表格中限制酶HindⅡ识别
的核苷酸序列不止一种，D错误。
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11. 如表所示为几种限制酶的识别序列及其切割位点，请回答下列
问题：
限制酶 BamH Ⅰ Hind Ⅲ EcoR Ⅰ Sma Ⅰ
识别序 列及切 割位点 ↓　　　 GGATCC CCTAGG 　 　↑ ↓　　　 AAGCTT TTCGAA 　 　↑ ↓　　　 GAATTC CTTAAG 　　　↑ ↓
CCCGGG
GGGCCC
↑
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（1）从表中四种酶的切割位点看，可以切出平末端的酶
是 。
解析： 由表中四种限制酶的切割位点可知，Sma Ⅰ可切
出平末端。
SmaⅠ
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（2）将目的基因与质粒DNA“缝合”依靠的是
酶，它的作用是形成磷酸二酯键；两条链间的碱基对通
过 连接起来。
解析： 目的基因与质粒缝合时用DNA连接酶进行连
接，形成磷酸二酯键；两条链之间的碱基依据碱基互补配对
原则形成氢键。
DNA连接
氢键
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（3）图1中的质粒分子可被表中限制酶 切割，切割后
的质粒含有 个游离的磷酸基团。
EcoRⅠ
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解析： 根据质粒的碱基序列可知，质粒分子可被限制
酶EcoR Ⅰ切割，切割后形成链状DNA，每一端有一个游离
的磷酸基团，共有2个游离的磷酸基团。
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（4）在相关酶的作用下，图1中的甲与图2中的乙 （填
“能”或“不能”）拼接起来。请说明理由：
。
解析： 由图可知，甲和乙的黏性末端相同，在DNA连
接酶的作用下可以拼接起来。
能
二者具有相
同的黏性末端
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感 谢 观 看!

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