江苏专版2023-2024学年新教材高中生物第三章基因工程第一节基因工程及其技术第3课时目的基因的获取DNA的粗提取和鉴定基因表达载体的构建分层作业苏教版选择性必修3

第三章第一节第3课时目的基因的获取、DNA的

粗提取和鉴定、基因表达载体的构建必备知识基础练1.在已知某小片段基因碱基序列的情况下,获得该基因的最佳方法是()A.逆转录合成cDNAB.用化学合成法合成C.利用PCR技术扩增D.从基因文库中提取2.下列有关目的基因获取的理解,不正确的是()A.目的基因可以从自然界中分离,也可以人工合成B.cDNA文库的构建需要用到逆转录酶C.基因文库就是基因组文库D.cDNA文库只含有某种生物的一部分基因3.下列有关基因表达载体的叙述,不正确的是()A.具有复制原点,使目的基因能在受体细胞内扩增B.具有启动子,作为核糖体识别、结合的部位C.具有标记基因,有利于重组DNA的鉴定和选择D.具有目的基因,以获得特定的基因表达产物4.为了在大肠杆菌细胞中成功表达人胰岛素基因,首先需要提取细胞的mRNA,经逆转录等过程来获取目的基因。下列相关叙述错误的是()A.用于逆转录的mRNA只能从胰岛B细胞中获取B.逆转录过程需要四种游离的核糖核苷酸作为原料C.经逆转录得到的目的基因不含启动子和内含子D.逆转录获取目的基因时,遵循碱基互补配对原则5.图中pUC18是一种常用质粒,其中ori为复制原点,Ap为青霉素抗性基因,lacZ基因能合成某种酶,该酶能将无色染料X-gal变成蓝色。已知目的基因插入的位置如图所示。为了快速筛选出获得目的基因的大肠杆菌,平板培养基内除了要有大肠杆菌生长所必需的营养物质和琼脂,还必须加入其他物质。下列叙述正确的是()A.只需要加入青霉素B.lacZ基因是目的基因C.含有目的基因的重组质粒的大肠杆菌不能将X-gal变成蓝色D.ori可以启动目的基因的转录6.[2022江苏扬州邗江中学高二期中改编]用鸡血进行DNA的粗提取与鉴定。下列有关叙述不正确的是()A.将鸡血静置后取上清液进行实验B.DNA在2mol·L-1的NaCl溶液中溶解度最大C.可用冰乙醇进行DNA的纯化D.在沸水浴条件下,DNA与二苯胺试剂反应呈蓝色7.[2023江苏盐城伍佑中学高二调研]下列关于DNA的粗提取与鉴定实验的各步骤操作的目的的表述,错误的是()A.沉淀的血细胞中加水是为了使血细胞破裂从而提取DNAB.加入物质的量浓度为2mol·L-1的NaCl溶液是为了溶解DNAC.向溶解有DNA的NaCl溶液中加蒸馏水是为了洗涤DNA,除去杂质D.在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色8.在DNA的粗提取实验中,将核内DNA溶解于2mol·L-1的NaCl溶液中后,缓缓加入蒸馏水直到絮状物不再增加,此时若继续加蒸馏水,看到的现象是()A.絮状物量不变B.絮状物量增加C.絮状物量减少D.絮状物量先增加后减少9.下图表示以鸡血为实验材料进行DNA的粗提取与鉴定的操作程序。请分析并回答下列问题:(1)步骤一中向鸡血细胞液中加入并搅拌,可使鸡血细胞破裂。

(2)步骤二中过滤后,收集含有DNA的。

(3)步骤三、四的操作原理是DNA在中溶解度不同而去除杂质。步骤四的主要操作是滴加蒸馏水并搅拌,当观察到溶液中时,操作停止,过滤去除溶液中的杂质。

(4)氯仿密度大于水,能使蛋白质变性沉淀,与水和DNA均不相溶,且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度,依据氯仿的特性,步骤七的具体操作是将步骤六获得的滤液与等量的氯仿充分混合,静置一段时间,吸取,然后加入等体积的,至烧杯中会出现白色絮状物,这就是粗提取的DNA。

关键能力提升练10.[2023江苏宿迁泗洪中学高三月考]下图为基因表达载体的模式图。下列叙述错误的是()A.构建基因的表达载体需要用到限制酶和DNA连接酶B.终止子位于基因的下游,使翻译在所需要的地方停止下来C.构建成功后可使目的基因在受体细胞中稳定存在,并遗传给下一代D.抗生素抗性基因作为标记基因,可检测受体细胞中是否导入了目的基因11.[多选]下图是基因文库的构建和获取目的基因的示意图。下列叙述不正确的是()A.通过该途径能获得该生物的全部基因B.①过程通常只用一种DNA酶切割全部DNAC.②过程需要DNA连接酶的作用D.④过程可用相应抗体,利用核酸分子杂交技术获取目的基因12.某研究组对DNA粗提取的步骤进行了创新:利用液氮快速粉碎植物样品,采用碱裂解(0.5mol·L-1NaOH使细胞破碎)的方式提取DNA,提取的DNA利用TE缓冲液中和,得到DNA粗提溶液。下列说法错误的是()A.可采用洋葱或鸡血细胞为材料提取DNAB.利用液氮处理样品的作用是使植物细胞彼此分离C.碱溶液可能可以破坏细胞质膜和细胞壁D.TE缓冲液中析出的DNA应溶解在2mol·L-1的NaCl溶液中13.[多选]提取生物大分子的基本思路是选用一定的物理或化学方法分离具有不同物理或化学性质的生物大分子,如提取DNA就要利用它与RNA、蛋白质等在物理和化学性质方面的差异来去除其他成分。下列有关DNA的粗提取与鉴定的叙述,错误的是()A.可用新鲜猪血代替鸡血做实验材料B.为避免颜色干扰,实验中不能采用菠菜叶片作为实验材料C.收集、保存好剩余的二苯胺试剂,以备以后实验时继续使用D.纯化提取的DNA时,要控制NaCl溶液浓度反复溶解和析出DNA14.下图是“DNA的粗提取和鉴定”实验中几个重要的操作示意图。下列叙述错误的是()A.图①的原理是DNA不溶于冰乙醇,而某些蛋白质可溶于冰乙醇B.图①和图③都需要用玻璃棒沿一个方向轻轻搅拌,便于DNA的析出并保持结构完整C.若图③操作后接图②操作,则DNA会留在滤液中D.若图④操作后接图②操作,则DNA会留在纱布上15.[2022江苏泰州中学高二期中]叶绿体DNA(cpDNA)大多为环状双链,其基因组序列高度保守,目前已在分子标记、核质互作、叶绿体基因工程等方面开展了广泛研究。下列为提取cpDNA的相关步骤,其中SDS能瓦解生物膜,苯酚使蛋白质变性析出,氯仿与苯酚互溶,易于除去苯酚。(1)叶绿体的分离①匀浆使细胞破碎:将叶片于4℃冰箱黑暗饥饿处理12~24h后,剪成1cm长度,放入匀浆机,倒入缓冲液,先低速匀浆2次,再高速匀浆3次,每次5~10s。匀浆前黑暗饥饿处理的目的是,有利于cpDNA的提取。

②离心得到叶绿体的粗提物:将匀浆液过滤后离心,弃沉淀以去除细胞残骸;将得到的上清液再次离心,弃上清液,即得叶绿体的粗提物,第二次离心的速度比第一次的。整个过程中线粒体分布在中,从而避免了线粒体DNA对cpDNA的污染。

(2)去除核DNA:向叶绿体的粗提物中加入、缓冲液,37℃静置15min后,离心取,从而去除吸附在叶绿体外膜上的核DNA。

(3)叶绿体的裂解和cpDNA的粗提:将纯化的叶绿体加入缓冲液、SDS、蛋白酶K,55℃水浴3h,使叶绿体裂解,释放出cpDNA,离心取上清液。在上清液中加入苯酚和氯仿,离心后的液体包括上层水相、中层变性蛋白和下层有机溶剂,cpDNA分布于中,小心用吸取该层液体。

(4)沉淀cpDNA:向粗提溶液中加入3mol·L-1的醋酸钠及,离心取沉淀物。

(5)电泳检测cpDNA:下图中1、2是某品种茶树用上述方法提取到的cpDNA的凝胶电泳结果,其中M是已知大小的不同DNA的混合物。组2无条带,表明提取不成功,其可能的原因之一是操作过程中叶绿体裂解时间过长,使。

16.科研人员利用大肠杆菌构建了抗虫基因文库。最新研究发现,漏斗蜘蛛中的AH基因控制合成的毒素肽具有显著的杀虫效果,现以p-B质粒为载体,构建AH基因的cDNA文库。图1表示p-B质粒,其中Cmlr表示氯霉素抗性基因,ccdB基因表达产物能抑制大肠杆菌DNA的复制,图中箭头表示相关限制酶的酶切位点,且不同种的限制酶的识别序列不同,其中AiuⅠ、XbaⅠ、SspⅠ和MfeⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别是↓

—AGCT—、↓

—TCTAGA—、↓

—AATATT—、↓

—CAATTG—。请分析并回答下列问题:(1)为获得AH基因的cDNA,先要从漏斗蜘蛛的毒素肽分泌细胞中提取,再通过合成出AH基因的cDNA。若从漏斗蜘蛛其他组织细胞提取,则难以成功,原因是。

(2)若已知AH基因的cDNA两端部分序列为5'AACTATGCGC……CGTAGCCTCT3',请写出PCR扩增该cDNA时的两个引物对应的局部序列(前10个碱基序列),并标明5'端和3'端:、。一个初始双链cDNA经四轮循环后,共消耗这两种引物的数量为个。

(3)利用图中的质粒和AH基因构建重组质粒时,宜选用限制酶双酶切割质粒,再选用限制酶切割目的基因,将切割后获得的DNA片段混合,经处理后,再与大肠杆菌混合培养。

学科素养创新练17.生物兴趣小组以苹果为材料开展细胞中DNA的含量测定研究,主要实验流程如下图,其中SDS(十二烷基硫酸钠)具有破坏细胞质膜和核膜、使蛋白质变性等作用,苯酚和氯仿不溶或微溶于水。它们的密度均大于水。请分析并回答下列问题:(1)步骤①中苹果组织研磨前先经液氮冷冻处理的主要优点是。

(2)根据实验流程可推知,步骤③④所依据的原理是。

(3)步骤⑤加入2~3倍冰乙醇的目的是。

(4)下面是某同学设计的DNA鉴定实验的主要步骤:①取1支20mL试管,向其中先后加入物质的量浓度为2mol·L-1的NaCl溶液5mL和少量絮状DNA沉淀,用玻璃棒搅拌使其溶解;②向试管中加入4mL二苯胺试剂,混匀后将试管置于50~60℃水浴中加热5min,待试管冷却后,观察溶液是否变蓝。请指出上面实验步骤中的两个错误:、。

(5)该兴趣小组成员还以同种苹果的不同组织器官为材料,测定不同组织细胞中DNA的含量,结果如下表(表中数值为每克生物材料干重中DNA的含量)。组织器官韧皮部形成层冬芽秋梢嫩叶成熟叶片含量/(μg·g-1)80.00150.00160.00120.0070.00试从细胞分裂的角度,解释不同生物材料中DNA的含量差异明显的原因:。

第3课时目的基因的获取、DNA的粗提取和鉴定、基因表达载体的构建1.B基因工程中获取目的基因的方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增、化学合成法等,对于比较小且核苷酸序列已知的目的基因来说,可以通过DNA合成仪用化学合成法直接人工合成,B项符合题意。2.C目的基因可以用限制酶从自然界中分离,也可以通过人工合成的方法获取,A项正确;cDNA文库的构建需要用到逆转录酶,以mRNA为模板,经逆转录酶催化形成cDNA,B项正确;基因文库包括基因组文库和部分基因文库,C项错误;cDNA文库是部分基因文库中的一种,只包含一种生物的部分基因,D项正确。3.B基因表达载体具有启动子,是RNA聚合酶识别、结合的部位,B项错误。4.B胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达,因此只能从胰岛B细胞中获取用于逆转录的mRNA,A项正确;逆转录过程是以RNA为模板合成DNA的过程,以四种游离的脱氧核糖核苷酸为原料,B项错误;真核细胞的mRNA转录后通过加工剪切了内含子和启动子,因此逆转录得到的基因不含启动子和内含子,C项正确;逆转录获取目的基因利用碱基互补配对原则获得DNA链,D项正确。5.C该培养基中应加入青霉素和无色染料X-gal,A项错误;lacZ基因的作用为标记基因,B项错误;重组质粒中插入目的基因破坏了lacZ基因,含这种重组质粒的大肠杆菌,不能合成该酶,故无法将无色染料X-gal变成蓝色,C项正确;启动子在基因的首段,它是RNA聚合酶的结合位点,能控制转录的开始,只有启动子才能驱动目的基因的转录,D项错误。6.A在新鲜鸡血中加入适量的柠檬酸钠防止血液凝固,混合均匀后置于4℃冰箱内,静置1天,取血细胞的沉淀物进行实验,A项错误。7.C沉淀的血细胞中加水是为了使血细胞破裂释放DNA,从而提取DNA,A项正确;NaCl溶液的物质的量浓度为2mol·L-1时,DNA溶解,B项正确;向溶解DNA的烧杯中加蒸馏水是为了降低NaCl溶液的浓度,从而使DNA析出,C项错误;在一定温度(沸水浴)下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,D项正确。8.CDNA在2mol·L-1的NaCl溶液中溶解,缓缓加入蒸馏水使得NaCl溶液浓度降低,则DNA的溶解度降低,DNA不断析出;DNA絮状物量不再增加时,此时DNA的溶解度最低,如继续加蒸馏水,DNA的溶解度增加,DNA絮状物量减少,C项符合题意。9.答案(1)蒸馏水(2)滤液(3)不同浓度的NaCl溶液(4)絮状物不再增加上清液冰乙醇解析(1)分析流程图可知,进行DNA的粗提取与鉴定时,步骤一中向鸡血细胞液中加入蒸馏水并搅拌,可使鸡血细胞破裂。(2)步骤二中过滤后,可除去细胞质膜碎片等不溶物,收集含有DNA的滤液。(3)步骤三、四的操作原理是DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同而去除杂质。步骤四的主要操作是滴加蒸馏水并搅拌,当观察到溶液中絮状物(主要成分是DNA)不再增加时,操作停止,过滤去除溶液中的杂质。(4)氯仿密度大于水,能使蛋白质变性沉淀,与水和DNA均不相溶,且对DNA影响极小。为了进一步提高DNA纯度,依据氯仿的特性,步骤七的具体操作是将步骤六获得的滤液与等量的氯仿充分混合,静置一段时间,吸取上清液,然后加入等体积的冰乙醇,至烧杯中会出现白色絮状物,这就是粗提取的DNA。10.B终止子位于基因的下游,其作用是使转录在相应的地方停止,不是使翻译在所需要的地方停止下来,B项错误。11.BD该过程为基因组文库的构建过程,基因组文库包含该生物的所有基因,A项正确;①过程使用限制酶,其识别并切割DNA分子上特定的核苷酸序列,B项错误;②过程需要DNA连接酶的作用,C项正确;④过程可用特定的基因探针,利用核酸分子杂交技术获取目的基因,D项错误。12.D洋葱或鸡血细胞均有细胞核,核中有DNA,所以可以用二者为材料提取DNA,A项正确;由题干“液氮快速粉碎植物样品”可知,利用液氮处理样品的作用是使植物细胞彼此分离,B项正确;由题干“NaOH使细胞破碎”可知,NaOH呈碱性,碱溶液可能可以破坏细胞质膜和细胞壁,C项正确;由题干可知,TE缓冲液就是溶解DNA的溶液,D项错误。13.ABC猪属于哺乳动物,哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核,因此新鲜猪血不能作为该实验的实验材料,A项错误;加入酒精溶解色素后过滤,DNA粗提取后不含叶绿素,用菠菜叶做实验不影响实验效果,B项错误;二苯胺试剂需要现配现用,C项错误;纯化DNA时,要控制NaCl溶液浓度过滤除去其中的杂质,最后用2mol·L-1的NaCl溶液溶解DNA,D项正确。14.B图①的原理是DNA不溶于冰乙醇,某些蛋白质可溶于冰乙醇,以便除去溶于冰乙醇的杂质,提取含杂质较少(或较纯净)的DNA,A项正确;图①中玻璃棒逆时针方向搅拌,目的是提取出含杂质较少的DNA,图③中玻璃棒顺时针方向搅拌,目的是加速细胞吸水破裂,B项错误;图③操作是加入蒸馏水,破碎细胞,图②操作是过滤,获取含DNA的滤液,使DNA留在滤液中,C项正确;图④操作是去除滤液中的杂质,析出DNA,图②操作是过滤,将DNA留在纱布上,D项正确。15.答案(1)①使叶绿体中的淀粉消耗掉②快上清液(2)DNA酶沉淀(3)上层水相移液枪(微量移液器)(4)冰乙醇(5)cpDNA片段断裂或降解,所提取的cpDNA含量少解析(1)①匀浆使细胞破碎:将叶片于4℃冰箱黑暗饥饿处理12~24h后,剪成1cm长度,放入匀浆机,倒入缓冲液,先低速匀浆2次,再高速匀浆3次,每次5~10s。匀浆前黑暗饥饿处理的目的是使叶绿体中的淀粉消耗掉,有利于cpDNA的提取。②离心得到叶绿体的粗提物:将匀浆液过滤后离心,弃沉淀以去除细胞残骸;将得到的上清液再次离心,弃上清液,即得叶绿体的粗提物,第二次离心的速度比第一次的快。整个过程中线粒体分布在上清液中,从而避免了线粒体DNA对cpDNA的污染。(2)向叶绿体的粗提物中加入DNA酶可水解DNA,37℃静置15min后,离心取沉淀,从而去除吸附在叶绿体外膜上的核DNA。(3)由于DNA可以溶解在水里,所以在上清液中加入苯酚和氯仿,离心后的液体包括上层水相、中层变性蛋白和下层有机溶剂,cpDNA分布于上层水相中,小心用移液枪吸取该层液体。(4)DNA不溶于冰乙醇,向粗提溶液中加入3mol·L-1的醋酸钠及冰乙醇,使DNA沉淀,所以离心取沉淀物获取cpDNA。(5)组2无条带,表明提取不成功,其可能的原因之一是操作过程中叶绿体裂解时间过长,使cpDNA片段断裂或降解,所提取的cpDNA含量少。16.答案(1)mRNA逆转录AH基因在其他组织细胞中不表达,提取不到AH基因的mRNA(2)5'AACTATGCGC3'5'AGAGGCTACG3'30(3)AiuⅠ和MfeⅠSspⅠ和MfeⅠDNA连接酶解析(1)AH基因的cDNA可以通过逆转录获得,因此需要先从漏斗蜘蛛的毒素肽分泌细胞中提取mRNA,再逆转录合成AH基因的cDNA。由于AH基因在其他组织细胞中是不表达的,因此若从漏斗蜘蛛其他组织细胞提取,则难以成功。(2)根据题意分析,已知AH基因的cDNA两端部分序列为5'AACTATGCGC……CGTAGCCTCT3',则其在利用PCR技术进行扩增时,需要两种不同的引物,且引物与目的基因(双链)两侧的碱基序列是互补的,因此两个引物对应的局部序列(前10个碱基序列)为5'AACTATGCGC3'、5'AGAGGCTACG3'。PC