高中生物【分层作业】3.1 第1课时 基因工程的发展历程及基本工具（苏教2019版选择性必修3）

第3章基因工程第1节基因工程及其技术第1课时基因工程的发展历程及基本工具必备知识基础练1.基因工程取得成功是基础理论和技术发展共同推动的。下列不属于催生基因工程的技术发明的是()A.限制性内切核酸酶的发现B.尼伦伯格和马太对遗传密码的破译C.罗思和海林斯基发现了基因转移载体D.DNA体外重组的实现2.大肠杆菌中的EcoRⅠ酶能够专一性识别CAATTC序列，并在C与A之间将这段序列剪开。该酶属于()A.DNA连接酶 B.RNA聚合酶C.限制性内切核酸酶 D.DNA聚合酶3.[2023江苏泰州姜堰中学高二月考]下图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()A.DNA连接酶、限制性内切核酸酶、解旋酶B.限制性内切核酸酶、解旋酶、DNA连接酶C.解旋酶、限制性内切核酸酶、DNA连接酶D.限制性内切核酸酶、DNA连接酶、解旋酶4.下列对DNA连接酶的理解，正确的是()A.其化学本质是蛋白质B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键C.它不能被反复使用D.在基因工程操作中，可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶5.[2023江苏徐州高二期中]下列关于限制酶的叙述，错误的是()A.限制酶的识别序列只能由6个核苷酸组成B.每一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列C.限制酶能在特定位点切割DNA分子D.被限制酶切割后的DNA不一定都形成黏性末端6.[2022江苏南京师大附中高二模考改编]下列有关基因工程工具的叙述，正确的是()A.载体的作用只是携带目的基因进入受体细胞B.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为鉴定和筛选的标记基因C.限制酶、DNA连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶D.基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动物病毒等7.通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术使羊奶中含有人体蛋白质。下图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“手术刀”能识别的序列和切点是↓—GGATCC—。请回答下列问题：(1)从羊染色体中“切下”羊蛋白质基因的酶是。人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是。

(2)请写出质粒被切割形成黏性末端的过程。(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”羊的染色体内，原因是。“插入”时，用的工具是，其种类有。

关键能力提升练8.[2022江苏泰州中学高二期中改编]下列关于生物学中常见的几种酶的叙述，正确的是()A.DNA连接酶将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的碱基黏合B.用限制酶从质粒上切下一个目的基因需消耗4个水分子C.限制酶能专一性破坏双链DNA分子中碱基之间的氢键来切割DNA分子D.T4DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端9.[2023江苏扬州邗江中学高三调研]限制酶HindⅢ和XhoⅠ的识别序列及切割位点分别为↓AAGCTT和↓CTCGAG。下列有关叙述正确的是()A.两种限制酶的作用都是使识别序列中的氢键断裂B.两种限制酶切割形成的黏性末端都是—AGCTC.用HindⅢ切割目的基因和用XhoⅠ切割质粒后，可形成重组质粒D.操作中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果10.[2023江苏泰州泰兴中学高三调研]某线性DNA分子含有5000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切割产物的长度/bp酶b再次切割产物的长度/bp2100；1400；1000；5001900；200；800；600；1000；500A.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切割与该DNA序列相同的质粒，得到的切割产物有4种11.用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性内切核酸酶的切割位点如图所示。回答下列问题：(1)常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。上图中酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。

(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是。

(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，质粒DNA分子上有，便于外源DNA插入。质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是。

学科素养创新练12.[2023江苏镇江丹阳高级中学高三月考]下表中列出了几种限制酶的识别序列及切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题：限制酶BamHⅠHindⅢEcoRⅠSmaⅠ识别序列及切割位点↓GGATCCCCTAGG↑↓AAGCTTTTCGAA↑↓GAATTCCTTAAG↑↓CCCGGGGGGCCC↑(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有、个游离的磷酸基团。

(2)若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越。

(3)要用图1中的质粒和图2中外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是。

(4)与只使用EcoRⅠ相比较，使BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止。

(5)为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入酶。

第一节基因工程及其技术第1课时基因工程的发展历程及基本工具参考答案1.【答案】B【解析】20世纪70年代初，科学家相继发现了多种限制酶、DNA连接酶以及逆转录酶，这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件，工具酶的发现属于催生基因工程的技术发明，A项不符合题意；尼伦伯格和马太对遗传密码的破译属于催生基因工程的基础理论，不属于催生基因工程的技术发明，B项符合题意；1967年，罗思和海林斯基发现细菌DNA(拟核处的DNA)之外的质粒有自我复制的能力，并可以在细菌细胞间转移，这一发现为基因转移找到一种运载工具，基因转移载体的发现属于催生基因工程的技术发明，C项不符合题意；1972年伯格首先在体外进行了DNA改造的研究，成功地构建了第一个体外重组DNA分子，DNA体外重组的实现属于催生基因工程的技术发明，D项不符合题意。2.【答案】C【解析】限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，故大肠杆菌中的EcoRⅠ酶能够专一性识别CAATTC序列，并在C与A之间将这段序列剪开，该酶属于限制性内切核酸酶，C项符合题意。3.【答案】C【解析】①处为氢键，是解旋酶的作用部位；②处为磷酸二酯键，是限制性内切核酸酶的作用部位；③处为两个DNA片段的缺口，是DNA连接酶的作用部位。综上所述，C项符合题意。4.【答案】A【解析】DNA连接酶的化学本质是蛋白质，A项正确；DNA连接酶可以恢复DNA分子中的磷酸二酯键，B项错误；酶只改变反应速率，反应前后自身的物质的量不发生改变，能被反复使用，C项错误；DNA连接酶同时连接双链的切口，而DNA聚合酶只在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此在基因工程操作中，不可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶，D项错误。5.【答案】A【解析】不同限制酶的识别序列是不固定的，对识别序列的核苷酸数也是没有固定要求的，A项错误。6.【答案】D【解析】载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，并使之在受体细胞中稳定遗传和表达，A项错误；载体质粒通常采用抗生素抗性基因作为筛选标记基因，用于筛选含有目的基因的细胞，B项错误；质粒的化学本质是环状的DNA分子，不属于酶，C项错误；基因工程中使用的载体除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动物病毒等，D项正确。7.【答案】(1)限制酶DNA连接酶(2)—G↓GATCC—CCTAG↑G——G—CCTAG+GATCC—G—(3)基因的结构是相同的载体质粒、λ噬菌体的衍生物、动物病毒等【解析】(1)限制酶可以识别并切割特定的脱氧核苷酸序列，可从羊染色体中“切下”羊蛋白质基因。人的蛋白质基因插入后连接在羊体细胞染色体中时需要DNA连接酶。(2)图示限制酶识别的序列为—GGATCC—，并且在G与G之间切开，因此形成的黏性末端是反向重复的，其过程见答案。(3)羊的染色体的主要成分是DNA和蛋白质，其中DNA上的基因与人体蛋白质基因的结构是相同的，因此人体蛋白质基因能“插入”羊的染色体内。“插入”时，用的工具是载体，载体的种类有质粒、λ噬菌体的衍生物、动物病毒等。8.【答案】B【解析】DNA连接酶能够将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的磷酸二酯键黏合，A项错误；用限制酶从质粒上切下一个目的基因，要断裂4个磷酸二酯键，故需消耗4个水分子，B项正确；限制酶切割DNA分子时，是破坏了同一条链上相邻脱氧核苷酸之间的化学键，即磷酸二酯键，而不是两条链上互补配对的碱基之间的氢键，C项错误；T4DNA连接酶既可以连接双链DNA片段互补的黏性末端，又可以连接平末端，但连接平末端时的效率比较低，D项错误。9.【答案】D【解析】限制酶的作用是识别特定的核苷酸序列并切割磷酸二酯键，A项错误；两种限制酶识别和切割的序列分别为↓AAGCTT和↓CTCGAG，则两者切割后形成的黏性末端分别是—AGCT、—TCGA，B项错误；两种限制酶切割形成的黏性末端不同，无法形成重组质粒，C项错误；酶切结果受环境因素的影响，操作中可通过控制反应时间、酶的浓度等控制酶切效果，D项正确。10.【答案】C【解析】酶a与酶b切断的化学键相同，都是磷酸二酯键，A项错误；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项错误；酶a可以把原有DNA切成4段，说明该DNA分子中酶a的识别序列有3个，酶b把大小是2100bp的DNA切成大小分别为1900bp和200bp两个片段，把大小是1400bp的DNA切成大小分别为800bp和600bp两个片段，且酶a和酶b的识别位点不同，说明酶b的识别序列有2个，C项正确；质粒为环状的DNA分子，并且酶a在该DNA分子上有3个识别序列，因此用酶a切割可以得到3种切割产物，D项错误。11.【答案】(1)EcoRⅠ、PstⅠEcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRⅤ(2)磷酸二酯键(3)一个至多个限制酶的酶切位点用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞【解析】(1)限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的是平末端，E.coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接平末端的效率较低。因此图中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E.coliDNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接形成磷酸二酯键。(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因表达的载体，首先质粒上含有复制原点，质粒DNA分子上有一个至多个限制酶的酶切位点，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。12.【答案】(1)02(2)高(3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接【解析】(1)质粒切割前的双环DNA分子，所有磷酸基团均参与形成磷酸二酯键，故不