2019-2020学年高中生物 第一章 基因工程 第一节 基因工程概述 第1课时 基因工程的发展历程和工具学案 苏教版选修3

第1课时 基因工程的发展历程和工具学习导航明目标、知重点难点了解基因工程的概念、诞生及发展。掌握限制酶及DNA连接酶的作用。（重、难点）理解载体需具备的条件。（难点）一、阅读教材P79第三段完成基因工程发展历程的相关问题1理论与技术基础(1)沃森和克里克建立了DNA分子双螺旋结构模型。(2)科恩伯格及其合作者首次在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶。(3)梅塞尔森和斯塔尔发现了DNA半保留复制的机理。(4)克里克提出了描述遗传信息流向的中心法则。(5)尼伦伯格和霍拉纳等破译了全部64种遗传密码。(6)罗思和赫林斯基发现细菌拟核外的质粒具有自我复制能力，并能在细菌细胞之间转移。(7)在大肠杆菌细胞中发现了DNA连接酶。(8)特明和巴尔的摩发现了逆转录酶，证明遗传信息也可以从RNA反向传递到DNA。(9)史密斯等人分离到第一种特异性很强的限制性核酸内切酶。2基因工程(1)概念：在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞，并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术，又称为DNA重组技术。(2)诞生事件：1973年，斯坦福大学科学家科恩等将两种不同来源的DNA分子进行体外重组，并首次实现了重组DNA分子在大肠杆菌中的表达。(3)发展阶段：19731976年为开始期；1977年生产出生长抑制素释放因子，到1981年为发展期； 1983年通过农杆菌转化法培育出世界上首例转基因植物转基因烟草，以后为迅猛发展期。二、阅读教材P9第四段P12分析基因工程的工具酶与载体1“分子手术刀”限制性核酸内切酶(1)能识别DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。(2)在合适的反应条件下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。(3)切割出黏性或平口末端。2“分子针线”DNA连接酶连接两个DNA片段形成两个磷酸二酯键成为一个重组DNA。3“分子搬运工”目的基因进入受体细胞的载体(1)常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物以及一些动植物病毒等。(2)质粒DNA分子常用作载体，其至少包括：含有复制原点且能保证在受体细胞中进行独立复制的复制区。独特的标记基因，用于鉴定和选择重组DNA分子。目的基因(外源基因)插入位点，便于目的基因的插入。 判一判(1)通过基因工程改造成的生物为新物种。()(2)限制性核酸内切酶和DNA解旋酶的作用部位相同。()(3)DNA连接酶起作用时不需要模板。()(4)限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列。()(5)重组DNA分子中的标记基因的作用是用于筛选获得含重组DNA分子的受体细胞。() 连一连基因工程中的工具酶限制性核酸内切酶和DNA连接酶要实现基因工程中的“剪切”和“拼接”过程必须有操作工具。结合教材P9第四段P12边做边学内容完成以下探究。 探究1完善下图并回答下列问题，理解限制性核酸内切酶的作用(1)作用特点：每种限制性核酸内切酶能识别特定的脱氧核苷酸序列，且在特定位点上切割DNA分子。该序列也称为识别序列，一般具有回文序列。 (2)切割结果：按照切割的方式不同，可分为错位切和平切，大部分限制性核酸内切酶在切开DNA双链时为错位切。错位切是在DNA分子两条链的不同部位进行切割，切割后两个末端均留下一段游离的单链，这种单链被称为黏性末端。平切是在DNA分子两条链上相同的部位进行切割，切割后形成一个平口末端。(3)由上图推出：限制性核酸内切酶的作用部位是图中4(图中数字表示)连接相邻脱氧核苷酸的键(磷酸二酯键)，而不是碱基间的1氢键。 探究2观察下图并回答下列问题，DNA连接酶的连接作用(1)从上图来看DNA连接酶的作用是把DNA分子“梯子”的扶手断口处连接起来。结果是形成一条重组DNA分子。(2)从图中DNA连接酶的作用部位分析，它与限制性核酸内切酶的作用部位相同(“相同”“不同”或“无法确定”)。 探究3观察下图，归纳DNA连接酶与限制性核酸内切酶的关系(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。(2)限制酶和DNA连接酶的作用结果相反(相同、相反)。(3)限制酶能识别特定的脱氧核苷酸序列，在特定位点上切割DNA分子；DNA连接酶无特定位置。 (1)从下图中的和中选出限制性核酸内切酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和DNA解旋酶四种酶的作用部位。提示：限制性核酸内切酶、DNA连接酶和DNA聚合酶作用于部位；DNA解旋酶作用于部位。(2)上述四种酶中具有识别作用的是哪个？提示：限制性核酸内切酶。1DNA连接酶与限制性核酸内切酶的比较项目作用应用限制性核酸内切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.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较项目DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键不同点模板不需要模板需要DNA的一条链为模板作用对象游离的DNA片段单个的脱氧核苷酸作用结果形成完整的DNA分子形成DNA的一条链用途基因工程DNA复制 突破1限制酶1限制酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的脱氧核苷酸序列。如图所示为四种限制酶BamH、EcoR、Hind 以及Bgl 的辨别序列，箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？其正确的末端互补序列应该为()ABamH和EcoR；末端互补序列为AATTBBamH和Hind；末端互补序列为GATCCEcoR和Hind；末端互补序列为AATTDBamH和Bgl；末端互补序列为GATC解析：选D。A项中BamH切割出的末端序列为GATC，EcoR切割出的末端序列为AATT，两者不能互补黏合；B项中Hind切割出的末端序列为AGCT，与BamH切割出的末端序列不能互补黏合；同理可推出C项所示两种限制酶所切割出来的末端也不能互补黏合，只有D项所示两种限制酶所切割出来的末端才能互补黏合。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，都可以找到一条中心轴线，如图，中心轴线两侧的双链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；以AT为轴，两侧碱基互补对称。,(2)判断黏性末端或平口末端是否由同一种限制酶切割形成的方法是：将黏性末端或平口末端之一旋转180后，看它们是否是完全相同的结构。) 突破2DNA连接酶2下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是()A将单个核苷酸加到某DNA片段末端，可形成磷酸二酯键B连接两条DNA链上碱基之间的氢键C将断开的两个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键D只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来，不能将双链DNA片段平口末端之间进行连接解析：选C。DNA连接酶的功能是催化两个双链DNA分子片段之间的磷酸二酯键的形成，从而将两个DNA分子连接起来；有的DNA连接酶既能连接黏性末端，也能连接平口末端。有关DNA的三种酶的区别(1)DNA酶即DNA水解酶，是将DNA水解的酶；(2)DNA聚合酶是在DNA复制过程中，催化形成新DNA分子的酶，是将单个游离的脱氧核苷酸加到DNA片段上，需要模板；(3)DNA连接酶是将两个DNA片段的两个缺口同时连接，不需要模板，两者作用的化学键相同，都是磷酸二酯键。 基因工程中的“分子搬运工”载体学生用书P4完成下图，结合教材P12第一三段内容回答相关问题：(1)各组成部分的功能复制区：含有复制原点，保证在受体细胞中进行独立复制。独特的标记基因：最常见的是抗生素抗性基因，如氨苄青霉素抗性基因、四环素抗性基因或某些生化表型等标志基因。用于鉴定和选择重组DNA分子。目的基因插入位点：是某种限制性核酸内切酶的切割位点，便于目的基因的插入。通常一个质粒上会含有多种限制性核酸内切酶的切割位点。(2)用限制性核酸内切酶切割质粒和外源DNA分子，并通过DNA连接酶的连接成为外源基因表达载体。(1)怎样选用限制酶？提示：限制酶识别的切割位点，不能在载体的复制起始点、标记基因等载体必需的基因片段，切点所处位置必须在载体需要的基因片段之外，避免载体因目的基因的插入而失活或影响鉴定和筛选。(2)作为载体必须具有一个至多个限制性核酸内切酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，为什么？提示：因为某种限制性核酸内切酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制性核酸内切酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。基因工程中的载体种类常用的载体有质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等质粒质粒是最早应用的载体；结构：细菌细胞中的很小的环状DNA分子；特性：质粒的存在对宿主细胞无影响；重组质粒的形成：用同一种限制性核酸内切酶切割质粒和外源DNA分子，并通过DNA连接酶的连接，就能将质粒和外源DNA分子组成一个重组质粒(重组DNA分子)作用将外源基因送入受体细胞条件能在宿主细胞内复制并稳定地保存；具有一个至多个限制性核酸内切酶切点；具有某些标记基因 突破1质粒载体1下列有关质粒的叙述，正确的是()A细胞膜上的载体和基因工程中的载体的化学本质相同B质粒是基因工程中唯一的运载体C载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器解析：选C。细胞膜上载体的化学本质是蛋白质，而基因工程中载体的化学本质是小型环状DNA分子，故A错误；质粒是基因工程中常用的运载体，但不是唯一的，B错误；运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接，C正确；质粒不属于细胞器，D错误。细胞膜上的载体与基因工程中的载体的区别(1)化学本质不同：细胞膜上的载体的化学成分是蛋白质；基因工程中的载体可能是物质，如质粒(DNA)、也可能是生物，如噬菌体和动、植物病毒等。(2)功能不同：细胞膜上的载体功能是协助细胞膜控制物质进出细胞；基因工程中的载体是一种“分子运输车”，把目的基因导入受体细胞。 突破2载体的标志基因2在基因工程中，可依据受体细胞的类型及其生理特性来选择合适的载体，既能高效地携带目的基因进入受体细胞，又能方便地进行检测。已知有以下几类含有不同标记基因的质粒，不可作为侵入大肠杆菌的载体的是(已知青霉素可杀死大肠杆菌，四环素不能杀死大肠杆菌)()解析：选B。A质粒携带目的基因是否进入大肠杆菌，可用含有青霉素的培养基培养大肠杆菌，如果大肠杆菌不死亡，说明这些大肠杆菌已含有了A质粒上的标记基因表达出的性状，进一步说明目的基因已被携带进入大肠杆菌细胞内，故A项不符合题意；B质粒上的抗四环素标记基因对大肠杆菌无影响，所以不能用于对目的基因是否进入大肠杆菌的检测，即该载体不可作为侵入大肠杆菌的载体，B项符合题意；C和D质粒上的标记基因均可明显指示目的基因是否进入大肠杆菌细胞内，故C、D项均不符合题意。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，原理如下图所示：核心知识小结网络构建关键语句1.限制性核酸内切酶的作用特点是识别双链DNA分子上特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割。2.限制酶和DNA连接酶的作用部位都是两个脱氧核苷酸间的磷酸二酯键，二者作用结果相反；DNA连接酶没有识别能力。3.在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。随堂检测 知识点一基因工程的发展历程1下列有关基因工程诞生的说法，不正确的是()A基因工程是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的B工具酶和载体的发现使基因工程的实施成为可能C遗传密码的破译为基因的分离和合成提供了理论依据D基因工程必须在同物种间进行解析：选D。基因工程可在不同物种间进行，它可打破生殖隔离的界限，定向改造生物遗传性状。 知识点二基因工程的工具2下面是3种限制性核酸内切酶对DNA分子的识别序列和剪切位点图(箭头表示切点，切出的断面为黏性末端)。相关叙述错误的是()限制酶1：GATC限制酶2：CCCGGG限制酶3：GGATCCA不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，体现了酶的专一性B限制酶2和3识别的序列都包含6个碱基对C限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同D能够识别和切割RNA分子内一小段核苷酸序列的酶只有限制酶2解析：选D。酶具有专一性，不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点，A项正确；据图可知，限制酶2和3识别的序列分别是CCCGGG和GGATCC，均为6个碱基对，故B项正确；限制酶1和酶3剪出的黏性末端相同，均为GATC，C项正确；限制酶只能识别特定的DNA序列，因此三种限制酶均不能识别和切割RNA中核糖核苷酸序列，故D项错误。3对DNA连接酶的功能描述，正确的是()A将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的化学键连接起来B在基因工程中只作用于一个切口处的两个黏性末端C用于DNA复制时母链与子链间形成氢键D与DNA聚合酶作用的部位相同，作用对象不同解析：选D。DNA连接酶作用部位为磷酸二酯键，在基因工程中作用于两个切口的黏性末端，DNA聚合酶也是作用于磷酸二酯键，作用对象为游离的脱氧核苷酸。4下图表示某种质粒和人的胰岛素基因，其中a表示标记基因，b表示胰岛素基因，E1表示某限制酶的酶切位点，现用该种限制酶分别切割质粒和胰岛素基因，后用DNA连接酶连接切割后的质粒和胰岛素基因，下列选项中不可能出现的是()答案：C5如图为重组质粒形成示意图。将此重组质粒导入大肠杆菌，然后将大肠杆菌放在四种培养基中培养：a无抗生素的培养基，b含四环素的培养基，c含氨苄青霉素的培养基，d含四环素和氨苄青霉素的培养基。含重组质粒的大肠杆菌能生长的是()AaBa和cCa和b Db和c解析：选B。从图中可以看出人的生长激素基因插入到抗四环素基因中，导致抗四环素基因结构被破坏，无法表达，重组质粒只有抗氨苄青霉素基因能够表达，导入此重组质粒的大肠杆菌只能够在无抗生素或含有氨苄青霉素的培养基上生长，不能在含有四环素的培养基上生长。6下图表示两种限制性核酸内切酶识别DNA分子的特定序列，并在特定位点对DNA进行切割的示意图，请回答以下问题：(1)图中甲和乙代表_。(2)EcoR、Hpa代表_。(3)图中甲和乙经过相应操作均形成两个片段，切口的类型分别为_、_。甲中限制性核酸内切酶的切点是_之间，乙中限制性核酸内切酶的切点是_之间。(4)由图解可以看出，限制性核酸内切酶的作用特点是_。(5)如果甲中G碱基发生基因突变，可能发生的情况是_。解析：从图解可以看出，甲和乙代表的是不同的DNA片段，在相应的限制性核酸内切酶(EcoR、Hpa)的作用下，在特定的位点被切割成两部分。前者是在识别序列的中心轴线两侧分别切开，形成的末端是黏性末端；后者是在识别序列的中心轴线处切开，形成的末端是平口末端。答案：(1)有特殊脱氧核苷酸序列的DNA片段(2)两种不同的限制性核酸内切酶(3)黏性末端平口末端G、AA、T(4)能识别双链DNA分子的特定脱氧核苷酸序列，并从特定的位点将DNA分子切割(5)限制性核酸内切酶不能识别切割位点课时作业一、选择题1下列有关基因工程的叙述，正确的是()A基因工程是细胞水平上的生物工程B基因工程的产物对人类都是有益的C基因工程产生的变异属于人工诱变D基因工程育种的优点之一是目的性强解析：选D。基因工程是在生物体外，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(目的性强)和重新组合(基因重组)，然后导入受体细胞内进行繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。但并不是所有的基因产物对人类都有益。基因工程是分子水平上的生物工程。2下列四条DNA片段，可以由同一种限制性核酸内切酶切割而成的是()ABC D解析：选D。只有和两个黏性末端的碱基是互补的，可能是由同一种限制性核酸内切酶切割而成的。3镰刀型细胞贫血症的病因是血红蛋白基因的碱基序列发生了改变。检测这种碱基序列改变必须使用的酶是()A解旋酶 BDNA连接酶C限制性核酸内切酶 DRNA聚合酶解析：选C。解旋酶是在DNA复制时要用的酶，A错误；DNA连接酶是用来连接目的基因与质粒的工具酶，B错误；检测过程中必须用到限制性核酸内切酶，C正确；RNA聚合酶是转录过程用的酶，D错误。4PU和GATA可以识别基因的特定序列，继而激活相关基因的表达，由此推测，PU和GATA的结构更接近下列选项中的()A限制酶 B蛋白酶C淀粉酶 DDNA连接酶解析：选A。由于PU和GATA可以识别基因的特定序列，从这方面来分析，其结构应该接近限制酶，因为限制酶也能识别基因中特定的脱氧核苷酸序列，故A正确。5下列各选项中，a、b、c、d代表的结构说法正确的是()Aa质粒RNA BbDNA连接酶Cc限制酶 Dd外源基因解析：选D。a代表质粒DNA，故A错误；b代表限制酶，故B错误；c代表DNA连接酶，故C错误；d代表外源基因，即目的基因，故D正确。6如图为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核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A BC D解析：选C。图示中表示该酶切割DNA分子双链产生黏性末端的过程，用到的酶是限制性核酸内切酶，是黏性末端连接的过程，用到的酶是DNA连接酶，是DNA分子解旋的过程，要用解旋酶，是DNA分子复制时子链的形成过程，需要DNA聚合酶。7下列不可作为基因工程中的标记基因的是()A抗性基因B发光基因C产物具有颜色反应的基因D贮藏蛋白的基因解析：选D。标记基因的作用是方便之后的筛选，所以标记基因一定要有一定的鉴别筛选能力，比如抗性基因，可以通过加入对应抗生素杀死未成功转化的细胞，而发光基因和有颜色反应的基因，也可以通过其发光或产生某种颜色的反应，筛选转化成功的细胞，但是贮藏蛋白的基因，无法设计简便的实验对转化的成功与否进行检测，故不能作为基因工程的标记基因，故选D。8如图为DNA分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()ADNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶B限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶C解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶D限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶解析：选C。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开； DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键；解旋酶能使DNA分子双螺旋结构解开，氢键断裂，所以处是解旋酶作用部位，处是限制性核酸内切酶作用部位，处是DNA连接酶作用部位。9针对如图的叙述，错误的是()A限制酶将a处切断，一定形成相同的黏性末端BDNA连接酶将a处连接会脱去一分子水CDNA复制时需要解旋酶切断b处，基因工程操作中不需要Db处的化学键是氢键解析：选A。限制酶会将DNA切出具有黏性末端或平口末端的两个片段，A项错误；磷酸二酯键的形成是一个脱水缩合的反应，B项正确；DNA复制需要解旋酶，而基因工程不需要，C项正确；观察该图，可以确定b处为碱基对之间形成的氢键，D项正确。10将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是()A每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒B每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点C每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaD每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子解析：选C。A项正确，大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明每个大肠杆菌都至少含一个重组质粒；B项正确，每个重组质粒应至少含一个限制性核酸内切酶识别位点，以便ada的插入；C项错误，质粒pET28b作为载体，可有多个不同的限制酶酶切位点，并不是每个位点都插入了ada，这要看限制酶切割后的黏性末端是否与目的基因的黏性末端相同；D项正确，由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子。11构建重组质粒时可选用四种限制酶，其识别序列如图。为防止酶切片段的自身环接，不可选用的限制酶组合是()A BC D解析：选C。为防止酶切片段的自身环接，需要用不同的限制酶进行切割，而且不同的限制酶切割后产生的黏性末端不同。限制酶和切割后产生的黏性末端不同，可选用，与题意不符，A项错误；限制酶和切割后产生的黏性末端也不同，可选用，与题意不符，B项错误；限制酶和切割后产生的黏性末端相同，不可选用，与题意相符，C项正确；限制酶和切割后产生的黏性末端不同，可选用，与题意不符，D项错误。12如图为某种质粒的简图，小箭头所指分别为限制酶EcoR、BamH的酶切位点，P为转录的启动部位。已知目的基因的两端有EcoR、BamH的酶切位点，受体细胞为无任何抗药性的原核细胞。下列叙述正确的是()A将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR酶切，在DNA连接酶作用下，由两个DNA片段之间连接形成的产物有两种BDNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来，形成一个重组质粒时形成两个磷酸二酯键C为了防止目的基因反向粘连和质粒自行环化，酶切时可选用的酶是EcoR和BamHD能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞表明该目的基因已成功导入该细胞解析：选C。如果将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoR酶切，那么酶切后二者的黏性末端相同，在DNA连接酶作用下，由两个DNA片段之间连接形成的产物有三种，只有一种符合基因工程的需求；DNA连接酶的作用是将酶切后的目的基因和质粒的黏性末端连接起来形成重组质粒，该过程形成4个磷酸二酯键；为了防止目的基因和质粒自行环化，酶切时可选用的酶是EcoR和BamH，这样切割后得到的DNA片段两侧的黏性末端不同；由于受体细胞为无任何抗药性的原核细胞，因此能在含青霉素的培养基中生长，可能是受体细胞成功导入了目的基因，也可能是只导入了不含目的基因的载体。二、非选择题13如图为体外对DNA分子进行切割和拼接的示意图，请据图回答以下问题：(1)EcoR是一种_酶，其识别序列是_，切割位点是_与_之间的_键，切割产生的DNA片段末端形式为_。(2)将不同来源的DNA片段“缝合”起来，需要_酶或_酶。它们均属于_酶，作用是_。其中能“缝合”两个双链DNA片段的平口末端的酶是_。解析：图解表示EcoR将两个DNA分子在特定序列的特定位点切开并通过DNA连接酶进行拼接的过程。EcoliDNA连接酶只能“缝合”两个互补的黏性末端，而T4DNA连接酶既可以“缝合”两个互补的黏性末端，也可以“缝合”平口末端。答案：(1)限制性核酸内切GAATTC鸟嘌呤脱氧核苷酸(或G)腺嘌呤脱氧核苷酸(或A)磷酸二酯黏性末端(2)EcoliDNA连接T4DNA连接DNA连接催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，将两个双链DNA片段“缝合”起来T4DNA连接酶14啤酒酵母菌是啤酒生产上常用的典型的发酵酵母菌。除用于酿造啤酒及其他的饮料酒外，还可发酵面包。菌体维生素、蛋白质含量高，可作食用、药用和饲料。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下：(1)该技术定向改变了啤酒酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于_。(2)为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的载体是_。(3)要使载体与LTP1基因连接，首先应使用_进行切割。假如载体被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端有_(多选)，其中跟是同一种限制酶切割的是_。(4)有C进入的啤酒酵母菌分别在含有青霉素、四环素的两种选择培养基上的生长情况是_。解析：(1)由图可知该技术属于基因工程，该变异属于基因重组。(2)据图可以看出，载体来自大肠杆菌，一定是质粒。(3)跟具有相同黏性末端的是A、B、C，它们能相互连接，但来自同一种限制酶切割的是A。(4)由于质粒上抗四环素基因被破坏，所以含有C的酵母菌在含有青霉素的培养基上能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活。答案：(1)基因重组(2)(大肠杆菌的)质粒(3)限制酶A、B、CA(4)在含有青霉素的培养基上能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活15目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如图所示，请据图回答下列问题：(1)构建人工质粒时要有抗性基因，以便于_。(2)pBR322分子中有单个EcoR限制酶作用位点，EcoR只能识别序列GAATTC，并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoR的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoR切割后所形成的黏性末端：_。(3)pBR322分子中另有单个的BamH限制酶作用位点，现将经BamH处理后的质粒与另一种限制酶Bgl 处理得到的目的基因，通过DNA连接酶作用恢复_键，成功获得了重组质粒，说明_。(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无ampr和tetr的大肠杆菌，将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图二的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表现型是_，图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是_。解析：(1)质粒作为基因表达载体的条件之一是要有抗性基因，以便于筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞。(2)同一限制酶切割DNA分子产生的黏性末端相同，根据题意可知：该目的基因两侧被限制酶EcoR切割后所形成的黏性末端为：(3)DNA连接酶催化两个DNA片段形成磷酸二酯键；而通过DNA连接酶作用能将两个DNA分子片段连接，表明经两种限制酶(BamH和Bgl)切割得到的DNA片段，其黏性末端相同。(4)由题意知：由于与图三空圈相对应的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，而不能在含四环素的培养基上生长，故可推知与图三空圈相对应的图二中的菌落能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素。由图二、图三结果显示，多数大肠杆菌都能抗氨苄青霉素和四环素，而经限制酶BamH作用后，标记基因tetr已被破坏，故重组质粒不能抗四环素，故多数大肠杆菌导入的是pBR322质粒。答案：(1)筛选(鉴别)目的基因是否导入受体细胞(2)(3)磷酸二酯两种限制酶(BamH和Bgl )切割得到的黏性末端相同(4)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素pBR322质粒16下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的切位点。请回答下列问题：限制酶BamHHindEcoRSma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Sma切割前后，分别含有_和_个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的Sma酶切位点越多，质粒的热稳定性越_。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma切割，原因是_。(4)与只使用EcoR相比较，使用BamH和Hind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。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_。解析：(1)一个图1所示的质粒分子经Sma切割前后，分别含有0、2个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造，插入的Sma酶切位点越多，含有的CG碱基对越多，质粒的热稳定性越高。(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用Sma切割，原因是Sma会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因。(4)与只使用EcoR相比较，使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化。(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DNA连接酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了鉴别和筛选含有目的基因的细胞。答案：(1)02(2)高(3)Sma会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞20