选修三现代生物技术专题全套课后答案

选修3现代生物科技专题

专题1基因工程

1.1DNA重组技术的基本工具

（一）思考与探究

1.限制酶在DNA的任何部位都能将DNA切开吗？以下是四种不同限制酶切割形成的DNA片段：

(1) …CTGCA (2) …AC (3) GC…

…G …TG CG…

（4）…G (5) G… (6) …GC

…CTTAA ACGTC……CG

(7) GT… (8)AATTC…

CA… G…

你是否能用DNA连接酶将它们连接起来？

答：

2和7能连接形成…ACGT…

…TGCA…；

4和8能连接形成…GAATTC…

…CTTAAG…；

3和6能连接形成…GCGC…

…CGCG…；

1和5能连接形成…CTGCAG…

…GACGTC…。

2.联系你已有的知识，想一想，为什么细菌中限制酶不剪切细菌本身的DNA？

提示：迄今为止，基因工程中使用的限制酶绝大部分都是从细菌或霉菌中提取出来的，它们各自可以识别和切断DNA上特定的碱基序列。细菌中限制酶之所以不切断自身DNA，是因为微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，对于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在长期演化过程中，含有某种限制酶的细胞，其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列，或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上，使限制酶不能将其切开。这样，尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断，并且可以防止外源DNA的入侵（本题不要求学生回答的完全，教师可参考教师用书中的提示，根据学生的具体情况，给予指导。上述原则也应适用于其他章节中有关问题的回答。）。

3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程载体吗？为什么？

提示：基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒（plasmid），即独立于细菌拟核处染色体DNA之外的一种可以自我复制、双链闭环的裸露的DNA分子。是否任何质粒都可以作为基因工程载体使用呢？其实不然，作为基因工程使用的载体必需满足以下条件。

（1）载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。

（2）载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。

（3）载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。

（4）载体DNA必需是安全的，不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。

（5）载体DNA分子大小应适合，以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。

实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。

4.网上查询：DNA连接酶有连接单链DNA的本领吗？

提示：迄今为止，所发现的DNA连接酶都不具有连接单链DNA的能力，至于原因，现在还不清楚，也许将来会发现可以连接单链DNA的酶。

（二）寻根问底

1.根据你所掌握的知识，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？

提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制，以防止外来病原物的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具，当外源DNA侵入时，会利用限制酶将外源DNA切割掉，以保证自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，从而达到保护自身的目的。

2. DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗？为什么？

答：不是一回事。基因工程中所用的连接酶有两种：一种是从大肠杆菌中分离得到的，称之为E·coli 连接酶。另一种是从T4噬菌体中分离得到，称为T4连接酶。这两种连接酶催化反应基本相同，都是连接双链DNA的缺口（nick），而不能连接单链DNA。DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键（在相邻核苷酸的3位碳原子上的羟基与5位碳原子上所连磷酸基团的羟基之间形成），那么，二者的差别主要表现在什么地方呢？

（1）DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羟基上，形成磷酸二酯键；而DNA

连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。

（2）DNA聚合酶是以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链；而DNA连接酶是将DNA双链上的两个缺口同时连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。

此外，二者虽然都是由蛋白质构成的酶，但组成和性质各不相同。

（三）模拟制作讨论题

1. 你模拟插入的DNA片段能称得上一个基因吗？

提示：不能。因为一般基因有上千个碱基对。

2. 如果你操作失误，碱基不能配对。可能是什么原因造成的？

提示：可能是剪切位点或连接位点选得不对（也可能是其他原因）。

（四）旁栏思考题

想一想，具备什么条件才能充当“分子运输车”？

提示：能自我复制、有一个或多个切割位点、有标记基因位点及对受体细胞无害等。

1.2基因工程的基本操作程序

（一）思考与探究

1.作为基因工程表达载体，只需含有目的基因就可以完成任务吗？为什么？

答：不可以。因为目的基因在表达载体中得到表达并发挥作用，还需要有其他控制元件，如启动子、终止子和标记基因等。必须构建上述元件的主要理由是：

（1）生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启动子才能比较有利于基因的表达；

（2）通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录；

（3）目的基因是否导入受体生物中需要有筛选标记；

（4）为了增强目的基因的表达水平，往往还要增加一些其他调控元件，如增强子等；

（5）有时需要确定目的基因表达的产物存在于细胞的什么部位，往往要加上可以标识存在部位的基因（或做成目的基因与标识基因的融合基因），如绿色荧光蛋白基因等。

2.根据农杆菌可将目的基因导入双子叶植物的机理，你能分析出农杆菌不能将目的基因导入单子叶植物的原因吗？若想将一个抗病基因导入单子叶植物，如小麦，从理论上说，你应该如何做？

提示：农杆菌可分为根瘤农杆菌和发根农杆菌，在植物基因工程中以根瘤农杆菌的Ti质粒介导的遗传转化最多。根瘤农杆菌广泛存在于双子叶植物中。据不完全统计，约有93属643种双子叶植物对根瘤农杆菌敏感。裸子植物对该菌也敏感。当这些植物被该菌侵染后会诱发肿瘤。近年来，也有报道该菌对单子叶植物也有侵染能力。

根瘤农杆菌侵染植物是一个非常复杂的过程。根瘤农杆菌具有趋化性，即植物的受伤组织会产生一些