高中生物選修三課后題答案和提示

1、1高中生物選修三《現(xiàn)代生物科技專題》課后題答案和提示高中生物選修三《現(xiàn)代生物科技專題》課后題答案和提示專題一專題一基因工程基因工程1.11.1DNADNA重組技術(shù)的基本工具重組技術(shù)的基本工具（一）思考與探究（一）思考與探究1.1.限制酶在限制酶在DNADNA的任何部位都能將的任何部位都能將DNADNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNADNA片段：片段：(1)(1)…CTGCACTGCA(2

2、)(2)…ACAC(3)(3)GCGC……G…TGTGCGCG…（4）…G(5)(5)G…(6)(6)…GCGC…CTTAACTTAAACGTCACGTC……CGCG(7)(7)GTGT…(8)AATTC(8)AATTC…CACA…G…你是否能用你是否能用DNADNA連接酶將它們連接起來？連接酶將它們連接起來？答：答：2和7能連接形成…能連接形成…ACGTACGT……TGCATGCA…；…；4和8能連接形成…能連接形成…GAATTCGA

3、ATTC……CTTAAGCTTAAG…；…；3和6能連接形成…能連接形成…GCGCGCGC……CGCGCGCG…；…；1和5能連接形成…能連接形成…CTGCAGCTGCAG……GACGTCGACGTC…。…。2.2.聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的聯(lián)系你已有的知識，想一想，為什么細(xì)菌中限制酶不剪切細(xì)菌本身的DNADNA？提示：迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以提

4、示：迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細(xì)菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷識別和切斷DNADNA上特定的堿基序列。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身上特定的堿基序列。細(xì)菌中限制酶之所以不切斷自身DNADNA，是因?yàn)槲⑸镌陂L期的進(jìn)化過，是因?yàn)槲⑸镌陂L期的進(jìn)化過程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對于外源入侵的程中形成了一套完善的防御機(jī)制，對于外源入侵的DNADNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限可以降解掉。生物在

5、長期演化過程中，含有某種限制酶的細(xì)胞，其制酶的細(xì)胞，其DNADNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉(zhuǎn)移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細(xì)菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNADNA被切被切斷，并且可以防止外源斷，并且可以防止外源D

6、NADNA的入侵。的入侵。3.3.天然的天然的DNADNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？提示：基因工程中作為載體使用的提示：基因工程中作為載體使用的DNADNA分子很多都是質(zhì)粒（分子很多都是質(zhì)粒（plasplas），即獨(dú)立于細(xì)菌擬核處染色體，即獨(dú)立于細(xì)菌擬核處染色體DNADNA之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的之外的一種可以自我復(fù)制、雙鏈閉環(huán)的裸露的DNADNA分子。是否任何質(zhì)粒都

7、可以作為基因工程載體使用分子。是否任何質(zhì)粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實(shí)不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。呢？其實(shí)不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。（1）載體載體DNADNA必需有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基必需有一個或多個限制酶的切割位點(diǎn)，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于

8、因目的基因因插入的限制酶的切點(diǎn)所處的位置，還必須是在質(zhì)粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。的插入而失活。（2）載體載體DNADNA必需具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體必需具備自我復(fù)制的能力，或整合到受體染色體DNADNA上隨染色體上隨染色體DNADNA的復(fù)制而同步復(fù)制。的復(fù)制而同步復(fù)制。（3）載體載體DNADNA必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。必需帶有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組子的篩選。（

9、4）載體載體DNADNA必需是安全的，不會對受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。必需是安全的，不會對受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其他生物細(xì)胞中去。（5）載體載體DNADNA分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。分子大小應(yīng)適合，以便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒實(shí)際上自然存在的質(zhì)粒DNADNA分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。

10、分子并不完全具備上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才能用于基因工程操作。4.4.網(wǎng)上查詢：網(wǎng)上查詢：DNADNA連接酶有連接單鏈連接酶有連接單鏈DNADNA的本領(lǐng)嗎？的本領(lǐng)嗎？提示：迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的提示：迄今為止，所發(fā)現(xiàn)的DNADNA連接酶都不具有連接單鏈連接酶都不具有連接單鏈DNADNA的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也的能力，至于原因，現(xiàn)在還不清楚，也許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈許將來會發(fā)現(xiàn)可以連接單鏈DNADNA的酶。的酶。3根瘤農(nóng)桿菌侵

11、染植物是一個非常復(fù)雜的過程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些根瘤農(nóng)桿菌侵染植物是一個非常復(fù)雜的過程。根瘤農(nóng)桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產(chǎn)生一些糖類和酚類物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導(dǎo)物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁糖類和酚類物質(zhì)吸引根瘤農(nóng)桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導(dǎo)物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質(zhì)主要在雙子葉植物細(xì)胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被

12、香酮，這些物質(zhì)主要在雙子葉植物細(xì)胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農(nóng)桿菌侵染的原因。近年來還發(fā)現(xiàn)一些中性糖，如根瘤農(nóng)桿菌侵染的原因。近年來還發(fā)現(xiàn)一些中性糖，如LL阿拉伯糖、阿拉伯糖、DD木糖等也有誘導(dǎo)作用。酚類物質(zhì)和木糖等也有誘導(dǎo)作用。酚類物質(zhì)和糖類物質(zhì)既可以作為根瘤農(nóng)桿菌的趨化物，又可以作為農(nóng)桿菌中糖類物質(zhì)既可以作為根瘤農(nóng)桿菌的趨化物，又可以作為農(nóng)桿菌中TiTi質(zhì)粒上質(zhì)粒上VirVir區(qū)（毒性區(qū)）基因的誘

13、導(dǎo)區(qū)（毒性區(qū)）基因的誘導(dǎo)物，使物，使VirVir區(qū)基因活化，導(dǎo)致區(qū)基因活化，導(dǎo)致TDNATDNA的加工和轉(zhuǎn)移，從而侵染植物細(xì)胞。的加工和轉(zhuǎn)移，從而侵染植物細(xì)胞。需要注意的是農(nóng)桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農(nóng)桿菌需要注意的是農(nóng)桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農(nóng)桿菌侵染單子葉植物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化時，是需要加上述酚類物質(zhì)的，同時單子葉植物種類不同，農(nóng)桿菌侵染進(jìn)行侵染單子葉植

14、物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化時，是需要加上述酚類物質(zhì)的，同時單子葉植物種類不同，農(nóng)桿菌侵染進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。遺傳轉(zhuǎn)化的效果也有很大差異。如果想將一個抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點(diǎn)：①要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，如果想將一個抗病毒基因轉(zhuǎn)入小麥，也可以用農(nóng)桿菌，但要注意兩點(diǎn)：①要選擇合適的農(nóng)桿菌菌株，因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，一般為乙酰丁香酮等，目因?yàn)椴皇撬械霓r(nóng)桿菌菌株都可以侵染單

15、子葉植物；②要加趨化和誘導(dǎo)的物質(zhì)，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農(nóng)桿菌的的是使農(nóng)桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農(nóng)桿菌的VirVir區(qū)（誘導(dǎo)）的基因，使區(qū)（誘導(dǎo)）的基因，使TDNATDNA轉(zhuǎn)移并插入到染色體移并插入到染色體DNADNA上。上。3.3.利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有關(guān)細(xì)胞器功能的知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本利用大腸桿菌可以生產(chǎn)出人的胰島素，聯(lián)系前面有

16、關(guān)細(xì)胞器功能的知識，結(jié)合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？思路，思考一下，若要生產(chǎn)人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？提示：有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的，內(nèi)提示：有些蛋白質(zhì)肽鏈上有共價結(jié)合的糖鏈，這些糖鏈?zhǔn)窃趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體上加工完成的，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體

17、存在于真核細(xì)胞中，大腸桿菌不存在這兩種細(xì)胞器，因此，在大腸桿菌中生產(chǎn)這種糖蛋白是不可能的。蛋白是不可能的。4.4.β珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當(dāng)它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細(xì)胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的β胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產(chǎn)出鼠的β珠蛋白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？珠蛋

18、白，想一想，應(yīng)如何進(jìn)行設(shè)計(jì)？提示：基本操作如下：提示：基本操作如下：（1）從小鼠中克隆出β）從小鼠中克隆出β珠蛋白基因的編碼序列（珠蛋白基因的編碼序列（cDNAcDNA）。（2）將）將cDNAcDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個表達(dá)載體。前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環(huán)素的基因，構(gòu)建成一個表達(dá)載體。（3）將表達(dá)載體導(dǎo)入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸

19、桿菌。如果表）將表達(dá)載體導(dǎo)入無四環(huán)素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌。如果表達(dá)載體未進(jìn)入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；如果培養(yǎng)基上長出大腸桿菌菌落，達(dá)載體未進(jìn)入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環(huán)素基因而死掉；如果培養(yǎng)基上長出大腸桿菌菌落，則表明β則表明β珠蛋白基因已進(jìn)入其中。珠蛋白基因已進(jìn)入其中。（4）培養(yǎng)進(jìn)入了β）培養(yǎng)進(jìn)入了β珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取β珠蛋白基因的大腸

20、桿菌，收集菌體，破碎后從中提取β珠蛋白。珠蛋白。（二）求異思維（二）求異思維你能推測出由你能推測出由mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄形成反轉(zhuǎn)錄形成cDNAcDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？的過程大致分為哪些步驟嗎？提示：提示：19701970年，特明（年，特明（H.M.H.M.TeminTemin）和巴爾的摩（）和巴爾的摩（D.D.BaltimeBaltime）證實(shí)了）證實(shí)了RNARNA病毒中含有一種能將病毒中含有一種能將RNARNA轉(zhuǎn)錄成轉(zhuǎn)錄成

21、DNADNA的酶，這種酶被稱為依賴的酶，這種酶被稱為依賴RNARNA的DNADNA聚合酶，由于與中心法則中的從聚合酶，由于與中心法則中的從DNADNA到RNARNA的轉(zhuǎn)錄是的轉(zhuǎn)錄是反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶（反向的，所以稱為反轉(zhuǎn)錄酶（reversereversetranasetranase）。反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用反轉(zhuǎn)錄酶既可以利用DNADNA又可以利用又可以利用RNARNA作為模板合成與之互補(bǔ)的作為模板合成與之互補(bǔ)的DNADNA鏈。像其他鏈

22、。像其他DNADNA聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)聚合酶一樣，反轉(zhuǎn)錄酶也以錄酶也以5′→′→3′方向合成′方向合成DNADNA（圖（圖1313）。圖1313由mRNAmRNA反轉(zhuǎn)錄形成反轉(zhuǎn)錄形成cDNAcDNA的過程的過程cDNAcDNA合成過程是：第一步，反轉(zhuǎn)錄酶以合成過程是：第一步，反轉(zhuǎn)錄酶以RNARNA為模板合成一條與為模板合成一條與RNARNA互補(bǔ)的互補(bǔ)的DNADNA單鏈，形成單鏈，形成RNADNARNADNA雜交分子。第二步，核酸酶交分子。