“酶切”為背景的高考題解法賞析

河北 劉艷紅

“酶切”為背景的高考題解法賞析

河北 劉艷紅

在近三年各地高考試題中，以 “電泳酶切結果”為依托的習題，將生物電泳技術、基因工程、遺傳等知識進行綜合考查，考查了考生的綜合分析能力。筆者結合近年真題進行了整理分類，愿與大家分享，不妥之處歡迎批評指正。

一、真題回放

視角一：提供不同的限制酶序列，考查酶的選擇及概念的理解能力

【例1】（2015·上海卷）如圖1－A所示，質(zhì)粒pZHZ9上含有X抗生素抗性基因（XR）和 Y抗生素抗性基因（YR）。其中XR內(nèi)部含有限制酶KasⅠ識別序列，YR內(nèi)部含有限制酶FseⅠ、HpaⅡ、NaeⅠ、NgoMⅣ識別序列，五種酶的識別序列如圖1－B（↓表示切割位點），且這些識別序列在整個質(zhì)粒上均僅有一處，目的基因內(nèi)部不存在這些識別序列。

（1）若要將結構如圖1－C所示的目的基因直接插入到YR內(nèi)形成重組質(zhì)粒pZHZ10，則pZHZ9需用限制酶__________________切開。將上述切開的質(zhì)粒溶液與目的基因溶液混合，加入DNA連接酶連接后，進行大腸桿菌受體細胞導入操作。之后，受體細胞的類型（對兩種抗生素表現(xiàn)出抗性R或敏感性S）包含_________（多選）。

A.XR、YRB.XR、YSC.XS、YRD.XS、YS

（2）若用KasⅠ和FseⅠ聯(lián)合酶切重組質(zhì)粒pZHZ10（只含單個目的基因），則可能產(chǎn)生的酶切片段數(shù)為_________（多選）。

A.1 B.2 C.3 D.4

【思路點撥】（1）分析圖1，通過比較五種限制酶的識別位點和露出的黏性末端，可以看出只有限制酶NgoMⅣ切割DNA分子后露出的黏性末端與目的基因的兩端的黏性末端相同，進而可以把目的基因插入質(zhì)粒中。有的質(zhì)粒可能沒有導入目的基因，XR、YR基因都沒有被破壞，兩種抗性均存在；目的基因插入質(zhì)粒后YR基因被破壞，故只有XR抗性；若沒有導入質(zhì)粒則表現(xiàn)為XS、YS。（2）由題意，XR內(nèi)部含有限制酶KasⅠ識別序列，YR內(nèi)部含有限制酶FseⅠ、HpaⅡ、NaeⅠ、NgoMⅣ識別序列，五種酶的識別序列在整個質(zhì)粒上均僅有一處，如果插入目的基因后，NgoMⅣ的識別序列有兩處，根據(jù)題意，能夠被FseⅠ識別的序列都能被NgoMⅣ識別，因此若用KasⅠ和FseⅠ聯(lián)合酶切重組質(zhì)粒pZHZ10，最少可以切開一個位點，得到一種DNA片段，最多切開3個位點，得到三種DNA片段，ABC對。

【答案】（1）NgoMⅣ ABD （2）ABC

【例2】（2012·江蘇卷·節(jié)選）圖2表示含有目的基因D的DNA片段長度（bp即堿基對）和部分堿基序列，4種酶切序列及酶切點如下表

MspⅠBamHⅠMboⅠSmaⅠC↓CGG G↓GATCC ↓GATC CCC↓GGG

（1）若用限制酶SmaⅠ完全切割圖中DNA片段其產(chǎn)物長度為__________________。

（2）若圖中虛線方框內(nèi)的堿基對被T－A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子分離出圖2及其對應的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有__________________種不同DNA片段。

【思路點撥】圖中目的基因D內(nèi)部含有兩個SmaⅠ酶切點，用該酶完全切割時會得到534＋3＝537；658＋3＝661；796－6＝790三個片段（單位省略），如圖3。

雜合子Dd既含有D基因酶切的片段，又含有突變?yōu)閐（左側(cè)SmaⅠ酶切點被破壞，無法切割）后的切割片段及537＋790＝1 327、661，共有537bp、790bp、661bp、1 327bp 4種片段。

【答案】（1）537bp、790bp、661bp （2）4

視角二：提供酶切與基因關系圖解，考查綜合分析及靈活運用能力

【例3】（2015·江蘇卷）由苯丙氨酸羥化酶基因突變引起的苯丙氨酸代謝障礙，是一種嚴重的單基因遺傳病，稱為苯丙酮尿癥（PKU），正常人群中每70人有1人是該致病基因的攜帶者（顯、隱性基因分別用A、a表示）。圖4－A是某患者的家族系譜圖，其中Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3及胎兒Ⅲ1（羊水細胞）的DNA經(jīng)限制酶MspⅠ消化，產(chǎn)生不同的片段（kb表示千堿基對），經(jīng)電泳后用苯丙氨酸羥化酶cDNA探針雜交，結果見圖4－B。請回答下列問題：

（1）Ⅰ1、Ⅱ1的基因型分別為__________________。

（2）依據(jù)cDNA探針雜交結果，胎兒Ⅲ1的基因型是__________________。Ⅲ1長大后，若與正常異性婚配，生一個正常孩子的概率為__________________。

圖4

【思路點撥】本題以系譜、酶切、電泳結果為載體綜合考查孟德爾遺傳規(guī)律以及伴性遺傳和人類遺傳病的知識，意在考查考生的分析推理與計算能力。（1）由圖4－A知常隱遺傳病，據(jù)圖4－B知Ⅱ1的電泳結果僅含19kb的條帶（即只含a基因的條帶），可知其基因型是aa，Ⅰ1和Ⅰ2、Ⅱ2、Ⅱ3和Ⅲ1的基因型都是Aa。正常異性的基因型為1/70Aa，故Ⅲ1長大后與其婚配，生一個正常孩子的概率為1－（1/70×1/4）＝279/280。

【答案】（1）Aa、aa （2）Aa 279/280

視角三：提供酶切連接各種結果圖解，考查判斷推理分析能力

【例4】（2015·福建卷·節(jié)選）GDNF是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子。對損傷的神經(jīng)細胞具有營養(yǎng)和保護作用。研究人員構建了含GDNF基因的表達載體（如圖5所示），并導入到大鼠神經(jīng)干細胞中，用于干細胞基因治療的研究。請回答：

（1）構建含GDNF基因的表達載體時，需選擇圖5中的__________________限制酶進行酶切。

（2）經(jīng)酶切后的載體和GDNF基因進行連接，連接產(chǎn)物經(jīng)篩選得到的載體主要有三種：單個載體自連、GDNF基因與載體正向連接、GDNF基因與載體反向連接（如圖5所示）。為鑒定這3種連接方式，選擇HpaⅠ酶和BamHⅠ酶對篩選的載體進行雙酶切，并對酶切后的DNA片段進行電泳分析，結果如圖6所示。圖6中第_________泳道顯示所鑒定的載體是正向連接的。

【思路點撥】根據(jù)圖6的酶切電泳結果泳道①僅有一種條帶（6 000bp）與原載體長度相同，屬于載體自連；泳道②有兩種條帶，且長度分別與質(zhì)粒（6 000bp）和GDNF基因（700bp）長度相同，為正向連接；泳道③有兩種條帶，長度（6 500bp＋200bp）與BamHⅠ酶切后結果相同，為反向連接。質(zhì)粒上有XhoⅠ識別位點，而且在啟動子之后，所以選用XhoⅠ限制酶進行酶切。

【答案】（1）XhoⅠ （2）②

【例5】（2013·天津卷）采用特異性引物對花椰菜和黑芥基因組DNA進行PCR擴增，得到兩親本的差異性條帶，可用于雜種植株的鑒定。圖7是用該引物對雙親及再生植株1～4進行PCR擴增的結果。據(jù)圖判斷，再生植株1～4中一定是雜種植株的有_________。

【思路點撥】根據(jù)圖譜，花椰菜含有堿基對為300和600的DNA片段，黑芥含有堿基對為1 000、1 300和1 500的片段，再生植株3，僅含有長度為300和600的片段，與花椰菜一致，1、2、4既含有花椰菜DNA片段，又含有黑芥DNA片段，為雜種植株。

【答案】1、2、4

二、隨堂演練

1.在DNA測序工作中，需要將某些限制酶的限制位點在DNA上定位，使其成為DNA分子中的物理參照點。這項工作叫作“限制酶圖譜的構建”。假設有以下一項實驗：用限制酶HindⅢ，BamHⅠ和二者的混合物分別降解一個4kb（1kb即1千個堿基對）大小的線性DNA分子，降解產(chǎn)物分別進行凝膠電泳，在電場的作用下，降解產(chǎn)物分開，如下圖所示。

（1）據(jù)此分析，這兩種限制酶在該DNA分子上的限制位點數(shù)目是以下哪一組？ （ ）

A.HindⅢ1個，BamHⅠ2個

B.HindⅢ2個，BamHⅠ3個

C.HindⅢ2個，BamHⅠ1個

D.HindⅢ和BamHⅠ各有2個

（2）請畫出酶切圖譜

【思路點撥】（1）由圖AHindⅢ酶切的兩個片段，說明有一個HindⅢ酶切點；圖CBamHⅠ酶切3個片段，可知有兩個BamHⅠ酶切位點。

【答案】（1）A （2）酶切圖譜為

2.現(xiàn)有一長度為1 000堿基對（bp）的DNA分子，酶切后片段見下表。該DNA分子的酶切圖譜正確的是 （ ）

EcoRⅠ酶KpnⅠ酶EcoRⅠ、KpnⅠ同時酶切DNA分子1 000bp 400bp＋600bp 200bp＋600bp

【思路點撥】單獨用EcoRⅠ酶、KpnⅠ酶切環(huán)狀DNA分別對應1種、2種長度的DNA分子，說明有1個EcoRⅠ酶切點，2個KpnⅠ酶切位點，并且E酶切點能將400片段一分為二。

【答案】D

3.為了解基因結構，通常選取一特定長度的線性DNA分子，先用一種限制酶切割，通過電泳技術將單酶水解片段分離，計算相對大小；然后再用另一種酶對單酶水解片段進行降解，分析片段大小。下表是某小組進行的相關實驗。

已知一線性DNA序列共有5 000bp（bp為堿基對）第一步水解產(chǎn)物（單位bp）第二步水解產(chǎn)物（單位bp）A酶切割2 100 1 400 1 000 500將第一步水解產(chǎn)物分離后，分別用B酶切割1 900200 800600 1 000 500 B酶切割2 500 1 300 1 200將第一步水解產(chǎn)物分離后，分別用A酶切割1 900600 800500 1 000200經(jīng)A、B酶同時切割 1 900 1 000 800 600 500200

（1）由實驗可知，在這段已知序列上，A酶與B酶的識別序列分別為幾個？ （ ）

A.1，1 B.2，2 C.3，2 D.4，3

（2）試畫出該DNA片段存在的酶切為點圖譜

朱永新：首先，新教育實驗在閱讀理論上的探索取得了一定進展。我們提出了五個基本的理論觀點：一個人的精神發(fā)育史就是他的閱讀史；一個民族的精神境界取決于這個民族的閱讀水平；一個沒有閱讀的學校永遠不可能有真正的教育；一個書香充盈的城市才能成為美麗的精神家園；共讀共寫共同生活才能擁有共同語言、共同價值和共同愿景。

【思路點撥】表中信息A酶切割后形成4個片段2 100、1 400、1 000、500，可見含有A酶切點3個，同理B酶切點含有2個，可構建下圖進行分析

【答案】（1）c （2）

4.用限制酶EcoR V、MboⅠ單獨或聯(lián)合切割同一種質(zhì)粒，得到的DNA片段長度如下圖（1kb即1 000個堿基對），請畫出質(zhì)粒上EcoRⅤ、MboⅠ的切割位點。

【思路點撥】由上圖信息可知：用MboⅠ酶切后有兩個片段2.5kb、11.5kb，說明質(zhì)粒上有兩個MboⅠ酶切點；EcoRⅤ與MboⅠ酶一起酶切時可知將11.5kb內(nèi)部有一EcoRⅤ酶切點，畫圖如下

【答案】

5.如圖8所示，已知質(zhì)粒pZHZ1的大小為3.7kb（1kb＝1 000對堿基），限制酶G切割位點距限制酶E切割位點0.8kb，限制酶E切割位點距限制酶F切割位點0.2kb，限制酶F切割位點距限制酶H切割位點0.5kb。現(xiàn)用限制酶E和F（兩種酶識別切割序列完全不同）從某DNA上切下目的基因，并將之取代質(zhì)粒pZHZ1上相應的EF區(qū)域，請回答下列問題：

（1）所形成的重組質(zhì)粒pZHZ2_________（填“能”或“不能”）被限制酶E或F切開。

【思路點撥】由圖9酶切結果可知在目的基因內(nèi)部含有G和H酶的切點，輔助圖解分析如下：

【答案】（1）能 （2）1.2 8 5

6.普通棉花中含β－甘露糖苷酶基因（GhMnaA2），能在纖維細胞中特異性表達，產(chǎn)生的β－甘露糖苷酶催化半纖維素降解，棉纖維長度變短。為了培育新的棉花品種，科研人員構建了反義GhMnaA2基因表達載體，利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導入棉花細胞，成功獲得轉(zhuǎn)基因棉花品種，具體過程如下。請分析回答：

（1）①和②過程中所用的限制性內(nèi)切酶分別是_____________________________________________和____________________________________。

（2）③過程中用酶切法可鑒定正、反義表達載體。用SmaⅠ酶和NotⅠ酶切正義基因表達載體獲得0.05kb、3.25kb、5.95kb、9.45kb四種長度的DNA片段，則用NotⅠ酶切反義基因表達載體獲得DNA片段的長度應是_________________和__________________。

（3）導入細胞內(nèi)的反義GhMnaA2轉(zhuǎn)錄的mRNA能與細胞內(nèi)的GhMnaA2轉(zhuǎn)錄的mRNA互補配對，從而抑制基因的表達，其意義是__________________。

【思路點撥】本題結合轉(zhuǎn)基因棉花品種培養(yǎng)流程圖，考查基因工程和植物細胞工程的相關知識，意在考查考生分析題圖提取有效信息的能力；識記能力和理解所學知識要點的能力；能運用所學知識，對生物學問題做出準確的判斷和得出正確的結論。（1）纖維細胞E6啟動子前后含有限制酶HindⅢ和BamHⅠ的切割位點，因此可以用這兩種酶切割；②是構建反義GhMnaA2基因表達載體的過程，反義GhMnaA2基因前后有限制酶SmaⅠ的切割位點，故可用該酶切割獲取目的基因。

（2）③過程中，用SmaⅠ酶和NotⅠ酶切正義基因表達載體獲得0.05kb、3.25kb、5.95kb、9.45kb四種長度的DNA片段，則用NotⅠ酶切反義基因表達載體獲得DNA片段的長度應是0.05kb＋5.95kb＝6.0kb、3.25kb＋9.45kb＝12.7kb。

（3）導入細胞內(nèi)的反義GhMnaA2轉(zhuǎn)錄的mRNA能與細胞內(nèi)的GhMnaA2轉(zhuǎn)錄的mRNA互補配對，從而抑制基因的表達的翻譯過程，進而阻止β－甘露糖苷酶合成，使棉纖維更長。

【答案】（1）HindⅢ、BamHⅠSmaⅠ

（2）6.0kb 12.7kb

（3）阻止β－甘露糖苷酶合成，使棉纖維更長

（作者單位：河北省衡水中學）