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第3章基因工程第1节重组DNA技术的基本工具知识点1知识点2课时作业随堂检测///////1245/////////////////////网络构建·晨读必背3///////重组DNA技术的基本工具1联想质疑自主梳理素养提升1.限制性内切核酸酶——“分子手术刀”原核生物2.——“分子缝合针”DNA连接酶DNA连接酶对所连接的DNA片段两端的碱基序列没有专一性要求磷酸二酯键大肠杆菌互补黏性末端平末端3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车”噬菌体动植物病毒拟核自我复制环状双链DNA分子限制酶切割位点自我复制受体DNA标记基因大小结构复制方式大小(1)限制性内切核酸酶均能特异性地识别6个核苷酸序列()(2)DNA连接酶能将两碱基间通过氢键连接起来(

)(3)E.coliDNA连接酶既可连接平末端,又可连接黏性末端(

)(4)限制酶和解旋酶的作用部位相同(

)(5)质粒是双链环状DNA分子,是基因工程常用的载体。()××××√1.科学思维——重组DNA分子现有5种不同的限制酶①HindⅢ、②XbaⅠ、③EcoRⅤ、④SpeⅠ和⑤XhoⅠ,它们的识别序列和切割位点如下:(1)若XbaⅠ切割DNA之后形成的黏性末端为

,则XhoⅠ切割DNA之后形成的末端为___________________________________。(2)切割DNA片段后可形成平末端的限制酶有________(填编号),可以形成黏性末端的限制酶有________(填编号)。(3)限制酶________(填编号)切割某一DNA片段后产生的DNA片段能与SpeⅠ切割另一DNA片段产生的DNA片段相连接,原因是____________________________________________________________________________________________。2.限制酶与DNA连接酶的比较种类限制酶DNA连接酶不同点作用使特定部位的磷酸二酯键断裂在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键应用用于提取外源基因和切割载体用于基因表达载体的构建(详见本章第2节)关系提醒:氢键是分子间作用力,其断裂和重新形成均与限制酶、DNA连接酶无关。3.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较种类DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化形成磷酸二酯键不同点模板不需要模板需要模板作用实质在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键将单个脱氧核苷酸加到已存在的核苷酸链的3′端,形成磷酸二酯键作用结果连接两个DNA片段形成DNA的子链提醒:基因工程中的载体与细胞膜上的载体蛋白作用的区别种类基因工程中的载体细胞膜上的载体蛋白作用携带外源基因进入受体细胞,并在受体细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上,随受体DNA进行同步复制运载要进出细胞的特定物质本质通常是DNA蛋白质[典型例题]

(2021·北京一零一中学模拟改编)如表为常用的限制酶及其识别序列和切割位点,据表分析以下说法正确的是(

)限制酶BamHⅠEcoRⅠHindⅡ识别序列和切割位点G↓GATCCG↓AATTCGTY↓RAC限制酶Kpn

ⅠSau3A

ⅠSma

Ⅰ识别序列和切割位点GGTAC↓C↓GATCCCC↓GGG(注:Y表示C或T,R表示A或G)DA.一种限制酶只能识别一种脱氧核苷酸序列B.限制酶的切割位点一定位于识别序列的内部C.不同限制酶切割后一定形成不同的黏性末端D.限制酶切割后形成的不一定都是黏性末端解析由于Y表示C或T,R表示A或G,说明一种限制性内切核酸酶能识别一种或多种特定的脱氧核苷酸序列,A错误;限制酶的切割位点不一定在识别序列的内部,如Sau3A

Ⅰ,B错误;不同限制酶切割后形成的黏性末端不一定相同,如EcoRⅠ、HindⅡ、KpnⅠ切割后形成的黏性末端各不相同,而BamHⅠ和Sau3AⅠ切割后形成的黏性末端相同,C错误。[变式训练]

(2021·北京密云区期末改编)下列各种酶及其作用对应关系不正确的是(

) A.限制酶——识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开 B.RNA聚合酶——与基因的特定位点结合,催化遗传信息的翻译 C.DNA连接酶——将分开的DNA片段通过特定末端连接在一起 D.DNA聚合酶——将单个脱氧核苷酸连接到已有的核苷酸链上

解析限制酶能识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开,A正确;RNA聚合酶与基因的特定位点结合,催化遗传信息的转录,B错误;DNA连接酶将两个DNA片段连接在一起,在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,C正确;DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接到已有的核苷酸链上,形成磷酸二酯键,D正确。B★基因工程的概念1.为什么不同生物的DNA可拼接在一起?

提示:几乎所有生物的DNA分子都是由4种脱氧核苷酸形成的规则的双螺旋结构。2.一种生物的基因可在不同生物体内表达的原因是什么?提示:所有生物都共用一套遗传密码。磷酸二酯键指的是上图圆圈中的化学键,而限制酶切割或DNA连接酶连接的只能是箭头所指处的化学键,因为圈中另一个化学键属于一个核苷酸的内部结构。

3.限制酶会不会切割其所在细胞的DNA,为什么?

提示:不会。相应DNA中可能不存在相应识别序列,或有相应识别序列,但被保护起来。4.一种限制酶只能识别、切割一种特定DNA序列吗?

提示:不一定。如果A限制酶的识别序列包含了B限制酶的识别序列,则A限制酶可同时识别并切割这两种序列。DNA的粗提取与鉴定2联想质疑自主梳理1.实验原理(1)提取思路DNA、RNA、蛋白质和脂质等在________________方面存在差异,可以利用这些差异,选用适当的物理或化学方法对它们进行提取。(2)提取原理①DNA________酒精,但某些蛋白质______酒精,利用此原理可以初步分离DNA与蛋白质。②DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于___mol/L的NaCl溶液。(3)鉴定原理物理和化学性质不溶于溶于22.材料选择富含DNA的材料,如新鲜洋葱(也可以选择香蕉、菠菜、菜花和猪肝等)。提醒:不宜选择哺乳动物的血液为材料来提取DNA,因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体等,DNA含量太少。3.方法步骤 (1)粗提取DNA(2)鉴定DNA试管编号A(对照组)B(实验组)步骤12mol/L的NaCl溶液5mL2mol/L的NaCl溶液5mL步骤2不进行任何处理加丝状物或沉淀物步骤3加4mL二苯胺试剂,混匀加4mL二苯胺试剂,混匀步骤4沸水浴5min沸水浴5min实验现象溶液不变蓝色溶液逐渐变为______实验结论DNA在沸水浴的情况下遇________会被染成蓝色蓝色二苯胺(1)DNA不溶于酒精,但一些蛋白质溶于酒精,可利用这一原理初步分离DNA与蛋白质。()(2)研磨之后,通过过滤或离心,DNA会保留在沉淀物中。()提示:研磨之后,通过过滤或离心,DNA会保留在上清液中。(3)DNA能与二苯胺试剂在常温下反应生成蓝色沉淀。(

)提示:DNA能与二苯胺试剂在沸水浴下反应,使溶液呈现蓝色,而非蓝色沉淀。√××[典型例题]

(2021·山东莱州一中月考改编)以洋葱为材料进行DNA的粗提取与鉴定实验,相关叙述错误的是(

) A.可将洋葱换成哺乳动物的血液进行该实验 B.向含DNA的滤液中加入2mol/L的NaCl溶液,有利于去除杂质 C.向含DNA的滤液中加入预冷的体积分数为95%的酒精溶液,有利于获得较纯净的DNA D.用二苯胺试剂鉴定DNA时进行沸水浴,有利于显色反应的发生A解析哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体等,DNA含量少,不宜作为该实验的材料,A错误;在2mol/L的NaCl溶液中,DNA的溶解度较大,进而可去除不溶的杂质,B正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,向含DNA的滤液中加入预冷的体积分数为95%的酒精溶液,有利于获得较纯净的DNA,C正确;DNA与二苯胺试剂在沸水浴下反应呈蓝色,D正确。[变式训练]

(2021·江苏南通调研)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验叙述,错误的是(

) A.酵母和菜花均可作为提取DNA的材料 B.DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸馏水 C.DNA溶液加入二苯胺试剂沸水浴加热,冷却后变蓝 D.向洋葱研磨液的上清液中加蒸馏水搅拌,可见玻棒上有白色絮状物

解析酵母和菜花细胞中均含有较多的DNA,均可作为提取DNA的材料,A正确;DNA既溶于2mol/LNaCl溶液也溶于蒸馏水,B正确;利用DNA与二苯胺沸水浴加热呈蓝色的特征,可用于DNA的鉴定,C正确;向洋葱研磨液的上清液中加预冷的酒精溶液(体积分数为95%)搅拌,可见玻璃棒上有白色絮状物,D错误。D★析出的白色黏稠物★沸水浴下DNA与二苯胺试剂反应溶液呈现蓝色(1)加入研磨液后,必须充分研磨,否则细胞核不会充分破碎,释放出的DNA量就会减少。(2)粗提取的DNA中可能含有少量的蛋白质等。(3)析出DNA时必须用“冷酒精”。预冷的酒精具有以下优点:①可抑制核酸水解酶的活性,进而抑制DNA降解;②抑制分子运动,使DNA易形成沉淀析出;③低温有利于增加DNA分子的柔韧性,减少其断裂。(4)实验中出现的丝状物的主要成分是DNA,实际上每一根“丝”都是由许多DNA分子聚集在一起形成的,应用玻璃棒沿一个方向缓慢搅拌,避免破坏DNA。(5)为减少DNA的损失,过滤过程一般使用纱布过滤。体积分数不同的酒精作用不同网络构建·晨读必背3思维导图磷酸二酯磷酸二酯白色丝状蓝色晨读必背1.重组DNA技术的实现至少需要三种“分子工具”,即准确切割DNA分子的“分子手术刀”、将DNA片段再连接起来的“分子缝合针”和将体外重组好的DNA分子导入受体细胞的“分子运输车”。2.限制性内切核酸酶,简称限制酶,主要是从原核细胞中分离出来的,能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。3.E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来;T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端。4.质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。随堂检测41.(2021·大庆市第十中学高二期末)基因工程操作中限制性内切核酸酶的作用是(

) A.将目的基因导入受体细胞 B.将目的基因从染色体上切割下来 C.将目的基因与运载体结合 D.识别并在特定的切点上切割DNA

解析限制酶能识别双链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。综上所述,A、B、C不符合题意,D符合题意。D2.(2021·黑龙江哈师大附中月考改编)下列有关基因工程中限制酶的描述,正确的是(

) A.同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,因此不具备专一性 B.限制酶只能识别和切割DNA,不能识别RNA C.限制酶与DNA连接酶的作用部位不相同 D.限制酶只能从原核生物中提取

解析

一种限制酶能识别双链DNA分子中的特定核苷酸序列,并在特定位点上切割DNA分子,既可以切割目的基因又可以切割质粒,体现了酶的专一性,A错误;限制酶与DNA连接酶的作用部位相同,都是磷酸二酯键,C错误;限制酶主要从原核生物中提取,D错误。B3.(2021·山东日照调研)下列关于DNA连接酶的叙述,正确的是(

)A.DNA连接酶连接的是两个DNA片段碱基对之间的氢键B.DNA连接酶连接的是DNA单链上的磷酸和脱氧核糖C.DNA连接酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端D.E.coliDNA连接酶能将双链DNA片段互补的平末端连接起来解析DNA连接酶连接的是两个DNA片段之间的磷酸二酯键,A错误;DNA连接酶连接的是DNA双链片段两个脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖,B正确、C错误;E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来,D错误。BD4.(2021·安徽安庆期中)据图所示,有关酶功能的叙述不正确的是(

)A.限制性内切核酸酶可以切断a处B.DNA聚合酶可以连接a处C.解旋酶可以使b处解开D.DNA连接酶可以连接c处解析限制酶切割DNA片段的磷酸二酯键,A正确;DNA聚合酶将单个的脱氧核苷酸连接到DNA片段上,连接的是磷酸二酯键,B正确;解旋酶将DNA双链解开成单链,作用于氢键,C正确;DNA连接酶连接的是a处,不是c处,D错误。C5.(2021·河北石家庄调研)下列有关如图所示的黏性末端的说法,错误的是(

)A.甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的B.甲、乙具有相同的黏性末端,可形成重组DNA分子,但甲、丙不能C.DNA连接酶的作用位点是b处D.切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段课时作业5知识点1重组DNA技术的基本工具1.(2021·山西师大附中调研)下列有关基因工程的工具的叙述,正确的是(

)A.基因工程的载体只有质粒B.限制酶和其他酶一样具有专一性,只能识别特定的核苷酸序列C.噬菌体可以作为动物基因工程的载体D.天然质粒均可以直接作为载体将目的基因送入受体细胞解析基因工程中常用的载体是质粒,此外还有噬菌体、动植物病毒等,A错误;噬菌体是专门寄生在细菌体内的病毒,不可作为动物基因工程的载体,C错误;天然质粒往往不能直接作为载体,要根据不同的目的和需求进行人工改造,D错误。B2.(2021·陕西西安调研)下列有关质粒的叙述,正确的是(

)A.质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子B.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器C.质粒携带了外源基因进入受体细胞后,只能停留在该细胞内独立复制D.在进行基因工程操作中,被用作载体的质粒都是天然质粒解析质粒的化学本质是DNA,是细菌细胞质或某些真核细胞中能自主复制的小型环状DNA分子,A正确;质粒是存在于细菌中的一种环状DNA分子,不是细胞器,B错误;质粒携带了外源基因进入受体细胞后,能在细胞中进行自我复制,或整合到受体DNA上随受体DNA同步复制,C错误;天然的质粒需要经过改造后才可作为基因工程的载体,D错误。A3.(2021·西安高新一中调研)下列一般不作为基因工程中运载体上的标记基因的是(

) A.抗性基因 B.发光基因 C.产物具有颜色反应的基因

D.储藏蛋白的基因

解析抗性基因可作为基因工程的标记基因,筛选重组DNA分子,A正确;发光基因如绿色荧光蛋白基因也可以用作基因工程的标记基因,B正确;产物具有颜色反应的基因可作为标记基因,C正确;储藏蛋白的基因不能用于筛选重组DNA分子,不能作为标记基因,D错误。D4.(2021·河北唐山调研)限制酶是一类核酸切割酶,可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸碱基序列。如图为四种限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ、HindⅢ以及BgIⅡ的辨识序列: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片段末端可以互补结合,其正确的末端互补序列为(

)A.BamHⅠ和EcoRⅠ;末端互补序列—AATT—B.BamHⅠ和BgIⅡ;末端互补序列—GATC—C.BamHⅠ和HindⅢ;末端互补序列—GATC—D.EcoRⅠ和HindⅢ;末端互补序列—AATT—解析限制酶切割出来的DNA片段末端如要互补结合,其黏性末端必须互补,即一种酶切的末端正向序列与另一种酶切的末端反向序列互补。由题可知,BamHⅠ和BgIⅡ切割出来的DNA片段末端可以互补结合,其末端互补序列是-GATC-。综上所述,B正确。B5.(2021·海南海口期末)质粒是基因工程中最常用的载体,下列关于质粒的叙述,错误的是(

) A.质粒是具有自我复制能力的双链环状的DNA分子 B.质粒可存在于细菌拟核之中,与拟核一起控制细菌的生命活动 C.作为载体的质粒上有限制酶的切割位点 D.作为载体的质粒存在特殊的标记基因B解析质粒是具有自我复制能力的双链环状的DNA分子,A正确;拟核DNA是细菌的主要遗传物质,包含控制细菌生命活动的遗传信息,没有了它细菌就无法存活、繁殖;质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,并且有自我复制能力的环状双链DNA分子,B错误;作为载体的质粒上有限制酶的切割位点,这是质粒作为载体的条件之一,C正确;作为载体的质粒存在特殊的标记基因,以便对重组DNA分子的筛选,D正确。6.(2021·山东莱州一中月考)如图表示DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化,下列选项中,表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用图解的正确顺序是(

)CA.①②③④ B.②①④③C.①④②③ D.①④③②解析限制酶能识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开,形成黏性末端或平末端。DNA聚合酶在DNA复制过程中,以母链为模板,将单个脱氧核苷酸连接成与模板链互补的新链,从而形成新的子代DNA分子。DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。解旋酶能将DNA两条链之间的氢键打开,形成两条单链。题图中①表示将一个DNA片段切割成两个,并且形成了黏性末端,需要用限制酶;②表示将两个DNA片段连接起来,需要用DNA连接酶;③表示解旋过程,需要用解旋酶;④表示DNA复制过程,需要用DNA聚合酶。7.(2020·长泾中学高二月考)现有一长度为3000碱基对(bp)的线性DNA分子,用限制性内切核酸酶酶切后,进行凝胶电泳,使降解产物分开。用酶H单独酶切,结果如图1;用酶B单独酶切,结果如图2;用酶H和酶B同时酶切,结果如图3。该DNA分子的结构及其酶切图谱是(

)A解析由图1可知,酶H有1个切点;由图2可知,酶B有2个切点;由图3可知,共有3个切点。2个酶B切点之间距离2000bp,酶H与酶B切点的最短距离是600bp,最大距离是1400bp。综上所述,A符合题意。知识点2

DNA的粗提取与鉴定8.(2021·江苏徐州期中)下列有关“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述,正确的是(

) A.向菜花组织中加入蒸馏水并搅拌可释放核DNA B.鉴定DNA时,应将丝状物直接加入到二苯胺试剂中进行沸水浴 C.向DNA滤液中加入冷酒精缓慢搅拌,可见玻棒上有白色絮状物 D.实验结束后应保存好剩余的二苯胺试剂,以备下次实验时使用C解析植物细胞具有细胞壁,向菜花组织中加入蒸馏水并不能使细胞吸水胀破,A错误;鉴定DNA时,应将丝状物先溶于NaCl溶液中,再加入二苯胺试剂并沸水浴加热才能呈蓝色,B错误;DNA不溶于体积分数为95%的冷酒精,向DNA滤液中加入冷酒精缓慢搅拌,可见玻棒上有白色絮状物析出,C正确;二苯胺试剂需要现配现用,D错误。9.(2021·江苏苏州期末)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是(

) A.用同样方法从等体积猪血和鸡血中提取的DNA量相近 B.DNA析出过程中,用玻璃棒沿同一方向轻轻搅拌 C.预冷的酒精可用来进一步纯化粗提取的DNA D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行沸水浴加热A解析猪属于哺乳动物,其成熟的红细胞没有细胞核及各种细胞器,提取不到DNA,而鸡属于鸟类,其红细胞内含有细胞核与各种细胞器,鸡血DNA含量较多,A错误;DNA分子从细胞中被释放出来且除去蛋白质后是非常容易断裂的,如果太过剧烈的搅拌,DNA可能会被破坏,因此沿同一方向轻轻搅拌的目的是为了获得较完整的DNA分子,B正确;在冷的体积分数为95%酒精溶液中DNA的溶解度最低,DNA的沉淀量最大。如果用热的体积分数为95%酒精会提高DNA的溶解度,不能完全使DNA沉淀,C正确;将析出的DNA溶解在2mol/L的NaCl溶液中,加入二苯胺试剂后需要沸水浴加热才会呈现蓝色,D正确。10.(2021·山东师大附中模拟)利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA。限制性内切核酸酶BglⅡ、EcoRⅠ和HindⅢ的切割位点分别如图所示(已知这三种限制酶切割产生的黏性末端不同)。下列分析错误的是(

)DA.构建重组DNA时,可用BglⅡ和HindⅢ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体B.构建重组DNA时,可用EcoRⅠ和HindⅢ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体C.图乙中的P1噬菌体载体只用EcoRⅠ切割后,含有两个游离的磷酸基团D.用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体,再用DNA连接酶连接,只能产生一种重组DNA解析构建重组DNA时,如果用BglⅡ和HindⅢ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体,目的基因两端将形成不同的黏性末端,同样P1噬菌体载体也形成这两种黏性末端,因此它们可构成重组DNA,A正确;分析图甲可知,用EcoRⅠ和HindⅢ切割目的基因所在片段,目的基因两端将形成不同的黏性末端,同样用EcoRⅠ和HindⅢ切割P1噬菌体载体也形成这两种黏性末端,因此它们可构成重组DNA,B正确;P1噬菌体载体为环状DNA分子,其上只含有一个EcoRⅠ的切割位点,因此用EcoRⅠ切割后,该环状DNA分子变为链状DNA分子,因该链状DNA分子两端各含有一个游离的磷酸基团,故切割后含有两个游离的磷酸基团,C正确;用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体后形成的黏性末端相同,可正向连接或反向连接,不是只能产生一种重组DNA,D错误。11.(2021·江苏省启东中学测试)用限制酶EcoRⅤ单独切割某质粒,可产生1个14kb(1kb即1000个碱基对)的长链,而同时用限制酶EcoRⅤ、MboⅠ联合切割该质粒,可得到三种长度的DNA片段,见下图(其中*表示EcoRⅤ切割后的一个黏性末端)。若用MboⅠ单独切割该质粒,则产生的DNA片段的长度为(

)A.2.5kb和5.5kb B.2.5kb和6kbC.5.5kb和8kb D.6kb和8kb解析用限制酶EcoRⅤ单独切割该质粒,可产生1个14kb(1kb即1000个碱基对)的长链,说明该质粒中含有1个EcoRⅤ切割位点;同时用限制酶EcoRⅤ、Mbo

Ⅰ联合切割该质粒,可得到三种长度的DNA片段,说明该质粒中含有2个MboⅠ切割位点。但确定MboⅠ的酶切位点时要注意*表示的是EcoRⅤ切割后的黏性末端,则用MboⅠ单独切割该质粒,则产生的DNA片段的长度为6kb和8(即2.5+5.5)kb,D正确。D12.(2021·陕西黄陵期中)番茄在运输和储藏过程中,由于过早成熟而易腐烂。应用基因工程技术抑制某种促进果实成熟的激素的合成,可使番茄储藏时间延长,培育成耐储藏的番茄新品种。这种转基因番茄已于1993年在美国上市,请回答: (1

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