高考生物一轮复习讲义基因工程的基本工具和基本操作程序分析

10/10试卷第=page44页，共=sectionpages55页易错点1基因工程的基本工具和基本操作程序分析易错归因对基因工程中的基本工具等识记不清；不能正确分析基因工程中的基本操作程序。典型易错题例1（2022·海南·模拟预测）科学家从某细菌中提取抗烟草花叶病毒基因并转入烟草，培育成转基因抗病毒烟草。如图是转基因抗病毒烟草的部分培育过程，含目的基因的外源DNA和质粒上的箭头表示相关限制酶的切割位点。图中各个限制酶切割后均获得黏性末端，下列有关说法错误的是（）A．为了防止目的基因与质粒反向连接应使用限制酶EcoRI和HindⅢ切割B．图中限制酶均能在它们识别序列的中心轴线处切割DNA分子C．图中所使用的质粒是农杆菌的Ti质粒D．通过烟草花叶病毒的侵染实验可以检测转基因烟草是否培育成功【答案】B【解析】为了防止目的基因的外源DNA片段和质粒自身环化和反向连接，应选用EcoRI和HindⅢ酶对外源DNA和质粒进行切割，这样使目的基因两端的黏性末端不同，可以防止反向连接，A正确；经限制酶沿识别序列的中心轴线处切割DNA分子后产生的一般是平末端，若不在中心轴线处切割DNA分子则产生黏性末端，B错误；重组质粒能够导入农杆菌进行增殖，所以图中所使用的质粒是农杆菌的Ti质粒，C正确；在个体水平上进行目的基因的检测与鉴定，可以进行抗病鉴定，所以通过烟草花叶病毒的侵染实验可以检测转基因烟草是否培育成功，D正确。故选B。解题技巧1．表格法辨析限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶等相关酶项目作用底物作用结果限制酶DNA分子切开磷酸二酯键，形成黏性末端或平末端DNA连接酶DNA分子片段通过形成磷酸二酯键，进而形成新的DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸通过形成磷酸二酯键，进而形成新的DNA分子DNA酶DNA分子断开磷酸二酯键，形成脱氧核苷酸解旋酶DNA分子断开碱基对间的氢键，形成单链DNA分子RNA聚合酶核糖核苷酸通过形成磷酸二酯键，进而形成新的RNA分子2．图解限制酶的选择依据（1）根据目的基因两端的限制酶切割位点确定限制酶的种类①应选择位于目的基因两端的限制酶，如图甲中可选择PstI。②不能选择目的基因内部的限制酶，如图甲中不能选择SmaI。（2）根据质粒的特点确定限制酶的种类①通常选择与切割目的基因相同的限制酶，确保出现相同的黏性末端，如图乙中PstI。②在只有一种标记基因时，选择的限制酶不能破坏标记基因，如图乙中限制酶SmaI会破坏标记基因。3．“四步法”把控基因工程基本操作程序题同类题练习1．（2022·北京·中央民族大学附属中学模拟预测）生物工程中，所用物质与其发挥的作用不能对应的是（）A．限制酶——识别DNA分子特定核苷酸序列并断开磷酸二酯键B．载体——携带目的基因导入受体细胞C．标记基因——鉴别筛选目的基因是否导入受体细胞D．钙离子——增大植物细胞的通透性2．（2021·辽宁朝阳·模拟预测）下图是三种限制酶的脱氧核苷酸识别序列和切割位点示意图（↓表示切点）。下列相关分析错误的是（）A．这三种限制酶切割出的DNA片段末端都是黏性末端B．不同限制酶切割DNA所得的黏性末端可能相同C．能被限制酶3切割的DNA也能被限制酶1切割D．同一个DNA经限制酶1和限制酶3分别切割后所得片段数一定相等3．（2022·江苏泰州·模拟预测）在基因工程操作中，科研人员利用识别两种不同序列的限制酶（R1和R2）处理基因载体，进行聚丙烯酰胺凝胶电泳检测，结果如图所示。以下相关叙述中，不正确的是（）A．该载体最可能为环形DNA分子B．两种限制酶在载体上各有一个酶切位点C．限制酶R1与R2的切割位点最短相距200bpD．限制酶作用与该载体会导致氢键和肽键断裂4．（2022·福建泉州·模拟预测）像BclⅠ（-T↓GATCA-）、BglⅡ（-A↓GATCT-）、MboⅠ（-↓GATC-）这样，识别序列不同、但能产生相同的黏性末端的一类限制酶被称为同尾酶。如图表示目的基因及质粒上的酶切位点。选用不同的限制酶对质粒和目的基因进行切割，并用DNA连接酶进行连接。下列分析错误的是（）选项切割质粒切割目的基因结果分析ABclI和BglⅡBclI和BglⅡ形成的重组质粒的碱基排列顺序不一定相同BBclI和BglⅡMboI切割后的质粒不可自我环化，切割后的目的基因可以自我环化CMboIBclI和BglⅡ形成的重组质粒可被MboI再次切开，但可能无法被BclI和BglⅡ再次切开DMboIMboI切割后的质粒可以自我环化，切割后的目的基因也可以自我环化A．A B．B C．C D．D5．（2022·湖北·房县第一中学模拟预测）科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。该过程所用的质粒A与含生长激素基因的DNA上相关限制酶的酶切位点分别如图1、图2所示，其中切割位点相同的酶不重复标注。限制性核酸内切酶BamHI、BclI、Sau3AI、HindⅢ，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓GATCC、T↓GATCA、↓GATC、A↓AGCTT，下列相关叙述错误的是（）A．图1质粒中没有标注出来的基本结构是复制原点B．图2中的DNA用Sau3AI完全酶切后，反应管中有4种DNA片段C．BamHI酶切的DNA末端与Sau3AI酶切的DNA末端连接，连接部位用BamHI一定能切开D．在构建基因表达载体时，为防止目的基因的反向连接，应选用限制酶HindⅢ和BamHI切割质粒，选用限制酶HindⅢ和BclI切割含目的基因的DNA片段6．（2022·江苏·模拟预测）CRISPR/Cas9基因编辑技术可对基因进行定点编辑。其原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列，可人为选择DNA上的目标位点进行切割（见下图）。下列相关叙述错误的是（）A．Cas9蛋白能断开目标DNA分子中两个核苷酸之间的磷酸二酯键B．单链向导RNA双链区中嘌呤数等于嘧啶数C．该过程可以对基因进行定向改造D．单链向导RNA可识别、切割DNA上的目标位点7．（2022·湖北武汉·模拟预测）在研究拟南芥Q基因的功能，获得了该基因T-DNA突变体，该突变体和野生型相比，对重金属镉（Cd）胁迫抗性明显增加。T-DNA中含有植物生长素合成酶基因和细胞分裂素合成酶基因，它们的表达与否能影响相应植物激素含量，进而调节肿瘤组织生长和分化。有关叙述错误的是（）A．Ti质粒的T-DNA整合到植物染色体DNA上的变异属于基因重组B．该基因有可能编码一个根细胞膜的Cd2+吸收转运载体蛋白质C．可利用T-DNA的特性将目的基因整合到受体细胞染色体DNA中D．可检测拟南芥肿瘤组织的生长和分化情况初步判断T-DNA是否转移8．（2022·湖北·华中师大一附中模拟预测）为了获得抗蚜虫棉花新品种，研究人员将雪花莲凝集素基因（GNA）和尾穗苋凝集素基因（ACA）与载体（pBI121）结合，然后导入棉花细胞。下列叙述错误的是（）A．用限制酶BsaBI和DNA连接酶处理两种基因可获得GNA-ACA融合基因B．与只用KpnI相比，KpnI和XhoI处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确C．在含卡那霉素的培养基上能存活的植物细胞即为成功转入目的基因的细胞D．用PCR技术可检测GNA和ACA基因是否导入棉花细胞中9．（2022·湖北·恩施市第一中学模拟预测）在基因工程操作中，通常需要利用质粒作为载体将基因送入受体细胞。如图1所示为pUC18/19的结构示意图（AmpR是氨苄青霉素抗性基因），pUC18和pUC19除了MCS序列不同外，其他序列完全相同。图2为pUC18和MCS序列。以下相关叙述正确的是（）A．由环状质粒pUC18/19得到图2中的单链结构，只需要用到DNA解旋酶B．由质粒pUC18和pUC19形成的图2中的单链，彼此不能完全互补配对C．用BcgⅠ限制酶对质粒和目的基因进行酶切，导入成功的受体细胞的培养基中不需要添加氨苄青霉素D．若将基因表达载体导入大肠杆菌细胞中，需使细胞处于兴奋状态10．（2022·河北·高考真题）蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂（NaPI）和胰凝乳蛋白酶抑制剂（StPinlA）的基因单独或共同转化棉花，获得了转基因植株。回答下列问题：（1）蛋白酶抑制剂的抗虫机制是_____________________________。（2）_________________是实施基因工程的核心。（3）利用农杆菌转化法时，必须将目的基因插入到质粒的________上，此方法的不足之处是_______________________。（4）为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译，可采用的检测技术有___________________________________（写出两点即可）。（5）确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后，还需进一步做抗虫的________以鉴定其抗性程度。下图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果，据结果分析______________（填“NaPI”或“StPinlA”或“NaPI＋StPinlA”）转基因棉花的抗虫效果最佳，其原因是______________________________________。（6）基因突变可产生新的等位基因，在自然选择的作用下，昆虫种群的基因频率会发生_____________。导致昆虫朝着一定的方向不断进化。提此推测，胰蛋白酶抑制剂转基因作物长期选择后，某些害虫具有了抗胰蛋白酶抑制剂的能力，其分子机制可能是_________________________________________（写出两点即可）。同类题练习参考答案1．D【解析】限制酶能识别DNA分子特定的核苷酸序列，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裂，A正确；载体是基因的运输工具，作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定存在并表达，B正确；存在于运载体上的标记基因，作用是鉴别筛选目的基因是否导入受体细胞，C正确；钙离子不能增大植物细胞的通透性，用CaCl2处理细菌的目的是增加细菌细胞壁的通透性，有利于目的基因的导入，D错误。故选D。2．D【解析】据图可知，这三种限制酶切割位点均位于中轴线一侧，切割出的DNA片段末端都是黏性末端，A项正确；DNA经限制酶1和限制酶3分别切割，所得的DNA片段黏性末端相同，B项正确；能被限制酶3切割的DNA也能被限制酶1切割，但能被限制酶1切割的DNA不一定能被限制酶3切割，故同一个DNA经限制酶Ⅰ和限制酶3分别切割后所得片段数不一定相等，C项正确，D项错误。故选D。3．D【解析】由题可知，当仅用一种限制酶切割载体时，仅产生一种长度的DNA片段，因此该载体最有可能为环状DNA分子，A正确；由题可知，当仅用一种限制酶切割载体时，两种限制酶切割产生的DNA片段等长，而两种限制酶同时切割时则产生两种长度的DNA片段，所以两种限制酶在载体上各有一个酶切位点，B正确；由题可知，两种限制酶同时切割时则产生600bp和200bp两种长度的DNA片段，所以两种限制酶的酶切位点至少相距200bp，C正确；限制酶切割DNA分子，破坏的是作用位点上两个脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键，D错误。故选D。4．B【解析】切割质粒和切割目的基因用均用BclⅠ和BglⅡ，由于两种酶切割后产生的黏性末端相同，形成的重组质粒时目的基因可能反向连接，形成的碱基排列顺序不一定相同，A正确；切割质粒用BclⅠ和BglⅡ，切割后产生的黏性末端相同，切割后的质粒可能自我环化；切割目的基因用MboⅠ，切割后产生黏性末端，切割后的目的基因可以自我环化，B错误；切割质粒用MboⅠ，产生黏性末端，切割目的基因用BclⅠ和BglⅡ，产生黏性末端，形成的重组质粒中原来的BclⅠ和BglⅡ的切割位点的序列发生改变，不能再被这两种酶切割，但不影响MboⅠ的作用，C正确；切割质粒用MboⅠ，切割目的基因用MboⅠ，产生的均为黏末端，切割后的质粒可自我环化，切割后的目的基因也可以自我环化，D正确。故选B。5．C【解析】质粒作为载体，需要有标记基因、限制酶切割位点、启动子、终止子、复制原点等，图中没有显示的是复制原点，A正确；根据Sau3AI的酶切位点知，BamHI、BclI这两种酶能切割的位点，Sau3AI的酶也能切割，故将图2中的DNA用Sau3AI完全酶切后，反应管中有4种DNA片段，B正确；根据BamHI的识别序列，若BamHI酶切的DNA末端与Sau3AI酶切的DNA末端连接，连接部位用Sau3AI能切开，连接部位用BamHI不一定能切开，C错误；在构建基因表达载体时，为防止目的基因的反向连接，不采用同种限制酶，应该选用两种不同的酶，因此应选用限制酶HindⅢ和BamHI切割质粒，选用限制酶HindⅢ和BclI切割含目的基因的DNA片段，D正确。故选C。6．D【解析】Cas9蛋白是一种核酸内切酶，能断开目标DNA分子中两个核苷酸之间的磷酸二酯键，A正确；单链向导RNA双链区中遵循碱基互补配对，嘌呤数等于嘧啶数，B正确；该过程的原理是由一条单链向导RNA引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割，因此能对基因进行定向改造，C正确；根据题图和题意可知，单链向导RNA可识别目标位点，而DNA由核酸内切酶Cas9负责切割，D错误。故选D。7．B【解析】T质粒的T-DNA整合到植物染色体DNA上的过程发生基因重新组合，使得植物细胞具有T-DNA上的基因，该变异属于基因重组，A正确；与野生型相比，含该基因的突变体对重金属镉（Cd）胁迫抗性明显增加，说明突变体根细胞膜对Cd2+吸收减少，说明该基因编码的不是Cd2+吸收转运载体蛋白质，B错误；T-DNA又称为“可转移的DNA”，能转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA中，可利用T-DNA这一特性完成目的基因整合到受体细胞染色体DNA中，C正确；T-DNA中含有植物生长素合成酶基因和细胞分裂素合成酶基因，含有T-DNA的拟南芥能表达生长素和细胞分裂素，因此可检测拟南芥肿瘤组织的生长和分化情况初步判断T-DNA是否转移，D正确。故选B。8．C【解析】由图可知，GNA、ACA都含有限制酶BsaBI的酶切位点，故用限制酶BsaBI和DNA连接酶处理两种基因可获得GNA-ACA融合基因，A正确；图中质粒与ACA-GNA上都含有KpnI和XhoI的酶切位点，与只用KpnI相比，KpnI和XhoI处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确，避免反向连接，B正确；在含卡那霉素的培养基上能存活的植物细胞为成功转入目的基因的细胞或含有普通质粒的细胞，C错误；PCR技术可用于基因探针的制备，可用来检测目的基因是否导入受体细胞，即用PCR技术可检测GNA和ACA基因是否导入棉花细胞中，D正确。故选C。9．C【解析】将环状质粒打开成图2中的单链结构需要用到限制酶（将环状链切割成直链）及DNA解旋酶（解开双链变成单链），A错误；pUC18和pUC19除了MCS序列不同外，其他序列完全相同。由图可知，MCS序列已被切割，因此由质粒pUC18和pUC19形成的图2中的单链，彼此能完全互补配对，B错误；若使用了BcgⅠ限制酶同时对质粒和目的基因进行酶切，氨苄青霉素抗性基因被切断而失活，故导入成功的受体细胞不能置于含有氨苄青霉素的培养基中，C正确；若将基因表达载体导入大肠杆菌细胞中，需用Ca2+处理细胞制备感受态细胞，D错误。故选C。10．（1）调节害虫胰蛋白酶活性，从而使害虫不能正常消化食物达到抗虫的目的（2）基因表达载体的构建（3）T-DNA该方法不适用于单子叶植物（4）DNA分子杂交技