适用于新高考新教材备战2025届高考生物一轮总复习第10单元生物技术与工程课时规范练52基因工程的基本工具与操作程序

课时规范练52基因工程的基本工具与操作程序必备知识基础练考点一重组DNA技术的基本工具1.(2023·广东汕头统考)“工欲善其事,必先利其器”,基因工程需用到多种工具。下列关于基因工程的基本工具的说法,错误的是()A.在构建基因表达载体时,通常用同种限制酶或能产生相同黏性末端的限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段B.E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶都能“缝合”黏性末端,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键C.基因工程中真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行人工改造的D.基因工程中使用的载体还可以是各种病毒,如可以利用改造后的噬菌体将基因表达载体导入动物受精卵细胞2.下列有关限制酶和DNA连接酶的叙述,正确的是()A.用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口,有两个磷酸二酯键被断开B.限制酶识别序列越短,则该序列在DNA中出现的概率就越大C.序列—CATG↓—和—G↓GATCC—被限制酶切出的黏性末端碱基数不同D.T4DNA连接酶和E.coliDNA连接酶都能催化平末端和黏性末端的连接3.(2023·北京海淀模拟)科研人员利用农杆菌转化法将抗病毒蛋白基因C导入番木瓜,培育出转基因抗病毒番木瓜,Ti质粒结构模式如图所示。下列叙述正确的是()A.农杆菌的T-DNA与番木瓜基因发生重组B.构建重组质粒需要限制酶和DNA聚合酶C.含重组Ti质粒的农杆菌具有四环素抗性D.转基因抗病番木瓜不具有卡那霉素抗性考点二基因工程的基本操作程序4.由于某目的基因酶切后的末端为平末端,载体E只有产生黏性末端的酶切位点,需借助中间载体P将目的基因接入载体E。据图分析,下列叙述正确的是()A.通过PCR扩增获取目的基因是基因工程的核心工作B.为了便于该目的基因接入载体E,可用限制酶EcoRⅤ或SmaⅠ切割载体PC.载体P只能作为中间载体,是因为其没有表达该目的基因的启动子与终止子D.若受体细胞表现出抗性基因的相应性状,表明重组载体成功导入受体细胞5.(2023·福建龙岩模拟)为提高红豆杉细胞培养物中紫杉醇的产量,研究人员构建紫杉醇合成关键酶基因(Bapt)的超表达载体,并将其导入红豆杉细胞,具体流程如图。下列相关说法不正确的是()A.p1301载体上可能含有增强Bapt基因表达的序列B.超表达载体中应含有潮霉素抗性基因作为标记基因C.可使用Bapt基因制成的探针检测过程⑤是否成功D.工厂化生产紫杉醇需将改造后的红豆杉细胞培养至愈伤组织6.(2023·浙江嘉兴联考)MAP30蛋白存在于苦瓜的果实和种子中。实验表明MAP30蛋白具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒等功能,近年来引起了人们的广泛关注。MAP30蛋白基因可作为基因工程中的目的基因,下列叙述错误的是()A.可从苦瓜果实或种子中提取RNA,经逆转录法获取目的基因B.对PCR扩增后的产物,一般需要通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定C.检测MAP30蛋白基因是否成功表达,可用抗原—抗体杂交技术D.直接将MAP30蛋白基因导入马铃薯受体细胞,可获得转基因幼苗7.(2024·广东茂名统考)在转基因抗盐烟草的研究过程中,采用了图示质粒。其上有SalⅠ、HindⅢ和BamHⅠ三种限制酶切割位点,同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因,获得此质粒的农杆菌表现出对两种抗生素的抗性。(1)在构建重组质粒时,选用和SalⅠ两种限制酶切割目的基因的两端及质粒,可防止。

(2)用分别含有氨苄青霉素和四环素的培养基筛选农杆菌时,发现含有目的基因的农杆菌不能在含四环素的培养基上生长,这说明。

(3)采用农杆菌感染烟草细胞是因其体内的重组Ti质粒上的能将目的基因插入烟草细胞的染色体DNA上。

(4)用植物组织培养技术培育转基因抗盐烟草植株,依据的原理是

。(5)导入抗盐基因的烟草是否可以表达其遗传特性,需检测,除上述分子水平检测外还需进行鉴定。

考点三实验:DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定8.(2023·江苏苏州质检)下列以洋葱为实验材料进行“DNA的粗提取与鉴定实验”的叙述,正确的是()A.洋葱研磨液需要用滤纸过滤,以保证提取的DNA量B.滤液中加入冷酒精后,用玻璃棒搅拌会使DNA的提取量增加C.向含DNA的滤液中加入2mol/L的NaCl溶液有利于去除杂质D.用二苯胺试剂鉴定DNA时,需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化9.(2023·广东统考)DNA琼脂糖凝胶电泳是一种分离、纯化或分析PCR扩增后的待检DNA片段的技术。下列关于核酸片段的扩增及电泳鉴定的相关叙述,正确的是()A.mRNA也是核酸,因此可直接用PCR扩增仪扩增B.PCR反应缓冲液中一般要添加ATP,以激活耐高温的DNA聚合酶C.带电量相同的情况下,相对分子质量比较大的DNA片段距离加样孔越近D.琼脂糖凝胶电泳中的缓冲液中含指示剂,其可以在紫外灯下被检测出来10.(2023·河北邢台联考)PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键碱基,5'端无严格限制,可用于添加限制酶切点等序列。下列叙述正确的是()A.PCR第四次循环,消耗了8对引物B.脱氧核苷酸作为扩增的原料会依次连接到5'端C.PCR反应体系中需要加入脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶、Ca2+等D.用图中引物扩增至少四个循环后才能获得两端均添加限制酶切点的目的产物关键能力提升练1.(2021·湖北卷)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生,以下措施中有效的是()A.增加模板DNA的量B.延长热变性的时间C.延长延伸的时间D.提高复性的温度2.(2024·广东佛山统考)下图1表示某DNA片段及限制酶酶切位点,用限制酶XhoⅠ和SalⅠ分别处理该DNA片段后,酶切产物电泳分离的结果如图2所示。下列叙述错误的是()图1图2A.不同的限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同B.限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同C.泳道①②分别是限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ处理得到的产物D.用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段,可得到6种电泳产物3.(2023·广东一模)研究人员将编码OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR四种不同酶的基因分别与叶绿体转运肽(引导合成的蛋白质进入叶绿体)基因连接,搭载到农杆菌Ti质粒的T-DNA片段上构建出多基因表达载体(部分序列如图),最终在水稻叶绿体内构建出一条新的代谢途径,提高了水稻的产量。下列说法正确的是()A.常用农杆菌转化法将基因表达载体插入水稻细胞的染色体DNA上B.可用PCR检测转基因水稻中是否转录出四种酶的mRNAC.应选用含卡那霉素的培养基筛选成功转化的水稻细胞D.EcCAT、OsGLO1基因在转录时以DNA的同一条单链为模板4.如图为目的基因结构示意图及几种限制酶的酶切位点,下列相关叙述正确的是()A.图中所示目的基因可能来源于真核生物,也可能来源于原核生物B.噬菌体可以作为载体将重组DNA导入动物细胞获得转基因动物C.运用PCR技术扩增该基因时,形成磷酸二酯键所需要的能量可由dNTP提供D.用图中目的基因和质粒构建重组质粒时,只能用SmaⅠ酶切割5.(2024·广东东莞开学考试)限制性内切核酸酶SalⅠ和XhoⅠ识别序列与切割位点如下图1。用SalⅠ切割目的基因两侧,用XhoⅠ切割载体质粒,再用连接酶处理可形成重组质粒。实验者用两种酶单独切割或同时切割普通质粒和重组质粒,再将产物电泳分离,其结果如下图2。下列叙述正确的是()图1图2A.SalⅠ切割产生的黏性末端与XhoⅠ切割产生的黏性末端不同B.根据重组质粒的酶切结果可知,有2个目的基因插入重组质粒中C.重组质粒上有1个限制酶SalⅠ和1个限制酶XhoⅠ的识别序列D.两种酶切后产生的2kb产物可作为探针筛选含目的基因的受体细胞6.抗凝血酶是一种天然抗凝血剂,在临床上被广泛应用。目前科学家已在猪和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了人的抗凝血酶,下图是构建抗凝血酶基因表达载体所用的pBR质粒的结构及人抗凝血酶基因所在的DNA片段,回答下列问题。(1)现有以下4种引物,引物A:5'-GGACCCCGGG-3';引物B:5'-CATTTCTAGA-3';引物C:5'-CCTGGGGCCC-3';引物D:5'-GTAAAGATCT-3'。利用PCR扩增获取抗凝血酶基因,应选用引物(填引物名称),扩增产物可选择限制酶切割后再利用E.coliDNA连接酶连接到pBR质粒上。

(2)所选用的pBR质粒上含有启动子,其作用是,将构建的基因表达载体先导入大肠杆菌细胞,然后将大肠杆菌涂布到含新霉素的选择培养基上,长出了多个大肠杆菌菌落,这些菌落并非都是目的菌株,原因是。

(3)将筛选得到的目的菌株提取质粒,再通过方法导入猪或羊的内,通过培养即可获得能表达人抗凝血酶的乳腺生物反应器。

7.(2024·湖南长沙长郡中学摸底)R-7是家蚕体内的一种小分子非编码RNA,可与某些mRNA尾端的一段非编码序列(3'-UTR)结合,进而影响基因的表达。为研究R-7是否影响家蚕基因B(调控家蚕眼睛发育)的表达,科研人员将基因B中对应3'-UTR的DNA片段与荧光素酶基因(R-7不影响荧光素酶基因的表达)重组,如图1所示。将该重组载体导入家蚕胚胎细胞并检测其表达情况,结果如图2所示。请回答下列问题。图1图2(1)要想短时间内获得大量目的基因,需要用到的技术是,该技术的原理是。

(2)图1中对应3'-UTR的DNA片段应插入到位点,原因是。基因工程的核心步骤是。

(3)科研人员从图②所示的实验组和对照组细胞中提取蛋白质,经处理检测后获得相对荧光值(在适宜条件下,荧光素酶可催化荧光素发生氧化反应并发出荧光)。实验组为将重组载体导入含R-7的家蚕胚胎细胞中,对照组1为将含有荧光素酶基因的表达载体(不含对应3'-UTR的DNA片段)导入含R-7的家蚕胚胎细胞中,则对照组2应为。由结果推知R-7通过进而抑制基因B的表达。

8.(2021·天津卷)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。下图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。图1图2(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为。(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑和。

②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。重组质粒上有,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列(填“能”或“不能”)在大肠杆菌中高效表达。

③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。

(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是(单选)。

A.进一步优化发酵条件B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羟酶基因D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种答案：必备知识基础练1.D解析在构建基因表达载体时,通常用同种限制酶或能产生相同黏性末端的限制酶切割载体和含有目的基因的DNA片段,便于后面连接形成重组载体,A项正确;E.coliDNA连接酶、T4DNA连接酶都能连接黏性末端,此外T4DNA连接酶还可以连接平末端,但连接平末端时的效率比较低,B项正确;在基因工程操作中,真正被用作载体的质粒,都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的,C项正确;基因工程中使用的载体除质粒外,还有噬菌体、动植物病毒等,利用病毒作载体时,将基因表达载体导入动物细胞需要用改造后的动物病毒,D项错误。2.B3.A解析构建重组质粒需要限制酶和DNA连接酶,B项错误;抗病毒蛋白基因C的插入位点位于四环素抗性基因内部,插入抗病毒蛋白基因C后,重组Ti质粒的四环素抗性基因被破坏,含重组Ti质粒的农杆菌不具有四环素抗性,C项错误;转基因抗病番木瓜含有卡那霉素抗性基因,故转基因抗病番木瓜具有卡那霉素抗性,D项错误。4.C解析基因工程的核心步骤是构建基因表达载体,A项错误;由于载体E只有产生黏性末端的酶切位点,要使中间载体P接入载体E,同时防止载体E自身环化,需要用两种限制酶分别切割载体E和中间载体P,据图可知,中间载体P和载体E均含有XhoⅠ和PstⅠ酶识别序列,故可选用XhoⅠ和PstⅠ酶进行酶切,载体P的这两种酶识别序列中含有EcoRⅤ识别位点,并且其切割的为平末端,可以用于连接目的基因,SmaⅠ酶虽然也能切割得到平末端,但是其识别位点没有位于XhoⅠ和PstⅠ酶识别位点之间,故不能选择其对中间载体P进行切割,B项错误;由图可知,载体P是中间质粒,不含有表达该目的基因的启动子和终止子,C项正确;受体细胞表现出抗性基因的相应性状,可能是导入了重组质粒,也可能只导入了空质粒(不含目的基因的质粒),D项错误。5.C解析根据题干信息“研究人员构建紫杉醇合成关键酶基因(Bapt)的超表达载体来提高紫杉醇产量”可知,p1301载体上可能含有增强子序列,作用是促进Bapt基因的表达,A项正确;超表达载体中应含有潮霉素抗性基因作为标记基因,在含有潮霉素的培养基上,超表达载体能够存活,从而起到筛选作用,B项正确;由于红豆杉细胞中本身存在Bapt基因,无论超表达载体是否成功导入,都能与Bapt基因探针形成杂交分子,因此不能通过Bapt基因探针来检测步骤⑤是否成功,C项错误;工厂化生产紫杉醇属于细胞产物的获得,只需要培养到愈伤组织阶段,D项正确。6.D解析若要使目的基因在受体细胞中表达,需要构建基因表达载体,而不能直接将目的基因导入受体细胞,D项错误。7.答案(1)HindⅢ目的基因和质粒的自我环化或反向连接(2)抗四环素基因被破坏(3)T-DNA(4)植物细胞的全能性(5)抗盐基因是否转录出mRNA,是否翻译出蛋白质个体水平上的抗盐解析(1)在构建重组质粒时,BamHⅠ会破坏抗盐基因,可以选用HindⅢ和SalⅠ两种酶切割目的基因的两端及质粒,双酶切可以避免目的基因和质粒的自我环化或反向连接。(2)所给的限制酶在质粒上的切割位点都位于抗四环素基因内部,如果目的基因插入质粒中,得到重组质粒,则含重组质粒的农杆菌只含有完整的抗氨苄青霉素基因,不含完整的抗四环素基因(被目的基因破坏),这种农杆菌不能在含四环素的培养基上生长。(3)农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这一特点,如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上。(4)利用植物组织培养技术培育转基因抗盐烟草植株,依据的原理是植物细胞的全能性。(5)基因的表达产物是RNA和蛋白质,导入抗盐基因的烟草是否可以表达其遗传特性,需要检测抗盐基因是否转录出mRNA,是否翻译出蛋白质,除此之外,还需进行个体水平上的抗盐鉴定。8.D解析洋葱研磨液用两层纱布过滤,以保证提取的DNA量,A项错误;DNA在冷酒精中的溶解度很低,蛋白质在冷酒精中的溶解度较高,故可以利用DNA不溶于冷酒精的原理,提纯DNA,但提取量不变,B项错误;向含DNA的滤液中加入0.14mol/L的NaCl溶液有利于去除杂质,C项错误;在沸水浴条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色,用二苯胺试剂鉴定DNA时,需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化,D项正确。9.C解析mRNA是核酸,但不能直接用PCR扩增仪扩增,需要先逆转录为cDNA再用PCR扩增仪扩增,A项错误;PCR反应缓冲液中一般要添加Mg2+,以激活耐高温的DNA聚合酶,B项错误;PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定,在凝胶中DNA分子的迁移速率与凝胶的浓度、DNA分子的大小和构象等有关,带电量相同的情况下,相对分子质量比较大的DNA片段移动距离较短,距离加样孔越近,C项正确;琼脂糖凝胶电泳中的缓冲液中不含指示剂,不能在紫外灯下被检测出来,凝胶中的DNA分子通过染色,可以在紫外灯下被检测出来,D项错误。10.A解析该DNA是双链,第一次循环要1对引物,第二次要2对……第四次要8对,即PCR第四次循环,消耗了8对引物,A项正确;进行PCR时,扩增是从引物的3'端延伸,因此脱氧核苷酸作为扩增的原料会依次连接到3'端,B项错误;PCR反应体系中需要加入脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶和扩增缓冲液(含Mg2+)等物质,不需要加Ca2+,C项错误;根据半保留复制的特点可知,PCR前两轮循环产生的四个DNA分子的两条链均不等长,第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链,即用图中引物扩增至少三个循环后才能获得两端均添加限制酶切点的目的产物,D项错误。关键能力提升练1.D解析增加模板DNA的量可以提高反应速度,但不能有效减少非特异性条带,A项不符合题意;延长热变性的时间和延长延伸的时间会影响变性、延伸过程,但对于延伸中的配对影响不大,故不能有效减少反应非特异性条带的产生,B、C两项不符合题意。2.C解析不同的限制酶识别的序列不同,但可能会产生相同的黏性末端,A项正确;结合图1和图2可知,限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同,用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段,该片段共有5个酶切位点,可得到6种电泳产物,泳道①②分别是限制酶SalⅠ和限制酶XhoⅠ处理得到的产物,B、D两项正确,C项错误。3.B解析常用农杆菌转化法将目的基因导入水稻细胞:先将目的基因插入Ti质粒的T-DNA中,然后导入农杆菌中,再通过农杆菌侵染水稻细胞,将目的基因插入水稻细胞的染色体DNA上,A项错误;可用PCR检测转基因水稻中是否含有目的基因以及是否转录出四种酶的mRNA,B项正确;结合图示可知,潮霉素抗性基因在T-DNA中,会整合到植物的染色体上,因此用含潮霉素的培养基可以筛选转化成功的水稻细胞,C项错误;DNA的两条链反向平行,假设图中DNA分子上面一条链为5'-端→3'-端方向,RNA聚合酶启动转录时只能与模板链的3'-端结合,结合图示启动子的方向可知,EcCAT的模板链为下链,OsGLO1的模板链为上链,D项错误。4.C解析图中基因的编码区存在外显子和内含子,因此该目的基因来源于真核生物,A项错误;噬菌体是DNA病毒,是细菌病毒,不能侵入动物细胞,不能作为载体将重组DNA导入动物细胞获得转基因动物,B项错误;dNTP含有特殊的化学键,在进行PCR扩增该基因时,可以在形成磷酸二酯键时提供能量,C项正确;SmaⅠ酶的酶切位点在编码区,会破坏目的基因,所以不能用SmaⅠ酶切割目的基因,D项错误。5.C解析SalⅠ切割产生的黏性末端与XhoⅠ切割产生的黏性末端都是3'-AGCT-5',A项错误;普通质粒被切割后长度都是5kb,用一种酶切割重组质粒得到的结果都是7kb,用两种酶切割结果显示为5kb和2kb两个片段,说明有1个目的基因插入重组质粒中,B项错误;由于用一种酶切割后只有一个片段,用两种酶切割结果显示为两个片段,说明重组质粒上有1个限制酶SalⅠ和1个限制酶XhoⅠ的识别序列,C项正确;两种酶切后产生的2kb产物只含有目的基因的部分片段,且需要经过标记,然后解链成为单链DNA分子才可以作为探针筛选含目的基因的受体细胞,D项错误。6.答案(1)A和DXmaⅠ和BglⅡ(2)RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录导入不含目的基因(空载)的质粒的大肠杆菌也可以在这种培养基上生长(3)显微注射受精卵解析(1)PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3'-端通过碱基互补配对结合,根据图中信息可知,结合碱基互补配对原则,可以判断引物A、D可以扩增抗凝血酶基因。E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端,不能连接平末端,因此排除SmaⅠ,未在目的基因两侧找到NheⅠ的识别序列,因此也不能选用,在目的基因两侧能找到限制酶XmaⅠ和BglⅡ的识别序列,因此要将扩增产物连接到pBR质粒上,需用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割目的基因和质粒。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因的转录。能在含新霉素的培养基上生长的菌株有两种,一种是导入重组质粒的,另一种是导入空载质粒的,导入不含目的基因(空载)的质粒的大肠杆菌也可以在这种培养基上生长。(3)动物基因工程的受体细胞通常是受精卵,将目的基因导入动物受精卵常用显微注射法。7.答案(1)PCR扩增技术DNA复制(2)2目的基因应插入启动子与终止子之间,且不能破坏荧光素酶基因基因表达载体的构建(3)将重