2026版《优化设计大一轮》高考生物（优化设计新高考版）课时规范练60基因工程的基本工具与操作程序

课时规范练60基因工程的基本工具与操作程序(选择题每小题3分)必备知识基础练考点一重组DNA技术的基本工具1.(2025·山西吕梁开学模拟)DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶。下列相关叙述正确的是()A.所有的限制酶都具有专一性,不同限制酶切割产生的黏性末端都不同B.限制酶和DNA连接酶分别能催化磷酸二酯键的断裂和形成C.限制酶识别序列越短,则相应酶切位点在DNA中出现的概率越小D.DNA连接酶可以将游离的单个脱氧核苷酸连接成双链结构2.(2025·四川绵阳模拟)下图表示pBR322质粒和人生长激素基因所在片段的结构信息,将二者构建的重组质粒导入受体菌并进行筛选。下列叙述错误的是()pBR322质粒人生长激素基因注:AmpR:氨苄青霉素抗性基因;TetR:四环素抗性基因。A.用含氨苄青霉素的培养基筛选出的是含重组质粒的受体菌B.应选择的限制酶组合是酶F和酶GC.pBR322质粒含有的AmpR基因和TetR基因都属于标记基因D.同时用三种限制酶处理图中质粒,完全反应后可得到4种长度DNA3.(2025·北京西城开学模拟)用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性内切核酸酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是()图1酶切位点图图2电泳结果示意图A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同B.图2中酶切产物可用于构建重组DNAC.泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA4.(2023·湖北卷)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是()A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet(四环素)的培养基中能形成菌落考点二基因工程的基本操作程序5.(2025·甘肃白银模拟)酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌内催化乳酸生成的乳酸脱氢酶(LDH)基因导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的酵母工程菌株。下图为乳酸脱氢酶基因对应的DNA片段结构示意图,其中1~4表示DNA上引物可能结合的位置。下列分析错误的是()A.构建基因表达载体时,需用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶B.若从图中的DNA片段中直接获取LDH基因,则被破坏的磷酸二酯键共有4个C.用PCR技术扩增LDH基因时,变性后需要先升温后降温D.用PCR技术扩增LDH基因时,图中的2、3分别是两种引物结合的位置6.(2025·云南文山模拟)除草剂的有效成分草甘膦能够专一性抑制EPSP合成酶的作用,从而使植物多种代谢途径受影响而导致植物死亡,草甘膦没有选择性,除掉杂草的同时作物也会受损,培育抗草甘膦作物是解决办法之一,下列关于转入外源EPSP合成酶基因使矮牵牛抗草甘膦流程的叙述正确的是()A.可以通过mRNA在逆转录酶的作用下构建DNA,从而获取EPSP合成酶基因B.用限制酶和DNA连接酶处理目的基因和Ti质粒,仅涉及磷酸二酯键的断裂和形成C.基因表达载体组件中的起始密码子是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录D.目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,农杆菌的转化能使植物细胞都培育出转基因植株7.(2024·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,具体流程如下图。下列相关说法错误的是()A.p1301载体上应含有增强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8.(2025·云南昆明模拟)Ca2+在多项生物技术与工程中发挥重要作用,下列说法错误的是()A.Ca2+载体等可激活通过核移植得到的重构胚,促进其细胞分裂和发育进程B.Ca2+处理可以使大肠杆菌细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态C.真核细胞和细菌的DNA聚合酶需要Ca2+激活,故PCR反应缓冲液中需要添加该离子D.在植物体细胞杂交过程中,可用高Ca2+—高pH融合法诱导原生质体的融合9.(12分)(2024·甘肃卷)源于细菌的纤维素酶是一种复合酶,能降解纤维素。为了提高纤维素酶的降解效率,某课题组通过筛选高产纤维素酶菌株,克隆表达降解纤维素的三种酶(如下图),研究了三种酶混合的协同降解作用,以提高生物质资源的利用效率。回答下列问题。(1)过程①②采用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的培养基筛选菌株X,能起到筛选作用的原因是。高产纤维素酶菌株筛选时,刚果红培养基上的菌落周围透明圈大小反映了。

(2)过程④扩增不同目的基因片段需要的关键酶是。

(3)过程⑤在基因工程中称为,该过程需要的主要酶有。

(4)过程⑥大肠杆菌作为受体细胞的优点有。该过程用Ca2+处理细胞,使其处于一种的生理状态。

(5)课题组用三种酶及酶混合物对不同生物质原料进行降解处理,结果如下表。表中协同系数存在差异的原因是

(答出两点)。

生物质原料降解率/%协同系数酶A酶B酶C混1混2混1混2小麦秸秆7.086.038.198.6126.9874.33114.64玉米秸秆2.621.483.763.929.8824.9877.02玉米芯0.620.480.860.986.791.8211.34注:混1和混2表示三种酶的混合物。10.(13分)(2025·湖南名校第一次联考)紫色花青素是一种天然色素,广泛存在于多种植物中,尤其是在花朵、果实和叶子中。紫色花青素能够清除自由基,有助于保护视网膜,还有抑制癌细胞生长的潜力等。紫色西红柿经基因编辑后可产生比普通西红柿多9倍的花青素(紫色),下图是花青素基因(S)的cDNA(某种生物发育某个时期的mRNA经逆转录产生的互补DNA)和Ti质粒图。回答下列问题。(1)紫色花青素能够清除自由基,保护细胞免受氧化损伤。自由基损害细胞主要表现为

(答2点)。紫色花青素处理癌细胞可使其细胞周期(填“缩短”“延长”或“不变”)。

(2)构建基因表达载体时,最好选择限制酶切割S基因的cDNA和Ti质粒,以保证目的基因与载体定向连接,从而提高重组效率。利用PCR技术扩增花青素基因的cDNA时,需要种引物,一般还需要往PCR反应缓冲液中加入Mg2+,其原因是。PCR扩增的产物进行电泳时,发现除了目标序列外还有很多非特异性条带,出现该现象的原因可能有(答2点)。

(3)基因编辑作物的安全性和监管是一个重要议题。在研发过程中,需要确保紫色西红柿的安全性。紫色花青素的合成途径涉及多个基因,其中包括转录因子,这些转录因子可以激活或抑制紫色花青素合成相关基因的表达。增加紫色花青素的产量的措施有

(答1点)。

考点三实验:DNA的粗提取与鉴定、DNA片段的扩增及电泳鉴定11.(2024·安徽卷)下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述,错误的是()A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水,DNA提取的效率会降低B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异,可初步分离DNAC.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同,该原理可用于纯化DNA粗提物D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应,可检测溶液中是否含有蛋白质杂质12.(2025·山东临沂开学模拟)下列关于“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述,正确的是()A.粗提取的DNA溶于2mol/L的NaCl溶液中,加入二苯胺试剂后即显蓝色B.选用花菜、香蕉等植物细胞提取DNA时,应该先用洗涤剂溶解细胞壁C.向溶解DNA的浓盐溶液中加蒸馏水是为了析出DNAD.析出DNA时,玻璃棒来回向不同方向搅拌可快速获得DNA13.(不定项)(2025·江苏开学模拟)利用PCR扩增下面DNA分子,下列叙述正确的是()A.其中一种引物的部分碱基序列应为3'-ATTTGAAGTCCCA-5'B.变性时,在高温的作用下双链DNA解聚为单链DNAC.复制n轮后,同时含有两种引物的子代DNA分子有2n-2个D.复性时,温度过高会导致PCR扩增出多种DNA片段关键能力提升练14.(2025·八省联考云南卷)Hv-Lv肽链是抗体与抗原识别并结合的关键结构。为筛选特异性高、结合能力强的Hv-Lv肽链,将编码Hv-Lv肽链的DNA片段与丝状噬菌体固有外壳蛋白pⅧ的基因连接并一起表达,最后用固定化抗原筛选(过程如图)。下列说法错误的是()A.Hv-LvDNA片段上游需要设计并连接启动子B.Hv-LvDNA片段上无需连接标记基因C.目标是获得能耐受多次冲洗的噬菌体D.实验过程须严格遵循生物防护措施15.(2024·四川眉山期中)下图为构建苘麻抗除草剂基因A重组质粒的技术流程,其中NptⅡ是卡那霉素抗性基因,GUS基因仅在真核细胞中表达,表达产物可催化底物呈蓝色。下列说法错误的是()A.PCR扩增A时可在引物中加入PstⅠ和XhoⅠ的酶切位点B.在培养基中添加卡那霉素初步筛选导入重组质粒的农杆菌C.用农杆菌转化植物愈伤组织时选择呈现蓝色的农杆菌与植物进行培养D.启动子若为除草剂诱导启动子将减少细胞物质和能量浪费16.(8分)(2024·全国新课标卷)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中,构建高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段;再经限制酶切割获得含N基因的片段甲,片段甲两端分别为M1与M2;利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组,得到菌株B2。酶切位点(Ⅰ~Ⅳ)、引物(P1~P4)的结合位置、片段甲替换区如图所示,→表示引物5'→3'方向。回答下列问题。(1)限制酶切割的化学键是。为保证N基因能在菌株B2中表达,在构建片段甲时,应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间,原因是。

(2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和。

(3)用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组,所用的模板是;若用该模板与引物P3和P4进行PCR,实验结果是。

(4)与秸秆焚烧相比,利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是(答出2点即可)。

参考答案课时规范练60基因工程的基本工具与操作程序必备知识基础练1.B解析所有的限制酶都具有专一性,不同限制酶切割产生的黏性末端可能相同,A项错误;限制酶能够识别特定的DNA序列并催化磷酸二酯键的断裂,而DNA连接酶能够催化磷酸二酯键的形成,将DNA片段连接起来,B项正确;限制酶识别序列越短,则相应酶切位点在DNA中出现的概率越大,因为短序列在DNA中出现的频率较高,C项错误;DNA连接酶的功能是将DNA片段连接起来,而不是将游离的单个脱氧核苷酸连接成双链结构,D项错误。2.A解析酶E会破坏两种标记基因,为避免切割后DNA片段的自身环化,又保留质粒上的标记基因,切割时应选择的限制酶组合是酶F和酶G,由于酶F会破坏四环素抗性基因,故使用含氨苄青霉素的培养基筛选出的是导入重组质粒的受体菌和导入原质粒的受体菌,A项错误,B项正确;pBR322质粒含有的AmpR基因和TetR基因都属于标记基因,以便于对含有目的基因的受体菌进行选择,C项正确;据图可知,同时用三种限制酶处理图中质粒,因酶E有两个作用位点,故同时用三种限制酶处理图中质粒,完全反应后可得到4种长度DNA,D项正确。3.D解析酶具有专一性,不同的限制酶识别并切割不同的核苷酸序列,故图1中两种酶识别的核苷酸序列不同,A项正确;重组DNA通常是连接两个不同的DNA片段,故图2中酶切产物可用于构建重组DNA,B项正确;分析图1,限制酶SalⅠ有三处切割位点,切割后产生4个DNA片段,泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物,C项正确;图中限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,图中被酶切的DNA片段是双链DNA,D项错误。4.D解析用一种限制酶切割,目的基因在质粒上可以正向或反向插入,进而导致基因转录产物的不同,A项正确;用PvuⅠ酶切,氨苄青霉素抗性基因被破坏,用含四环素的培养基培养,能生长的受体菌可能含重组质粒、正常质粒及自身环化的质粒,B项正确;SphⅠ酶切会在重组质粒上产生特定的片段,通过DNA凝胶电泳技术可以分离和检测这些片段,从而确定重组质粒是否构建成功,C项正确;根据质粒图示,携带目的基因的受体菌需要同时具有AmpR和TetR基因才能在含有氨苄青霉素和四环素的培养基中形成菌落,若用SphⅠ酶切,会破坏四环素抗性基因(TetR),D项错误。5.C解析构建基因表达载体时,需要用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶,A项正确;若从图中的DNA片段中直接获取LDH基因,由于DNA每条链上有2个磷酸二酯键会被破坏,因此被破坏的磷酸二酯键共有4个,B项正确;PCR反应过程分为变性(温度上升到90℃以上)、复性(温度下降到50℃左右)和延伸(温度上升到72℃左右)三大步骤,故变性后要先降温后升温,C项错误;由于TaqDNA聚合酶只能从5'端→3'端延伸子链,图中含磷酸基团端为5'端,含羟基端为3'端,子链和模板链反向平行,因此根据引物的延伸方向可知,图中与引物结合的部位是2、3,D项正确。6.A解析可以通过mRNA在逆转录酶的作用下合成cDNA,从中获取目的基因,A项正确;用限制酶和DNA连接酶处理目的基因和Ti质粒,涉及碱基之间的氢键和DNA片段之间的磷酸二酯键的断裂和形成,B项错误;起始密码子位于mRNA上,RNA聚合酶识别的位点是基因中的启动子,C项错误;T-DNA可转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上,但不能保证目的基因导入率为100%,所以农杆菌的转化不都能培育出转基因植株,D项错误。7.C解析根据题干推测,p1301载体上应含有增强Bapt基因表达的序列,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基因探针来检测过程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即可,D项正确。8.C解析在核移植过程中,形成重构胚后,还需要用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体等)激活重构胚,促进其细胞分裂和发育进程,A项正确;导入重组质粒前,需要用Ca2+处理大肠杆菌细胞,使其处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,使重组质粒容易进入受体细胞,B项正确;真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2+激活,因此,PCR反应缓冲溶液中一般要加Mg2+,C项错误;促进植物原生质体融合的方法有电融合法、高Ca2+—高pH融合法等,D项正确。9.答案(1)只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖菌落产生的纤维素酶的活性和量(2)耐高温的DNA聚合酶(3)基因表达载体的构建限制酶、DNA连接酶(4)繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、对环境因素敏感、容易进行遗传操作等能吸收周围环境中DNA分子(5)降解时的温度不同、降解时的pH不同解析由图可知,①②是利用选择培养基筛选出高产纤维素酶菌株X,③是提取菌株X基因组DNA,④为基因工程操作程序中“目的基因的筛选和获取”,⑤为“基因表达载体的构建”,⑥为“将目的基因导入受体细胞”,⑦为从培养体系中分离得到重组酶。(1)选择培养基只允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长。在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的选择培养基中,只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖。刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物,使得含有纤维素的培养基呈现红色。当纤维素被纤维素酶分解后,刚果红与纤维素的复合物就无法形成,培养基中就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。这个透明圈的大小直接反映了纤维素分解菌分解纤维素的能力。透明圈越大,说明纤维素分解菌分解纤维素的能力越强,即菌落产生的纤维素酶的活性强、量多。(2)扩增目的基因片段在PCR仪中进行,因此需要耐高温的DNA聚合酶。(3)根据图示中酶基因与质粒载体经过过程⑤构成重组质粒,推导出过程⑤为基因表达载体的构建,该过程需要限制酶和DNA连接酶。(4)大肠杆菌作为受体细胞的优点是繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、对环境因素敏感、容易进行遗传操作等。先用Ca2+处理细胞,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,然后再将重组的基因表达载体导入其中。(5)不同酶的最适温度、最适pH不同,当温度和pH改变时,酶促反应速率也会受到影响。10.答案(1)攻击生物膜,损伤生物膜结构进而影响其功能;攻击DNA,引起基因突变和DNA损伤;攻击蛋白质,使蛋白质活性降低延长(2)XbaⅠ、HindⅢ2耐高温的DNA聚合酶需要Mg2+激活引物设计太短(或引物特异性不强,即与非目的序列有同源性)、两引物之间碱基互补配对(形成引物二聚体)、复性温度过低、Mg2+浓度过高、DNA模板出现污染等(3)激活或增强紫色西红柿中紫色花青素合成的相关基因;编辑转录因子的基因解析(1)自由基通常是具有强氧化性的异常活泼的带电分子或基团。自由基损害细胞主要表现为攻击生物膜,损伤生物膜结构进而影响其功能;攻击DNA,造成基因突变和DNA损伤;攻击蛋白质,使蛋白质活性降低。紫色花青素有抑制癌细胞生长的潜力,因此可使癌细胞的细胞周期延长。(2)据图可知,最好选用XbaⅠ、HindⅢ切割S基因的cDNA和Ti质粒,既能保证目的基因与载体产生相同的黏性末端,又不破坏目的基因。PCR扩增目的基因时需要2种引物,一般需要往PCR反应缓冲液中加入Mg2+,Mg2+可激活耐高温的DNA聚合酶。PCR扩增的产物进行电泳时,除了目标序列外还有很多非特异性条带,出现非目的序列产物的原因可能有引物设计太短(或引物特异性不强,即与非目的序列有同源性)、两引物之间碱基互补配对(形成引物二聚体)、复性温度过低、Mg2+浓度过高、DNA模板出现污染等。(3)通过基因编辑,研究人员通常会激活或增强紫色西红柿中紫色花青素合成的相关基因,从而使紫色西红柿能够产生紫色花青素。紫色花青素的合成途径涉及多个基因,其中包括转录因子,这些转录因子可以激活或抑制紫色花青素合成相关基因的表达。通过编辑这些转录因子的基因,可以增加紫色花青素的产量。11.D解析研磨液有利于DNA的溶解,更换为蒸馏水,DNA提取的效率会降低,A项正确;DNA不溶于酒精,但细胞中的某些蛋白质溶于酒精,所以利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异,可初步分离DNA,B项正确;DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于2mol/L的NaCl溶液,可利用该原理对DNA进行粗提取,C项正确;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色,故二苯胺试剂可用于鉴定DNA,但不能检测溶液中是否含有蛋白质杂质,D项错误。12.C解析粗提取的DNA溶于2mol/L的NaCl溶液中,因为在该浓度的溶液中DNA的溶解度较高,二苯胺可用于鉴定DNA,但需要沸水浴加热,A项错误;加入洗涤剂的目的是瓦解细胞膜,不是细胞壁,B项错误;向溶解DNA的浓盐溶液中加蒸馏水会降低DNA的溶解度进而使DNA析出,C项正确;析出DNA时,玻璃棒应该沿同一个方向搅拌,防止DNA被破坏,D项错误。13.BC解析引物是一段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸,转录的方向由引物的5'向3'进行,引物与模板链的3'端开始一段碱基互补配对,不能是3'-ATTTGAAGTCCCA-5',A项错误;PCR的过程为高温变性、低温复性、中温延伸,变性需要的温度最高,变性使DNA解聚为单链,B项正确;复制n轮后,DNA分子有2n个,新合成的DNA链都有引物,不含引物的DNA链是含有两条母链的两个DNA分子,故同时含有两种引物的子代DNA分子有2n-2个,C项正确;复性时,温度过高导致引物与模板链不结合,得不到目的产物,温度过低,引物与模板的结合位点增加,导致PCR扩增出多种DNA片段,D项错误。关键能力提升练14.C解析启动子位于基因的上游,是RNA