第一部分　专题八　专题强化练　基因工程及其应用

专题强化练[分值：100分]1～10题每题5分，11～12题每题6分，共62分一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求。)1．(2025·青岛二模)普通水稻含铁量极低，研究人员通过改良相关基因，培育出了铁含量比普通水稻高60%的转基因水稻。图1为改良基因及Ti质粒的示意图，该质粒含有氨苄青霉素抗性基因、LacZ基因及一些酶切位点，图2为后续培养过程。下列叙述正确的是()A．需用限制酶XmaⅠ和NheⅠ对Ti质粒进行切割B．培养基2与培养基3加入的生长素和细胞分裂素比例不同C．在含氨苄青霉素的培养基中能够生长的农杆菌细胞中一定含有改良基因D．筛选含重组质粒的农杆菌时，应该在培养基中加入β­半乳糖苷，目标菌落为蓝色答案B解析由图1可知，改良基因的左侧和右侧分别是用限制酶XmaⅠ和BglⅡ切割后产生的黏性末端，因此将改良基因和Ti质粒连接时，需用限制酶XmaⅠ和BglⅡ对Ti质粒进行切割，以便产生与改良基因两端相同的黏性末端，A错误；图2中愈伤组织经再分化过程形成转基因水稻，培养基2与培养基3的区别是加入的生长素和细胞分裂素比例不同，B正确；在含氨苄青霉素的培养基中能够生长的农杆菌细胞中不一定含有改良基因，原因是若农杆菌细胞中导入的是未携带改良基因的质粒，其含有氨苄青霉素抗性基因，也能在含氨苄青霉素的培养基中生长，C错误；LacZ基因编码产生的酶能分解β­半乳糖苷，产生蓝色物质，使菌落呈现蓝色，否则菌落为白色。构建重组质粒时，LacZ基因的结构被破坏，含重组质粒的农杆菌不能分解β­半乳糖苷，菌落为白色。可见，筛选含重组质粒的农杆菌时，应该在培养基中加入β­半乳糖苷，目标菌落为白色，D错误。2．(2025·安徽，15)质粒K中含有β­半乳糖苷酶基因，将该质粒导入大肠杆菌细胞后，其编码的酶可分解X－gal，产生蓝色物质，进而形成蓝色菌落，如图所示。科研小组以该质粒作为载体，采用基因工程技术实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是()A．使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数B．如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株C．因质粒K中含两个标记基因，筛选平板中长出的白色菌落即为表达目标蛋白的菌株D．若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌答案C解析使用氯化钙处理大肠杆菌，可使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数，A正确；如果筛选平板中仅含卡那霉素，能生长出的菌落都具有卡那霉素抗性，白色菌落可能导入了重组质粒(含目的基因)，筛选平板因未加入X－gal无法检验β­半乳糖苷酶基因是否被破坏，也可能是导入了未重组的质粒K，所以不可判定该白色菌落为含目的基因的菌株，B正确；筛选平板中长出的白色菌落，可能导入了重组质粒(含目的基因)，但导入的目的基因不一定成功表达目标蛋白，不能仅仅因为是白色菌落就判定其为表达目标蛋白的菌株，C错误；若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌，因为自身环化的质粒K中β­半乳糖苷酶基因完整，能表达活性β­半乳糖苷酶，分解X－gal进而形成蓝色菌落，D正确。3．常见PCR只能扩增两引物之间的DNA序列，要扩增已知DNA序列两侧的未知DNA序列，可用反向PCR技术。反向PCR技术扩增的原理如图所示。下列叙述错误的是()A．酶切阶段，L中不能含有酶切时所选限制酶的识别序列B．环化阶段，可选用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶C．图中引物，应选择引物1和引物4，且二者间不能互补配对D．PCR扩增，将温度调至72℃的目的是使引物与模板链结合答案D解析在酶切阶段，已知序列L中不能含有酶切时所选限制酶的识别序列，不然会将已知序列L切断，造成序列识别混乱，A正确；T4DNA连接酶或E.coliDNA连接酶都可以用来连接黏性末端，因此环化阶段，可选用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶，B正确；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，为保证延伸的是已知序列两侧的未知序列，应选择引物1和引物4，且二者间不能互补配对，C正确；PCR扩增中，将温度调至72℃的目的是使耐高温的DNA聚合酶发挥作用，将4种脱氧核苷酸根据碱基互补配对原则合成新的DNA链，D错误。4．PM是一种致病真菌，其致病性可能与SKN7基因有关。科研人员将SKN7基因与pMD18­T载体进行拼接后导入受体菌，以便研究SKN7基因的功能。在SKN7基因扩增过程中Taq酶会在序列3′端额外加入一个碱基A，选用限制酶甲(三种限制酶的酶切位点如图所示)对pMD18－T载体进行酶切，使用末端转移酶处理，在切口处加入一个碱基T，用乙酶就能将SKN7基因与载体连接起来，操作过程如图所示，下列叙述正确的是()A．构建重组质粒过程中所用到的甲酶为EcoRⅤ，乙酶为DNA连接酶B．上述方法构建重组质粒的过程中，可能会导致SKN7基因或载体的自身环化C．在含氨苄青霉素和X－Gal的培养基上培养受体菌，含重组质粒的菌落呈蓝色D．正确连接的重组质粒可被甲酶酶切，而反向连接的重组质粒不可被甲酶酶切答案A解析依据题干信息，选用限制酶甲对pMD18－T载体进行酶切，使用末端转移酶处理，在切口处加入一个碱基T，结合题图可知，限制酶甲产生的末端是平末端，应为EcoRⅤ，乙酶能将SKN7基因与载体连接起来，说明乙酶为DNA连接酶，A正确；据图可知，质粒和SKN7产生的末端碱基不互补，所以不易导致SKN7基因或载体发生自身环化，B错误；当lac－Z基因被破坏时，重组质粒不会编码相应的酶分解X－Gal进而产生蓝色物质，所以在含氨苄青霉素和X－Gal的培养基上培养受体菌，含重组质粒的菌落呈现的是白色，C错误；由于EcoRⅤ产生的末端为平末端，缺乏定向性，所以正确连接的重组质粒可被甲酶酶切，而反向连接的重组质粒也可被甲酶酶切，D错误。5．某小组通过PCR(假设引物长度为8个碱基短于实际长度)获得了含有目的基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切(如图)，再用所得片段成功构建了基因表达载体。下列叙述错误的是()A．酶切片段和载体连接时，可使用E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶B．其中一个引物序列为5′－TGCGCAGT－3′C．用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了2个片段D．步骤①所用的酶是SpeⅠ和CfoⅠ答案D解析图中形成的是黏性末端，E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶都可连接黏性末端，A正确；由于引物只能引导子链从5′到3′延伸，且引物与模板链的3′端互补，根据碱基互补配对原则，其中一个引物序列为5′－TGCGCAGT－3′，B正确；用步骤①的酶对载体进行酶切，根据三种酶的酶切位点，左侧的黏性末端是使用NheⅠ切割形成的，右边的黏性末端是用CfoⅠ切割形成的，根据它们的识别位点以及原本DNA的序列，切割之后至少获得了2个片段，C正确，D错误。6．在基因工程中，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。某进行改造后的质粒如图所示。以限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是()A．若质粒和目的基因都用酶1切割，用T4DNA连接酶连接的效率高于E.coliDNA连接酶B．若质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，重组质粒中的目的基因转录的产物可能不同C．若质粒和目的基因都用酶3和酶4切割，能在含氯霉素的培养基上存活的细菌中含有目的基因D．与用酶3和酶4处理相比，用酶1和酶4处理形成的重组质粒更容易转化到受体菌中答案C解析酶1切割质粒和目的基因产生的DNA片段末端为平末端，T4DNA连接酶连接双链DNA片段平末端的效率比E.coliDNA连接酶高，A正确。酶2和酶4切割质粒和目的基因产生的黏性末端相同，在DNA连接酶的作用下形成重组质粒时，目的基因可能倒接在质粒上，导致转录产物不同，B正确。若质粒和目的基因都用酶3和酶4切割，可以形成含有目的基因的重组质粒；在导入受体细胞时，导入的可能是重组质粒，也可能是不含目的基因的质粒，含有这两种质粒的受体菌均能在含氯霉素的培养基中生长，C错误。与用酶3和酶4处理相比，用酶1和酶4处理质粒和目的基因形成的重组质粒更短，更容易转化到受体菌中，D正确。7．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，并且要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易被分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，据图分析，下列叙述错误的是()A．图中各项技术并没有涉及基因工程技术B．图中改造胰岛素结构的实质是改造胰岛素基因的结构C．图中构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能D．图中新的胰岛素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间才能表达答案A解析图中“新的胰岛素基因→在大肠杆菌或其他细胞中表达”涉及基因工程技术(将外源基因导入受体细胞并表达)，A错误；蛋白质工程的实质是改造基因的结构，因为蛋白质的结构由基因决定，改造胰岛素结构需通过改造胰岛素基因来实现，B正确；蛋白质工程中，构建新的胰岛素模型(设计蛋白质结构)的主要依据是蛋白质的预期功能，即根据想要的功能来设计结构，C正确；基因表达需要启动子(启动转录)和终止子(终止转录)，新的胰岛素基因必须插入质粒上的启动子和终止子之间，才能在受体细胞中进行转录和翻译，实现表达，D正确。8．(2025·日照三模)提取细菌中质粒时常通过调节pH使DNA先变性再复性。拟核DNA分子因无法复性与其他较大的分子沉淀下来，质粒可以复性与其他小的核酸分子留在上清液中。下列叙述正确的是()A．实验中可将细菌置于无菌水中使其裂解，释放DNA分子B．可通过调节温度来替代调节pH使DNA先变性再复性C．实验中可在上清液中加入2mol/L的NaCl溶液析出质粒D．电泳分离质粒时，条带迁移速率与质粒大小和构象等因素有关答案D解析细菌有细胞壁的保护，加入适量无菌水不能使细菌裂解，通常采用加入溶菌酶等方法使细菌裂解，A错误；DNA的变性和复性可通过高温(如PCR)实现，但调节温度无法实现拟核DNA与质粒DNA的高效选择性分离，B错误；析出质粒需加入冷酒精以降低DNA溶解度，而非高浓度NaCl(2mol/LNaCl会提高DNA溶解度)，C错误。二、选择题(每小题有一个或多个选项符合题目要求。)9．(2025·江苏，19)如图为人体正常基因A突变为致病基因a及HindⅢ切割位点。AluⅠ限制酶识别序列及切割位点为，下列叙述正确的有()A．基因A突变为基因a是一种碱基增添的突变B．用两种限制酶分别酶切基因A后，形成的末端类型不同C．用两种限制酶分别酶切基因a后，产生的片段大小一致D．产前诊断时，该致病基因可选用HindⅢ限制酶开展酶切鉴定答案BD解析对比基因A和基因a的序列，基因A中“AAGCTT”变为基因a中“AAGCTG”，属于碱基替换(T→G)，A错误；HindⅢ切割产生黏性末端，AluⅠ切割产生平末端，二者形成的末端类型不同，B正确；基因a中HindⅢ有2个切割位点，AluⅠ有3个切割位点，用两种限制酶分别酶切基因a后，产生的片段大小不一致，C错误；因为正常基因A和致病基因a的HindⅢ切割位点不同，所以产前诊断时，该致病基因可选用HindⅢ限制酶开展酶切鉴定，D正确。10．(2025·枣庄一模)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验1)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验2)的实验操作，下列叙述错误的是()A．实验1中，DNA电泳时需要在琼脂糖熔化之后凝固之前加入核酸染料B．实验1中，将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳，加样前应先接通电源C．实验2中，取洋葱研磨液的上清液，加入等体积的体积分数为70%的冷酒精后析出DNAD．实验2中，需先将白色丝状物溶于2mol/L的NaCl溶液中，再加二苯胺试剂并进行沸水浴，用于鉴定DNA答案BC解析DNA电泳鉴定时需要在琼脂糖熔化之后尚未完全凝固之前加入核酸染料，预先将染料加入凝胶中，可使电泳分离后的DNA分子在凝胶中充分染色，A正确；进行PCR扩增产物电泳时，应在加样后再接通电源，B错误；实验2中，取洋葱研磨液的上清液，加入等体积的体积分数为95%的冷酒精后析出DNA，C错误；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，因此实验2中需先将白色丝状物(析出的DNA)溶于2mol/L的NaCl溶液中，再加二苯胺试剂并进行沸水浴，用于鉴定DNA，D正确。11．(2025·长沙三模)如图甲为培育转基因生物时选用的载体，图乙是含有目的基因的一段DNA序列，图中标注了相关限制酶的酶切位点。下列叙述正确的是()A．若通过PCR技术提取该目的基因，应该选用引物a和引物cB．构建表达载体时应选用BclⅠ和HindⅢ这两种限制酶C．图乙中一个DNA分子在PCR仪中经过四轮复制得到所需目的基因的分子数为8个D．只利用含四环素的培养基就可以直接筛选出成功导入表达载体的受体细胞答案ABC解析PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合，根据引物的延伸方向，所用的引物应为图乙中的引物a和引物c，A正确；根据图甲可知，BamHⅠ会导致两种抗性基因都被破坏，同时为防止目的基因自身环化，则只能选BclⅠ和HindⅢ两种限制酶切割，B正确；图乙中一个DNA分子在PCR仪中经过四轮复制可得到16个DNA片段，其中所需目的基因的分子数为24－2×4＝8(个)，C正确；由于选择BclⅠ和HindⅢ这两种限制酶，破坏了氨苄青霉素抗性基因，但没有破坏四环素抗性基因，因此只用含四环素的培养基筛选出的是含有基因表达载体或普通质粒的受体细胞，D错误。12．土壤农杆菌天然Ti质粒的结构如图所示。当植物受伤后会释放酚类物质，可激活农杆菌Vir基因，其中Vir基因是一组基因，可编码virA、virB、virC等一系列对T－DNA转移及整合必不可少的蛋白质；冠瘿碱为农杆菌提供碳源和氮源，可诱导植物产生瘤状结构。Ti质粒需经过改造才能广泛应用于植物基因工程，下列对于Ti质粒功能及改造过程的推断，不合理的是()A．农杆菌中的Ti质粒作为遗传物质，侵染植物细胞时并不是整个Ti质粒进行转移B．当农杆菌附着在植物细胞表面后，Ti质粒的Vir基因便会被激活和表达，从而发挥作用C．冠瘿碱合成基因只能在宿主植物体内表达，表达产物会被农杆菌利用D．需要在T－DNA区域和T－DNA之外的区域加上不同的标记基因，为便于后续筛选答案B解析农杆菌侵染植物时，仅Ti质粒中的T－DNA区域转移并整合到植物染色体，并非整个质粒转移，A合理；Vir基因的激活需要植物受伤释放酚类物质，而不是农杆菌附着在植物细胞表面就会激活，B不合理；冠瘿碱合成基因在植物体内表达后，可诱导植物产生瘤状结构，其产物可为农杆菌提供碳源和氮源，C合理；需要在T－DNA区域和T－DNA之外的区域加上不同的标记基因，T－DNA区域加标记基因，筛选出T－DNA整合到植物染色体上的细胞，T－DNA之外的区域加上不同的标记基因，在重组Ti质粒构建时，能筛选出成功导入质粒的农杆菌，D合理。三、非选择题13．(22分)(2025·河南，21)卡拉胶是一类源于海洋红藻的大分子多糖，可被某些细菌降解为具有多种应用前景的卡拉胶寡糖。某研究小组拟筛选具有高活性卡拉胶酶(CG)的菌种用于生产卡拉胶寡糖。回答下列问题：(1)选择海藻和海泥作为样本筛选卡拉胶降解菌的原因是________________________________________________________________________________________________。将培养后的菌液混匀并充分______，再接种至微孔板中，经培养和筛选获得了CG活性最高的菌种。(2)(6分)为构建携带cg(CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(图1)，对cg的PCR扩增产物和质粒进行双酶切，随后用E.coliDNA连接酶连接。为保证连接准确性和效率，cg转录模板链的5′端最好含有______酶切位点。另有两组同学选用了各不相同的双酶切组合和T4DNA连接酶重复上述实验，获得的部分重组质粒分子大小符合预期，但均无法使用各自构建表达载体的双酶切组合进行切割，其原因是__________________________________________________________________________________________________________________。限制酶的识别序列和切割位点如下：(3)为将构建好的表达载体转入大肠杆菌，需要先用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，目的是______________________________________________________________________________________，随后在含________和________的培养基中培养一段时间后，根据菌落周围有无水解透明圈筛选目的菌株。(4)(6分)已知空间上邻近的两个半胱氨酸易形成二硫键，从而提升蛋白质的耐热性。为提高CG的耐热性，研究人员分析了五个氨基酸位点的空间距离和保守度(保守度值越大表明该位点对酶的功能越关键)，如图2所示。根据分析结果，选择第______位的氨基酸替换成半胱氨酸最合适，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)海藻和海泥中富含卡拉胶，在富含卡拉胶的环境中，存在能够分解卡拉胶的微生物的可能性较大稀释(2)BamHⅠ重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列(3)使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态卡拉胶四环素(4)44该位点的氨基酸空间上离半胱氨酸更近，容易形成二硫键，而且保守度低，替换后对酶功能的影响较小解析(2)转录过程沿模板链的3′端到5′端进行，所以转录模板链的5′端为靠近终止子的一端，由于E.coliDNA连接酶连接平末端的效率低，因此不选用EcoRV和SmaⅠ酶切，XbaⅠ与SpeⅠ切割产生的黏性末端相同，容易自连或反向连接，切割质粒时XbaⅠ酶与SpeⅠ酶只能选择一个，另一端需要选择BamHⅠ酶切，所以cg基因转录模板链的5′端最好含有BamHⅠ的酶切位点。T4DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端。选择不同的双酶切组合后，若重组质粒连接处的序列不再是原来的限制酶识别序列，会导致重组质粒无法使用构建表达载体的双酶切组合进行切割。(3)用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，可以使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。为筛选出成功导入表达载体的大肠杆菌，应在培养基中添加卡拉胶和四环素，培养一段时间后，根据菌落周围有无水解透明圈来判断。(4)空间上相近的半胱氨酸容易形成二硫键，提升蛋白质的耐热性，第44位赖氨酸空间上离半胱氨酸更近，容易形成二硫键提升蛋白质的耐热性，而且保守度低，替换后对酶功能的影响较小。14．(16分)(2025·陕晋宁青，21)马铃薯作为重要农作物，提高其冷耐受性可拓展优质马铃薯的种植区域。我国科研人员发现，野生马铃薯中S基因的表达与其冷耐受性调控有关，将该基因导入栽培马铃薯中可显著增强其抗寒能力。回答下列问题：(1)PCR扩增目的基因时，需要模板DNA、引物、____________、含Mg2＋的缓冲液和耐高温的DNA聚合酶。DNA聚合酶在PCR的_____________________________________________步骤中起作用。(2)图中标识了载体和S基因中限制酶的切割位点。为将S基因正确插入载体，PCR扩增S基因时需在引物