检测案46基因工程

检测案46基因工程、蛋白质工程及应用(分值：55分)授课提示：对应课后定时检测案144页基础巩固练1～2题，每题2分。1．下列关于基因工程的叙述，错误的是()A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B．限制性内切核酸酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达解析：目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物，A正确；限制性内切核酸酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶，B正确；胰岛素具有生物活性，胰岛素原不具有生物活性，所以人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，C正确；载体上的抗性基因可用于筛选含重组DNA的细胞，但不能促进目的基因的表达，D错误。答案：D2．科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的西红柿，被称之为“西红柿乙肝疫苗”。具体操作是：将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入西红柿细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的西红柿，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的()A．实验用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物B．含M的重组Ti质粒必须插入到西红柿染色体DNA上C．即使M在西红柿中成功表达，也要做个体生物学水平鉴定D．西红柿乙肝疫苗成本相对较低且易于储存解析：导入前需要对目的基因M基因进行扩增，PCR需要两种引物结合M基因的两条链合成相应子链，A正确；含M的T-DNA插入到西红柿染色体DNA上，才能稳定存在和表达，而不是整个Ti质粒，B错误；即使M在西红柿中成功表达，也必须做个体生物学水平鉴定，来确定实际效果，C正确；西红柿种植容易，成本低且易储存，D正确。答案：B提能强化练3～5题，每题3分。3．(2024·九省联考江西卷)萤火虫的荧光素酶能催化ATP激活的荧光素氧化发光，这一现象在生物检测和成像方面有重要的应用价值。为了解决天然荧光素酶不能高效催化人工合成的荧光素DTZ发光的问题，研究人员采用蛋白质工程(又称为第二代基因工程)对它进行了改造。下列关于蛋白质工程改造天然荧光素酶的叙述，正确的是()A．通过化学诱变剂可定向改造天然荧光素酶的基因序列B．改造天然荧光素酶所用的基因表达载体不需要启动子和终止子C．可用PCR方法检测突变的荧光素酶基因是否翻译成蛋白质D．改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能解析：通过化学诱变剂可以让天然荧光素酶的基因序列进行随机突变，化学诱变通常是不定向的，A错误；改造天然荧光素酶所用的基因表达载体必须包含启动子和终止子，启动子是驱动基因转录的元件，而终止子是指示转录终止的位置，B错误；检测目的基因是否翻译为蛋白质的方法为抗原—抗体杂交，C错误；改造后的荧光素酶在一定条件下催化DTZ发光是将化学能转化为光能，D正确。答案：D4．(不定项)人染色体DNA中存在不表达的串联重复序列，对这些序列进行体外扩增、电泳分离后可得到个体的DNA指纹图谱。该技术可用于亲子鉴定和法医学分析。下列叙述错误的是()A．DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础B．串联重复序列在父母与子女之间的遗传不遵循孟德尔遗传定律C．指纹图谱显示的DNA片段属于人体基础代谢功能蛋白的编码序列D．串联重复序列突变可能会造成亲子鉴定结论出现错误解析：DNA分子的多样性、特异性及稳定性是DNA鉴定技术的基础，A正确；串联重复序列在染色体上，属于核基因，在父母与子女之间的遗传遵循孟德尔遗传定律，B错误；指纹图谱由串联重复序列扩增获得，串联重复序列是广泛分布于真核生物核基因组中的简单重复非编码序列，C错误；串联重复序列突变后，分离得到的指纹图谱可能会发生改变，可能会造成亲子鉴定结论出现错误，D正确。答案：BC5．(不定项)根据某基因上游和下游的碱基序列，设计合成了该基因的两段引物(单链DNA)。引物与该基因变性DNA(单链DNA)结合为双链DNA的过程称为复性。如图是两引物的Tm(引物熔解温度，即50%的引物与其互补序列形成双链DNA分子时的温度)测定结果，下列叙述正确的是()A．通常引物1和引物2不能有碱基互补配对关系B．两引物分别是子链延伸的起点，并可以反复利用C．若两引物的脱氧核苷酸数相同，则可推测引物2的G—C含量较高D．复性所需温度与时间，取决于引物的长度、碱基组成及其浓度等因素解析：通常引物1和引物2不能有碱基互补配对关系，否则引物之间会相互结合，A正确；两引物参与子链的形成，不能反复利用，B错误；若两引物的脱氧核苷酸数相同，引物2的熔解温度较高，推测G—C含量较高，C正确；结合以上分析可知，复性所需温度与时间，取决于引物的长度、碱基组成及其浓度等因素，D正确。答案：ACD大题冲关练6.(13分)(2025·河南卷，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)为构建携带cg(CG的编码基因)的大肠杆菌表达载体(图甲)，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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(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)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)，如图乙所示。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________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)海藻和海泥(富含卡拉胶)作为海洋生态系统的重要组成部分，其微生物群落具有独特的生态位和功能。这些微生物在长期的自然选择中适应了特定的环境条件，可能能合成和分泌卡拉胶酶，具备降解卡拉胶的能力。将培养后的菌液充分稀释后，才能确保一个孔里接种一个菌体，进而达到筛选的目的。(2)由于①E.coliDNA连接酶连接平末端的效率低，故选用的限制酶切割后应形成黏性末端；②双酶切可以确保目的基因和质粒分别具有不同的黏性末端，从而避免反接和自身环化，保证连接的准确性和效率(XbaⅠ与SpeⅠ切割产生的黏性末端相同)；③破坏卡那霉素抗性基因，便于筛选重组质粒；综上分析，应选的限制酶是BamHⅠ和SpeⅠ或BamHⅠ和XbaⅠ。cg转录模板链的5′端接近终止子，最好含有BamHⅠ酶切位点。(3)用钙离子处理大肠杆菌可使大肠杆菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，此时细胞膜通透性增加，能高效吸收周围环境中的外源DNA分子，可促进重组质粒的导入，提高转化成功率。目的菌株重组质粒上有四环素抗性基因和cg基因，能在四环素培养基上生存且对卡拉胶有降解能力，在含四环素和卡拉胶的培养基中培养，菌落周围有透明圈。(4)第44位氨基酸(赖氨酸)保守度(0.31)较小，对酶功能发挥作用影响较小，其离半胱氨酸近，利于形成二硫键，增加热稳定性。为达到以上目的，将第44位氨基酸替换成半胱氨酸最合适。答案：(1)海藻和海泥中含有较多的卡拉胶，里面生存着具备降解卡拉胶能力的微生物稀释(2)BamHⅠSmaⅠ和EcoRⅤ切割后均产生平末端，SpeⅠ和XbaⅠ切割后产生的黏性末端相同，两种情况均会导致部分cg反向连接，新的序列无法被原有酶识别(3)使大肠杆菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，能高效吸收周围环境中的外源DNA分子四环素卡拉胶(4)44保守度小，对酶功能影响小；离半胱氨酸近，利于形成二硫键7．(15分)(2026·宁夏石嘴山一模卷)亚洲玉米螟、黏虫是造成我国玉米减产的主要害虫。我国科研人员通过图示过程将Bt基因(能够控制合成Bt毒蛋白)转入玉米细胞培育出了抗虫转基因玉米。回答下列问题：(1)用PCR扩增下面的Bt基因的DNA片段：5′-GACCTGTGGAAGC…CATACGGGATTG-3′3′-CTGGACACCTTCG…GTATGCCCTAAC-5′供选择的引物有：①5′-GACCTGTGGAAGC-3′②5′-CTGGACACCTTCG-3′③5′-GTTAGGCATAC-3′④5′-CAATCCCGTATG-3′共四种，应选择________(填字母)。A．①②B．②③C．③④D．①④(2)据图分析，为确保目的基因能够与Ti质粒正确连接，形成含有目的基因的重组Ti质粒，科研人员应选用限制酶________________________切割Ti质粒和含Bt基因的DNA片段。在获得重组Ti质粒后，可将其加入经________处理的农杆菌。导入重组质粒的玉米细胞经________成为转基因玉米植株。(3)为检测转基因玉米是否培育成功，科研人员首先利用________________法检测Bt基因是否成功翻译；在进行个体生物学水平的鉴定时，科研人员将获得的多株转基因玉米进行自交，发现除少数植株的子代均抗虫外，多数植株的子代中均出现了不抗虫植株，统计这些植株的子代中抗虫与不抗虫的比例，发现有3∶1和15∶1两种情况。出现15∶1的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)某科研小组在做抗虫棉试验时，虽已经检测出棉花植株中含有抗虫基因，但让棉铃虫食用棉花叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明____________________________________。解析：(1)PCR引物应分别与待扩增片段两端的互补链3′端结合，且引物序列与其结合处应保持“正向一致”。Bt基因的DNA片段的上链5′-GACCTGTGGAAGC…CATACGGGATTG-3′，需要一个引物与它的3′端互补配对，能与之配对的是④5′-CAATCCCGTATG-3′；下链3′-CTGGACACCTTCG…GTATGCCCTAAC-5′，需要一个引物与它的3′端互补配对，能与之配对的是①5′-GACCTGTGGAAGC-3′。应选①和④，故选D。(2)据题图分析，在构建目的基因表达载体时，由于BamHⅠ能将目的基因切割，因此不能用BamHⅠ切割。对于目的基因的左侧只能用XbaⅠ切割；而右侧HindⅢ和EcoRⅠ是目的基因和终止子近侧共有的限制酶，但目的基因的左侧有EcoRⅠ的识别序列，因此目的基因右侧需要用HindⅢ切割。综上为确保目的基因能够与Ti质粒正确连接，形成含有目的基因的重组Ti质粒，科研人员应选用限制酶XbaⅠ和HindⅢ切割Ti质粒和含Bt基因的DNA片段。在获得重组Ti质粒后，可将其加入经Ca2+处理(使其处于能吸收周围环境DNA分子的状态)的农杆菌。导入重组质粒的玉米细胞经植物组织培养成为转基因玉米植株，该操作的原理是植物细胞的全能性。(3)翻译的产物是蛋白质，由于抗原与抗体的结合具有特异性，故为检测转基因玉米是否培育成功，在分子水平条件下，科研人员首先利用抗原—抗体杂交法检测Bt基因是否成功翻译；在进行个体生物学水平的鉴定时，科研人员将获得的多株转基因玉米进行自交，发现除少数植株的子代均抗虫外，多数植株的子代中均出现了不抗虫植株，统计这些植株的子代中抗虫与不抗虫的比例，发现有3∶1和15∶1两种情况。其中15∶1为9∶3∶3∶1的变式，说明目的基因转入到了两条非同源染色体上，即在两对同源染色体的各一条染色体上转入了抗虫基因，进而通过自交产生了性状分离比为15∶1的后代。(4)某科研小组在做抗虫棉试验时，虽已经检测出棉花植株中含有抗虫基因，但让棉铃虫食用棉花叶片时，棉铃虫并没有被杀死，这说明Bt毒蛋白基因没有成功表达。答案：(1)D(2)XbaⅠ和HindⅢCa2+植物组织培养(3)抗原—抗体杂交在两对同源染色体的各一条染色体上转入了抗虫基因(4)Bt毒蛋白基因没有成功表达8．(14分)(2025·八省联考河南卷)核酮糖－1，5－二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是植物固定CO2的关键酶。某研究小组通过导入相关基因在大肠杆菌中搭建图甲所示的代谢通路，以筛选结合CO2能力更强的Rubisco。回答下列问题。(1)为将Rubisco基因导入大肠杆菌，研究小组使用BamHⅠ和EcoRⅠ双酶切以构建重组质粒。图乙表达载体中，片段2为________(填“启动子”或“终止子”)，其作用是________________________________________________________________________。(2)为检测转化的菌落是否携带含有Rubisco基因的重组质粒，将P1、P2和P3引物(引物位置如图乙所示，→表示引物5′→3′方向)共同加入反应体系后，分别以3个菌落的DNA为模板进行PCR扩增。PCR产物的琼脂糖凝胶电泳结果如图丙所示，菌落________(填“1”“2”或“3”)携带正确的重组质粒。(3)通过单独或共同转化prkA基因、Rubisco基因获得三种大肠杆菌，涂布在同一平板的不同区域(区域①涂布未携带目的基因的大肠杆菌)，一段时间后，菌落分布及生长状况加图丁所示，推测区域②④内菌落携带的目的基因分别是________、______________。现有多种Rubisco突变基因，应用该共同转化体系可筛选出高活性Rubisco的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)Rubisco的活性与植物有机物的积累密切相关。现已筛选出携带高活性Rubisco编码基因的重组质粒(无法转化植物)，研究小组拟使用农杆菌转化法培育高产量大豆品种，简要写出实验思路：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)转录过程中，mRNA延伸的方向是5′→3′，因此根据模板链的位置可知，Rubisco基因转录的方向是从右向左，即EcoRⅠ连接启动子，BamHⅠ连接终止子，即片段2为启动子，片段1是终止子；启动子的作用是RNA聚合酶识别和结合位点，驱动基因转录。(2)将P1、P2和P3引物共同加入反应体系，根据引物的位置可知，引物P1、P2可扩增普通质粒和重组质粒，扩增普通质粒时扩增出的DNA片段较小，扩增重组质粒时扩增出的DNA片段较大；引物P1、P3只能扩增重组质粒，不能扩增普通质粒，因此若未导入质粒则无扩增DNA片段，若导入普通质粒，则