专题强化练42　“功能强大”的基因工程和蛋白质工程

专题强化练42“功能强大”的基因工程和蛋白质工程授课提示：对应专题强化练120页(分值：70分)一、选择题(每题2分，共计8分)1．(2025·河北邯郸一模)下列有关“DNA的粗提取与鉴定”“琼脂糖凝胶电泳”实验的相关说法，正确的是()A．利用酒精初步分离DNA与蛋白质的原理是DNA溶于酒精B．过滤后的研磨液放置在4℃冰箱中可防止DNA被降解C．琼脂糖凝胶电泳时，DNA分子越大，迁移速率越快D．提取到的丝状物与二苯胺溶液充分混匀后即可变为蓝色解析：DNA不溶于酒精，但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理可以初步分离DNA与蛋白质，A错误；洋葱研磨液在4℃冰箱中放置几分钟，可降低DNA水解酶的活性，防止DNA被降解，B正确；待测样品中DNA分子的大小和构象、凝胶的浓度等都会影响DNA在电泳中的迁移速率，DNA分子越小，迁移速率越快，DNA分子越大，迁移速率越慢，C错误；将提取到的丝状物与二苯胺溶液充分混匀后，水浴加热条件下才会呈现蓝色，D错误。答案：B2．(2025·山东青岛一模)采用PCR技术可获取并扩增目的基因。下列说法正确的是()A．若PCR的模板是mRNA，完成扩增只需要逆转录酶B．预变性有利于模板DNA充分解聚为单链C．复性温度太高会导致引物和模板的非特异性结合增加D．一个DNA模板完成第20轮循环需要(220－2)个引物解析：若PCR的模板是mRNA，完成扩增需要逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶，A错误；预变性温度较高，双链DNA在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA，B正确；复性温度太低会导致引物和模板的非特异性结合增加，温度太高会使引物与模板结合减少，C错误；合成1个DNA分子需要2个引物，一个模板完成第20轮循环会合成(220－219)个DNA，因此需要的引物为(220－219)×2＝220(个)，D错误。答案：B3．(2025·山西一模)人参这种珍贵中药材的药效主要由人参皂苷发挥作用。科研人员将合成人参皂苷Rh2的关键酶基因(UGT和D12H)导入酿酒酵母，实现了多基因表达，从而实现人参皂苷Rh2工厂化生产。下图为相关操作流程图，①～④表示过程。下列叙述正确的是()A．①需要先将RNA逆转录出DNA，再利用PCR获取和扩增目的基因B．②利用PCR在目的基因上添加酶切位点时，需在引物的3′端引入该位点C．③是基因表达载体的构建，将目的基因1连接在启动子1的上游D．启动子是一段有特殊序列的DNA片段，是DNA聚合酶识别和结合的部位解析：由于PCR的原理是DNA的半保留复制，因此①需要先将RNA逆转录出DNA，再利用PCR获取和扩增目的基因，A正确；②利用PCR在目的基因上添加酶切位点时，需在引物的5′端引入该位点，若酶切位点添加在引物的3′端，则会导致引物不能继续延伸，B错误；③是基因表达载体的构建，据题图可知，应将目的基因1连接在启动子1的下游，保证目的基因1正常转录，C错误；启动子是一段有特殊序列的DNA片段，是RNA聚合酶识别和结合的部位，D错误。答案：A4．(2025·贵州铜仁一模)水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。下列叙述正确的是()A．该项替换研究中，目前可行的直接操作对象是蛋白质B．该项替换研究中，改造前后水蛭素的空间结构未发生改变C．该项替换研究的思路与按照中心法则合成蛋白质的思路一致D．改造的水蛭素基因导入微生物后可利用发酵工程生产水蛭素解析：蛋白质工程的直接操作对象是基因而非蛋白质，通过修改基因序列来改变氨基酸组成，而非直接对蛋白质进行操作，A错误。氨基酸的替换会改变蛋白质的结构，进而可能改变其空间结构，所以改造前后水蛭素的空间结构发生改变，B错误。中心法则是从DNA到RNA再到蛋白质的正向流程，而蛋白质工程的思路是逆向的：先设计所需蛋白质结构，再反向推导并修改基因序列。因此，两者的研究思路并不一致，C错误。改造后的水蛭素基因导入微生物(如大肠杆菌或酵母菌)后，可通过发酵工程大规模生产水蛭素，D正确。答案：D二、非选择题(62分)5．(16分)(2025·宁夏石嘴山一模)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6．(16分)(2025·黑龙江一模)研究人员通过基因工程制备了能生产乙肝病毒抗原蛋白的酿酒酵母。抗原蛋白基因转录的模板链碱基序列为5′-GATTCG-3′，5′-CCATGC-3′。如图表示育种过程利用的载体及限制酶的识别序列(注：假设目的基因内不含有相应酶的识别序列)。(1)在通过PCR扩增目的基因片段的反应条件中，预变性的目的是________________。在实际PCR反应中，扩增效率通常低于100%。若某次PCR反应的扩增效率为80%(PCR扩增效率是指在PCR反应中，每个循环中目标DNA分子的实际增加倍数与理论增加倍数的比值)，初始模板DNA的量为10ng，经过25个循环后，实际获得的PCR产物量为________ng。(2)据图分析，为了构建基因表达载体，我们应选择________来切割载体。由于抗原蛋白基因无法直接插入载体中，因此需要通过设计特定的引物，这些引物不仅包含与目的基因两端匹配的序列，还需包含特定的酶切位点，以便在扩增后能够与载体进行连接。引物的碱基序列从5′端到3′端依次________________________、________________________。(3)真核生物的基本启动子没有组织特异性，本身不足以启动基因表达。增强子位于基因上游或下游，与基本启动子共同组成基因表达的调控序列，可增强一个或多个基因的转录水平(如图)。基因工程所用表达载体中的启动子，实际上包含增强子和基本启动子。①对文中“增强子”的理解，错误的是________A．增强子是含有特定碱基序列的DNA片段B．一个增强子只能作用于一个基本启动子C．增强子、基本启动子和它们调控的基因位于同一条染色体上D．很多增强子在不同组织中的活性不同②科学家鉴定出小鼠某胚胎细胞内一个增强子附近有两个基因A和B，为了确定这两个基因是否为特异表达的基因，他们应该检测________________________________________________________________________________。(4)检测受体细胞是否成功导入了重组载体，除了利用抗生素抗性筛选，还可以利用________方法。解析：(1)预变性的目的是使DNA双链完全打开，为DNA复制提供单链模板。PCR的本质是DNA的复制，原本1个DNA经1次复制后可得到2个DNA，由题意可知，PCR反应的扩增效率为80%，则1ngDNA经1次复制后可得到1.8ngDNA，所以10ngDNA经过25次循环，即25次复制后可得到10×1.825ngDNA。(2)为了保证目的基因能正常表达，切割载体时，切割位点应选在启动子和终止子之间，结合题图可知，由于EcoRⅤ切割所得的是平末端，不利于基因表达载体的构建，所以选择EcoRⅠ、BamHⅠ对载体进行切割。由题意可知，抗原蛋白基因转录的模板链碱基序列为5′-GATTCG-3′，5′-CCATGC-3′，为将目的基因与载体连接起来，应在目的基因两端加上对应的限制酶切割位点，所以引物的碱基序列从5′端到3′端依次5′-GAATTCGATTCG-3′，5′-GGATCCGCATGG-3′。(3)①依据题干“增强子位于基因上游或下游，与基本启动子共同组成基因表达的调控序列”可知，增强子是含有特定碱基序列的DNA片段，增强子、基本启动子和它们调控的基因位于同一条染色体上，A、C正确；由题图可知，一个增强子可作用于多个基本启动子，B错误；因为不同组织基因表达情况不同，很多增强子在不同组织中的活性不同，以实现对基因表达的差异调控，D正确。②为了确定这两个基因是否为特异表达的基因，他们应该检测这两个基因在不同组织或细胞类型中是否翻译出相应的蛋白质。若翻译出相应的蛋白质，说明该基因表达，否则该基因未表达。(4)检测目的基因是否导入受体细胞，可通过利用表达载体上抗性基因(标记基因)对应的抗生素进行筛选，也可通过PCR检测，若PCR后可检测到相关条带，则说明导入成功。答案：(1)使DNA双链完全打开，为DNA复制提供单链模板10×1.825(2)EcoRⅠ、BamHⅠ5′-GAATTCGATTCG-3′5′-GGATCCGCATGG-3′(3)①B②这两个基因在不同组织或细胞类型中是否翻译出相应的蛋白质(4)PCR检测7．(14分)(2025·河北石家庄一模)草甘膦是一种广泛使用的除草剂，对大多数植物都具有杀灭作用。为在作物生长期间定向除草，研究人员改变芥菜EPSPS基因特定位点，将其导入芥菜，培育出了抗草甘膦的新品种，操作流程如图甲。回答下列问题：(1)过程①为________，其需要在缓冲液中进行，缓冲液的作用是____________________。(2)以cDNA为模板扩增EPSPS基因后一般通过____________________鉴定产物，并置于________下观察结果。(3)芥菜EPSPS基因定点突变原理如图乙所示，引物2的部分核苷酸序列为5′-GAATAGTCATGCGTTCACTC…-3′，请据此补充引物3的核苷酸序列5′-GTGAACGCATGA________…-3′，引物3与反义链相应的核苷酸序列________(填“相同”或“不同”)。(4)研究人员将突变基因插入T-DNA的绿色荧光蛋白基因上游，如图丙。为使两个基因融合表达以确定EPSPS在细胞的位置，需要去除突变基因的________的序列。解析：(1)过程①将RNA转化为cDNA，属于逆转录。缓冲液为酶反应提供适宜环境，包括pH和离子条件，缓冲液的作用是维持反应体系的pH稳定，并提供酶所需的离子环境(如Mg2+)。(2)PCR产物通常通过琼脂糖凝胶电泳分离，凝胶中的DNA通过染色，在紫外灯下显示荧光条带。(3)根据题图信息可知，引物2和引物3有部分序列是互补的，由此可知，引物3需补充序列为5′-CTATTC…-3′，在PCR中，引物需要与模板链的3′端互补。若反义链为模板，引物3的序列应与反义链互补(即与有义链相同)。题目中引物3的序列设计为与反义链互补，但由于是进行基因定点突变，所以引物3与反义链对应区域的核苷酸序列不同。(4)为使EPSPS突变基因与绿色荧光蛋白(GFP)基因融合表达，需去除编码终止密码子的序列，使两个基因共同表达为融合蛋白。题中EPSPS基因是逆转录生成的，没有终止子。答案：(1)逆转录维持反应体系的pH稳定，并提供酶所需的离子环境(如Mg2+)(2)琼脂糖凝胶电泳紫外灯(3)CTATTC不同(4)编码终止密码子8．(16分)(2025·河北唐山一模)四甲基吡嗪(TTMP)是枯草芽孢杆菌的一种代谢产物，是影响白酒风味的重要物质。bdhA基因的表达产物是降低TTMP含量的关键酶，研究人员欲通过敲除枯草芽孢杆菌的bdhA基因提高TTMP产量。回答下列问题：(1)为获取枯草芽孢杆菌的纯培养物E，可取少量枯草芽孢杆菌菌液接种到牛肉膏蛋白胨________(填“固体”或“液体”)培养基中，蛋白胨提供的主要营养是____________________。(2)利用图中的3对引物扩增出bdhA基因的上、下游片段和cat基因，将3种扩增产物和质粒1分别酶切后进行连接以获得质粒2。为使cat基因位于质粒2的上、下游片段之间，在设计引物5、6时，应在引物的________端分别加入限制酶________和________的识别序列。(3)用质粒2转化菌株E时，可用________处理菌株E以提高转化的成功率。质粒2与菌株E的DNA发生同源重组(质粒2中的上、下游片段分别与E中bdhA基因上、下游片段配对，并发生交换)使E的bdhA基因替换为cat基因。将转化处理的枯草芽孢杆菌置于含有________的培养基中以筛选出目的菌株E－。(4)为检验E－的bdhA基因被成功敲除，以E－的基因组DNA为模