2023版高中生物选择性必修3人教版 第3章 基因工程 第2节 基因工程的基本操作程序

第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序基础过关练题组一目的基因的筛选与获取1.(2022辽宁省六校联考)下面关于聚合酶链式反应(PCR)的叙述错误的是 ()A.常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物B.PCR的循环过程一般分为变性、复性和延伸三步C.PCR技术利用DNA半保留复制的原理,可在短时间内大量扩增目的基因D.一个目的基因用PCR扩增生成2n个目的基因的过程中需要2n+1个引物2.(2021北京十一学校期中)用PCR扩增下面的DNA片段:5'-3'-GCATCGCGTAGCTAGCATATGCCG…………CGATTAATCGGCGCGCATTATAGC-3'-5'供选择的引物有:①5'-GACCTGTGGAAGC-3'、②5'-CATACGGGATTG-3'、③5'-GTATGCCCTAAC-3'、④5'-CAATCCCGTATG-3'共四种,应选择 ()A.①② B.②③C.③④ D.①④3.(2022河南洛阳联考)如图是PCR扩增的过程示意图,其中叙述正确的是 ()A.A过程不需要解旋酶参与B.TaqDNA聚合酶是在B过程中发挥作用的C.该过程需要一对特异性的引物,要求一对引物的序列是互补的D.PCR反应体系只需要加入模板DNA、TaqDNA聚合酶和四种脱氧核苷酸题组二基因表达载体的构建4.水母发光蛋白由236个氨基酸构成,现已将决定这种蛋白质的基因作为基因工程技术的标记基因。在基因工程技术中,这种蛋白质的作用是 ()A.促使目的基因导入受体细胞B.促使目的基因在受体细胞中复制C.使目的基因容易被检测出来D.使目的基因容易成功表达5.(2022天津西青杨柳青一中月考)下图为基因表达载体的模式图。下列相关叙述正确的是 ()A.甲表示启动子,位于基因的上游,它是DNA聚合酶识别和结合的部位B.乙表示终止密码子,位于基因的下游,其作用是使转录过程停止C.丙表示目的基因,其作用是获得人们所需要的性状D.复制原点的存在有利于目的基因在受体细胞中扩增6.(2022北京一五六中期中)如图为甲、乙、丙分别是目的基因、质粒载体、重组DNA(重组质粒)的三个示意图,限制酶有BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ。要获得理想的可表达目的基因的重组DNA,最佳的限制酶组合方式是 ()A.用EcoRⅠ切割目的基因和质粒载体B.用BglⅡ和EcoRⅠ切割目的基因和质粒载体C.用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因和质粒载体D.用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和质粒载体7.(2021山东济宁期中)中科院动物研究所利用CRISPR/Cas9技术,向猪的基因组内插入一个解耦联蛋白基因(UCP1),经过基因改造的猪瘦肉率高、脂肪少、抗寒能力强。如图是基因改造过程中涉及的相关限制酶及酶切位点。请回答下列问题:(1)图中的抗生素抗性基因的作用是作为基因,以便于重组DNA分子的筛选。为了获取重组质粒,除了使用限制酶外,还需使用酶。

(2)重组质粒上应有识别和结合的部位,以驱动解耦联蛋白基因(UCP1)转录,该部位称为。

(3)在构建基因表达载体过程中,为避免出现质粒和目的基因自身连接,常用两种限制酶同时切割质粒和UCP1基因。

题组三将目的基因导入受体细胞8.将目的基因导入大豆茎尖分生区细胞和小鼠受精卵,常用的方法分别是 ()A.显微注射法、农杆菌转化法B.显微注射法、花粉管通道法C.农杆菌转化法、显微注射法D.花粉管通道法、显微注射法9.(2022江苏扬州期中改编)如图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述不正确的是 ()A.②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶参与B.②→③可用氯化钙处理农杆菌,有助于重组Ti质粒转化到农杆菌细胞中C.③→④用农杆菌侵染植物细胞,重组Ti质粒整合到植物细胞的染色体上D.④的染色体上若含抗虫基因,则⑤不一定表现出抗虫性状题组四目的基因的检测与鉴定10.下列关于目的基因的检测与鉴定的叙述,错误的是 ()A.目的基因在真核细胞中能否稳定遗传的关键是目的基因是否插入细胞质DNA中B.检测受体细胞是否含有目的基因及其是否成功转录可采用PCR等技术C.目的基因的鉴定可在个体生物学水平上进行D.如在受体细胞内检测到目的基因表达的蛋白质,可确定目的基因首端含有启动子11.(2022山东荣成一中月考)下列技术依据碱基互补配对原理的是 ()①检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因②检测目的基因是否转录出了mRNA③检测目的基因是否翻译出蛋白质④通过观察害虫吃棉叶是否死亡判断棉花是否被赋予了抗虫特性A.①②③④B.①②C.①②④ D.①②③12.(2022安徽安丰高级中学月考改编)DNA探针是利用放射性同位素等标记的特定DNA片段。当DNA探针与待测的非标记单链DNA(或RNA)按碱基顺序互补结合时,形成标记的DNA-DNA(或标记的DNA-RNA)双链杂交分子,可检测杂交反应结果。依据人的生长激素基因序列制成DNA探针,对样品进行检测,以下不能与探针形成杂交分子的是 ()A.胰岛B细胞的DNAB.胰岛B细胞的mRNAC.垂体细胞的DNAD.垂体细胞的mRNA题组五DNA片段的扩增及电泳鉴定13.(2022山东菏泽一中月考改编)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.PCR反应缓冲液中一般要添加ATP,以激活耐高温的DNA聚合酶B.mRNA也是核酸,因此可直接用PCR扩增仪扩增C.PCR利用了DNA的热变性原理,通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合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14.(2022安徽合肥六中期中)在基因工程操作中,科研人员利用识别两种不同序列的限制酶(R1和R2)处理基因载体,进行聚丙烯酰胺凝胶电泳检测,结果如图所示。以下相关叙述中不正确的是 ()A.该载体最可能为环形DNA分子B.两种限制酶在载体上各有一个酶切位点C.限制酶R1与R2的切割位点最短相距200bpD.限制酶作用于该载体会导致氢键和肽键断裂能力提升练题组基因工程的基本操作程序的综合分析1.(2022山东菏泽一中月考)限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的识别序列及其切割位点分别是—C↓AATTG—和—G↓AATTC—。如图表示某一目的基因片段与质粒拼接形成重组质粒的过程,下列相关叙述错误的是 ()A.用限制酶EcoRⅠ切割目的基因,同时用限制酶MunⅠ切割质粒B.构建重组质粒时,会形成5种脱氧核苷酸序列(最多考虑DNA片段两两连接)C.将重组质粒同时用以上2种限制酶切割,则会再形成1种长度的DNA片段D.限制酶能识别特定的核苷酸序列并在特定位点切割磷酸二酯键2.将马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因Pin-Ⅱ导入杨树细胞培育成抗虫杨树。如图表示含目的基因的DNA分子和农杆菌质粒,图2中AmpR表示氨苄青霉素抗性基因,NeoR表示新霉素抗性基因,箭头表示识别序列完全不同的4种限制酶的酶切位点。下列叙述错误的是()A.农杆菌在自然情况下容易感染双子叶植物和裸子植物B.为使目的基因与质粒高效重组,最好选用限制酶XbaⅠ和EcoRⅠC.成功导入重组质粒的细胞会表现为不抗氨苄青霉素、抗新霉素D.可用抗虫接种实验检测杨树抗虫基因是否成功表达3.(2022河北武强中学期中)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示,有关叙述正确的是 ()A.过程①需使用反转录酶B.过程②利用PCR扩增CarE基因需使用解旋酶和耐高温的DNA聚合酶C.过程③可用NaCl溶液处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞D.过程④可利用抗原—抗体杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞4.菊花是一种双子叶植物,易感桃蚜。桃蚜不但直接影响植物生长,还是多种植物病毒的传播媒介。雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长,某科研团队运用农杆菌转化法获得了转GNA基因菊花。下列有关叙述不正确的是 ()A.受体细胞可以选择菊花叶片细胞或桃蚜细胞B.将目的基因GNA插入Ti质粒的T-DNA上构建基因表达载体C.菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞D.应用抗虫接种实验,检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度5.(2022北京丰台一模)小鼠肿瘤转移抑制基因(kiss1基因)仅在特定组织中表达。在雌激素诱导下,细胞内信号转导系统可以与kiss1基因启动子的特定区域结合,激活kiss1基因的转录。研究者扩增了kiss1基因启动子不同长度的片段P1、P2、P3和P4,分别构建这些片段与绿色荧光蛋白基因(G)融合的载体,转入体外培养的特定细胞中,在培养液中添加雌激素,以确定不同片段的转录活性。下列叙述不正确的是 ()A.PCR获取不同长度片段时每组所用的引物有一个是统一的B.应选择有kiss1基因且能表达的小鼠细胞作为转化的受体细胞C.在细胞中表达出绿色荧光强度弱的片段具有较高的转录活性D.该启动子能响应外源激素信号,可在基因工程中发挥重要作用6.(多选)(2022河北石家庄元氏一中月考改编)下列关于基因工程的叙述,正确的是 ()A.载体上的抗性基因作为标记基因,有利于目的基因的插入和表达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.目的基因由载体导入受体细胞7.(2022山东日照青山学校期中)家禽饲料中富含纤维素,但家禽消化道中缺少降解纤维素的酶,阻碍了家禽对饲料的吸收与利用。研究人员从枯草芽孢杆菌中分离出编码纤维素酶的W基因,并借助图1所示的质粒载体导入乳酸杆菌体内,以提高添加乳酸杆菌饲料的利用率,节省成本。图2为克隆得到的含W基因的DNA片段。回答下列问题:(1)启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段,是识别和结合的部位。多数启动子具有物种特异性,为满足应用需要,在图1质粒中插入W基因的上游应选择(填“枯草芽孢杆菌”或“乳酸杆菌”)的启动子。

(2)分析两图可知,应使用限制酶切割质粒和含W基因的DNA片段,以获得W基因能正确连接的重组质粒。所得重组质粒导入乳酸杆菌后,使用含的培养基筛选,以得到成功导入W基因的乳酸杆菌。

(3)将纤维素含量为20%的培养基分为甲、乙、丙三组,其中甲组接种乳酸杆菌,乙组接种导入重组质粒的乳酸杆菌,丙组接种导入普通质粒的乳酸杆菌。相同条件下培养一段时间,发现甲、丙两组培养基中纤维素的含量无变化,而乙组含量下降,试从分子水平简要阐述出现上述结果的原因:。

(4)有人认为,增加导入W基因的数量会提高转基因乳酸杆菌降解纤维素的能力。请设计一个实验方案加以判定。(简要写出实验思路)8.乙烯具有促进果实成熟的作用,ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄细胞内合成乙烯的两个关键酶。利用反义DNA技术(原理如图1),可以抑制这两个基因的表达,从而使番茄具有耐储存、宜运输的优点。图2为融合ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因的反义基因表达载体的结构示意图。回答下列问题:(1)从番茄细胞中提取RNA,利用RT-PCR技术获取ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因,即利用RNA和PCR获取目的基因。该技术获取目的基因所需要的酶主要有。

(2)合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点,ACC合成酶基因两端含KpnⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点,这四种限制酶及其识别序列和切割位点如下表:限制性内切核酸酶识别序列和切割位点BamHⅠ—G↓GATCC—EcoRⅠ—G↓AATTC—KpnⅠ—GGTAC↓C—Sau3AⅠ—↓GATC—先用限制酶分别对ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因进行切割后,再将它们拼接成融合基因,相应的Ti质粒和融合基因均使用限制酶进行切割,以确保融合基因能够插入载体中。载体上卡那霉素抗性基因的作用是。

(3)为了获得耐储藏、宜运输的番茄,应将融合基因(填“正向”或“反向”)插入启动子2A11的下游,原因是

。

(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时,(填“能”或“不能”)用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段作探针进行检测,理由是。

答案与分层梯度式解析第3章基因工程第2节基因工程的基本操作程序基础过关练1.DPCR是一项根据DNA半保留复制的原理,在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件,对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术(教材第77页),其循环过程一般可分为三步:变性、复性和延伸,其产物常采用琼脂糖凝胶电泳进行鉴定,A、B、C正确。根据DNA半保留复制特点可知,随着重复次数的增多,DNA分子以2n的形式增加,共有2n2.D用PCR扩增DNA片段的过程中,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5'端→3'端延伸的,故引物的碱基序列应与每条模板链5'端的一段核苷酸链的碱基序列相同,即应以模板链5'端的一段脱氧核苷酸单链片段作为引物;由题干信息分析可知,5'端的碱基序列是5'-GACCTGTGGAAGC和5'-CAATCCCGTATG,故对应的引物为①5'-GACCTGTGGAAGC-3'和④5'-CAATCCCGTATG-3',故选D。3.A分析题图:A是变性过程,B为复性过程,C为延伸过程。变性过程中高温会破坏DNA双链间的氢键,从而达到解旋的目的,因此A过程不需要解旋酶的参与,A正确;TaqDNA聚合酶是在C延伸过程中发挥作用的,B错误;该过程需要一对特异性的引物,要求一对引物的序列是不互补的,否则会影响目的基因的扩增,C错误;PCR反应体系需要加入模板DNA、TaqDNA聚合酶、四种脱氧核苷酸和两种引物,D错误。4.C标记基因不能促使目的基因导入受体细胞,A不符合题意;复制原点有利于目的基因在受体细胞中复制,标记基因不能促使目的基因在受体细胞中复制,B不符合题意;水母发光蛋白基因可以表达出发光蛋白,使目的基因容易被检测出来,C符合题意;标记基因与目的基因的表达没有直接关系,D不符合题意。5.D基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子、标记基因和复制原点等,其中启动子位于基因的上游,它是RNA聚合酶识别和结合的部位,则甲表示启动子;终止子位于基因的下游,作用是使转录过程停止,则乙表示终止子;标记基因用于筛选含有目的基因的受体细胞,则丙表示标记基因;复制原点的存在有利于目的基因在受体细胞中扩增。综上可知,A、B、C错误,D正确。6.D用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因和质粒载体,在构建的重组DNA(重组质粒)中,RNA聚合酶在插入的目的基因上的移动方向才与图丙相同,D正确。7.答案(1)标记DNA连接(2)RNA聚合酶启动子(3)BamHⅠ和HindⅢ解析(1)题图中的抗生素抗性基因作为标记基因,以便筛选重组DNA分子。为了获取重组质粒,除了使用限制酶外,还需使用DNA连接酶将目的基因与质粒连接。(2)重组质粒的组成包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等,其中启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动解耦联蛋白基因(UCP1)转录出mRNA。(3)在构建基因表达载体的过程中,使用BamHⅠ和HindⅢ这两种限制酶同时切割质粒和含UCP1基因的外源DNA,可以避免出现质粒和目的基因(UCP1基因)自身连接。8.C大豆是双子叶植物,农杆菌转化法是将目的基因导入双子叶植物细胞常用的方法;显微注射法是将目的基因导入动物受精卵最常用的方法。9.C②→③可用氯化钙处理农杆菌,使之处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,这样有助于重组Ti质粒转化到农杆菌细胞中,B正确;农杆菌侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-DNA(可转移的DNA)转移到被侵染的细胞,并将其整合到该细胞的染色体DNA上(教材第81页),故用农杆菌侵染植物细胞,重组Ti质粒的T-DNA片段整合到植物细胞的染色体上,C错误;染色体上含有抗虫基因,但抗虫基因可能不能转录或翻译,或者表达的蛋白质不具有生物活性,就会导致植物不能表现出抗虫性状,D正确。10.A目的基因在真核细胞中能否稳定遗传的关键是目的基因是否插入核DNA中;检测目的基因是否导入受体细胞或检测目的基因是否转录出了mRNA可采用PCR等技术;目的基因能成功表达,说明其首端含有启动子。11.B检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因、检测目的基因是否转录出了mRNA可采用PCR等技术,其原理是碱基互补配对,①②符合题意;检测目的基因是否翻译出蛋白质可采用抗原—抗体杂交技术,不存在利用碱基互补配对原理,③不符合题意;通过观察害虫吃棉叶是否死亡判断棉花是否被赋予了抗虫特性,属于个体生物学水平检测,不存在利用碱基互补配对原理,④不符合题意。12.B胰岛B细胞、垂体细胞中含有人的生长激素基因,其DNA可与探针形成杂交分子,A、C不符合题意。人的生长激素基因只在垂体细胞中表达,则垂体细胞中人的生长激素基因会转录出相应的mRNA,该mRNA能与探针形成杂交分子,D不符合题意。胰岛B细胞中人的生长激素基因不表达,该细胞中的mRNA不能与探针形成杂交分子,B符合题意。13.CPCR反应缓冲液中不需要添加ATP,A错误;mRNA不能直接用PCR扩增仪扩增,需要先反转录为cDNA,再用PCR扩增仪扩增,B错误;PCR利用了DNA的热变性原理,通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合(教材第84页),C正确;凝胶中的DNA分子通过染色,可以在波长为300nm的紫外灯下被检测出来(教材第84页),D错误。14.D分析题图,当仅用一种限制酶切割载体时,仅产生一种长度的DNA片段,说明该载体最有可能为环状DNA分子;当用两种限制酶切割载体时,产生两种长度的DNA片段,说明两种限制酶在载体上各有一个酶切位点,A、B正确。由题图可知,两种限制酶切割载体时,产生600bp和200bp两种长度的DNA片段,说明两种限制酶的酶切位点至少相距200bp,C正确。限制酶作用于磷酸二酯键,不作用于氢键,D错误。能力提升练1.B目的基因两侧都是限制酶EcoRⅠ的切割位点,因此应选用限制酶EcoRⅠ切割含有目的基因的外源DNA分子;质粒中含有限制酶MunⅠ和限制酶EcoRⅠ的切割位点,但EcoRⅠ的切割位点位于标记基因中,用其切割会破坏标记基因,因此应选用限制酶MunⅠ切割质粒,A正确。最多考虑DNA片段两两连接时,DNA拼接时可能形成不拼接的两种核苷酸序列,目的基因与目的基因同方向拼接和不同方向拼接两种,质粒与质粒同方向拼接和不同方向拼接两种,质粒与目的基因同方向拼接和不同方向拼接两种,共8种,B错误。切割后的质粒与目的基因连接形成重组质粒,连接处形成—CAATTC—和—GAATTG—的新序列,不能被题中的2种限制酶识别、切割,但EcoRⅠ能识别重组质粒中标记基因中的相应序列并切割,使重组质粒断裂形成1种长度的DNA片段,C正确。2.B农杆菌是一种在土壤中生活的微生物,能在自然条件下侵染双子叶植物和裸子植物(教材第81页),A正确。由分析可知,为使目的基因与质粒高效重组,最好选用限制酶EcoRⅠ和PstⅠ同时切割目的基因和质粒,B错误。选用限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割质粒,氨苄青霉素抗性基因被破坏,新霉素抗性基因完好,故成功导入重组质粒的细胞会表现为不抗氨苄青霉素、抗新霉素,C正确。可用抗虫接种实验检测杨树抗虫基因是否成功表达,若杨树表现出抗虫性,则杨树抗虫基因成功表达,D正确。3.A过程①表示反转录,需要反转录酶的催化,A正确;在利用PCR技术对获取的目的基因进行扩增的过程中,不需要使用解旋酶,B错误;过程③表示将重组表达载体导入大肠杆菌,需要用CaCl2溶液处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞,C错误;过程④可利用PCR等技术鉴定目的基因是否已导入受体细胞,而抗原—抗体杂交技术可鉴定目的基因是否成功表达,D错误。4.A要获得转基因菊花,可以选择菊花叶片细胞作为受体细胞,但不能选择桃蚜细胞作为受体细胞,A错误;Ti质粒上的T-DNA可以转移到受体细胞中,并且整合到受体细胞染色体DNA上,根据这一特点,构建基因表达载体时,应该将目的基因GNA插入Ti质粒的T-DNA上,B正确;菊花外植体产生的酚类化合物能吸引农杆菌移向受体细胞,有利于目的基因成功导入,C正确;已知雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长,故应用抗虫接种实验,检测转基因菊花对桃蚜的抗性及抗性的程度,D正确。5.C结合图示可知,构建不同长度的片段P1、P2、P3、P4与绿色荧光蛋白基因(G)融合的载体,与G融合的那段是一样的,即下游引物是一样的,但上游引物不同,A正确;该实验要探究不同片段的转录活性,应选择有kiss1基因且能表达的小鼠细胞作为转化的受体细胞,B正确;若某片段转录,则绿色荧光蛋白基因也表达,在细胞中表达出绿色荧光强度强的片段具有较高的转录活性,C错误;在雌激素诱导下,细胞内信号转导系统可以与kiss1基因启动子的特定区域结合,激活kiss1基因的转录,该启动子能响应外源激素信号,可在基因工程中发挥重要作用,D正确。6.BCD载体上的抗性基因作为标记基因,有利于筛选含重组DNA的细胞,但不能促进目的基因的插入和表达,A错误;大肠杆菌是原核生物,其细胞中无内质网和高尔基体,不能对胰岛素原进行加工,因此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。7.答案(1)RNA聚合酶乳酸杆菌(2)EcoRⅠ和HindⅢ氨苄青霉素(3)W基因在乳酸杆菌中成功表达出分解纤维素的酶(4)将不同拷贝数的W基因分别导入乳酸杆菌体内,比较各转基因乳酸杆菌降解纤维素的能力差异。解析(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,用于驱动基因的转录。结合题意可知,该基因工程是将枯草芽孢杆菌的W基因导入乳酸杆菌,想让W基因在乳酸杆菌中成功表达,在图1质粒中插入W基因的上游应选择乳酸杆菌的启动子。(2)选择限制酶时应当注意:a.不能破坏目的基因;b.目的基因首尾都要有限制酶切割位点;c.质粒要确保至少含有一个完整的标记基因;d.质粒上的限制酶切割位点要位于启动子之后、终止子之前;e.目的基因和质粒切割后形成的末端要能互补配对。因为限制酶MfeⅠ会破坏目的基因