高三生物二轮复习练习：基因工程的基本工具与操作程序

基因工程的基本工具与操作程序练习一、选择题1．如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位点。下列叙述错误的是()A．甲、乙、丙都属于黏性末端B．甲、乙片段可形成重组DNA分子，但甲、丙不能C．DNA连接酶的作用位点在图乙中b处D．切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子2．T4DNA连接酶可将任意2个具有相同黏性末端的DNA片段连接在一起。该反应过程需消耗ATP，其水解产生的腺苷一磷酸(AMP)通过共价键与酶相连，随后AMP转移至DNA片段，进而完成连接反应。下列叙述正确的是()A．T4DNA连接酶的底物种类较多，故其无专一性B．T4DNA连接酶催化反应后，其组成成分已改变C．ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键D．T4DNA连接酶需保存于最适温度和pH条件下3．大肠杆菌的质粒­环状DNA是基因工程的常用载体结构，如图所示。下列叙述正确的是()A．①②③共同组成核糖核苷酸B．质粒中的碱基遵循碱基互补配对原则C．DNA连接酶会使化学键④重新连接D．若某种限制酶在质粒上只有一个酶切位点，则质粒被切为两个片段4．基因工程利用某目的基因（图甲）和P1噬菌体载体（图乙）构建重组DNA。限制性内切核酸酶BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点分别如图所示。下列分析错误的是()A．构建重组DNA时，可用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体B．构建重组DNA时，可用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体C．图乙中的P1噬菌体载体只用EcoRⅠ切割后，含有两个游离的磷酸基团D．用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，只能产生一种重组DNA5．构建基因表达载体时，可利用碱性磷酸单酯酶催化载体的5′­P变成5′­OH，如图所示。将经过该酶处理的载体与外源DNA连接时，由于5′­OH与3′­OH不能连接而形成切口(nick)。下列说法错误的是()A．经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化B．外源DNA也必须用碱性磷酸单酯酶处理C．T4DNA连接酶可连接黏性末端和平末端D．重组DNA经过2次复制可得到不含nick的子代DNA6．TALEN是一种靶向基因操作技术，该技术利用了TAL靶向识别单元对靶向基因的识别作用和Fokl蛋白对靶向基因的切割作用，实现了对特定靶向基因的敲除。TAL靶向识别单元为间隔32个氨基酸的双连氨基酸（即两个相连的氨基酸）序列。不同的双连氨基酸分别与靶向基因中的A、T、C、G有恒定的对应关系，根据靶向基因的碱基序列可以设计出双连氨基酸序列。下列说法错误的是()A．该技术应该先推测出信使RNA序列，再推测出目的基因的核苷酸序列B．在构建的基因表达载体中，启动子应位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位C．TALEN是一种靶向基因操作技术，其中Fokl蛋白实质上是一种限制酶D．双连氨基酸能够与含氮碱基A、T、C、G之间发生碱基互补配对7．OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR四个基因分别编码四种不同的酶，研究人员将这些基因分别与叶绿体转运肽（引导合成的蛋白质进入叶绿体）基因连接，构建多基因表达载体（载体中部分序列如图所示），利用农杆菌转化法转化水稻，在水稻叶绿体内构建了一条新代谢途径，提高了水稻的产量。下列叙述正确的是()A．可用抗原—抗体杂交技术检测四种酶在转基因水稻中的表达量B．四个基因转录时都以DNA的同一条单链为模板C．应选用含卡那霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞D．四个基因都在水稻叶绿体内进行转录翻译8．一种双链DNA分子被两种不同的限制酶切割，切割产物通过电泳分离，用大小已知的DNA片段的电泳结果作为分子量标记（如图左边一列）。关于该双链DNA，下列说法错误的是()A．呈环状结构B．分子质量大小为10kbC．有一个NotⅠ和两个EcoRⅠ切割位点D．NotⅠ切割位点与EcoRⅠ切割位点的最短距离为2kb9．B基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞(2n)和精子(n)中正常表达，在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响，设计了如图实验（Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光，融合基因表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能）。下列相关叙述错误的是()A．由于DNA聚合酶不能合成导致B基因在水稻卵细胞中不能转录B．过程①中T­DNA以双链形式整合到受体细胞的染色体DNA上C．过程②转化筛选水稻愈伤组织时，需在培养基中加入潮霉素D．可通过检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光来鉴定B基因是否表达10．如图是“DNA的粗提取与鉴定”实验中的两个操作步骤示意图。下列相关叙述错误的是()A．选用植物细胞提取DNA时需先研磨破碎细胞B．图2所示实验操作中有一处明显错误，可能导致试管2中蓝色变化不明显C．图1所示操作的原理是DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精D．图2试管1的作用是证明2mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂出现蓝色11．科学家将苏云金杆菌中的Bt抗虫蛋白基因（抗虫基因）导入棉花的愈伤组织细胞，鉴定后，将含抗虫基因的受体细胞组织培养获得棉花植株。经棉铃虫饲喂实验，发现棉花植株并无抗虫性状，科学家提取棉花叶片细胞中的有关成分进行了如下操作，下列分析不正确的是()A．提取细胞中的蛋白质，采用抗原—抗体杂交技术进行检测，若能检测到Bt抗虫蛋白，则可能是抗虫基因表达效率低B．若经A项检测确定细胞中无Bt抗虫蛋白，可采用核酸分子杂交技术检测细胞中的RNA，若测到Bt抗虫蛋白的mRNA，则可能是抗虫基因能转录，但不能正常翻译C．若经B项检测确定细胞中无Bt抗虫蛋白的mRNA，可采用核酸分子杂交技术检测细胞中的DNA，若能检测到抗虫基因，则可能是抗虫基因反向插入载体DNA分子中D．若经C项检测确定细胞中无抗虫基因，则可能只是载体DNA分子导入受体细胞12．为研究拟南芥的AtCIPK基因对烟草抗旱能力的影响，科研人员将该基因转入烟草得到甲、乙、丙三个转基因品种，变量处理后的第7天检测AtCIPK基因和抗干旱基因NtLE5的表达量，结果如表所示。下列分析错误的是()烟草品种AtCIPK基因相对表达量NtLE5基因的表达量0天7天甲5.311.011.81乙5.521.051.83丙7.051.263.08丁00.980.95A．丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜光照和进行干旱处理B．基因表达量的分析过程中存在U—A碱基配对C．除了检测基因的表达量外，还需进行个体水平的检测D．AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物对干旱的适应性二、非选择题13．枯草芽孢杆菌可分泌纤维素酶。研究者筛选到一株降解纤维素能力较强的枯草芽孢杆菌菌株（B菌），从中扩增得到了一种纤维素酶（C1酶）基因。将获得的C1酶基因与高效表达载体（HT质粒）连接，再导入B菌，以期获得降解纤维素能力更强的工程菌。(1)C1酶基因可利用PCR技术进行扩增，扩增时需要根据设计引物，引物的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)对扩增到的C1酶基因测序，与数据库中的C1酶基因编码序列相比有两个碱基对不同，但两者编码出的蛋白质的氨基酸序列相同，这是因为。C1酶基因在酶的作用下可与质粒进行体外连接，C1酶基因能与质粒重组并在受体细胞中表达的遗传学基础是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)C1酶基因以B链为转录模板链，转录时mRNA自身的延伸方向为5′→3′。为了使C1酶基因按照正确的方向与已被酶切的HT质粒连接，扩增C1酶基因时在其两端添加了SmaⅠ和BamHⅠ的酶切位点。该基因内部没有这两种酶切位点。图1中酶切位点1和2所对应的酶分别是________________________________________________________________________。(4)将纤维素含量为20%的培养基分为三组，一组接种工程菌，对照组1不进行处理，对照组2接种。在相同条件下培养96小时，结果如图2，说明工程菌降解纤维素的能力最强。预期该工程菌在处理废弃物及保护环境方面可能的应用是_____________________________________________________________________________________________________________________________（举一例）。14．基因X的表达产物可保护损伤的神经细胞。科学家构建了含X的基因表达载体（图1），并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请据此回答下列问题。(1)构建含X的基因表达载体时，应选择图1中的限制酶。(2)酶切后的载体和基因X进行连接，可产生3种连接产物：单个载体自连，基因X与载体正向连接、基因X与载体反向连接（如图1所示）。为鉴定这3种产物，选择EcoRⅠ酶和HindⅢ酶对筛选得到的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图2中1、2、3泳道分别对应的载体的连接方式是、、。(3)在培养大鼠神经干细胞的过程中，可使用酶将细胞分散开。分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为。(4)当培养的神经干细胞达到一定密度时，需进行培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。15．普通番茄成熟后，细胞中的多聚半乳糖醛酸酶（简称PG）能破坏细胞壁，使番茄软化，不耐储存。科研人员将抗PG基因导入番茄细胞，成功培育出了转基因番茄，能有效避免以上情况发生。如图表示抗PG基因的作用原理，请回答相关问题。(1)据图可知，抗PG基因转录形成的RNA阻止了过程，使细胞不能合成PG。据此判断，抗PG基因和PG基因的序列是。(2)科研人员获取抗PG基因，可从成熟番茄果实中获取，通过逆转录最终得到PG基因。在PG基因和Ti质粒构建抗PG基因表达载体时，利用的酶是，拼接过程中要注意的事项是。(3)将构建好的基因表达载体导入农杆菌的过程，影响导入效率的因素，除了温度、溶液pH等环境因素外，还有、、。(4)利用转化的农杆菌侵染的番茄细胞，经脱分化得到，再分化形成胚状体，最终得到转基因番茄。答案：1．C解析：由题图可知，甲、乙、丙都属于黏性末端，A正确；甲、乙的黏性末端相同，因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子，甲、丙的黏性末端不同，它们之间不能形成重组DNA分子，B正确；DNA连接酶将两个DNA片段连接为一个DNA分子，作用部位是磷酸二酯键，即图乙中a处，C错误；切割甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG，而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为GAATTG∥CTTAAC，因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子，D正确。2．C解析：T4DNA连接酶有专一性，A错误；酶在催化反应前后性质不变，故T4DNA连接酶催化反应后，其组成成分不变，B错误；ATP水解产生AMP需要打开两个特殊的化学键，结合题干信息“该反应过程需消耗ATP，其水解产生的腺苷一磷酸(AMP)通过共价键与酶相连”可推测，ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键，C正确；T4DNA连接酶需在低温和最适pH条件下保存，D错误。3．B解析：①②③共同组成DNA的基本单位——脱氧核苷酸，A错误；质粒中的碱基遵循碱基互补配对原则，A与T配对，G与C配对，B正确；DNA连接酶使DNA片段重新连接，形成磷酸二酯键，磷酸二酯键是磷酸基团与3号碳原子相连的化学键，图中的④不属于磷酸二酯键，C错误；限制酶识别特定序列并在特定位点切割，环状质粒上若只有一个限制酶切位点，则质粒被切割为1个完整的DNA链状片段，D错误。4．D解析：由图甲可知，用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体后形成的黏性末端相同，可任意连接，不止产生一种重组DNA，D错误。5．B解析：将经过该酶处理的载体与外源DNA连接时，由于5′­OH与3′­OH不能连接而形成切口(nick)，因此经碱性磷酸单酯酶处理的载体不会发生自身环化，A正确；外源DNA不能用碱性磷酸单酯酶处理，如用碱性磷酸单酯酶处理，载体与外源DNA不能连接形成重组DNA，B错误；T4DNA连接酶可连接黏性末端和平末端，C正确；DNA是半保留复制，重组DNA经过2次复制，可得到2个不含nick的子代DNA，D正确。6．D解析：已知TAL靶向识别单元中双连氨基酸序列和Fokl蛋白的氨基酸序列，可先推测出信使RNA序列，再推测出目的基因的核苷酸序列，利用化学法以单个核苷酸为原料合成目的基因，再通过PCR技术进行扩增，A正确；在构建的基因表达载体中，有启动子、终止子、目的基因、标记基因等，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，B正确；TALEN是一种靶向基因操作技术，该技术利用了TAL靶向识别单元对靶向基因的识别作用和Fokl蛋白对靶向基因的切割作用，实现了对特定靶向基因的敲除，Fokl蛋白实质上是一种限制酶，C正确；只有含氮碱基之间能发生碱基互补配对，而双连氨基酸不含有含氮碱基，D错误。7．A解析：可用抗原—抗体杂交技术检测四种酶在转基因水稻中的表达量，杂交带相对量越多，表明目的基因翻译成的蛋白质含量越高，A正确；由题图可知，在同一个T­DNA中OsGLO1启动子启动转录的方向与其他三个基因的不同，说明四个基因转录时并不都以DNA的同一条单链为模板，B错误；卡那霉素抗性基因不在T­DNA中，而潮霉素抗性基因在T­DNA中，应选用含潮霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞，C错误；由题意可知，利用农杆菌转化法转化水稻，可使目的基因插入水稻细胞中染色体的DNA上，所以与叶绿体转运肽基因连接的四个基因，在水稻细胞核内进行转录，在核糖体中进行翻译，D错误。8．D解析：单用EcoRⅠ处理和利用EcoRⅠ和NotⅠ双酶切时产生的结果不同，说明DNA含有NotⅠ酶切位点，因为用NotⅠ处理只产生了一个10kb的条带，说明该分子是环状的，且长度是10kb，A、B正确；单用EcoRⅠ处理后产生了4kb和6kb两个条带，说明该环状DNA上含有2个EcoRⅠ切割位点，C正确；用EcoRⅠ处理后产生的4kb的片段，进一步被NotⅠ酶切为3kb和1kb，可知NotⅠ切割位点与EcoRⅠ切割位点的最短距离为1kb，最长距离为3kb，D错误。9．A解析：转录过程不需要DNA聚合酶，需要RNA聚合酶，A错误；由题图可知，过程①中T­DNA以双链形式整合到受体细胞的染色体DNA上，B正确；T­DNA上含有潮霉素抗性基因，因此过程②转化筛选水稻愈伤组织时，需在培养基中加入潮霉素，C正确；由于B基因与Luc基因连接形成B­Luc融合基因，因此可通过检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光来鉴定B基因是否表达，D正确。10．D解析：选用植物细胞提取DNA时，需将所选材料切碎，然后放入研钵中，充分研磨破碎细胞，A正确；图2所示实验的试管中溶液的液面高于烧杯中的液面，可能导致加热不充分，试管2中蓝色变化不明显，B正确；DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精，利用这一原理，可初步分离DNA与蛋白质，C正确；图2试管1起对照作用，目的是证明沸水浴条件下DNA遇二苯胺试剂出现蓝色，而2mol/L的NaCl溶液遇二苯胺试剂不会出现蓝色，D错误。11．D解析：由题干信息“鉴定后，将含抗虫基因的受体细胞组织培养获得棉花植株”可知，导入受体细胞的是重组DNA分子，D错误。12．A解析：丁组与其他实验组在变量处理前都需要提供适宜的光照并浇水使其正常生长，变量处理时，实验组和对照组再停止浇水即进行干旱处理，A错误；检测基因表达量时先提纯RNA，用逆转录的方法得到DNA，定时定量分析特定基因的含量，用于反映转录的情况，此过程中存在U—A碱基配对，B正确；除了检测基因的表达量，实验还需比较转基因烟草植株与普通烟草植株的生长量，用于检测转基因烟草的抗旱能力，C正确；由图中的数据可以看出，AtCIPK基因的相对表达量与抗干旱基因NtLE5的表达量存在正相关关系，说明AtCIPK基因的表达产物可能促进NtLE5基因的表达，从而提高植物的抗旱能力，D正确。13．(1)C1酶基因的脱氧核苷酸序列使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸(2)由于密码子的简并，碱基改变后仍然编码同一种氨基酸DNA连接目的基因与质粒具有相同的组成单位和双螺旋结构，且不同生物所用密码子相同(3)BamHⅠ、SmaⅠ（顺序不能调换）(4)等量B菌或适量纤维素酶（C1酶）降解秸秆，减少秸秆燃烧带来的空气污染解析：(1)利用PCR技术进行扩增C1酶基因需要根据C1酶基因的脱氧核苷酸序列设计引物，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物3′端开始连接脱氧核苷酸。(2)由于密码子的简并，碱基改变后仍然能编码同一种氨基酸，故这两个基因虽然有两个碱基对不同，但可编码出氨基酸序列相同的蛋白质。C1酶基因在DNA连接酶的作用下可与质粒进行体外连接，由于基因与质粒具有相同的组成单位和双螺旋结构，且不同生物所用的密码子相同，故C1酶基因能与质粒重组并在受体细胞中表达。(3)C1酶基因以B链为转录模板链，转录时mRNA自身的延伸方向为5′→3′，即转录是从DNA链的3′端开始，再结合质粒中启动子的方向可知，图