2020-2021年新教材高中生物第3章基因工程2基因工程的基本操作程序学案+练习含解析新人教版选择性必修3

第2节基因工程的基本操作程序

新课程标准课时素养目标

5.1.3阐明基因「.程的基本操作程序主要包括作1.基于抗虫棉的培育实例.采用文字和图示的方式说明

的基因的获取、基因表达载体的构建、FI的基因导基因I：程的基本操作程序。（科学思维）

人受体细胞和11的基因及其表达产物的检测鉴定2.基于PCR技术.运川结构与功能观等观念理解PCR

等步骤技术的过程、原理、条件等内容.（生命观念）

必备知识•素养奠基

一、目的基因的筛选与获取（第一步）

1.目的基因:在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物的基

因。

2.筛选合适目的基因的方法:从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。

3.利用PCR获取和扩增目的基因

⑴原理:DNA半保留复制。

（2）DNA复制所需的基本条件：

参与的组分DNA复制的作用

解旋酶

打开DNA双链

（体外用高温）

DNA母链提供DNA复制模板

4种脱氧核苦酸合成DNA子链的原料

DNA聚合酶催化合成DNA子链

引物使DNA聚合酶能够从引物的*端开始连接脱氧核甘酸

（3）过程:

填一填：基于PCR的过程,完成下列问题:

unnmninr

待扩增的DNA片段

n\

luiniimnw'

JU

邺iimTHT1般

过程I为变性,该阶段的温度为90℃以上,目的是使双链DNA解聚为单链。

过程II为复性,该阶段的温度为50C左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结

合。

过程1H为延伸,该阶段的温度为72°C左右,该过程需要在［D］耐高温的DNA聚合酶的催化下,

利用4种脱氧核昔酸为原料,根据碱基互补配对原则从子链的乳端延伸合成新的子链DNA。

(4)仪器:PCR扩增仪。

(5)鉴定方法:琼脂糖凝胶电泳。

?激疑

PCR过程中两种引物的碱基序列能否互补?说明理由。

提示:不能。因为两种引物分别与两个DNA单链的3'端互补结合,而DNA的两条单链的3'端碱

基序列往往不同,如果2种引物的碱基序列互补那么会影响引物与DNA单链的结合。

1.基因表达载体作用:

(1)使基因在受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代。

(2)使目的基因能够表达和发挥作用。

2.基因表达载体组成：

填一填:基于基因表达载体的结构模式图，完成下列问题:

B

AC

基因表达载体的模式图

(1)[A]启动子,RNA聚合酶识别和结合的部位,可以驱动基因转录出mRNA,[B]目的基因。

(2)[C]终止子,转录停止的部位。

(3)[D]复制原点,[E]标记基因。

3.构建过程：

(1)用适宜的限制酶切割载体。

⑵用同种限制酶或能产生相同黏性末端的限制酶切割目的基因。

(3)用继甚接酶将目的基因片段拼接到载体上。

?激疑

构建基因表达载体时目的基因插入的位置应该在哪里?为什么？

提示:启动子下游和终止子上游。因为只有插入在启动子和终止子之间，目的基因才可以正常

表达。

三、将目的基因导入受体细胞(第三步)

1.植物细胞：

⑴花粉管通道法一一我国独创的方法

(2)农杆菌转化法——常用的方法

转化是指目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程。

2.动物细胞：

利用显微注射直接将目的基因导入受精卵中。

3.原核生物：

用堂处理，使细胞处于能够吸收周围环境中DNA分子的生理状态,将重组的基因表达载体导入

其中。

四、目的基因的检测与鉴定(第四步)

1.分子水平的检测：

连一连:将检测目的和方法连线

检测目的检测方法

①检测转基因生物的

DNA上是否插入了ha.PCR等技术

目的基因一

②检测目的基因是否转录出

了mRNA_________b.抗原一抗体杂交

---------------------------

蛋白质

2.个体生物学水平的检测：如饲喂法等。

关键能力•素养形成

知识点一PCR技术

1.PCR过程:

过程说明图解

当温度上升到90℃以上时,双链DNA11[[1]□1111

变性[的95(

解旋为单链y-rrnTTTTTTT-5'y1111131

jjj.11।।‘j5,

温度下降到50℃左右,两种引物通"弓而产,

复性

5,1

过碱基互补配对与两条单链DNA结合"'s"

引物n

72℃左右时，耐高温的DNA聚合酶

l1111111ITTTj,

延伸有最大活性,可使DNA新链由5'端向引物I

yIlliLL1-L1-LJ-5*

3'端延伸引物n

2.PCR扩增的计算:理论上DNA数目呈指数扩增。

⑴若开始只有一个DNA提供模板,则循环n次后获得的子代DNA数目为2"个。

（2）若开始有AS个DNA提供模板，则循环〃次后获得的子代DNA数目为阳•2"个。

3.比较PCR扩增和体内DNA复制的异同:

项目DNA复制PCR技术

解旋

解旋酶催化DNA在高温作用下变性解旋

方式

细胞内（主要在细胞核

场所细胞外（主要在PCR扩增仪内）

内）

解旋酶、普通的DNA聚

酶耐高温的DNA聚合酶

合酶等

温度

细胞内温和条件需控制温度,在较高温度下进行

条件

合成

的DNA分子DNA片段或目的基因

对象

(1)模板:均需要DNA的两条单链作为模板

相同

(2)原料:均为4种脱氧核甘酸

点

⑶酶:均需DNA聚合酶

【特别提醒】

PCR过程的两点提醒

⑴复性不一定均为引物与DNA模板结合。复性时，引物与DNA模板的结合是随机的，也存在DNA

解开的两条链的结合。

(2)PCR反应的结果不都是所需的DNA片段。因为第一次循环得到的DNA片段只有一种引物,

比所需的DNA片段要长,从第二次循环才出现所需的DNA片段,这样的片段存在两种引物。

一令素养案例

如图a、b、c均为PCR扩增的DNA片段,下列有关说法正确的是)

引物n引物n

5-111111111111^：ylIIII1111111^:

引物iab引物Ic。

A.片段a、b、c的长度均相同

B.片段a、b只是第一次循环的产物

C.片段c最早出现在第二次循环的产物中

D,经过30次循环后，片段c的数量为230

【解题导引】解答本题思维流程如下:

【解析】选C。图中片段a、b只有一种引物，是由原始DNA链为模板复制而来,其长度比片段

c长,A项不正确。由于原始模板在每次循环中均可作为模板,则每次循环都能产生图中片段a、

b,B项不正确。由于第一次循环的产物只有一种引物,而图中片段c有两种引物，则c最早出现

在第二次循环,C项正确。经过30次循环后,得到的DNA片段总数为230,这包括图中的片段a、

b,故D项不正确。

【素养•探究一一母题追问】

(1)科学思维——演绎与推理

若该过程加入模板DNA片段a个，经过〃次复制后,产生的DNA片段中含有模板DNA片段a的

DNA个数为多少?试分析原因。

提示:2a个。因为DNA是半保留复制，一开始的模板链最终分布在子代DNA分子中。

(2)科学思维——批判性思维

某同学认为PCR过程不同的DNA片段变性时温度是不同的，你认为他的说法正确吗?说明你的

理由。

提示:正确。变性目的是通过升高温度破坏氢键,将DNA分子双链变成单链,不同片段的DNA分

子中氢键的数量不同导致稳定性不同，因此所需的温度不同。

【素养•迁移】

2020年新型冠状病毒引发的疫情在世界范围内迅速传播。各研发机构迅速进行了针对新型冠

状病毒检测和治疗的研发。回答下列问题。

（D科研机构在拿到新型冠状病毒序列后，第一时间就进行了新型冠状病毒核酸检测试剂盒

（双重荧光PCR法）的开发。

①这里涉及的PCR是利用的原理,将目的基因加以复制。

②PCR技术扩增目的基因的前提是要有,以便根据它合成

③PCR扩增的过程：目的基因DNA后解链为单链,与单链相应互

补序列结合,然后在作用下进行延伸,如此重复循环。

（2）接种疫苗是人类对付传染病的有力武器。疫苗作为可激发人体产生

相应的,当与疫苗同源的病毒侵入人体后,可引发二次免疫反应。

【解析】（1）①PCR的原理是DNA双链复制。

②PCR技术扩增目的基因需要有一段已知目的基因的核甘酸序列,利用该序列合成引物。

③PCR扩增的过程：目的基因DNA受热变性形成单链，引物与单链相应序列结合，在耐高温的

DNA聚合前的催化作用下进行延伸，如此重复循环。

（2）疫苗作为抗原，激发人体产生记忆细胞和抗体,当与疫苗同源的病毒侵入人体后,可引发二

次免疫反应。

答案：（1）①DNA双链复制②一段已知目的基因的核甘酸序列引物③受热变性引物

耐高温的DNA聚合酶

（2）抗原记忆细胞和抗体

【补偿训练】

PCR是聚合酶链式反应的缩写,现在已成为分子生物学实验中的一种常规手段,它可以在体外

很短的时间内将DNA大量扩增。你认为下列符合在体外进行PCR反应条件的一组是（）

①稳定的缓冲液环境②DNA模板③合成引物

④四种脱氧核甘酸⑤DNA聚合酶⑥DNA解旋酶⑦限制性内切核酸酶⑧温控设备

A.©©③④⑤⑥B.①②③④⑤⑥⑦⑧

C.③④⑤⑥⑧D.①②③④⑤⑧

【解析】选D«PCR反应的实质是模拟体内DNA复制，因此需要稳定的缓冲液环境，①正确;PCR

反应需要DNA模板,②正确;PCR反应需要一对引物,③正确;PCR反应需要以四种脱氧核甘酸为

原料,④正确;PCR反应需要DNA聚合酶催化延伸过程,⑤正确;PCR反应过程中通过高温使DNA

变性解链,不需要DNA解旋酶,⑥错误;PCR反应不需要限制性内切核酸酶,⑦错误;PCR反应过

程中需要控制的关键因素是温度，因此需要温控设备,⑧正确。

知识点二目的基因导入受体细胞及目的基因的检测与鉴定

1.目的基因导入受体细胞的方法:

生物

方法受体细胞转化过程特点

类型

目的基因插入Ti质粒的T-DNA上一

农杆

转入农杆菌一导入植物细胞一插入适用于双子叶植物

菌转

植物细胞中的染色体DNA上一目的和裸子植物

化法

体细胞或受精基因表达

植物

卵在植物受粉后的一定时间内，剪去

花粉

柱头,将DNA溶液滴加在花柱切面适用于任何开花植

管通

上，使目的基因借助花粉管通道进物

道法

入胚囊

显微受目的基因表达载体提纯一取卵（受

是采用最多、最有

动物注射精精卵）一显微注射一受精卵发育一

效的方法

法卵获得具有新性状的转基因动物

Ca”处理微生物细胞一使细胞处于原核生物繁殖快、

原

Ca24一种能吸收周围环境中DNA分子的多为单细胞、遗传

微生核

处理生理状态一将基因表达载体与感受物质相对较少,从

物细

法态细胞混合在缓冲液中一一定温度而成为最常用的受

胞

下促使该细胞吸收DNA分子体细胞

2.目的基因的检测与鉴定:

3.常见转基因生物在个体水平上鉴定、检测的方法:

转基因生物检测方法观察目标

抗虫植物饲喂害虫害虫死亡

抗病毒病毒(菌)感染未侵染上病斑

(菌)植物

抗盐植物盐水浇灌正常生长

抗除草喷洒除草剂正常生长

剂植物

【特别提醒】

不同分子水平的两个检测原理

(1)转录水平的检测原理与复制水平的检测原理是相似的，只是被检测的物质不再是转基因生

物的基因组DNA,而是mRNAo

(2)翻译水平的检测则是利用抗原与抗体特异性结合的原理。

_一素养案例

在基因工程中，受体细胞的不同，导入目的基因的方法也不同。请回答下列问题：

⑴农杆菌转化法常用来将外源基因转入细胞,具体操作时,先要将目的基因插

入农杆菌质粒的T-DNA中,然后用该农杆菌感染植物细胞。

(2)将重组质粒导入动物细胞,常采用的方法。若用重组质粒转化大肠杆菌,一般

情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(夕卜

源DNA)的能力极弱。所以,用表达载体转化大肠杆菌时,常先用处理大肠杆菌，

以利于表达载体的进入。

(3)目的基因导入受体细胞引起生物性状的改变,属于可遗传变异中的(变异类

型)。

【解题导引】解答本题思维流程如下：

植物：花粉管通道法、

目的基因导入受体细农杆菌转化法

胞的方式动物：显微注射法

原核生物：Ca2+处理

基因工程的原理基因重组

【解析】（1）农杆菌转化法常用来将外源基因转入植物细胞,具体操作时,先要将目的基因插入

农杆菌Ti质粒的T-DNA中,然后用该农杆菌感染植物细胞。（2）将目的基因导入动物细胞最

常用的方法是显微注射法。若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大

肠杆菌作为受体细胞,原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱。所以,用表达

载体转化大肠杆菌时，常先用Ca?,处理大肠杆菌，以利于表达载体的进入。（3）基因工程的原理

为基因重组。

答案：（1）植物Ti（2）显微注射Ca"（3）基因重组

【素养•探究一一母题追问】

（1）生命观念——结构与功能观

农杆菌转化法为什么要将目的基因插入农杆菌质粒的T-DNA片段？

提示:Ti质粒的T-DNA片段可以整合到受体细胞的染色体上。

（2）科学思维一一演绎与推理

如果改用花粉管通道法将目的基因导入受体细胞,与农杆菌转化法相比有什么优点？

提示:①操作简便;②直接将目的基因导入受精卵，无须组织培养即可获得植株。（答出一个即

可,其他答案合理也可）

【素养•迁移】

新型冠状病毒导致全球疫情,造成很多人死亡。科学工作者经研究,发现了数种快速检验新型

冠状病毒的方法,下列与新型冠状病毒研究、诊断有关的说法中错误的是（）

A.镜检法:在光学显微镜下直接观察病人的痰液或血液，以发现病原体

B.PCR:体外基因复制技术,可在几十分钟内把病原体的基因扩展到数百万倍

C.抗原一抗体法:用特殊制备的病原体蛋白质与病人血清中的相关抗体特异性结合,发现病原

体

I）.DNA探针技术:用放射性同位素、荧光因子等标记的DNA分子作为探针,利用DNA分子杂交原

理来检测病原体

【解析】选A»病毒在光学显微镜下无法看到，只有在电子显微镜下才能观察到,A错误;PCR用

于体外快速扩增特定基因或DNA序列,B正确;病原体进入人体后会刺激机体产生特异性免疫反

应,产生相应抗体，由于抗体与抗原结合具有特异性,因此用特殊制备的病原体蛋白质与病人

血清中的相关抗体特异性结合,可发现病原体,C正确;可以利用DNA分子作为探针,通过DNA分

子杂交技术检测病原体,D正确。

【补偿训练】

受体细胞不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不相同，下列受体细胞与导入方法匹配

错误的一项是（）

A.棉花细胞一一花粉管通道法

B.大肠杆菌一一用Ca"处理法

C.羊受精卵一一农杆菌转化法

D.大豆细胞一一农杆菌转化法

【解析】选C„花粉管通道法是我国科学家独创的一种方法,是一种十分简便经济的方法,我国

的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的,A正确;Ca”处理法能使大肠杆菌细胞的生理状态发生

改变，使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的生理状态,所以将目的基因导入微生物细胞,常

采用C『处理法,B正确;农杆菌转化法的受体细胞一般是双子叶植物和裸子植物,羊受精卵导

入目的基因的方法是显微注射法,C错误;将目的基因导入大豆（双子叶）细胞可用农杆菌转化

法,D正确。

启动子

筛选合适目的基因

的目的基因

终止子

利用PCR获取

和扩增目的基因、标记基因

、复制原点

植物：花粉管目的基因和

通道法、农杆mRNA:PCR

菌转化法等技术

动物：'蛋白质：抗

显微注射法，、原一抗体杂交

原核生物：个体水平：

Ca2+处理〔饲喂速

课堂检测•素养达标

【概念•诊断】

1.基因工程的操作过程涉及许多的技术和方法,下列有关基因工程中的操作步骤和技术的描

述正确的是。

①PCR过程使用的是耐高温的DNA聚合酶。

②基因表达载体中含有起始密码子和终止密码子。

③农杆菌的Ti质粒上的T-DNA可转移到植物细胞内，并且与其染色体DNA整合在一起。

④只要检测出受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能成功表达。

⑤基因工程中将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法等。

【解析】选①③⑤。PCR仪在DNA分子扩增过程使用的是耐高温的DNA聚合酶,①正确;基因表

达载体中含有启动子和终止子,起始密码子和终止密码子在mRNA上,②错误;农杆菌的Ti质粒

上的T-DNA可转移到植物细胞内，并且能整合到受体细胞的染色体上,③正确；目的基因导入受

体细胞后，除检测是否含有目的基因外,还需要检测目的基因是否表达,④错误;基因工程中将

目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法等,⑤正确。

2.从自然界中的生物体内分离得到的天然酶，在工业生产环境中催化效率往往较低。科研人员

通过如图所示的流程改造天然酶，以改进酶的功能。对这一改造过程的分析，不合理的是

表

代

多次重复循环后易错PCR基

提取

变

突

分离得到改造的酶①因

点

④天然酶基因位

受体菌的突变

构

建多

组

酶催化效率高个

整

质

多孔培养接诵

板培养并受体分别导入

不同受体不同受体菌

菌表达不

同突变酶

A.①过程产生的基因突变是随机的

B.②过程中受体菌应处理为一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态

C.③过程筛选突变酶依赖于抗生素

D.多次重复循环导致酶的定向进化

【解析】选C。①过程产生的基因突变是随机的,A正确;②过程中导入受体菌时，应用钙离子

处理为一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,B正确;③过程筛选突变酶依赖于抗原-抗

体杂交,C错误；多次重复循环导致酶的定向进化，使酶的活性越来越高,D正确。

3.缺乏维生素A就容易导致出现夜盲症，营养不良,甚至有一些能够威胁到生命。而B-胡萝卜

素可以在人体内转化成维生素A。科学家尝试通过转基因技术生产富含胡萝卜素的大米。八氢

番茄红素合酶（其基因用psy表示）和胡萝卜素脱饱和酶（其基因用crtl表示）参与B-胡萝卜

素的合成。根据以上信息分析正确的是（）

A.重组质粒中的目的基因含有psy基因和crtl基因

B.构建重组质粒需要限制醐、DNA连接酶和核酸醐

C.可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞

D.PCR既可扩增特定基因也可检测目的基因表达

【解析】选A。根据“八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与B-胡萝卜素的合成”可知,

重组质粒中的目的基因含有psy基因和crtl基因,A正确;构建重组质粒需要限制酶、DNA连

接酶,不需要核酸酶,B错误;可通过农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞,C错误;PCR可

扩增特定基因，但要检测目的基因是否表达应该用抗原-抗体杂交法,D错误。

4.如图为基因表达载体的模式图，下列有关说法错误的是（）

启动工

/7插入基因。

fI

复制原.息欠:生素抗性基%/终止子

体

A.构建基因表达载体需要用到限制酶和DNA连接酶

B.任何基因表达载体的构建都是一样的,没有差别

C.图中启动子位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位

I).抗生素抗性基因的作用是作为标记基因,用于检测受体细胞中是否导入了目的基因

【解析】选B。构建基因表达载体需要用到限制酶和DNA连接酶,A正确;用不同种类的载体构

建基因表达载体时处理方法是有差别的,B错误;启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和

结合的部位,C正确;抗生素抗性基因的作用就是作为标记基因，用于检测受体细胞中是否导入

了目的基因，D正确。

【思维•跃迁】

5.目前广泛应用的新型冠状病毒检测方法是实时荧光RT-PCR技术。RT—PCR是将RNA逆转录

(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术,具体过程如图所示,下列说法不正确的是

()

A.引物A与引物B应该具有不同的碱基序列

B.过程II通过控制温度的变化实现目标序列的循环扩增

C.该反应体系中应加入缓冲液、引物、4种核糖核甘酸、逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶等物

质

D.该检测方法的应用依赖于新型冠状病毒特异性序列的确定

【解析】选C。引物A与引物B分别结合在目的片段序列的两端，其碱基序列不同,A正确;过

程H为PCR的反应阶段，通过控制温度的变化实现变性、退火、延伸，实现目标序列的循环扩

增,B正确;RT-PCR反应体系中应加入缓冲液、引物、4种脱氧核甘酸、逆转录酶、耐高温的

DNA聚合酶等物质,而不是4种核糖核甘酸,C错误;RT-PCR的前提条件是目的片段的特异性序

列的确定,1）正确。

6.（2019•全国卷I改编）基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。

（1）生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是。在体外利用PCR

技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是。上述两个

解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的。

（2）目前在PCR反应中使用耐高温的DNA聚合酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是

【解析】（1）体内进行DNA复制时，需要解旋酶和DNA聚合酶,解旋酶可以打开双链之间的氢

键,DNA聚合酶可以催化磷酸二酯键的形成。在体外进行PCR扩增时,利用高温变性即加热至

90℃以上,破坏双链之间的氢健，使DNA成为单链。解旋酶和高温处理都破坏了DNA双链中碱

基对之间的氢键。

（2）由于在PCR过程中，需要不断地改变温度，该过程中涉及较高温度处理,大肠杆菌DNA聚合

酶在高温处理下会变性失活,因此PCR过程中需要用耐高温的DNA聚合酶催化。

答案：（1）解旋酶加热至90℃以上氢键（2）大肠杆菌DNA聚合前在高温下会失活

【拓展•探究】

7.家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力,将人的干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养可

以提取干扰素用于制药。

（1）在人的DNA分子上获取干扰素基因时,要用到限制酶。假设该限制酶能专一性地识别DNA

上一GAATTC一序列，并在某一位点切割某化学键,该化学键是（）

A.氢键

B.G与C之间的键

C.A与丁之间的键

D.两个核甘酸之间的磷酸二酯键

（2）在此基因工程操作过程中的核心步骤是。启动子位于基因的

,是识别和结合的部位。

（3）人的干扰素基因为什么可以在家蚕细胞中进行表达？

【解析】（1）限制酶切割的是序列上两个核甘酸之间的磷酸二酯键。（2）基因工程的核心步骤

是基因表达载体的构建。在基因表达载体上，目的基因的首端是启动子，这是一段特殊的DNA

片段,是RNA聚合酶识别和结合的位点,启动目的基因的转录。（3）因为自然界中的生物都共用

同一套密码子，所以一种生物的基因可以在另一种生物体内表达。

答案：（1）D（2）基因表达载体的构建上游RNA聚合酶（3）人和家蚕细胞共用一套密码

子。

十三基因工程的基本操作程序

达扬^________（20分钟•70分）

一、选择题（共7小题,每小题5分，共35分）

1.下列有关基因工程相关工具的叙述,正确的是（）

A.限制酶能识别并切割DNA任意序列

B.DNA连接酶与DNA聚合酶作用位点不同

C.没有与目的基因重组的质粒不可以进入受体细胞

D.使用质粒载体可以避免目的基因在受体内被分解

【解析】选D。限制酶只能识别DNA上特定序列并切割;DNA连接酶与DNA聚合酶作用位点都

是磷酸二酯键;进入受体细胞的有普通质粒和重组质粒;质粒能够在宿主细胞内稳定存在，故

将目的基因与质粒重组可以避免目的基因在受体内被分解。

2.哪些是基因表达载体的必需组成部分（）

①启动子②终止密码子③标记基因

④目的基因⑤终止子

A.①©③④B.①③④⑤

C.①②④⑤D.①②③⑤

【解析】选B。启动子位于基因表达载体的首端,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终获得

所需要的蛋白质；终止子相当于一盏红色信号灯,使转录在所需要的地方停止下来;标记基因

是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来；目的基因是

表达载体上必须具有的结构。

3.某研究所的研究人员将生长激素基因通过质粒介导进入大肠杆菌细胞内，产生生长激素。已

知质粒中存在两个抗性基因:A是抗链霉素基因,B是抗氨茉青霉素基因，且目的基因要插入基

因B中,而大肠杆菌不带有任何抗性基因。下列叙述正确的是（）

A.导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒

B.RNA聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶

C.可用含氨苇青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒

D.在含氨茉青霉素培养基中不能生长，但在含链霉素培养基中能生长的可能是符合生产要求

的大肠杆菌

【解析】选D。导入大肠杆菌的质粒可能为重组质粒,也可能为普通质粒,A项错误;构建基因

表达载体过程中需要限制酶和DNA连接酶,不需要RNA聚合酶,B项错误；由于目的基因要插入

基因B中，即抗氨茉青霉素基因破坏，即工程菌不能抗氨茉青霉素,因此不能用含氨年青霉素的

培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒,C项错误;据分析可知，在含氨茶青霉素培养基中

不能生长，但在含链霉素培养基中能生长的可能是符合生产要求的大肠杆菌,D项正确。

4.以下有关基因工程的叙述，正确的是（）

A.利用PCR技术可以大量扩增目的基因

B.目的基因导入受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法

C.用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生不同的黏性末端

D.利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细胞并成功表达

【解析】选A。PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术;农杆菌转化法是将目的基因导入植

物细胞最常用的方法;用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生相同的黏

性末端,便于两者连接;利用载体上标记基因的相关特性可检测出目的基因已导入受体细胞，

但不能确定目的基因是否得以表达。

5.中美科学家通过改变一种名为NR2B的基因研制出了转基因超级小鼠Hobbie-J,Uobbie-J比

普通老鼠更加聪明,大脑运转更加迅速,它能够轻松完成迷宫任务。下列关于Hobbie-J产生过

程的描述,错误的是（）

A.NR2B基因可通过PCR技术进行扩增

B.改变后的NR2B基因作为目的基因，可直接注入小鼠受精卵内

C.通常采用显微注射技术将重组质粒导入小鼠受精卵内

D.可采用PCR等技术检测改变后的NR2B基因是否插入小鼠染色体DNA

【解析】选BoPCR技术可在体外大量扩增目的基因,A正确；改变后的NR2B基因作为目的基因，

需要与载体结合后才可导入小鼠受精卵内,B错误;将目的基因导入动物细胞常用显微注射技

术,C正确;通过PCR等技术从分子水平检测目的基因是否插入染色体DNA,I）正确。

6.新型冠状病毒是一种RNA病毒,其基因编码的结构蛋白一共有5种,分别是S蛋白、核衣壳

蛋白N、膜蛋白M、小膜蛋白E和血凝素酯酶HEo新型冠状病毒主要通过S蛋白和人类细胞表

面受体ACE2蛋白结合，激活细胞内吞并启动病毒复制程序。下列说法错误的是（）

A.通过药物引起人类ACE2蛋白基因突变,是一个好的防治思路

B.S蛋白的结构与功能很可能是疫苗研发与药物开发中必须关注的重点

C.新冠肺炎患者确诊可以通过核酸检测和抗体检测来实现，但核酸检测更可信

D.如果开发新型冠状病毒“重组病毒载体疫苗”的话，选择病毒载体时“安全性”十分重要

【解析】选A。通过药物引起人类ACE2蛋白基因突变，会影响细胞的正常代谢,A错误;新型冠

状病毒主要通过S蛋白和人类细胞表面受体ACE2蛋白结合,激活细胞内吞并启动病毒复制程

序，了解S蛋白的结构与功能有利于疫苗研发与药物开发,B正确;抗体检测会出现假阳性，用核

酸检测更可信,C正确;开发新型冠状病毒”重组病毒载体疫苗”要考虑病毒载体的“安全性”，D

正确。

【补偿训练】

目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性,只有通过鉴定与检测才

能知道。下列属于目的基因检测与鉴定的是()

①检测受体细胞中是否有目的基因

②检测受体细胞中是否有致病基因

③检测目的基因是否转录出了mRNA

④检测目的基因是否翻译成蛋白质

A.①@③B.②③④

C.①③④D.①②④

【解析】选C。检测受体细胞中是否有目的基因，可以利用PCR技术，①正确;基因工程中不需

要检测受体细胞中是否有致病基因,②错误;检测目的基因是否转录出了mRNA,可以利用PCR技

术,③正确;检测目的基因是否翻译成蛋白质，可以利用抗原-抗体杂交技术,④正确。

7.如图表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时,从苏云金芽抱杆菌中提取抗虫基因“放入”棉

花细胞中与棉花的DNA分子结合起来而发挥作用的过程示意图。以下说法正确的是

()

抗虫棉

四环素抗性基因

A.图中I是质粒,步骤①常需用到限制酶和DNA聚合酶

B.图中II是含目的基因的重组Ti质粒,步骤②是将重组质粒导入棉花细胞

c.图中］n是农杆菌，通过步骤③将目的基因导入植物细胞

D.剔除培育成功的抗虫棉体内的四环素抗性基因会影响抗虫基因的表达

【解析】选c。I为质粒,步骤①为基因表达载体的构建,常需用到限制酶和DNA连接酶,A错

误；图中步骤②是将重组质粒导入农杆菌细胞,B错误；图中步骤③是将目的基因导入植物细

胞,C正确;基因的表达具有独立性,剔除抗虫棉体内的四环素抗性基因不影响抗虫基因的表

达,D错误。

【补偿训练】

番茄叶片受害虫的损伤后，叶肉细胞迅速合成蛋白酶抑制剂,抑制害虫的消化作用。人们

尝试将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米，以对付猖獗的玉米螟。如图为培育转基因抗虫玉米

的流程图，下列描述正确的是（）

目||||目的基因

|II—►©——►玉米受体细胞一►转基因玉米

因「「重组Ti质粒

A.用限制性内切核酸酶切割番茄的DNA得到的产物就是蛋白酶抑制剂基因

B.用氯化钙处理玉米受体细胞,有利于含目的基因的重组质粒导入

C.重组Ti质粒应有RNA聚合酶识别和结合的部位，以启动蛋白酶抑制剂基因的转录

D.若将目的基因导入玉米花粉细胞,通过花药离体培养可获得稳定遗传的转基因玉米

【解析】选C。目的基因是用限制性内切核酸酶将DNA酶切后得到的，需筛选;氯化钙用于处理

细菌细胞;基因成功表达的前提是能转录和翻译,转录时需RNA聚合酶识别转录的起点才能启

动;花药离体培养得到的是玉米的单倍体,需再用秋水仙素处理单倍体，使染色体加倍才能得

到稳定遗传的转基因玉米。

二、非选择题（共2小题，共35分）

8.（15分）已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙

种蛋白质后死亡。因此,可将丙种蛋白质基因转入甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种

昆虫危害的能力。回答下列问题：

（1）在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需要使用

酶和酶。

（2）将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养,筛选出含有丙种蛋白质的愈

伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗的危害。

(3)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子

(填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基因。因为

【解析】(1)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中，常需使用限制酶

和DNA连接酶。(2)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养,筛选出含有

丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗乙种昆虫的危害。(3)若用含

有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株的种子不含丙种蛋白质基

因，因为基因不能跨细胞转移。

答案：(1)限制DNA连接

(2)乙种昆虫

(3)不含基因不能在体内跨细胞转移

9.(20分)人参是一种名贵药材，具有良好的滋补作用。口服a-干扰素在慢性乙肝、丙肝及部

分肿瘤的治疗中有一定疗效。如图为科研人员制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流

程，①〜④表示相关的操作,EcoRI、BamllI为限制酶，它们的识别序列及切割位点如表所示。

回答下列问题：

含干扰素朝些NA片段EcM

限制酶识别序列和切割位点

EcoRiGAATTC

基因EcoRiRamWI&ATCC

BamHI------'BamW\

经因趣至根病侵染一人卷愈伤检测第逋

A♦能合成干扰素的

曲鼓阴③农杆菌组织细胞

标记基因人参愈饬组织细胞

终止子

(1)步骤①中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依据是

。科研人员还在两种引物的一端分别加上和

序列，以便于后续基因的剪切和连接。

(2)过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有,过程③中需先用

处理根瘤农杆菌，以便将基因表达载体导入细胞。

(3)过程④中,科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后,先通过过程获得DNA,再进

行PCR扩增,若最终未能检测出干扰素基因，其可能原因是

(4)科研人员认为，由转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好,

其依据是一o

【解析】(DPCR技术的前提条件是要有一段已知目的基因的核甘酸序列，以便根据这一序列合

成引物。因此，合成引物时主要依据目的基因(干扰素基因)两端的部分核甘酸序列。同时，便

于后续的剪切和连接,设计引物时还需加上相关限制醐的识别序列,本题中限制酶EcaI、

Ba源I的识别序列分别是GAATTC、GGATCC。

(2)基因表达载体的组成有目的基因、启动子、终止子、复制原点和标记基因等。用原核细胞

作为受体细胞时,常用Ca2'(CaCk)处理，使其成为感受态。

(3)从愈伤组织细胞提取RNA后,经反转录获得DNA。对PCR技术获得的较多的DNA片段进行检

测筛选,未能检测出干扰素基因,说明在愈伤组织细胞中不含干扰素基因转录形成的RNA,可能

是干扰素基因未能导入,也可能是导入的干扰素基因未转录。

(4)单纯干扰素只起治疗的作用，而由转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物既有干扰素

的治疗作用，又有人参的滋补作用。

答案：(1)干扰素基因两端的部分核甘酸序列

GAATTCGGATCC

2

(2)复制原点Ca*(CaCl2)

(3)反转录导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录(或干扰素基因未能导入人参愈伤

组织细胞)

(4)药物既有干扰素治疗的作用，又有人参的滋补作用

目匕力提升(10分钟•30分)

1.(8分)(不定项)蓝藻拟核DNA上有控制叶绿素合成的chlL基因。某科学家通过构建该种生

物缺失chlL基因的变异株，以研究chJL基因对叶绿素合成的控制,技术路线如图所示。下列

相关叙述正确的是()

chlL基因红霉素抗性基因chlL基因重组基因

■■■—(58323~~\\

质粒重组质松重组质粒2懿b整匕藻

A.①②过程应使用不同的限制性内切核酸酶

B.①②过程都要使用DNA连接酶

C.终止密码子是基因表达载体的重要组成部分

D.若操作成功,可用含红霉素的培养基筛选出该变异株

【解析】选A、B、D„限制性内切核酸酶有特异性，①②过程要切割的DNA序列不同，故应使用

不同的限制性内切核酸