热点05基因工程的典型题分析

热点05基因工程的典型题分析知识点一：限制酶的选择原则(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。(2)保留标记基因原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所以所选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。(3)确保出现相同黏性末端原则：通常选择与切割目的基因相同的限制酶，如图甲中PstⅠ；为避免目的基因和质粒自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如图甲也可选择PstⅠ和EcoRⅠ两种限制酶。知识点二．筛选合适的目的基因（1）较为有效的方法：从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选。（2）实例：在培育转基因抗虫棉之前，科学家不仅掌握了Bt基因的序列信息，也对Bt基因的表达产物——Bt抗虫蛋白有了较为深入地了解。(3)认识基因结构和功能的技术方法：DNA测序技术、遗传序列数据库、序列比对工具。知识点三、PCR技术与生物体内DNA复制的比较比较项目PCR技术DNA复制区别解旋方式DNA在高温作用下变性解旋解旋酶催化场所细胞外（在PCR扩增仪内）细胞内（主要在细胞核内）酶耐高温的DNA聚合酶（Taq聚合酶）DNA解旋酶、普通的DNA聚合酶等温度条件需控制温度，在较高温度下进行细胞内温和条件合成的对象DNA片段或基因DNA分子联系①模板：均需要脱氧核苷酸链作为模板进行物质合成②原料：均为四种脱氧核苷酸③酶：均需要DNA聚合酶进行催化④引物：均需要引物，使DNA聚合酶从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸知识点四、将目的基因导入受体细胞受体细胞方法说明特点植物细胞农杆菌转化法将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T­DNA上→转入农杆菌→用农杆菌侵染植物细胞→将目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上→目的基因表达经济、有效，适用于双子叶植物和裸子植物，尤其适用于双子叶植物花粉管通道法在植物受粉后，花粉形成的花粉管还未愈合前，剪去柱头→滴加DNA（含目的基因），使目的基因借助花粉管通道进入受体细胞→目的基因表达简便、经济，我国科学家独创的一种方法动物细胞显微注射技术将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→注射了目的基因的受精卵，经胚胎早期培养后，移植到雌性动物的输卵管或子宫内→获得具有新性状的动物将目的基因导入动物细胞最为有效的方法微生物细胞Ca2＋处理法（感受态细胞法）用Ca2＋处理微生物细胞→感受态细胞→将基因表达载体与感受态细胞混合→在一定温度下促进感受态细胞吸收DNA分子简便、经济、有效基因工程的知识点常以大题的形式考察，对于限制酶的选择以及目的基因导入细胞的方式则是常见的考点，学生要能准确找到酶切位点，对于目的基因要能够清晰的认知，并且能准确确定受体细胞的类型。（建议用时：30分钟）一、单选题1、下图为真核生物核基因结构模式图，下列叙述正确的是（

）A．启动子编码起始密码子B．cDNA文库和基因组文库的基因中均含有内含子C．在转录完成后，RNA聚合酶从c~d区段脱落下来D．细胞内DNA复制时，只复制编码区，不复制非编码区【答案】C【解析】【分析】真核细胞的基因由编码区和非编码区两部分组成，其中编码区包括能够编码蛋白质的序列（外显子）和一般不能够编码蛋白质的序列（内含子），在真核细胞基因表达时，首先由DNA转录出前驱mRNA，然后经过裁接才能形成成熟的mRNA。【详解】A、mRNA上起始密码子的序列应由基因的编码区编码，而启动子位于编码区上游的非编码区，所以启动子不编码起始密码子，A错误；B、cDNA文库中不含有内含子，B错误；C、c~d区为终止子区域，终止子可终止转录过程，因此在转录完成后，RNA聚合酶从c~d区段脱落下来，C正确；D、DNA分子复制时形成的子代DNA与亲代DNA相同，不具有选择性，因此细胞内DNA复制时，即复制编码区，也复制非编码区，D错误。故选C。2、科学家利用PCR技术扩增人乳头瘤病毒HPV16L1蛋白基因，构建了含HPV16L蛋白基因的表达载体pBIL1，经根瘤农杆菌介导转化，获得了转基因烟草植株。该技术利用转基因烟草作为生物反应器，生产出了纯度较高的HPV16L1蛋白。下列说法错误的是（

）A．构建表达载体pBIL1时至少需要两种限制酶以防止目的基因与质粒反向连接B．采用根瘤农杆菌介导转化时可对烟草组织进行切割，以便于农杆菌入侵植物组织C．为促进转基因烟草丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织可向培养基中适当添加赤霉素D．可以用抗原抗体杂交法检测再生植株是否表达出相应的HPV16LI蛋白【答案】C【解析】【分析】1、脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞，失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。2、再分化：愈伤组织重新分化形成芽、根等器官的过程。3、生长素/细胞分裂素比值与植物细胞发育方向的关系：（1）生长素/细胞分裂素比值高，有利于根的分化、抑制芽的形成。（2）生长素/细胞分裂素比值低，有利于芽的分化、抑制根的形成。（3）生长素/细胞分裂素比值适中，有利于促进愈伤组织的形成。【详解】A、构建表达载体pBIL1时至少需要两种限制酶以防止质粒的自身环化和目的基因与质粒反向连接，A正确；B、对烟草组织进行切割，以便农杆菌细胞内的Ti质粒上的TDNA转移到被侵染的烟草组织细胞，并将其整合到该细胞的染色体DNA上，B正确；C、为促进转基因烟草丛状苗基部细胞分裂形成愈伤组织可向培养基中适当添加生长素，C错误；D、经培养可获得新性状的再生植株，检测再生植株是否表达出可相应的HPV16LI蛋白，可以用抗原抗体杂交法，D正确。故选C。3、RTPCR是将RNA的逆转录和cDNA的聚合酶链式扩增相结合的技术。目前国际均以RTPCR检测呈阳性作为感染新型冠状病毒肺炎的“金标准”相关叙述错误的是（

）A．RTPCR反应体系中需要添加逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶B．RTPCR也需要经过高温变性、低温复性和中温延伸C．RTPCR模拟了新冠病毒在人体细胞内增殖的主要过程D．标本保存与运输不当可能导致RTPCR检测呈假阴性【答案】C【解析】【分析】PCR技术：1、原理：DNA复制。2、前提：要有一段已知目的基因的核苷酸序以便合成一对引物。3、条件：模板DNA、四种脱氧核苷酸、一对引物、热稳定DNA聚合酶（Taq酶）。4、过程：①高温变性：DNA解旋过程（PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开）；低温复性：引物结合到互补链DNA上；③中温延伸：合成子链。【详解】A、逆转录酶在RNA的逆转录过程中发挥作用，耐高温的DNA聚合酶在cDNA的聚合酶链式扩增中发挥作用，故该反应体系中需加入逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶，A正确；B、该技术包括cDNA的聚合酶链式扩增过程，故需要经过高温变性、低温复性和中温延伸，B正确；C、新冠病毒属于自我复制型的RNA病毒，其在宿主细胞内不进行逆转录过程，C错误；D、若在标本运输、保存中出现了损坏和污染，导致新冠病毒核酸破坏而无法检测，可能导致RTPCR检测呈假阴性，D正确。故选C。4、在生物工程中需用到多种工具酶，下列叙述错误的是（

）A．从耐热的古细菌中提取DNA聚合酶用于PCRB．从人胰腺提取胰蛋白酶可用于动物细胞培养C．从植物细胞提取纤维素酶可用于植物体细胞杂交D．从大肠杆菌中提取限制性内切核酸酶和DNA连接酶用于基因工程【答案】C【解析】【分析】植物细胞工程中，可采用纤维素酶、果胶酶处理植物细胞获得原生质体；动物细胞工程中，胰蛋白酶可以消化组织细胞间的蛋白质，获得单个动物细胞；限制性核酸内切酶可用于提取目的基因和切割运载体；DNA连接酶用于连接目的基因和运载体形成重组质粒。【详解】A、可以从耐热的古细菌中提取DNA聚合酶用于PCR，A正确；B、人胰腺可以分泌胰蛋白酶，所以可以从人胰腺提取胰蛋白酶将细胞分散，用于动物细胞培养，B正确；C、纤维素酶不是从植物细胞提取的，C错误；D、从大肠杆菌中提取限制性内切核酸酶（将目的基因和运载体进行切割）和DNA连接酶（将目的基因和运载体进行连接）用于基因工程，D正确。故选C。5、蛋白质工程是在深人了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是（

）A．分析蛋白质的三维结构B．研究蛋白质的氨基酸组成C．获取编码蛋白质的基因序列信息D．改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求【答案】D【解析】【分析】蛋白质工程是中心法则的逆推。其设计过程为预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质，进而实现定向改造或生产人类所需蛋白质的目的，即蛋白质工程能生产自然界没有的蛋白质，蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出的第二代基因工程，因为是对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，所以必须通过基因修饰或基因合成实现。【详解】A、分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作，与题意不符，A错误；B、研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因，这不是蛋白质工程的最终目的，B错误；C、获取编码蛋白质的基因序列信息实现了对基因的修饰或合成过程，但不是蛋白质工程的最终目的，C错误；D、改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，从而满足人类的需求，实现对蛋白质的定向改造，这是蛋白质工程的最终目标，D正确。故选D。6、HY抗原存在于雄性个体细胞的表面，决定性腺向雄性方向发育。向牛的早期胚胎培养液中添加HY单克隆抗体可用来筛选胚胎。下列相关叙述正确的是A．制备单克隆抗体所用的杂交瘤细胞既能产生抗体又能无限增殖B．培养液中添加HY单克隆抗体促进牛早期胚胎发育成雄性C．选择雄性胚胎移植构建乳腺生物反应器可以进行生物制药D．做性别鉴别时选择原肠胚的外胚层细胞对胚胎几乎无伤害【答案】A【解析】【分析】分析题意可知，HY抗原存在于雄性个体细胞的表面，决定性腺向雄性方向发育，正常雌性体内不存在HY抗原，故利用抗体和抗原特异性结合的原理，用HY单克隆抗体筛选胚胎。【详解】A、制备单克隆抗体所用的杂交瘤细胞，兼具了浆细胞和骨髓瘤细胞的特点，既能产生抗体又能无限增殖，A正确；B、培养液中添加HY单克隆抗体，可以和HY抗原特异性结合，但不能促进牛早期胚胎发育成雄性，B错误；C、由于是利用乳腺生物反应器进行生物制药，则鉴别后的雌性胚胎可直接做胚胎移植，雄性胚胎没有意义，C错误；D、做性别鉴别时应选择囊胚期的滋养层细胞，D错误。故选A。7、下列有关生物工程的叙述，正确的是（

）A．抗原—抗体杂交技术可检测mRNA合成情况B．花药离体培养时要对外植体进行消毒处理C．动物细胞核移植一般以受精卵作为受体细胞D．可以用灭活的病毒诱导原生质体融合【答案】B【解析】【分析】1、检测目的基因是否整合到受体细胞染色体DNA上和目的基因是否转录出mRNA，都采用分子杂交技术进行检测；目的基因是否翻译出蛋白质，采用抗原抗体杂交技术进行检测。2、植物组织培养的操作步骤:制备培养基、外植体消毒、接种、培养、移栽、栽培。【详解】A、检测目的基因是否翻译成蛋白质，采用抗原—抗体杂交技术，A错误；B、花药离体培养时要对外植体进行消毒处理，B正确；C、培育转基因动物应选择受精卵作为受体细胞，而哺乳动物细胞核移植时一般选择次级卵母细胞作为受体细胞，C错误；D、可以用离心，电刺激、聚乙二醇等诱导原生质体融合，灭活病毒用于动物细胞融合，D错误。故选B。8、除草剂的有效成分草甘膦能够专一性抑制EPP合成酶的作用，从而使植物多种代谢途径受影响而导致植物死亡。草甘膦没有选择性，除掉杂草同时作物也会受损。培育抗草甘膦作物是解决办法之一，下列关于转入外源EPSP合成酶基因使矮牵牛抗草甘膦流程的叙述正确的是（

）A．载体Ti质粒上的抗生素合成基因通常作为对重组DNA分子鉴定和筛选的标记基因B．用限制酶和DNA连接酶处理目的基因和Ti质粒，只涉及磷酸二酯键的断裂和形成C．基因表达载体组件中的起始密码子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录D．目的基因插入Ti质粒的T一DNA上，农杆菌的转化作用能够使目的基因进入植物细胞【答案】D【解析】【分析】基因工程的步骤：（1）提取目的基因：基因组文库中获取、cDNA文库中获取。（2）目的基因与运载体结合：将目的基因与运载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重新组合的过程。如果以质粒作为运载体，首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现一个缺口，露出黏性末端。然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端（部分限制性内切酶可切割出平末端，拥有相同效果）。（3）将目的基因导入受体细胞：将目的基因导入受体细胞是实施基因工程的第三步。目的基因的片段与运载体在生物体外连接形成重组DNA分子后，下一步是将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增。（4）目的基因的检测和表达。【详解】A、载体Ti质粒上的抗生素抗性基因通常作为对重组DNA分子鉴定和筛选的标记基因，不是抗生素合成基因，A错误；B、用限制酶和DNA连接酶处理目的基因和Ti质粒，涉及碱基之间的氢键和DNA片段之间的磷酸二酯键的断裂和形成，B错误；C、起始密码子位于mRNA上，RNA聚合酶识别的位点是基因中的启动子，C错误；D、由于TDNA可转移到受体细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上，故目的基因要整合到Ti质粒的TDNA上才能成功整合到植物细胞染色体上，D正确。故选D。9、下图是剔除转基因植物中标记基因的一种策略，下列相关叙述错误的是（

）A．分别带有目的基因和标记基因的两个质粒，都带有TDNA序列B．该方法建立在高转化频率基础上，标记基因和目的基因须转到不同染色体上C．若要获得除标记基因的植株，转化植株必须经过有性繁殖阶段遗传重组D．获得的无筛选标记转基因植株发生了染色体结构变异【答案】D【解析】【分析】将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法。农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。根据农杆菌的这种特点，如果将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并将其插入到植物细胞中染色体的DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。【详解】A、农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，故分别带有目的基因和标记基因的两个质粒，都带有TDNA序列，进而成功整合到受体细胞染色体上，A正确；B、该方法需要利用农杆菌转化法，在高转化频率的基础上，将目的基因和标记基因整合到染色体上，由图可知，标记基因和目的基因位于细胞中不同的染色体上，B正确；C、通过杂交分离结果可知，经过有性繁殖阶段遗传重组后获得了三种类型细胞，其中包括只含目的基因的，只含标记基因的和既含目的基因又含标记基因的，C正确；D、获得的无筛选标记转基因植株发生了基因重组，D错误。故选D。10、医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛．他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步．以下与此有关的叙述中，正确的是（）A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B．根据人白蛋白的氨基酸序列推测出人白蛋白基因的碱基序列后通过化学方法合成的人白蛋白基因的碱基序列和人细胞中的白蛋白基因的碱基序列不一定相同C．人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的，在其他细胞中则是杂合的D．所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因【答案】B【解析】【分析】基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因——DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA—分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质—抗原抗体杂交技术。个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。【详解】A、“转基因动物”是指以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并遗传给后代的一类动物，A错误；B、根据人白蛋白的氨基酸序列推测出人白蛋白基因的碱基序列后通过化学方法合成的人白蛋白基因的碱基序列和人细胞中的白蛋白基因的碱基序列不一定相同，B正确；C、人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达，即基因的选择性表达，C错误；D、所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白，D错误。故选B。二、非选择题11．β–1，3葡聚糖酶可以水解许多病原真菌细胞壁外层的β–1，3葡聚糖和几丁质，降解真菌细胞壁，从而抑制真菌的生长与繁殖。研究人员在植物中克隆到β–1，3葡聚糖酶基因（BG2）并转入苹果主栽品种，以减少苹果真菌病害、实现无公害生产。(1)BG2的克隆可利用____________技术，这需要一小段能与该基因碱基序列互补配对的____________作为引物，在体外对目的基因进行大量复制，常采用____________来鉴定产物。(2)下图为利用PATC940（经农杆菌Ti质粒改造获得）构建BG2抗病质粒的过程。图中右下处的酶为___________，人工设计的复合启动子的作用是___________。XbaⅠ酶切后的末端与SpeⅠ酶切后的末端能连接是因为___________。(3)研究人员将转入BG2抗病质粒的农杆菌与苹果外植体共培养，以进行遗传转化。目的基因BG2将随着____________转移到被侵染的细胞而进入细胞，并随其整合到该细胞的____________上。(4)在完成遗传转化后，选择培养基中至少要加入两种抗生素，请推测其作用分别是：一种用于____________，另一种用于____________。(5)需要不断观察和检测转基因苹果植株在田间的生长状态，以确定目的基因是否赋予了苹果植株____________。【答案】(1)

PCR

短单链核酸

琼脂糖凝胶电泳(2)

DNA连接酶

驱动转录和提高（增强）转录活性

Xba1与Spe1酶切后的黏性末端相同(3)

TDNA

染色体DNA(4)

杀死农杆菌

成功转化质粒细胞（组织）的筛选（或检测目的基因是否导入受体细胞）(5)抗真菌特性以及抗性的程度【解析】【分析】1、基因工程又叫DNA重组技术，是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。2、基因工程的工具：（1）限制酶：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。（2）DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（3）运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒。3、PCR技术扩增目的基因（1）原理：DNA双链复制（2）过程：第一步：加热至90～95℃DNA解链；第二步：冷却到55～60℃，引物结合到互补DNA链；第三步：加热至70～75℃，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。(1)β–1，3葡聚糖酶基因（BG2）在体外大量克隆，可利用PCR技术，PCR技术扩增目的基因时，需要一小段能与该基因（BG2）碱基序列互补配对的短单链核酸（RNA）作为引物，在体外对目的基因进行大量复制，PCR产物鉴定常用的方法是琼脂糖凝胶电泳鉴定，在凝胶中DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小和构象、凝胶的浓度有关，从而能对BG2进行鉴定。(2)右下处的酶能构建BG2抗病质粒，故该酶为DNA连接酶。人工设计的复合启动子的作用是驱动转录和提高（增强）转录活性，从而保证目的基因的高效表达。XbaⅠ酶切后的末端与SpeⅠ酶切后的末端能连接即黏性末端能发生碱基互补，其能连接是因为Xba1与Spe1酶切后的黏性末端相同。(3)研究人员将转入BG2抗病质粒的农杆菌与苹果外植体共培养，外植体与农杆菌共培养的目的是利用农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可转移到受体细胞，并整合到受体细胞染色体的DNA上。(4)在完成遗传转化后，需要杀死农杆菌以及检测含有目的基因的质粒是否成功转入到受体细胞，因此选择培养基中至少要加入两种抗生素，一种用于杀死农杆菌，另一种用于成功转化质粒细胞（组织）的筛选（或检测目的基因是否导入受体细胞）。(5)转基因苹果植株能产生β–1，3葡聚糖酶，能抑制真菌的生长与繁殖，需要不断观察和检测转基因苹果植株在田间的生长状态，以确定目的基因是否赋予了苹果植株抗真菌特性以及抗性的程度。12、人感染乳头瘤病毒（HPV）可诱发宫颈癌等恶性肿瘤，疫苗是预防宫颈癌的主要手段，科研人员针对HPV疫苗的研发做了如下研究。(1)为构建重组疫苗，如图1所示，科研人员将HPV病毒衣壳蛋白L1基因用_________酶和_________酶酶切后，构建重组质粒，导入大肠杆菌。用添加_________的培养基筛选，对长出的单菌落提取质粒，利用_________技术鉴定重组质粒是否含有L1基因。(2)大肠杆菌表达产物衣壳蛋白L1经纯化，加佐剂SA04吸附后，二者共同被免疫系统识别加工，发挥免疫作用，吸附后制成疫苗用于预防HPV，与传统灭活疫苗相比，这样的重组疫苗更安全又有效，其主要原因是___________________________。(3)为评价SA04疫苗佐剂能否提高疫苗的免疫效果，科研人员将L1及L1经SA04佐剂吸附后分别注射于小鼠体内，然后在第7、14、21、28天测定相应抗体的相对含量，结果如图2所示。①实验结果表明____________________________________。②请指出本实验方案存在的缺陷并改进实验方案_____________________________________________。【答案】(1)

BamHI

HindⅢ

氨苄青霉素

PCR（或核酸分子杂交或核