高中生物 专题一 基因工程 第二节 基因工程的基本操作程序作业(含解析)新人教版选修3-新人教版高中

第二节基因工程的基本操作程序
一、选择题
1．以下有关基因工程的叙述，正确的是( A )
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：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就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。

2．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是( A )
A．利用基因枪法将目的基因导入植物体细胞的方法比较经济有效
B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法
C．大肠杆菌细胞最常用的转化方法是使细胞的生理状态发生改变
D．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法
解析：本题综合考查将目的基因导入受体细胞的方法。

目的基因导入不同的生物其方法不同，每种方法都有利有弊。

目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法，该方法比较经济和有效，此外还有基因枪法和花粉管通道法；目的基因导入动物细胞常用显微注射技术；大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用Ca2＋处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，进而完成转化过程。

3．基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。

下列叙述不正确的是( B )
A．常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒
B．常用Ca2＋处理大肠杆菌，有利于目的基因与载体的结合
C．可通过检测标记基因来检测重组质粒是否成功导入受体细胞
D．导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达
解析：将目的基因导入微生物细胞时，常用Ca2＋处理微生物细胞，如大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞，利于基因的导入。

4．利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素。

下列相关叙述正确的是( B ) A．人和大肠杆菌在合成胰岛素时，转录和翻译的场所是相同的
B．DNA连接酶能把两个黏性末端经碱基互补配对后留下的缝隙“缝合”
C．通过检测，大肠杆菌中没有胰岛素产生则可判断重组质粒未导入受体菌
D．在培养大肠杆菌的工程菌的过程中，获得目的基因的工具酶有限制酶、DNA聚合酶解析：大肠杆菌为原核生物，在合成胰岛素时，其转录和翻译的场所与人存在差异；检测发现大肠杆菌中无胰岛素产生，可能的原因有：①未导入，②导入后未表达；在培养大肠杆菌的工程菌的过程中，获得的目的基因的工具酶是限制酶不用DNA聚合酶。

5．下图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述，正确的是( D )
A．a通常存在于细菌体内，是目前该生物技术中唯一的运载体
B．b识别特定的核苷酸序列，并将A与T之间的氢键切开
C．c连接双链间的A和T，使黏性末端处碱基互补配对
D．若要获得已知序列的d，可采用化学合成方法
解析：a为环状双链DNA，推测其为质粒，可作为基因工程的载体，但不是唯一的，动植物病毒等也可作为基因工程的载体。

能将双链DNA打开，形成黏性末端的b推测为限制酶，它可以识别特定的核苷酸序列，但作用部位是磷酸二酯键，而不是氢键。

d能与a连接，所以d推测为目的基因，如果序列已知可以采用化学合成法获得。

c推测为DNA连接酶，作用部位也是磷酸二酯键，而不是氢键。

6．基因敲除主要是应用DNA同源重组原理，将同源DNA片段导入受体细胞，使同源DNA 片段在原有位置替代了靶基因片段，从而达到基因敲除的目的。

基因敲除既可以是用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。

下列有关基因敲除说法正确的是( C )
A．外源片段与活体细胞DNA的同源序列的碱基对越相似，基因敲除的成功率就越低B．利用基因敲除技术，不能修复细胞中的病变基因
C．基因敲除可定向改变生物体的某一基因
D．从理论上分析，利用基因敲除技术可治疗先天愚型(21三体综合征，患者多出一条21号染色体)
解析：据题意可以知道，因为同源重组具有高度特异性和方向性，外源片段与活体细胞
DNA的同源序列的碱基对越相似，基因敲除的成功率就越高，A错误；基因敲除既可以用突变基因或其它基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因，所以能修复细胞中的病变基因，B错误；基因敲除可定向改变生物体的某一基因，C正确；先天愚型是染色体异常遗传病，不是基因疾病，D错误。

7．如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是( B )
A．基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建
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
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因解析：由于受体细胞有植物、动物和微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方式不同，所以基因表达载体的构建也会有所差别，不可能千篇一律。

8．绿叶海天牛(简称甲)吸食滨海无隔藻(简称乙)后，身体就逐渐变绿，这些“夺来”的叶绿体能够在甲体内长期稳定存在，有科学家推测其原因是在甲的染色体DNA上可能存在乙编码叶绿体部分蛋白的核基因。

为证实上述推测，以这种变绿的甲为材料进行实验，方法和结果最能支持上述推测的是( D )
A．通过PCR技术从甲体内的DNA中克隆出属于乙的编码叶绿体蛋白的核基因
B．通过核酸分子杂交技术，在甲体内检测到乙的编码叶绿体蛋白的核基因转录出的RNA C．给甲提供14CO2，一段时间后检测到其体内的部分有机物出现放射性
D．用乙编码叶绿体蛋白的核基因做探针与甲的染色体DNA杂交，结果显示出杂交带
解析：通过PCR技术从甲体内的DNA中克隆出属于乙的编码叶绿体蛋白的核基因，这只能说明甲体内含有乙的编码叶绿体蛋白的核基因，但不能说明甲的染色体DNA上存在乙编码叶绿体部分蛋白的核基因，A错误；通过核酸分子杂交技术，在甲体内检测到乙的编码叶绿体蛋白的核基因转录出的RNA，这只能说明甲体内含有乙的编码叶绿体蛋白的核基因，但不能说明甲的染色体DNA上存在乙编码叶绿体部分蛋白的核基因，B错误；给甲提供14CO2，一段时间后检测到其体内的部分有机物出现放射性，这说明甲中含有叶绿体，但不能说明甲的染色体DNA上存在乙编码叶绿体部分蛋白的核基因，C错误；用乙编码叶绿体蛋白的核基因做探针与
甲的染色体DNA杂交，结果显示出杂交带，这说明甲的染色体DNA上存在乙编码叶绿体部分蛋白的核基因，D正确。

9．科学家在某种农杆菌中找到了抗枯萎病的基因，并以Ti质粒为载体，采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金花茶新品种。

下列有关叙述正确的是( D )
A．质粒是最常用的载体之一，质粒的存在与否对宿主细胞的生存有决定性的作用
B．应将抗枯萎病基因导入受精卵，否则不能达到该基因在各组织细胞都表达的目的
C．抗枯萎病基因能在金花茶细胞中表达，是因为两者的DNA结构相同
D．通过该方法获得的抗枯萎病金花茶，将来产生的花粉中不一定含有该抗病基因
解析：一般来说，质粒对受体细胞无害，即存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用，A错误；因为植物细胞具有全能性，则转基因植物的受体细胞可以是受精卵或体细胞，B错误；抗枯萎病基因之所以能在金花茶细胞中表达，原因是两者共用一套遗传密码子，并且基因表达方式相同，C错误；导入受体细胞的抗枯萎病的基因是单个的，而花粉是减数分裂后的产物，因此有的花粉是不带有抗性基因的，D正确。

所以D选项是正确的。

10．高粱由于含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，在强光、高温的条件下，其利用CO2的能力远远高于水稻。

从高粱的基因组中分离出磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(ppc基因)，将其转入水稻体内，培育出了一批光合效率较高的转基因水稻。

下列说法正确的是( C ) A．从高粱的基因组中分离出ppc基因需要限制性核酸内切酶、DNA连接酶等工具酶
B．获得的该转基因水稻都是杂合子
C．该批转基因水稻都能产生磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
D．获得的转基因水稻每个体细胞都有ppc基因，且都能产生磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶解析：转基因水稻的培养运用了基因工程技术，目的基因的获取需要限制性内切酶，不需要DNA连接酶，该基因可导入叶绿体中进行表达，提高对二氧化碳的固定能力，C正确。

11．下列有关基因工程和操作工具的叙述，正确的是( A )
A．质粒常被用作载体的原因之一是质粒上具有标记基因
B．RNA聚合酶能与信使RNA的特定位点结合，催化遗传信息的转录
C．利用显微注射法将人的生长激素基因直接导入小鼠的受精卵，培育超级小鼠
D．DNA探针可用于检测苯丙酮尿症和21三体综合征
解析：因质粒上具有标记基因，所以质粒常被用作载体，将目的基因导入受体细胞。

RNA 聚合酶能与基因的启动子相结合，催化遗传信息的转录。

利用显微注射法将重组DNA导入小鼠的受精卵，目的基因才能够得以表达。

DNA探针可用于检测苯丙酮尿症，但不能用于检测21三体综合征。

12．(不定项选择)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。

下图为培育转基因抗虫玉米的流程图，下列描述正确的是( C )
A．用限制性核酸内切酶切割番茄的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：目的基因是用限制性核酸内切酶将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
13．新型冠状病毒(COVID－19)的核酸检测采用逆转录PCR技术。

先将样本RNA逆转录成cDNA，再以DNA为模板进行扩增。

请据此回答下列问题。

(1)样本RNA逆转录成DNA的原料是__四种脱氧核苷酸__。

(2)PCR反应中使用的DNA聚合酶是从某水生栖热菌中分离提取。

该菌分离提取的DNA聚合酶优势在于__耐高温__。

(3)逆转录PCR反应中热变性过程DNA结构的变化是__DNA双链间的氢键断裂，双螺旋结构解开，DNA变为单链__。

(4)下表是用于COVID－19的cDNA扩增的两种引物序列，请据表回答相关问题：
引物名称
引物1
引物2 TCACACCAGTTGAAAATCCTAATTG
引物1__5′－ATGAGCACCCTCAACATCGAA－3′__
(5)PCR技术获取目的基因的优势是__可以在短时间内大量扩增目的基因__。

(6)能否利用COVID－19的遗传物质作为基因工程的载体？请说明原因。

__不能；基因工程中目的基因为双链DNA片段，而COVID－19的遗传物质为单链RNA片段。

二者结构不统一，目的基因无法插入RNA片段中，因此COVID－19的遗传物质无法成为基因工程的载体。

__
解析：(1)逆转录以RNA为模板，以四种游离的脱氧核苷酸为原料，合成的产物为DNA单链，再通过DNA聚合酶，可以合成双链DNA分子。

(2)PCR变性采用高温的方式加热到90－95 ℃使DNA双链打开，退火和延伸的温度也相对较高，而普通细菌中的DNA聚合酶无法耐高温，需要寻找一种极热环境下的细菌，提取其DNA聚合酶才能适用于PCR反应。

因此该DNA聚合酶的优势是耐高温。

(3)热变性时DNA双链间的氢键断裂，双螺旋结构解开，DNA变为单链。

(4)引物与模板链序列遵循碱基互补配对原则，因此引物1对应的模板链序列为5′－ATGAGCACCCTCAACATCGAA－3′。

(5)PCR技术相较于其他获取目的基因的方法的优势在于可以快速获得大量目的基因。

(6)基因工程中目的基因为双链DNA片段，COVID－19的遗传物质为单链RNA片段。

二者结构不统一，目的基因无法插入RNA片段中，因此COVID－19的遗传物质无法成为基因工程的载体。

14．2015年，屠呦呦因发现青蒿素治疗疟疾的新疗法获诺贝尔奖。

工业上青蒿素一般从青蒿植株中提取，产量低，价格高。

基因工程及细胞工程等为培育出高青蒿素含量的青蒿提供了思路。

科学家先通过紫外线处理大量青蒿幼苗后，偶然发现一株高产植株。

通过基因测序发现，该高产植株控制青蒿素合成的一种关键酶的基因发生了突变。

(1)提取了高产植株的全部DNA后，要想快速大量获得该突变基因可以采用PCR技术，该技术的原理是__DNA复制__。

(2)如果获取青蒿某个时期mRNA反转录产生的双链cDNA片段，用该双链cDNA进行PCR 扩增，进行了30个循环后，理论上可以产生约__230__个DNA分子，该双链DNA与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群就叫作青蒿的__cDNA文库(或部分基因文库)__，获得的cDNA与青蒿细胞中该基因的碱基序列__不同__(填“相同”或“不同”)。

(3)将获得的突变基因导入普通青蒿之前，应先构建基因表达载体，图1、2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。

请回答下列问题：
如果该突变基因导入成功，且与某条染色体的DNA 整合起来，该转基因青蒿可视为杂合子，将该转基因青蒿自交一代，再取含该突变基因的子一代再自交一次，预计子二代转基因
青蒿中纯合子占__35
__。

(4)检测目的基因是否表达出相应蛋白质，应采取__抗原—抗体杂交__技术。

解析：(1)PCR 技术的原理是DNA 复制。

(2)PCR 过程中，目的基因的数量以指数形式扩增(2n ，其中n 为扩增循环的次数)，所以进行了30个循环后，理论上可以产生230
个DNA 分子。

将该双链DNA 与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群只含有该物种的部分基因，所以叫作青蒿的cDNA 文库(或部分基因文库)。

获得的cDNA 与青蒿细胞中该基因的碱基序列不同，cDNA 中没有内含子和启动子，而青蒿细胞中该基因有这部分碱基序列。

(3)根据题意可假设该转基因青蒿的基因型为Aa ，自交一代后含该基因的子一代的基因型及比例为AA ︰Aa ＝
1︰2，再自交一代，子二代中AA 占13＋23×14＝12，Aa 占23×24＝13，aa 占23×14＝16
，所以在转基因青蒿(AA ＋Aa)中，纯合子(AA)所占的比例为35。

(4)检测目的基因是否表达出相应蛋白质，应采取抗原—抗体杂交技术。

15．回答有关基因工程的问题：
(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA 后，可能产生黏性末端，也可能产生__平__末端。

若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生__相同__(相同、不同)黏性末端的限制酶。

(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是__RNA 聚合酶识别和结合的部位__。

在用表达载体转化大肠杆菌时，常用__Ca 2＋__处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA ，可
用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为__分子杂交技术__。

为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成__蛋白质__，常用抗原——抗体杂交技术。

(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti 质粒的__T－DNA片段__中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的__染色体DNA__上。