【备考2025】高中生物人教版（2019）一轮基础练习--专题22基因工程（含答案）
文档属性
| 名称 | 【备考2025】高中生物人教版（2019）一轮基础练习--专题22基因工程（含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-05-27 10:07:18 | ||
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文档简介
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2025广东版新教材生物学高考第一轮
专题22 基因工程
五年高考
考点1 重组DNA技术的基本工具
1.(2023新课标,6,6分)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具,将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接,以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )
A.质粒和目的基因都用酶3切割,用E.coliDNA连接酶连接
B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4DNA连接酶连接
C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4DNA连接酶连接
D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.coliDNA连接酶连接
2.(2021湖北,7,2分)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为( )
A.6 B.250 C.4000 D.24000
考点2 DNA的粗提取与鉴定、PCR扩增与电泳鉴定
3.(2023广东,11,2分)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
4.(2023福建,4,2分)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作,下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中,PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中,将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳,加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中,取洋葱研磨液的上清液,加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中,将白色丝状物直接加入二苯胺试剂中并进行沸水浴,用于鉴定DNA
5.（热点透）(2022辽宁,12,2分)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是( )
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
6.(2021湖北,16,2分)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是( )
A.增加模板DNA的量
B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间
D.提高复性的温度
7.(2021全国甲,38,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是 (用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是 。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、 三步, 其中复性的结果是
。
(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与 特异性结合。
(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是指 。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
考点3 基因工程的基本操作程序
8.(2023湖北,4,2分)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同
B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因
C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否
D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
9.(2023辽宁,8,2分)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
10.（新情境）(2022广东,22,12分)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对 ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是 ,终止子的作用是 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了 ,体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于 ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
11.(2023河北,22,15分)单细胞硅藻具有生产生物柴油的潜在价值。研究者将硅藻脂质合成相关的苹果酸酶(ME)基因构建到超表达载体,转入硅藻细胞,以期获得高产生物柴油的硅藻品系。
回答下列问题:
(1)根据DNA和蛋白质在特定浓度乙醇溶液中的 差异获得硅藻粗提DNA,PCR扩增得到目的基因。
(2)超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基因、 和 等。本研究中目的基因为 。
(3)PCR扩增时引物通过 原则与模板特异性结合。根据表达载体序列设计了图1所示的两条引物,对非转基因硅藻品系A和转ME基因硅藻候选品系B进行PCR检测,扩增产物电泳结果见图2。其中,样品1为本实验的 组,样品2有特异性扩增产物,结果表明 。
(4)利用单细胞硅藻生产生物柴油的影响因素包括胞内脂质含量和繁殖速率等。图3为硅藻胞内脂质含量检测结果。据图分析,相对于品系A,品系B的胞内脂质含量平均水平明显 。同时,还需测定 以比较在相同发酵条件下品系A与B的繁殖速率。
(5)胞内脂质合成需要大量ATP。ME催化苹果酸氧化脱羧反应产生NADH。研究表明,品系B线粒体中ME含量显著高于品系A。据此分析,ME基因超表达使线粒体中NADH水平升高, ,最终促进胞内脂质合成。
(6)相对于大豆和油菜等油料作物,利用海生硅藻进行生物柴油生产的优势之处为 。(答出两点即可)
12.（新思维）(2022河北,24节选,13分)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPin1A)的基因单独或共同转化棉花,获得了转基因植株。
回答下列问题:
(1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是 。
(2) 是实施基因工程的核心。
(3)利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入质粒的 上。
(4)为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译,可采用的检测技术有 (写出两点即可)。
(5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后,还需进一步做抗虫的 以鉴定其抗性程度。图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果,据结果分析 (填“NaPI”或“StPin1A”或“NaPI+StPin1A”)转基因棉花的抗虫效果最佳,其原因是 。
13.(2021全国乙,38,15分)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)的切割位点如图所示。
回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4(T4)DNA连接酶。图中 酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。图中 酶切割后的DNA片段可以用T4(T4)DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是 。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指 。
14.（新情境）(2021河北,24节选,14分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是 。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是 。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是 。
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对Cd具有更强的 (填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是 。
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于 (写出两点即可)。
15.（新情境）(2021辽宁,24,10分)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9kb(1kb=1000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题:
(1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经 过程得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增目的基因。
(2)图1为所用载体图谱示意图,图中限制酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入 和 两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用 (填“E.coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”)。
相关限制酶的识别序列及切割位点
名称 识别序列及 切割位点 名称 识别序列及 切割位点
HindⅢ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ EcoRⅠ ↓ GAATTC CTTAAG ↑
PvuⅡ ↓ CAGCTG GTCGAC ↑ PstⅠ ↓ CTGCAG GACGTC ↑
KpnⅠ ↓ GGTACC CCATGG ↑ BamHⅠ ↓ GGATCC CCTAGG ↑
注:箭头表示切割位点
(3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于 的生理状态,以提高转化效率。
(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养,随机挑取单菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用(2)中选用的两种限制酶进行酶切,酶切产物经电泳分离,结果如图2, 号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。
注:M为指示分子大小的标准参照物;小于0.2kb的DNA分子条带未出现在图中。
(5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中,培养24小时后,检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量,统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的 (填“G1”或“S”或“G2/M”)期。
考点4 基因工程的应用及蛋白质工程
16.(2021辽宁,14,2分)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是( )
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
17.（新思维）(2023广东,20,14分)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n=10)进行诱变,筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序,发现野生型DA1基因发生一个碱基G到A的替换,突变后的基因为隐性基因,据此推测突变体的表型与其有关,开展相关实验。
回答下列问题:
(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株,若突变体表型确由该突变造成,则转基因植株的种子大小应与 植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DA1基因,用限制性核酸内切酶对PCR产物和 进行切割,用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DA1基因可以正常表达,其上下游序列需具备 。
(3)转化后,T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下,选出单一位点插入的植株,并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(图1),用于后续验证突变基因与表型的关系。
①农杆菌转化T0植株并自交,将T1种子播种在选择培养基上,能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了 。
②T1阳性植株自交所得的T2种子按单株收种并播种于选择培养基,选择阳性率约 %的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2阳性植株 (填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3种子按单株收种并播种于选择培养基,阳性率达到 %的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。
为便于在后续研究中检测该突变,研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段,再使用限制性核酸内切酶X切割产物,通过核酸电泳即可进行突变检测,相关信息见图2,在电泳图3中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
18.(2021广东,22,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有 。(答出两种即可)
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有 。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备 细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有 。
(4)依图中所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是 。在分子水平上,可以通过改变 ,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
19.(2023海南,20,13分)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一,我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut-Dip-Budding,简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
回答下列问题。
(1)图1中,从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ;从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ,该过程还需要光照,其作用是 。
(2)图1中的愈伤组织,若不经过共培养环节,直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中,含有外源基因的转化植株A若用于生产种子,其包装需标注 。
(3)图1与图2中,农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因),利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B,长出毛状根,成功获得转化植株B。据此分析,从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ,图2中,鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ,依据是 。
(5)与常规转化法相比,采用CDB法进行基因递送的优点是 (答出2点即可)。
20.(2023辽宁,25,11分)天然β-淀粉酶大多耐热性差,不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因,并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌,最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题:
(1)上述过程属于 工程。
(2)PCR中使用的聚合酶属于 (填写编号)。
①以DNA为模板的RNA聚合酶
②以RNA为模板的RNA聚合酶
③以DNA为模板的DNA聚合酶
④以RNA为模板的DNA聚合酶
(3)某天然β-淀粉酶由484个氨基酸构成,研究发现,将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺,耐热性明显提升。在图1所示的β-淀粉酶基因改造方案中,含已替换碱基的引物是 (填写编号)。
(4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达,由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外,基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和 。
(5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位点)全长为1.5kb,将其插入BamHⅠ位点。用EcoRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA,经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度,这一操作的目的是 。正确连接的基因表达载体被EcoRⅠ酶切后长度为 kb。
(6)采用PCR还能在分子水平上确定目的基因是否转录,根据中心法则,可通过 反应获得PCR的模板。
21.(2022湖南,22,15分)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题:
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是 ,物质b是 。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是 。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有 、 和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是 。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的 (填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是 。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路 。
22.（新思维）(2021天津,16,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。如图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑 和 。
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有 ,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列 (能/不能)在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在 的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是 (单选)。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届湛江摸底,11)基因工程中,获取目的基因的方法有很多种,如直接利用PCR选择性地扩增目的基因。下列关于目的基因的扩增及电泳鉴定的叙述正确的是( )
A.变性:利用高温破坏氢键将目的基因的两条链解开
B.复性:降低温度使目的基因的DNA恢复双螺旋结构
C.延伸:在DNA聚合酶的作用下将4种核苷酸加到引物的5'端
D.鉴定:DNA呈指数扩增,PCR产物不经染色可用紫外光检测
2.(2023梅州大埔冲刺二,11)不同生物的DNA的提取方法有所不同,DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
A.破碎细胞在冷冻条件下进行,可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管,用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时,需用2mol·L-1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
3.(2024届河源开学考,11)组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶,将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解,从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物,并迅速失去活性。科学家对其进行改造,以增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是( )
A.改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现
B.改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体
C.需根据t-PA氨基酸序列合成出相应的基因
D.利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在
4.（新情境）(2024届佛山南海摸底,16)如图1表示某DNA片段及限制酶酶切位点,用限制酶XhoⅠ和SalⅠ分别处理该DNA片段后,酶切产物电泳分离的结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.不同的限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同
B.限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同
C.泳道①②分别是限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ处理得到的产物
D.用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段,可得到6种电泳产物
5.（新情境）(2024届江门联考,12)将水稻耐盐碱基因OsMYB56导入不耐盐碱水稻品种吉粳88中,培育耐盐碱水稻新品种。如图PCR扩增OsMYB56时需要添加引物,应选用的引物组合为( )
A.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TCTGTTGAAT—3'
B.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TAAGTTGTCT—3'
C.5'—ATTCAACAGA—3'和5'—ATCATCCAAG—3'
D.5'—ATTCAACAGA—3'和5—GAACCTACTA—3'
6.(2023广州一模,13)为使玉米获得抗除草剂性状,科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌,会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是( )
A.T-DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上
B.利用物质K和抗生素进行筛选1,可获得农杆菌的蓝色菌落
C.利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株
D.愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程中,需要添加植物激素
二、非选择题
7.(2023茂名高州一模,21)如图表示某种绿色荧光蛋白基因表达载体的构建过程,绿色荧光蛋白基因有720个碱基对(bp),质粒有5369个碱基对(bp)。请据图回答问题:
(1)质粒中“氨苄青霉素抗性基因”的作用是 。研究发现复制原点处的A和T特别多,有利于DNA复制时 过程的发生。
(2)限制酶BamHⅠ的识别序列和酶切位点是G↓GATCC,该酶酶切形成的黏性末端是 。过程③所需的工具酶是 。
(3)已知图中质粒经BamHⅠ、HindⅢ双酶切后进行电泳,出现了一条长度为5300bp的DNA条带,则重组质粒是长度为 的DNA片段条带。
(4)过程①用两种限制酶切割质粒,与单一酶切相比,其优势有 。过程②通过PCR技术实现,进行PCR时,需要在两种引物的 端分别添加BamHⅠ和HindⅢ的识别序列。
(5)将重组质粒导入大肠杆菌前,要用CaCl2处理大肠杆菌,其目的是 ;进行筛选时,大肠杆菌培养基中除需要加入水、无机盐、碳源、氮源、琼脂等物质外,还要分别添加 。
限时拔高练2
一、选择题
1.(2023深圳二模,7)我国科学家在基因组编辑这个新兴领域创造了多项世界第一,该技术能对基因进行定点“修改”,以改变目的基因的序列和功能。在应用该技术时也要特别注意防范风险。下列关于基因组编辑技术的叙述错误的是( )
A.可以让某个基因失效
B.可以应用于治疗癌症
C.可以修复已突变基因
D.应用于任何基因修改
2.（新教材）(2023梅州联考,12)PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键,5'端无严格限制,可用于添加限制酶切点等序列,dNTP(四种脱氧核苷三磷酸)是DNA合成的原料。下列相关说法错误的是( )
A.图示环节所需的温度比上一个环节的低
B.dNTP作为扩增的原料会依次连接到3'端
C.TaqDNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成
D.经过1个循环后,获得的子代DNA的双链中脱氧核苷酸数量相同
3.(2024届广东四校一联,15)人葡萄糖脑苷脂酶(hGC)缺乏症是一种常染色体隐性遗传病,患者因缺乏hGC基因而不能合成hGC,导致脾脏肿大、梗死和破裂,所以通常活不过10岁。传统的治疗方法是从人的胎盘中提取hGC后注入人体,治疗价格十分昂贵。科学家现已将hGC基因通过农杆菌转化法成功转入烟草中,并高效表达,其过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.转化是指将hGC基因导入烟草细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
B.过程③一般采用显微注射法将农杆菌导入烟草细胞
C.从含重组Ti质粒的农杆菌中获取hGC基因的表达产物可直接用于疾病治疗
D.从愈伤组织中提取蛋白质作为抗原进行抗原—抗体杂交检测hGC基因是否转录
4.（新情境）(2023湛江二模,6)红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白,可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限,某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器,使其能合成EPO。下列有关叙述错误的是( )
A.构建表达载体时需将EPO基因插入乳腺蛋白基因的启动子的上游
B.一般情况下,该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达
C.可用显微注射技术将含有EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中
D.用PCR扩增人EPO基因,需要一段已知的EPO基因核苷酸序列
5.（新思维）(2024届广州执信中学月考,14)研究人员将大麦细胞的LTP1基因导入酵母中,让酵母产生LTP1蛋白。如图为该实验过程的部分流程。下列说法正确的是( )
A.运用PCR扩增LTP1基因时,应选择图1的A和D作为引物
B.为方便构建重组质粒,可在引物的5'端添加限制酶的识别序列
C.如图中为了筛选导入重组质粒的啤酒酵母,只需配制含青霉素的培养基
D.为了让大麦的基因在酵母中表达,需要在目的基因两侧添加大麦的启动子和终止子
6.（新情境）(2024届佛山一中月考,11)噬菌体展示技术是将编码某蛋白质的基因导入噬菌体的DNA中,使该外源基因随噬菌体外壳蛋白表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。以下对该技术分析正确的是( )
A.噬菌体展示技术的遗传学原理是基因突变
B.构建目的基因表达载体时需使用限制酶和DNA酶
C.需用营养成分齐全的培养基扩大培养噬菌体
D.可利用抗原—抗体杂交技术筛选目标蛋白
二、非选择题
7.(2024届湛江调研,19)利用转基因技术进行作物品种改良已成为一种全新的育种途径。玉米(2n=20)为雌雄同株异花植物,科研人员利用转基因技术将Bt毒蛋白基因(1.8kb)导入玉米中,获得具有抗虫性状的转基因玉米,相关流程如图1。
请回答下列问题:
(1)构建重组质粒需要用到的工具酶是 。
(2)随机选取4株玉米(编号3~6),通过PCR等技术检测Bt基因是否成功导入玉米植株中,PCR产物经电泳后结果如图2。由图可知,设置1组的作用是 。3~6号玉米中,成功转入Bt基因的玉米是 (填编号)。
(3)为研究Bt基因在转基因玉米后代的遗传稳定性,科研人员做了如下实验:取成功导入Bt基因的转基因玉米甲自交,通过PCR等技术检测子一代玉米中是否存在Bt基因,电泳结果显示:18株玉米的PCR产物经电泳后有条带(阳性个体,与图2中的2号相同),6株玉米的PCR产物经电泳后无条带(阴性个体,与图2中的6号相同)。为了获得能稳定遗传的转Bt基因玉米,应将 ,从中选择后代均为阳性个体的玉米。
(4)研究发现,能稳定遗传的转Bt基因玉米连续自交,后代有少部分玉米没有表现出抗虫性状。有人认为是Bt基因发生了甲基化,抑制了Bt基因的表达,也有人认为是转基因植株在遗传过程中丢失了Bt基因。请你利用PCR技术,设计实验确定哪种说法正确。请写出你的实验思路和预期结果及结论。
考法综合练
1.（新情境）(2023广东二模,12)二倍体马铃薯受核糖核酸酶基因(S-RNase基因)影响,普遍存在自交不亲和的现象——自交不产生种子。我国科研人员通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了马铃薯的S-RNase基因,获得自交亲和的二倍体马铃薯。图示该技术的原理:由一条单链向导RNA引导内切核酸酶Cas9蛋白到一个特定的基因位点进行切割。下列叙述错误的是( )
A.向导RNA和S-RNase基因识别结合的碱基互补配对方式与目标DNA双链中的碱基互补配对方式相同
B.Cas9蛋白可催化磷酸二酯键水解,剪切特定DNA片段
C.可让马铃薯自交看能否产生种子,从个体水平上检测该基因编辑技术是否成功
D.向导RNA的序列越短,该基因编辑技术在编辑对象时出错的概率就越高
2.(2023广州黄埔三模,16)由于某目的基因酶切后的末端为平末端,载体E只有产生黏性末端的酶切位点,需借助中间载体P将目的基因接入载体E。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.通过PCR扩增获取目的基因是基因工程的核心工作
B.为了便于该目的基因接入载体E,可用限制酶EcoRⅤ或SmaⅠ切割载体P
C.载体P只能作为中间载体,是因为其没有表达该目的基因的启动子与终止子
D.若受体细胞表现出抗性基因的相应性状,表明重组载体成功导入受体细胞
3.（新思维）(2024届广东一调,16)为研究水稻D基因的功能,研究者将T-DNA插入D基因中,致使该基因失活,失活后基因记为d。为验证F2植株基因型(DD、Dd、dd),研究者根据D基因、T-DNA的序列设计了3种引物。随机选取F2植株若干,提取各植株的总DNA,分别用引物“Ⅰ+Ⅲ”组合(A组)及“Ⅱ+Ⅲ”组合(B组)进行PCR扩增,检测是否能扩增(完整的T-DNA过大,不能完成PCR扩增)。下列叙述错误的是( )
A.引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
B.PCR扩增需要2种引物,确保特异地复制处于两个引物之间的DNA序列
C.若A组进行PCR可完成扩增,B组不能,则相应植株的基因型是DD
D.若A、B组进行PCR均可完成扩增,则相应植株的基因型是Dd
4.(2024届福建泉州质检,13)DNA分子杂交技术的原理是当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时,互补的碱基序列就会结合在一起,形成杂合双链区;在没有互补碱基序列的部位,仍然是两条游离的单链,如图所示。关于DNA分子杂交技术的应用,下列叙述正确的是( )
A.杂合双链区的一条链的序列是5'-GAT-ACC-3',那么另一条链的序列是5'-CTATGG-3'
B.该技术可用来比较不同物种DNA分子的差异,以分析生物亲缘关系的远近
C.通过设计一种DNA引物与DNA的其中一条链结合,经PCR技术可大量扩增目的基因
D.通过设计含有目的基因片段的DNA探针,可检测特定细胞中是否合成了目的RNA
5.（新情境）(2024届湖北武汉调研,18)如图是蛋白质工程中改造目的基因的一种技术路线。S1核酸酶可以去除双链DNA突出的单链区;外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3'末端逐个水解单核苷酸,可以产生不同长度的5'突出末端。下列叙述错误的是( )
A.步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段
B.步骤二、三分别使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C.步骤四宜选用T4DNA连接酶处理DNA片段
D.质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种
6.（新思维）(2023湛江一模,21)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质,将甜蛋白基因导入番茄可提高番茄甜味,改善果实品质,获得超甜植株。如图是甜蛋白基因和Ti质粒上限制酶切位点示意图。回答下列相关问题:
(1)利用转基因技术获得超甜番茄的核心步骤是 ,该过程需要选择图中的 限制酶切割甜蛋白基因。
(2)Ti质粒上的启动子是 识别和结合的位点,为了保证甜蛋白基因能够在番茄细胞中表达,应将Ti质粒上的启动子替换为 。
(3)农杆菌转化番茄细胞时,T-DNA的作用是 ,该过程发生的变异类型为 。然后在添加 的培养基中培养番茄细胞,筛选转化成功的愈伤组织。
(4)若得到的超甜番茄体细胞中导入的是2个甜蛋白基因,则让其自交,若子代表型及比例为 ,说明2个甜蛋白基因插入到了两对同源染色体上(含有1个和2个甜蛋白基因的番茄甜味相同)。
专题22 基因工程
五年高考
考点1 重组DNA技术的基本工具
1.(2023新课标,6,6分)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具,将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接,以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )
A.质粒和目的基因都用酶3切割,用E.coliDNA连接酶连接
B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4DNA连接酶连接
C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4DNA连接酶连接
D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.coliDNA连接酶连接
答案 C
2.(2021湖北,7,2分)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为( )
A.6 B.250 C.4000 D.24000
答案 C
考点2 DNA的粗提取与鉴定、PCR扩增与电泳鉴定
3.(2023广东,11,2分)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
答案 D
4.(2023福建,4,2分)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作,下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中,PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中,将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳,加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中,取洋葱研磨液的上清液,加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中,将白色丝状物直接加入二苯胺试剂中并进行沸水浴,用于鉴定DNA
答案 C
5.（热点透）(2022辽宁,12,2分)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是( )
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
答案 B
6.(2021湖北,16,2分)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是( )
A.增加模板DNA的量
B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间
D.提高复性的温度
答案 D
7.(2021全国甲,38,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是 (用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是 。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、 三步, 其中复性的结果是
。
(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与 特异性结合。
(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是指 。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
答案 (1)④②③① (2)DNA聚合酶 延伸 引物通过碱基互补配对与单链DNA结合 (3)病原菌DNA (4)在生物体外大量快速扩增特定DNA片段的技术
考点3 基因工程的基本操作程序
8.(2023湖北,4,2分)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同
B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因
C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否
D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
答案 D
9.(2023辽宁,8,2分)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
答案 B
10.（新情境）(2022广东,22,12分)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对 ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是 ,终止子的作用是 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了 ,体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于 ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
答案 (1)引物 (2)筛选含有目的基因的受体细胞 提供转录终止的信号 (3)酶蛋白的合成需要大量能量,而厌氧代谢能量不足 (4)工业废弃物的资源化 通过捕获二氧化碳,实现固碳减排
11.(2023河北,22,15分)单细胞硅藻具有生产生物柴油的潜在价值。研究者将硅藻脂质合成相关的苹果酸酶(ME)基因构建到超表达载体,转入硅藻细胞,以期获得高产生物柴油的硅藻品系。
回答下列问题:
(1)根据DNA和蛋白质在特定浓度乙醇溶液中的 差异获得硅藻粗提DNA,PCR扩增得到目的基因。
(2)超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基因、 和 等。本研究中目的基因为 。
(3)PCR扩增时引物通过 原则与模板特异性结合。根据表达载体序列设计了图1所示的两条引物,对非转基因硅藻品系A和转ME基因硅藻候选品系B进行PCR检测,扩增产物电泳结果见图2。其中,样品1为本实验的 组,样品2有特异性扩增产物,结果表明 。
(4)利用单细胞硅藻生产生物柴油的影响因素包括胞内脂质含量和繁殖速率等。图3为硅藻胞内脂质含量检测结果。据图分析,相对于品系A,品系B的胞内脂质含量平均水平明显 。同时,还需测定 以比较在相同发酵条件下品系A与B的繁殖速率。
(5)胞内脂质合成需要大量ATP。ME催化苹果酸氧化脱羧反应产生NADH。研究表明,品系B线粒体中ME含量显著高于品系A。据此分析,ME基因超表达使线粒体中NADH水平升高, ,最终促进胞内脂质合成。
(6)相对于大豆和油菜等油料作物,利用海生硅藻进行生物柴油生产的优势之处为 。(答出两点即可)
答案 (1)溶解度 (2)启动子 终止子(答案“启动子”和“终止子”不分顺序) 苹果酸酶基因(或“ME基因”) (3)碱基互补配对 对照 引物间的载体序列整合到硅藻细胞基因组中(或“ME基因序列整合到硅藻细胞基因组中”) (4)增加 细胞数量 (5)有氧呼吸生成的ATP增多 (6)节约土地资源、不受季节和气候限制(或“节约粮食资源”或“节约淡水”或“能够通过发酵大量生产”)
12.（新思维）(2022河北,24节选,13分)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPin1A)的基因单独或共同转化棉花,获得了转基因植株。
回答下列问题:
(1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是 。
(2) 是实施基因工程的核心。
(3)利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入质粒的 上。
(4)为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译,可采用的检测技术有 (写出两点即可)。
(5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后,还需进一步做抗虫的 以鉴定其抗性程度。图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果,据结果分析 (填“NaPI”或“StPin1A”或“NaPI+StPin1A”)转基因棉花的抗虫效果最佳,其原因是 。
答案 (1)抑制害虫胰蛋白酶活性,使害虫不能正常消化食物而达到抗虫的目的 (2)基因表达载体的构建 (3)T-DNA (4)PCR技术、抗原—抗体杂交技术 (5)接种试验 NaPI+StPin1A NaPI+StPin1A的转基因棉花的虫体质量最低且每株棉铃数最多
13.(2021全国乙,38,15分)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)的切割位点如图所示。
回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4(T4)DNA连接酶。图中 酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。图中 酶切割后的DNA片段可以用T4(T4)DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是 。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指 。
答案 (1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ (2)磷酸二酯键 (3)自我复制 限制酶切割位点 将待筛选的宿主细胞接种到含该抗生素的培养基中,能够生长的是含有质粒载体的宿主细胞 (4)RNA聚合酶识别、结合并启动转录的DNA片段
14.（新情境）(2021河北,24节选,14分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是 。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是 。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是 。
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对Cd具有更强的 (填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是 。
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于 (写出两点即可)。
答案 (2)限制酶和DNA连接酶 便于重组DNA分子的筛选 (3)农杆菌转化法 防止YCF1基因随花粉扩散,给生态系统带来风险 (4)耐性 叶 (5)转基因杨树液泡膜上的Cd转运蛋白可将细胞质基质中的Cd转运至液泡贮存,降低Cd对细胞代谢的影响 乔木比草本生物量大,与外界物质交换能力强
15.（新情境）(2021辽宁,24,10分)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9kb(1kb=1000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题:
(1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经 过程得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增目的基因。
(2)图1为所用载体图谱示意图,图中限制酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入 和 两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用 (填“E.coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”)。
相关限制酶的识别序列及切割位点
名称 识别序列及 切割位点 名称 识别序列及 切割位点
HindⅢ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ EcoRⅠ ↓ GAATTC CTTAAG ↑
PvuⅡ ↓ CAGCTG GTCGAC ↑ PstⅠ ↓ CTGCAG GACGTC ↑
KpnⅠ ↓ GGTACC CCATGG ↑ BamHⅠ ↓ GGATCC CCTAGG ↑
注:箭头表示切割位点
(3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于 的生理状态,以提高转化效率。
(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养,随机挑取单菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用(2)中选用的两种限制酶进行酶切,酶切产物经电泳分离,结果如图2, 号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。
注:M为指示分子大小的标准参照物;小于0.2kb的DNA分子条带未出现在图中。
(5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中,培养24小时后,检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量,统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的 (填“G1”或“S”或“G2/M”)期。
答案 (1)逆转录 (2)PvuⅡ EcoRⅠ T4DNA连接酶 (3)一种能吸收周围环境中DNA分子 (4)3 (5)G2/M
考点4 基因工程的应用及蛋白质工程
16.(2021辽宁,14,2分)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是( )
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
答案 D
17.（新思维）(2023广东,20,14分)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n=10)进行诱变,筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序,发现野生型DA1基因发生一个碱基G到A的替换,突变后的基因为隐性基因,据此推测突变体的表型与其有关,开展相关实验。
回答下列问题:
(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株,若突变体表型确由该突变造成,则转基因植株的种子大小应与 植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DA1基因,用限制性核酸内切酶对PCR产物和 进行切割,用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DA1基因可以正常表达,其上下游序列需具备 。
(3)转化后,T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下,选出单一位点插入的植株,并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(图1),用于后续验证突变基因与表型的关系。
①农杆菌转化T0植株并自交,将T1种子播种在选择培养基上,能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了 。
②T1阳性植株自交所得的T2种子按单株收种并播种于选择培养基,选择阳性率约 %的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2阳性植株 (填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3种子按单株收种并播种于选择培养基,阳性率达到 %的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。
为便于在后续研究中检测该突变,研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段,再使用限制性核酸内切酶X切割产物,通过核酸电泳即可进行突变检测,相关信息见图2,在电泳图3中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
答案 (1)野生型 (2)基因表达载体(或质粒,或载体) 启动子、终止子 (3)①T-DNA片段(或DA1基因,或目的基因) ②75 ③自交 100
18.(2021广东,22,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有 。(答出两种即可)
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有 。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备 细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有 。
(4)依图中所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是 。在分子水平上,可以通过改变 ,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
答案 (1)从基因文库中获取、用化学方法人工合成 (2)蛋白酶水解法、盐析法、高温变性法 (3)感受态 抗原—抗体杂交 (4)部分酶失活,无法获得肌醇 基因结构
19.(2023海南,20,13分)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一,我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut-Dip-Budding,简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
回答下列问题。
(1)图1中,从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ;从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ,该过程还需要光照,其作用是 。
(2)图1中的愈伤组织,若不经过共培养环节,直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中,含有外源基因的转化植株A若用于生产种子,其包装需标注 。
(3)图1与图2中,农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因),利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B,长出毛状根,成功获得转化植株B。据此分析,从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ,图2中,鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ,依据是 。
(5)与常规转化法相比,采用CDB法进行基因递送的优点是 (答出2点即可)。
答案 (1)脱分化 细胞分裂素 诱导叶绿素的形成,使幼苗能够进行光合作用 (2)遗传特性 转基因种子 (3)农杆菌细胞内含Ti质粒,当它侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上 (4)检测毛状根段是否有绿色荧光 植物PDS中靶区域测序(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增) 若导入幼苗的基因编辑载体成功发挥作用,则PDS基因被敲除,靶区域的测序就会出现序列缺失,(或PCR无法扩增出条带) (5)不需要无菌操作、不需要进行植物组织培养、操作简便
20.(2023辽宁,25,11分)天然β-淀粉酶大多耐热性差,不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因,并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌,最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题:
(1)上述过程属于 工程。
(2)PCR中使用的聚合酶属于 (填写编号)。
①以DNA为模板的RNA聚合酶
②以RNA为模板的RNA聚合酶
③以DNA为模板的DNA聚合酶
④以RNA为模板的DNA聚合酶
(3)某天然β-淀粉酶由484个氨基酸构成,研究发现,将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺,耐热性明显提升。在图1所示的β-淀粉酶基因改造方案中,含已替换碱基的引物是 (填写编号)。
(4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达,由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外,基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和 。
(5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位点)全长为1.5kb,将其插入BamHⅠ位点。用EcoRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA,经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度,这一操作的目的是 。正确连接的基因表达载体被EcoRⅠ酶切后长度为 kb。
(6)采用PCR还能在分子水平上确定目的基因是否转录,根据中心法则,可通过 反应获得PCR的模板。
答案 (1)蛋白质 (2)③ (3)①或④ (4)标记基因 (5)通过电泳鉴定目的基因是否插入质粒中 5.7 (6)逆转录
21.(2022湖南,22,15分)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题:
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是 ,物质b是 。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是 。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有 、 和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是 。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的 (填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是 。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路 。
答案 (1)多肽链 mRNA mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性 (2)从基因文库中获取 人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 (4)在相同条件下,将蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验,比较三组血液凝固所需时间长短,所需时间越长说明其抗凝血活性越大
22.（新思维）(2021天津,16,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。如图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑 和 。
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有 ,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列 (能/不能)在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在 的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是 (单选)。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
答案 (1)细胞质基质 (2)①包含BamHⅠ的识别序列 将GTG改为ATG ②原核生物复制原点 不能 ③缺失尿嘧啶 (3)B
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届湛江摸底,11)基因工程中,获取目的基因的方法有很多种,如直接利用PCR选择性地扩增目的基因。下列关于目的基因的扩增及电泳鉴定的叙述正确的是( )
A.变性:利用高温破坏氢键将目的基因的两条链解开
B.复性:降低温度使目的基因的DNA恢复双螺旋结构
C.延伸:在DNA聚合酶的作用下将4种核苷酸加到引物的5'端
D.鉴定:DNA呈指数扩增,PCR产物不经染色可用紫外光检测
答案 A
2.(2023梅州大埔冲刺二,11)不同生物的DNA的提取方法有所不同,DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
A.破碎细胞在冷冻条件下进行,可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管,用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时,需用2mol·L-1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
答案 D
3.(2024届河源开学考,11)组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶,将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解,从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物,并迅速失去活性。科学家对其进行改造,以增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是( )
A.改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现
B.改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体
C.需根据t-PA氨基酸序列合成出相应的基因
D.利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在
答案 B
4.（新情境）(2024届佛山南海摸底,16)如图1表示某DNA片段及限制酶酶切位点,用限制酶XhoⅠ和SalⅠ分别处理该DNA片段后,酶切产物电泳分离的结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.不同的限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同
B.限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同
C.泳道①②分别是限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ处理得到的产物
D.用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段,可得到6种电泳产物
答案 C
5.（新情境）(2024届江门联考,12)将水稻耐盐碱基因OsMYB56导入不耐盐碱水稻品种吉粳88中,培育耐盐碱水稻新品种。如图PCR扩增OsMYB56时需要添加引物,应选用的引物组合为( )
A.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TCTGTTGAAT—3'
B.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TAAGTTGTCT—3'
C.5'—ATTCAACAGA—3'和5'—ATCATCCAAG—3'
D.5'—ATTCAACAGA—3'和5—GAACCTACTA—3'
答案 A
6.(2023广州一模,13)为使玉米获得抗除草剂性状,科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌,会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是( )
A.T-DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上
B.利用物质K和抗生素进行筛选1,可获得农杆菌的蓝色菌落
C.利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株
D.愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程中,需要添加植物激素
答案 B
二、非选择题
7.(2023茂名高州一模,21)如图表示某种绿色荧光蛋白基因表达载体的构建过程,绿色荧光蛋白基因有720个碱基对(bp),质粒有5369个碱基对(bp)。请据图回答问题:
(1)质粒中“氨苄青霉素抗性基因”的作用是 。研究发现复制原点处的A和T特别多,有利于DNA复制时 过程的发生。
(2)限制酶BamHⅠ的识别序列和酶切位点是G↓GATCC,该酶酶切形成的黏性末端是 。过程③所需的工具酶是 。
(3)已知图中质粒经BamHⅠ、HindⅢ双酶切后进行电泳,出现了一条长度为5300bp的DNA条带,则重组质粒是长度为 的DNA片段条带。
(4)过程①用两种限制酶切割质粒,与单一酶切相比,其优势有 。过程②通过PCR技术实现,进行PCR时,需要在两种引物的 端分别添加BamHⅠ和HindⅢ的识别序列。
(5)将重组质粒导入大肠杆菌前,要用CaCl2处理大肠杆菌,其目的是 ;进行筛选时,大肠杆菌培养基中除需要加入水、无机盐、碳源、氮源、琼脂等物质外,还要分别添加 。
答案 (1)便于筛选导入目的基因的受体细胞 解旋
(2) DNA连接酶 (3)6020bp (4)可以避免目的基因自身环化;可使目的基因定向插入载体中 5' (5)使大肠杆菌处于容易吸收DNA的状态 四环素、氨苄青霉素
限时拔高练2
一、选择题
1.(2023深圳二模,7)我国科学家在基因组编辑这个新兴领域创造了多项世界第一,该技术能对基因进行定点“修改”,以改变目的基因的序列和功能。在应用该技术时也要特别注意防范风险。下列关于基因组编辑技术的叙述错误的是( )
A.可以让某个基因失效
B.可以应用于治疗癌症
C.可以修复已突变基因
D.应用于任何基因修改
答案 D
2.（新教材）(2023梅州联考,12)PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键,5'端无严格限制,可用于添加限制酶切点等序列,dNTP(四种脱氧核苷三磷酸)是DNA合成的原料。下列相关说法错误的是( )
A.图示环节所需的温度比上一个环节的低
B.dNTP作为扩增的原料会依次连接到3'端
C.TaqDNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成
D.经过1个循环后,获得的子代DNA的双链中脱氧核苷酸数量相同
答案 D
3.(2024届广东四校一联,15)人葡萄糖脑苷脂酶(hGC)缺乏症是一种常染色体隐性遗传病,患者因缺乏hGC基因而不能合成hGC,导致脾脏肿大、梗死和破裂,所以通常活不过10岁。传统的治疗方法是从人的胎盘中提取hGC后注入人体,治疗价格十分昂贵。科学家现已将hGC基因通过农杆菌转化法成功转入烟草中,并高效表达,其过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.转化是指将hGC基因导入烟草细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
B.过程③一般采用显微注射法将农杆菌导入烟草细胞
C.从含重组Ti质粒的农杆菌中获取hGC基因的表达产物可直接用于疾病治疗
D.从愈伤组织中提取蛋白质作为抗原进行抗原—抗体杂交检测hGC基因是否转录
答案 A
4.（新情境）(2023湛江二模,6)红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白,可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限,某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器,使其能合成EPO。下列有关叙述错误的是( )
A.构建表达载体时需将EPO基因插入乳腺蛋白基因的启动子的上游
B.一般情况下,该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达
C.可用显微注射技术将含有EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中
D.用PCR扩增人EPO基因,需要一段已知的EPO基因核苷酸序列
答案 A
5.（新思维）(2024届广州执信中学月考,14)研究人员将大麦细胞的LTP1基因导入酵母中,让酵母产生LTP1蛋白。如图为该实验过程的部分流程。下列说法正确的是( )
A.运用PCR扩增LTP1基因时,应选择图1的A和D作为引物
B.为方便构建重组质粒,可在引物的5'端添加限制酶的识别序列
C.如图中为了筛选导入重组质粒的啤酒酵母,只需配制含青霉素的培养基
D.为了让大麦的基因在酵母中表达,需要在目的基因两侧添加大麦的启动子和终止子
答案 B
6.（新情境）(2024届佛山一中月考,11)噬菌体展示技术是将编码某蛋白质的基因导入噬菌体的DNA中,使该外源基因随噬菌体外壳蛋白表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。以下对该技术分析正确的是( )
A.噬菌体展示技术的遗传学原理是基因突变
B.构建目的基因表达载体时需使用限制酶和DNA酶
C.需用营养成分齐全的培养基扩大培养噬菌体
D.可利用抗原—抗体杂交技术筛选目标蛋白
答案 D
二、非选择题
7.(2024届湛江调研,19)利用转基因技术进行作物品种改良已成为一种全新的育种途径。玉米(2n=20)为雌雄同株异花植物,科研人员利用转基因技术将Bt毒蛋白基因(1.8kb)导入玉米中,获得具有抗虫性状的转基因玉米,相关流程如图1。
请回答下列问题:
(1)构建重组质粒需要用到的工具酶是 。
(2)随机选取4株玉米(编号3~6),通过PCR等技术检测Bt基因是否成功导入玉米植株中,PCR产物经电泳后结果如图2。由图可知,设置1组的作用是 。3~6号玉米中,成功转入Bt基因的玉米是 (填编号)。
(3)为研究Bt基因在转基因玉米后代的遗传稳定性,科研人员做了如下实验:取成功导入Bt基因的转基因玉米甲自交,通过PCR等技术检测子一代玉米中是否存在Bt基因,电泳结果显示:18株玉米的PCR产物经电泳后有条带(阳性个体,与图2中的2号相同),6株玉米的PCR产物经电泳后无条带(阴性个体,与图2中的6号相同)。为了获得能稳定遗传的转Bt基因玉米,应将 ,从中选择后代均为阳性个体的玉米。
(4)研究发现,能稳定遗传的转Bt基因玉米连续自交,后代有少部分玉米没有表现出抗虫性状。有人认为是Bt基因发生了甲基化,抑制了Bt基因的表达,也有人认为是转基因植株在遗传过程中丢失了Bt基因。请你利用PCR技术,设计实验确定哪种说法正确。请写出你的实验思路和预期结果及结论。
答案 (1)限制酶和DNA连接酶 (2)作为对照组,说明非转基因玉米中无Bt基因 3、4、5 (3)18株PCR产物经电泳后有条带(阳性个体)的玉米植株自交 (4)实验思路:以未表现出抗虫性状的玉米植株的DNA为模板,根据Bt基因序列设计引物,利用PCR技术扩增Bt基因,检测是否存在扩增产物。预期结果及结论:如存在扩增产物,说明Bt基因发生了甲基化,如不存在扩增产物,说明Bt基因在遗传过程中发生了丢失。
考法综合练
1.（新情境）(2023广东二模,12)二倍体马铃薯受核糖核酸酶基因(S-RNase基因)影响,普遍存在自交不亲和的现象——自交不产生种子。我国科研人员通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了马铃薯的S-RNase基因,获得自交亲和的二倍体马铃薯。图示该技术的原理:由一条单链向导RNA引导内切核酸酶Cas9蛋白到一个特定的基因位点进行切割。下列叙述错误的是( )
A.向导RNA和S-RNase基因识别结合的碱基互补配对方式与目标DNA双链中的碱基互补配对方式相同
B.Cas9蛋白可催化磷酸二酯键水解,剪切特定DNA片段
C.可让马铃薯自交看能否产生种子,从个体水平上检测该基因编辑技术是否成功
D.向导RNA的序列越短,该基因编辑技术在编辑对象时出错的概率就越高
答案 A
2.(2023广州黄埔三模,16)由于某目的基因酶切后的末端为平末端,载体E只有产生黏性末端的酶切位点,需借助中间载体P将目的基因接入载体E。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.通过PCR扩增获取目的基因是基因工程的核心工作
B.为了便于该目的基因接入载体E,可用限制酶EcoRⅤ或SmaⅠ切割载体P
C.载体P只能作为中间载体,是因为其没有表达该目的基因的启动子与终止子
D.若受体细胞表现出抗性基因的相应性状,表明重组载体成功导入受体细胞
答案 C
3.（新思维）(2024届广东一调,16)为研究水稻D基因的功能,研究者将T-DNA插入D基因中,致使该基因失活,失活后基因记为d。为验证F2植株基因型(DD、Dd、dd),研究者根据D基因、T-DNA的序列设计了3种引物。随机选取F2植株若干,提取各植株的总DNA,分别用引物“Ⅰ+Ⅲ”组合(A组)及“Ⅱ+Ⅲ”组合(B组)进行PCR扩增,检测是否能扩增(完整的T-DNA过大,不能完成PCR扩增)。下列叙述错误的是( )
A.引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
B.PCR扩增需要2种引物,确保特异地复制处于两个引物之间的DNA序列
C.若A组进行PCR可完成扩增,B组不能,则相应植株的基因型是DD
D.若A、B组进行PCR均可完成扩增,则相应植株的基因型是Dd
答案 C
4.(2024届福建泉州质检,13)DNA分子杂交技术的原理是当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时,互补的碱基序列就会结合在一起,形成杂合双链区;在没有互补碱基序列的部位,仍然是两条游离的单链,如图所示。关于DNA分子杂交技术的应用,下列叙述正确的是( )
A.杂合双链区的一条链的序列是5'-GAT-ACC-3',那么另一条链的序列是5'-CTATGG-3'
B.该技术可用来比较不同物种DNA分子的差异,以分析生物亲缘关系的远近
C.通过设计一种DNA引物与DNA的其中一条链结合,经PCR技术可大量扩增目的基因
D.通过设计含有目的基因片段的DNA探针,可检测特定细胞中是否合成了目的RNA
答案 B
5.（新情境）(2024届湖北武汉调研,18)如图是蛋白质工程中改造目的基因的一种技术路线。S1核酸酶可以去除双链DNA突出的单链区;外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3'末端逐个水解单核苷酸,可以产生不同长度的5'突出末端。下列叙述错误的是( )
A.步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段
B.步骤二、三分别使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C.步骤四宜选用T4DNA连接酶处理DNA片段
D.质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种
答案 B
6.（新思维）(2023湛江一模,21)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质,将甜蛋白基因导入番茄可提高番茄甜味,改善果实品质,获得超甜植株。如图是甜蛋白基因和Ti质粒上限制酶切位点示意图。回答下列相关问题:
(1)利用转基因技术获得超甜番茄的核心步骤是 ,该过程需要选择图中的 限制酶切割甜蛋白基因。
(2)Ti质粒上的启动子是 识别和结合的位点,为了保证甜蛋白基因能够在番茄细胞中表达,应将Ti质粒上的启动子替换为 。
(3)农杆菌转化番茄细胞时,T-DNA的作用是 ,该过程发生的变异类型为 。然后在添加 的培养基中培养番茄细胞,筛选转化成功的愈伤组织。
(4)若得到的超甜番茄体细胞中导入的是2个甜蛋白基因,则让其自交,若子代表型及比例为 ,说明2个甜蛋白基因插入到了两对同源染色体上(含有1个和2个甜蛋白基因的番茄甜味相同)。
答案 (1)基因表达载体的构建 XbaⅠ和HindⅢ (2)RNA聚合酶 番茄细胞中能表达的基因的启动子 (3)携带目的基因进入受体细胞并将其整合到受体细胞的染色体DNA上 基因重组 卡那霉素 (4)超甜番茄∶普通番茄=15∶1
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2025广东版新教材生物学高考第一轮
专题22 基因工程
五年高考
考点1 重组DNA技术的基本工具
1.(2023新课标,6,6分)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具,将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接,以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )
A.质粒和目的基因都用酶3切割,用E.coliDNA连接酶连接
B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4DNA连接酶连接
C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4DNA连接酶连接
D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.coliDNA连接酶连接
2.(2021湖北,7,2分)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为( )
A.6 B.250 C.4000 D.24000
考点2 DNA的粗提取与鉴定、PCR扩增与电泳鉴定
3.(2023广东,11,2分)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
4.(2023福建,4,2分)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作,下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中,PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中,将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳,加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中,取洋葱研磨液的上清液,加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中,将白色丝状物直接加入二苯胺试剂中并进行沸水浴,用于鉴定DNA
5.（热点透）(2022辽宁,12,2分)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是( )
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
6.(2021湖北,16,2分)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是( )
A.增加模板DNA的量
B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间
D.提高复性的温度
7.(2021全国甲,38,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是 (用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是 。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、 三步, 其中复性的结果是
。
(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与 特异性结合。
(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是指 。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
考点3 基因工程的基本操作程序
8.(2023湖北,4,2分)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同
B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因
C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否
D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
9.(2023辽宁,8,2分)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
10.（新情境）(2022广东,22,12分)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对 ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是 ,终止子的作用是 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了 ,体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于 ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
11.(2023河北,22,15分)单细胞硅藻具有生产生物柴油的潜在价值。研究者将硅藻脂质合成相关的苹果酸酶(ME)基因构建到超表达载体,转入硅藻细胞,以期获得高产生物柴油的硅藻品系。
回答下列问题:
(1)根据DNA和蛋白质在特定浓度乙醇溶液中的 差异获得硅藻粗提DNA,PCR扩增得到目的基因。
(2)超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基因、 和 等。本研究中目的基因为 。
(3)PCR扩增时引物通过 原则与模板特异性结合。根据表达载体序列设计了图1所示的两条引物,对非转基因硅藻品系A和转ME基因硅藻候选品系B进行PCR检测,扩增产物电泳结果见图2。其中,样品1为本实验的 组,样品2有特异性扩增产物,结果表明 。
(4)利用单细胞硅藻生产生物柴油的影响因素包括胞内脂质含量和繁殖速率等。图3为硅藻胞内脂质含量检测结果。据图分析,相对于品系A,品系B的胞内脂质含量平均水平明显 。同时,还需测定 以比较在相同发酵条件下品系A与B的繁殖速率。
(5)胞内脂质合成需要大量ATP。ME催化苹果酸氧化脱羧反应产生NADH。研究表明,品系B线粒体中ME含量显著高于品系A。据此分析,ME基因超表达使线粒体中NADH水平升高, ,最终促进胞内脂质合成。
(6)相对于大豆和油菜等油料作物,利用海生硅藻进行生物柴油生产的优势之处为 。(答出两点即可)
12.（新思维）(2022河北,24节选,13分)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPin1A)的基因单独或共同转化棉花,获得了转基因植株。
回答下列问题:
(1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是 。
(2) 是实施基因工程的核心。
(3)利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入质粒的 上。
(4)为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译,可采用的检测技术有 (写出两点即可)。
(5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后,还需进一步做抗虫的 以鉴定其抗性程度。图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果,据结果分析 (填“NaPI”或“StPin1A”或“NaPI+StPin1A”)转基因棉花的抗虫效果最佳,其原因是 。
13.(2021全国乙,38,15分)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)的切割位点如图所示。
回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4(T4)DNA连接酶。图中 酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。图中 酶切割后的DNA片段可以用T4(T4)DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是 。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指 。
14.（新情境）(2021河北,24节选,14分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是 。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是 。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是 。
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对Cd具有更强的 (填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是 。
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于 (写出两点即可)。
15.（新情境）(2021辽宁,24,10分)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9kb(1kb=1000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题:
(1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经 过程得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增目的基因。
(2)图1为所用载体图谱示意图,图中限制酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入 和 两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用 (填“E.coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”)。
相关限制酶的识别序列及切割位点
名称 识别序列及 切割位点 名称 识别序列及 切割位点
HindⅢ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ EcoRⅠ ↓ GAATTC CTTAAG ↑
PvuⅡ ↓ CAGCTG GTCGAC ↑ PstⅠ ↓ CTGCAG GACGTC ↑
KpnⅠ ↓ GGTACC CCATGG ↑ BamHⅠ ↓ GGATCC CCTAGG ↑
注:箭头表示切割位点
(3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于 的生理状态,以提高转化效率。
(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养,随机挑取单菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用(2)中选用的两种限制酶进行酶切,酶切产物经电泳分离,结果如图2, 号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。
注:M为指示分子大小的标准参照物;小于0.2kb的DNA分子条带未出现在图中。
(5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中,培养24小时后,检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量,统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的 (填“G1”或“S”或“G2/M”)期。
考点4 基因工程的应用及蛋白质工程
16.(2021辽宁,14,2分)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是( )
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
17.（新思维）(2023广东,20,14分)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n=10)进行诱变,筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序,发现野生型DA1基因发生一个碱基G到A的替换,突变后的基因为隐性基因,据此推测突变体的表型与其有关,开展相关实验。
回答下列问题:
(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株,若突变体表型确由该突变造成,则转基因植株的种子大小应与 植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DA1基因,用限制性核酸内切酶对PCR产物和 进行切割,用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DA1基因可以正常表达,其上下游序列需具备 。
(3)转化后,T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下,选出单一位点插入的植株,并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(图1),用于后续验证突变基因与表型的关系。
①农杆菌转化T0植株并自交,将T1种子播种在选择培养基上,能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了 。
②T1阳性植株自交所得的T2种子按单株收种并播种于选择培养基,选择阳性率约 %的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2阳性植株 (填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3种子按单株收种并播种于选择培养基,阳性率达到 %的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。
为便于在后续研究中检测该突变,研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段,再使用限制性核酸内切酶X切割产物,通过核酸电泳即可进行突变检测,相关信息见图2,在电泳图3中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
18.(2021广东,22,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有 。(答出两种即可)
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有 。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备 细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有 。
(4)依图中所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是 。在分子水平上,可以通过改变 ,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
19.(2023海南,20,13分)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一,我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut-Dip-Budding,简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
回答下列问题。
(1)图1中,从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ;从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ,该过程还需要光照,其作用是 。
(2)图1中的愈伤组织,若不经过共培养环节,直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中,含有外源基因的转化植株A若用于生产种子,其包装需标注 。
(3)图1与图2中,农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因),利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B,长出毛状根,成功获得转化植株B。据此分析,从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ,图2中,鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ,依据是 。
(5)与常规转化法相比,采用CDB法进行基因递送的优点是 (答出2点即可)。
20.(2023辽宁,25,11分)天然β-淀粉酶大多耐热性差,不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因,并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌,最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题:
(1)上述过程属于 工程。
(2)PCR中使用的聚合酶属于 (填写编号)。
①以DNA为模板的RNA聚合酶
②以RNA为模板的RNA聚合酶
③以DNA为模板的DNA聚合酶
④以RNA为模板的DNA聚合酶
(3)某天然β-淀粉酶由484个氨基酸构成,研究发现,将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺,耐热性明显提升。在图1所示的β-淀粉酶基因改造方案中,含已替换碱基的引物是 (填写编号)。
(4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达,由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外,基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和 。
(5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位点)全长为1.5kb,将其插入BamHⅠ位点。用EcoRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA,经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度,这一操作的目的是 。正确连接的基因表达载体被EcoRⅠ酶切后长度为 kb。
(6)采用PCR还能在分子水平上确定目的基因是否转录,根据中心法则,可通过 反应获得PCR的模板。
21.(2022湖南,22,15分)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题:
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是 ,物质b是 。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是 。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有 、 和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是 。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的 (填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是 。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路 。
22.（新思维）(2021天津,16,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。如图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑 和 。
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有 ,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列 (能/不能)在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在 的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是 (单选)。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届湛江摸底,11)基因工程中,获取目的基因的方法有很多种,如直接利用PCR选择性地扩增目的基因。下列关于目的基因的扩增及电泳鉴定的叙述正确的是( )
A.变性:利用高温破坏氢键将目的基因的两条链解开
B.复性:降低温度使目的基因的DNA恢复双螺旋结构
C.延伸:在DNA聚合酶的作用下将4种核苷酸加到引物的5'端
D.鉴定:DNA呈指数扩增,PCR产物不经染色可用紫外光检测
2.(2023梅州大埔冲刺二,11)不同生物的DNA的提取方法有所不同,DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
A.破碎细胞在冷冻条件下进行,可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管,用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时,需用2mol·L-1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
3.(2024届河源开学考,11)组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶,将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解,从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物,并迅速失去活性。科学家对其进行改造,以增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是( )
A.改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现
B.改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体
C.需根据t-PA氨基酸序列合成出相应的基因
D.利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在
4.（新情境）(2024届佛山南海摸底,16)如图1表示某DNA片段及限制酶酶切位点,用限制酶XhoⅠ和SalⅠ分别处理该DNA片段后,酶切产物电泳分离的结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.不同的限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同
B.限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同
C.泳道①②分别是限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ处理得到的产物
D.用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段,可得到6种电泳产物
5.（新情境）(2024届江门联考,12)将水稻耐盐碱基因OsMYB56导入不耐盐碱水稻品种吉粳88中,培育耐盐碱水稻新品种。如图PCR扩增OsMYB56时需要添加引物,应选用的引物组合为( )
A.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TCTGTTGAAT—3'
B.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TAAGTTGTCT—3'
C.5'—ATTCAACAGA—3'和5'—ATCATCCAAG—3'
D.5'—ATTCAACAGA—3'和5—GAACCTACTA—3'
6.(2023广州一模,13)为使玉米获得抗除草剂性状,科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌,会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是( )
A.T-DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上
B.利用物质K和抗生素进行筛选1,可获得农杆菌的蓝色菌落
C.利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株
D.愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程中,需要添加植物激素
二、非选择题
7.(2023茂名高州一模,21)如图表示某种绿色荧光蛋白基因表达载体的构建过程,绿色荧光蛋白基因有720个碱基对(bp),质粒有5369个碱基对(bp)。请据图回答问题:
(1)质粒中“氨苄青霉素抗性基因”的作用是 。研究发现复制原点处的A和T特别多,有利于DNA复制时 过程的发生。
(2)限制酶BamHⅠ的识别序列和酶切位点是G↓GATCC,该酶酶切形成的黏性末端是 。过程③所需的工具酶是 。
(3)已知图中质粒经BamHⅠ、HindⅢ双酶切后进行电泳,出现了一条长度为5300bp的DNA条带,则重组质粒是长度为 的DNA片段条带。
(4)过程①用两种限制酶切割质粒,与单一酶切相比,其优势有 。过程②通过PCR技术实现,进行PCR时,需要在两种引物的 端分别添加BamHⅠ和HindⅢ的识别序列。
(5)将重组质粒导入大肠杆菌前,要用CaCl2处理大肠杆菌,其目的是 ;进行筛选时,大肠杆菌培养基中除需要加入水、无机盐、碳源、氮源、琼脂等物质外,还要分别添加 。
限时拔高练2
一、选择题
1.(2023深圳二模,7)我国科学家在基因组编辑这个新兴领域创造了多项世界第一,该技术能对基因进行定点“修改”,以改变目的基因的序列和功能。在应用该技术时也要特别注意防范风险。下列关于基因组编辑技术的叙述错误的是( )
A.可以让某个基因失效
B.可以应用于治疗癌症
C.可以修复已突变基因
D.应用于任何基因修改
2.（新教材）(2023梅州联考,12)PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键,5'端无严格限制,可用于添加限制酶切点等序列,dNTP(四种脱氧核苷三磷酸)是DNA合成的原料。下列相关说法错误的是( )
A.图示环节所需的温度比上一个环节的低
B.dNTP作为扩增的原料会依次连接到3'端
C.TaqDNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成
D.经过1个循环后,获得的子代DNA的双链中脱氧核苷酸数量相同
3.(2024届广东四校一联,15)人葡萄糖脑苷脂酶(hGC)缺乏症是一种常染色体隐性遗传病,患者因缺乏hGC基因而不能合成hGC,导致脾脏肿大、梗死和破裂,所以通常活不过10岁。传统的治疗方法是从人的胎盘中提取hGC后注入人体,治疗价格十分昂贵。科学家现已将hGC基因通过农杆菌转化法成功转入烟草中,并高效表达,其过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.转化是指将hGC基因导入烟草细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
B.过程③一般采用显微注射法将农杆菌导入烟草细胞
C.从含重组Ti质粒的农杆菌中获取hGC基因的表达产物可直接用于疾病治疗
D.从愈伤组织中提取蛋白质作为抗原进行抗原—抗体杂交检测hGC基因是否转录
4.（新情境）(2023湛江二模,6)红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白,可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限,某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器,使其能合成EPO。下列有关叙述错误的是( )
A.构建表达载体时需将EPO基因插入乳腺蛋白基因的启动子的上游
B.一般情况下,该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达
C.可用显微注射技术将含有EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中
D.用PCR扩增人EPO基因,需要一段已知的EPO基因核苷酸序列
5.（新思维）(2024届广州执信中学月考,14)研究人员将大麦细胞的LTP1基因导入酵母中,让酵母产生LTP1蛋白。如图为该实验过程的部分流程。下列说法正确的是( )
A.运用PCR扩增LTP1基因时,应选择图1的A和D作为引物
B.为方便构建重组质粒,可在引物的5'端添加限制酶的识别序列
C.如图中为了筛选导入重组质粒的啤酒酵母,只需配制含青霉素的培养基
D.为了让大麦的基因在酵母中表达,需要在目的基因两侧添加大麦的启动子和终止子
6.（新情境）(2024届佛山一中月考,11)噬菌体展示技术是将编码某蛋白质的基因导入噬菌体的DNA中,使该外源基因随噬菌体外壳蛋白表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。以下对该技术分析正确的是( )
A.噬菌体展示技术的遗传学原理是基因突变
B.构建目的基因表达载体时需使用限制酶和DNA酶
C.需用营养成分齐全的培养基扩大培养噬菌体
D.可利用抗原—抗体杂交技术筛选目标蛋白
二、非选择题
7.(2024届湛江调研,19)利用转基因技术进行作物品种改良已成为一种全新的育种途径。玉米(2n=20)为雌雄同株异花植物,科研人员利用转基因技术将Bt毒蛋白基因(1.8kb)导入玉米中,获得具有抗虫性状的转基因玉米,相关流程如图1。
请回答下列问题:
(1)构建重组质粒需要用到的工具酶是 。
(2)随机选取4株玉米(编号3~6),通过PCR等技术检测Bt基因是否成功导入玉米植株中,PCR产物经电泳后结果如图2。由图可知,设置1组的作用是 。3~6号玉米中,成功转入Bt基因的玉米是 (填编号)。
(3)为研究Bt基因在转基因玉米后代的遗传稳定性,科研人员做了如下实验:取成功导入Bt基因的转基因玉米甲自交,通过PCR等技术检测子一代玉米中是否存在Bt基因,电泳结果显示:18株玉米的PCR产物经电泳后有条带(阳性个体,与图2中的2号相同),6株玉米的PCR产物经电泳后无条带(阴性个体,与图2中的6号相同)。为了获得能稳定遗传的转Bt基因玉米,应将 ,从中选择后代均为阳性个体的玉米。
(4)研究发现,能稳定遗传的转Bt基因玉米连续自交,后代有少部分玉米没有表现出抗虫性状。有人认为是Bt基因发生了甲基化,抑制了Bt基因的表达,也有人认为是转基因植株在遗传过程中丢失了Bt基因。请你利用PCR技术,设计实验确定哪种说法正确。请写出你的实验思路和预期结果及结论。
考法综合练
1.（新情境）(2023广东二模,12)二倍体马铃薯受核糖核酸酶基因(S-RNase基因)影响,普遍存在自交不亲和的现象——自交不产生种子。我国科研人员通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了马铃薯的S-RNase基因,获得自交亲和的二倍体马铃薯。图示该技术的原理:由一条单链向导RNA引导内切核酸酶Cas9蛋白到一个特定的基因位点进行切割。下列叙述错误的是( )
A.向导RNA和S-RNase基因识别结合的碱基互补配对方式与目标DNA双链中的碱基互补配对方式相同
B.Cas9蛋白可催化磷酸二酯键水解,剪切特定DNA片段
C.可让马铃薯自交看能否产生种子,从个体水平上检测该基因编辑技术是否成功
D.向导RNA的序列越短,该基因编辑技术在编辑对象时出错的概率就越高
2.(2023广州黄埔三模,16)由于某目的基因酶切后的末端为平末端,载体E只有产生黏性末端的酶切位点,需借助中间载体P将目的基因接入载体E。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.通过PCR扩增获取目的基因是基因工程的核心工作
B.为了便于该目的基因接入载体E,可用限制酶EcoRⅤ或SmaⅠ切割载体P
C.载体P只能作为中间载体,是因为其没有表达该目的基因的启动子与终止子
D.若受体细胞表现出抗性基因的相应性状,表明重组载体成功导入受体细胞
3.（新思维）(2024届广东一调,16)为研究水稻D基因的功能,研究者将T-DNA插入D基因中,致使该基因失活,失活后基因记为d。为验证F2植株基因型(DD、Dd、dd),研究者根据D基因、T-DNA的序列设计了3种引物。随机选取F2植株若干,提取各植株的总DNA,分别用引物“Ⅰ+Ⅲ”组合(A组)及“Ⅱ+Ⅲ”组合(B组)进行PCR扩增,检测是否能扩增(完整的T-DNA过大,不能完成PCR扩增)。下列叙述错误的是( )
A.引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
B.PCR扩增需要2种引物,确保特异地复制处于两个引物之间的DNA序列
C.若A组进行PCR可完成扩增,B组不能,则相应植株的基因型是DD
D.若A、B组进行PCR均可完成扩增,则相应植株的基因型是Dd
4.(2024届福建泉州质检,13)DNA分子杂交技术的原理是当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时,互补的碱基序列就会结合在一起,形成杂合双链区;在没有互补碱基序列的部位,仍然是两条游离的单链,如图所示。关于DNA分子杂交技术的应用,下列叙述正确的是( )
A.杂合双链区的一条链的序列是5'-GAT-ACC-3',那么另一条链的序列是5'-CTATGG-3'
B.该技术可用来比较不同物种DNA分子的差异,以分析生物亲缘关系的远近
C.通过设计一种DNA引物与DNA的其中一条链结合,经PCR技术可大量扩增目的基因
D.通过设计含有目的基因片段的DNA探针,可检测特定细胞中是否合成了目的RNA
5.（新情境）(2024届湖北武汉调研,18)如图是蛋白质工程中改造目的基因的一种技术路线。S1核酸酶可以去除双链DNA突出的单链区;外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3'末端逐个水解单核苷酸,可以产生不同长度的5'突出末端。下列叙述错误的是( )
A.步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段
B.步骤二、三分别使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C.步骤四宜选用T4DNA连接酶处理DNA片段
D.质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种
6.（新思维）(2023湛江一模,21)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质,将甜蛋白基因导入番茄可提高番茄甜味,改善果实品质,获得超甜植株。如图是甜蛋白基因和Ti质粒上限制酶切位点示意图。回答下列相关问题:
(1)利用转基因技术获得超甜番茄的核心步骤是 ,该过程需要选择图中的 限制酶切割甜蛋白基因。
(2)Ti质粒上的启动子是 识别和结合的位点,为了保证甜蛋白基因能够在番茄细胞中表达,应将Ti质粒上的启动子替换为 。
(3)农杆菌转化番茄细胞时,T-DNA的作用是 ,该过程发生的变异类型为 。然后在添加 的培养基中培养番茄细胞,筛选转化成功的愈伤组织。
(4)若得到的超甜番茄体细胞中导入的是2个甜蛋白基因,则让其自交,若子代表型及比例为 ,说明2个甜蛋白基因插入到了两对同源染色体上(含有1个和2个甜蛋白基因的番茄甜味相同)。
专题22 基因工程
五年高考
考点1 重组DNA技术的基本工具
1.(2023新课标,6,6分)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具,将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接,以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )
A.质粒和目的基因都用酶3切割,用E.coliDNA连接酶连接
B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割,用T4DNA连接酶连接
C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割,用T4DNA连接酶连接
D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割,用E.coliDNA连接酶连接
答案 C
2.(2021湖北,7,2分)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为( )
A.6 B.250 C.4000 D.24000
答案 C
考点2 DNA的粗提取与鉴定、PCR扩增与电泳鉴定
3.(2023广东,11,2分)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是( )
A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质
B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等
C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度
D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色
答案 D
4.(2023福建,4,2分)关于“DNA片段的扩增及电泳鉴定”(实验Ⅰ)和“DNA的粗提取与鉴定”(实验Ⅱ)的实验操作,下列相关叙述正确的是( )
A.实验Ⅰ中,PCR实验所需的移液器、枪头、蒸馏水等必须进行高压灭菌处理
B.实验Ⅰ中,将扩增得到的PCR产物进行凝胶电泳,加样前应先接通电源
C.实验Ⅱ中,取洋葱研磨液的上清液,加入等体积冷酒精后析出粗提取的DNA
D.实验Ⅱ中,将白色丝状物直接加入二苯胺试剂中并进行沸水浴,用于鉴定DNA
答案 C
5.（热点透）(2022辽宁,12,2分)抗虫和耐除草剂玉米双抗12-5是我国自主研发的转基因品种。为给监管转基因生物安全提供依据,采用PCR方法进行目的基因监测,反应程序如图所示。下列叙述正确的是( )
A.预变性过程可促进模板DNA边解旋边复制
B.后延伸过程可使目的基因的扩增更加充分
C.延伸过程无需引物参与即可完成半保留复制
D.转基因品种经检测含有目的基因后即可上市
答案 B
6.(2021湖北,16,2分)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是( )
A.增加模板DNA的量
B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间
D.提高复性的温度
答案 D
7.(2021全国甲,38,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是 (用数字序号表示)。
(2)操作③中使用的酶是 。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、 三步, 其中复性的结果是
。
(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与 特异性结合。
(4)PCR(聚合酶链式反应)技术是指 。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。
答案 (1)④②③① (2)DNA聚合酶 延伸 引物通过碱基互补配对与单链DNA结合 (3)病原菌DNA (4)在生物体外大量快速扩增特定DNA片段的技术
考点3 基因工程的基本操作程序
8.(2023湖北,4,2分)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同
B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因
C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否
D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落
答案 D
9.(2023辽宁,8,2分)CD163蛋白是PRRSV(病毒)感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程,将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如图),使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去( )
A.CD163基因中编码起始密码子的序列
B.CD163基因中编码终止密码子的序列
C.RFP基因中编码起始密码子的序列
D.RFP基因中编码终止密码子的序列
答案 B
10.（新情境）(2022广东,22,12分)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对 ,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是 ,终止子的作用是 。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是 ,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了 ,体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于 ,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
答案 (1)引物 (2)筛选含有目的基因的受体细胞 提供转录终止的信号 (3)酶蛋白的合成需要大量能量,而厌氧代谢能量不足 (4)工业废弃物的资源化 通过捕获二氧化碳,实现固碳减排
11.(2023河北,22,15分)单细胞硅藻具有生产生物柴油的潜在价值。研究者将硅藻脂质合成相关的苹果酸酶(ME)基因构建到超表达载体,转入硅藻细胞,以期获得高产生物柴油的硅藻品系。
回答下列问题:
(1)根据DNA和蛋白质在特定浓度乙醇溶液中的 差异获得硅藻粗提DNA,PCR扩增得到目的基因。
(2)超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基因、 和 等。本研究中目的基因为 。
(3)PCR扩增时引物通过 原则与模板特异性结合。根据表达载体序列设计了图1所示的两条引物,对非转基因硅藻品系A和转ME基因硅藻候选品系B进行PCR检测,扩增产物电泳结果见图2。其中,样品1为本实验的 组,样品2有特异性扩增产物,结果表明 。
(4)利用单细胞硅藻生产生物柴油的影响因素包括胞内脂质含量和繁殖速率等。图3为硅藻胞内脂质含量检测结果。据图分析,相对于品系A,品系B的胞内脂质含量平均水平明显 。同时,还需测定 以比较在相同发酵条件下品系A与B的繁殖速率。
(5)胞内脂质合成需要大量ATP。ME催化苹果酸氧化脱羧反应产生NADH。研究表明,品系B线粒体中ME含量显著高于品系A。据此分析,ME基因超表达使线粒体中NADH水平升高, ,最终促进胞内脂质合成。
(6)相对于大豆和油菜等油料作物,利用海生硅藻进行生物柴油生产的优势之处为 。(答出两点即可)
答案 (1)溶解度 (2)启动子 终止子(答案“启动子”和“终止子”不分顺序) 苹果酸酶基因(或“ME基因”) (3)碱基互补配对 对照 引物间的载体序列整合到硅藻细胞基因组中(或“ME基因序列整合到硅藻细胞基因组中”) (4)增加 细胞数量 (5)有氧呼吸生成的ATP增多 (6)节约土地资源、不受季节和气候限制(或“节约粮食资源”或“节约淡水”或“能够通过发酵大量生产”)
12.（新思维）(2022河北,24节选,13分)蛋白酶抑制剂基因转化是作物抗虫育种的新途径。某研究团队将胰蛋白酶抑制剂(NaPI)和胰凝乳蛋白酶抑制剂(StPin1A)的基因单独或共同转化棉花,获得了转基因植株。
回答下列问题:
(1)蛋白酶抑制剂的抗虫机制是 。
(2) 是实施基因工程的核心。
(3)利用农杆菌转化法时,必须将目的基因插入质粒的 上。
(4)为检测目的基因在受体细胞基因组中的整合及其转录和翻译,可采用的检测技术有 (写出两点即可)。
(5)确认抗虫基因在受体细胞中稳定表达后,还需进一步做抗虫的 以鉴定其抗性程度。图为三种不同遗传操作产生的转基因棉花抗虫实验结果,据结果分析 (填“NaPI”或“StPin1A”或“NaPI+StPin1A”)转基因棉花的抗虫效果最佳,其原因是 。
答案 (1)抑制害虫胰蛋白酶活性,使害虫不能正常消化食物而达到抗虫的目的 (2)基因表达载体的构建 (3)T-DNA (4)PCR技术、抗原—抗体杂交技术 (5)接种试验 NaPI+StPin1A NaPI+StPin1A的转基因棉花的虫体质量最低且每株棉铃数最多
13.(2021全国乙,38,15分)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)的切割位点如图所示。
回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4(T4)DNA连接酶。图中 酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。图中 酶切割后的DNA片段可以用T4(T4)DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是 。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指 。
答案 (1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ (2)磷酸二酯键 (3)自我复制 限制酶切割位点 将待筛选的宿主细胞接种到含该抗生素的培养基中,能够生长的是含有质粒载体的宿主细胞 (4)RNA聚合酶识别、结合并启动转录的DNA片段
14.（新情境）(2021河北,24节选,14分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是 。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是 。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是 。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是 。
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对Cd具有更强的 (填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的 进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是 。
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于 (写出两点即可)。
答案 (2)限制酶和DNA连接酶 便于重组DNA分子的筛选 (3)农杆菌转化法 防止YCF1基因随花粉扩散,给生态系统带来风险 (4)耐性 叶 (5)转基因杨树液泡膜上的Cd转运蛋白可将细胞质基质中的Cd转运至液泡贮存,降低Cd对细胞代谢的影响 乔木比草本生物量大,与外界物质交换能力强
15.（新情境）(2021辽宁,24,10分)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9kb(1kb=1000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题:
(1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经 过程得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增目的基因。
(2)图1为所用载体图谱示意图,图中限制酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入 和 两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用 (填“E.coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”)。
相关限制酶的识别序列及切割位点
名称 识别序列及 切割位点 名称 识别序列及 切割位点
HindⅢ ↓ AAGCTT TTCGAA ↑ EcoRⅠ ↓ GAATTC CTTAAG ↑
PvuⅡ ↓ CAGCTG GTCGAC ↑ PstⅠ ↓ CTGCAG GACGTC ↑
KpnⅠ ↓ GGTACC CCATGG ↑ BamHⅠ ↓ GGATCC CCTAGG ↑
注:箭头表示切割位点
(3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于 的生理状态,以提高转化效率。
(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养,随机挑取单菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用(2)中选用的两种限制酶进行酶切,酶切产物经电泳分离,结果如图2, 号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。
注:M为指示分子大小的标准参照物;小于0.2kb的DNA分子条带未出现在图中。
(5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中,培养24小时后,检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量,统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的 (填“G1”或“S”或“G2/M”)期。
答案 (1)逆转录 (2)PvuⅡ EcoRⅠ T4DNA连接酶 (3)一种能吸收周围环境中DNA分子 (4)3 (5)G2/M
考点4 基因工程的应用及蛋白质工程
16.(2021辽宁,14,2分)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是( )
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
答案 D
17.（新思维）(2023广东,20,14分)种子大小是作物重要的产量性状。研究者对野生型拟南芥(2n=10)进行诱变,筛选到一株种子增大的突变体。通过遗传分析和测序,发现野生型DA1基因发生一个碱基G到A的替换,突变后的基因为隐性基因,据此推测突变体的表型与其有关,开展相关实验。
回答下列问题:
(1)拟采用农杆菌转化法将野生型DA1基因转入突变体植株,若突变体表型确由该突变造成,则转基因植株的种子大小应与 植株的种子大小相近。
(2)用PCR反应扩增DA1基因,用限制性核酸内切酶对PCR产物和 进行切割,用DNA连接酶将两者连接。为确保插入的DA1基因可以正常表达,其上下游序列需具备 。
(3)转化后,T-DNA(其内部基因在减数分裂时不发生交换)可在基因组单一位点插入也可以同时插入多个位点。在插入片段均遵循基因分离及自由组合定律的前提下,选出单一位点插入的植株,并进一步获得目的基因稳定遗传的植株(图1),用于后续验证突变基因与表型的关系。
①农杆菌转化T0植株并自交,将T1种子播种在选择培养基上,能够萌发并生长的阳性个体即表示其基因组中插入了 。
②T1阳性植株自交所得的T2种子按单株收种并播种于选择培养基,选择阳性率约 %的培养基中幼苗继续培养。
③将②中选出的T2阳性植株 (填“自交”“与野生型杂交”或“与突变体杂交”)所得的T3种子按单株收种并播种于选择培养基,阳性率达到 %的培养基中的幼苗即为目标转基因植株。
为便于在后续研究中检测该突变,研究者利用PCR扩增野生型和突变型基因片段,再使用限制性核酸内切酶X切割产物,通过核酸电泳即可进行突变检测,相关信息见图2,在电泳图3中将酶切结果对应位置的条带涂黑。
答案 (1)野生型 (2)基因表达载体(或质粒,或载体) 启动子、终止子 (3)①T-DNA片段(或DA1基因,或目的基因) ②75 ③自交 100
18.(2021广东,22,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。
回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有 。(答出两种即可)
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有 。(答出两种即可)
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备 细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有 。
(4)依图中所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是 。在分子水平上,可以通过改变 ,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。
答案 (1)从基因文库中获取、用化学方法人工合成 (2)蛋白酶水解法、盐析法、高温变性法 (3)感受态 抗原—抗体杂交 (4)部分酶失活,无法获得肌醇 基因结构
19.(2023海南,20,13分)基因递送是植物遗传改良的重要技术之一,我国多个实验室合作开发了一种新型基因递送系统(切—浸—生芽Cut-Dip-Budding,简称CDB法)。图1与图2分别是利用常规转化法和CDB法在某植物中递送基因的示意图。
回答下列问题。
(1)图1中,从外植体转变成愈伤组织的过程属于 ;从愈伤组织到幼苗的培养过程需要的激素有生长素和 ,该过程还需要光照,其作用是 。
(2)图1中的愈伤组织,若不经过共培养环节,直接诱导培养得到的植株可以保持植株A的 。图1中,含有外源基因的转化植株A若用于生产种子,其包装需标注 。
(3)图1与图2中,农杆菌侵染植物细胞时,可将外源基因递送到植物细胞中的原因是 。
(4)已知某酶(PDS)缺失会导致植株白化。某团队构建了用于敲除PDS基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体(含有绿色荧光蛋白标记基因),利用图2中的CDB法将该重组载体导入植株B,长出毛状根,成功获得转化植株B。据此分析,从毛状根中获得阳性毛状根段的方法是 ,图2中,鉴定导入幼苗中的基因编辑载体是否成功发挥作用的方法是 ,依据是 。
(5)与常规转化法相比,采用CDB法进行基因递送的优点是 (答出2点即可)。
答案 (1)脱分化 细胞分裂素 诱导叶绿素的形成,使幼苗能够进行光合作用 (2)遗传特性 转基因种子 (3)农杆菌细胞内含Ti质粒,当它侵染植物细胞后,能将Ti质粒上的T-DNA转移并整合到受体细胞染色体DNA上 (4)检测毛状根段是否有绿色荧光 植物PDS中靶区域测序(或根据PDS基因的碱基序列设计引物进行PCR扩增) 若导入幼苗的基因编辑载体成功发挥作用,则PDS基因被敲除,靶区域的测序就会出现序列缺失,(或PCR无法扩增出条带) (5)不需要无菌操作、不需要进行植物组织培养、操作简便
20.(2023辽宁,25,11分)天然β-淀粉酶大多耐热性差,不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因,并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌,最终获得耐高温的β-淀粉酶。回答下列问题:
(1)上述过程属于 工程。
(2)PCR中使用的聚合酶属于 (填写编号)。
①以DNA为模板的RNA聚合酶
②以RNA为模板的RNA聚合酶
③以DNA为模板的DNA聚合酶
④以RNA为模板的DNA聚合酶
(3)某天然β-淀粉酶由484个氨基酸构成,研究发现,将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺,耐热性明显提升。在图1所示的β-淀粉酶基因改造方案中,含已替换碱基的引物是 (填写编号)。
(4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达,由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外,基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和 。
(5)目的基因(不含EcoRⅠ酶切位点)全长为1.5kb,将其插入BamHⅠ位点。用EcoRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA,经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度,这一操作的目的是 。正确连接的基因表达载体被EcoRⅠ酶切后长度为 kb。
(6)采用PCR还能在分子水平上确定目的基因是否转录,根据中心法则,可通过 反应获得PCR的模板。
答案 (1)蛋白质 (2)③ (3)①或④ (4)标记基因 (5)通过电泳鉴定目的基因是否插入质粒中 5.7 (6)逆转录
21.(2022湖南,22,15分)水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题:
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是 ,物质b是 。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是 。
(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有 、 和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是 。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的 (填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是 。
(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路 。
答案 (1)多肽链 mRNA mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性 (2)从基因文库中获取 人工合成 DNA半保留复制 (3)种类 酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同 (4)在相同条件下,将蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验,比较三组血液凝固所需时间长短,所需时间越长说明其抗凝血活性越大
22.（新思维）(2021天津,16,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。如图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为 。
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑 和 。
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有 ,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列 (能/不能)在大肠杆菌中高效表达。
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在 的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是 (单选)。
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
答案 (1)细胞质基质 (2)①包含BamHⅠ的识别序列 将GTG改为ATG ②原核生物复制原点 不能 ③缺失尿嘧啶 (3)B
三年模拟
限时拔高练1
一、选择题
1.(2024届湛江摸底,11)基因工程中,获取目的基因的方法有很多种,如直接利用PCR选择性地扩增目的基因。下列关于目的基因的扩增及电泳鉴定的叙述正确的是( )
A.变性:利用高温破坏氢键将目的基因的两条链解开
B.复性:降低温度使目的基因的DNA恢复双螺旋结构
C.延伸:在DNA聚合酶的作用下将4种核苷酸加到引物的5'端
D.鉴定:DNA呈指数扩增,PCR产物不经染色可用紫外光检测
答案 A
2.(2023梅州大埔冲刺二,11)不同生物的DNA的提取方法有所不同,DNA提取的原理和实验流程大致相同(如图所示)。下列说法错误的是( )
A.破碎细胞在冷冻条件下进行,可将组织材料冻裂和降低DNA酶的活性
B.溶于酒精中的可能有某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质
C.DNA粗提取时离心需使用塑料离心管,用二苯胺试剂对离心结果进行鉴定
D.鉴定絮状物中DNA时,需用2mol·L-1NaCl溶液溶解DNA后加入二苯胺试剂直接观察
答案 D
3.(2024届河源开学考,11)组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶,将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解,从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物,并迅速失去活性。科学家对其进行改造,以增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是( )
A.改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现
B.改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体
C.需根据t-PA氨基酸序列合成出相应的基因
D.利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在
答案 B
4.（新情境）(2024届佛山南海摸底,16)如图1表示某DNA片段及限制酶酶切位点,用限制酶XhoⅠ和SalⅠ分别处理该DNA片段后,酶切产物电泳分离的结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.不同的限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同
B.限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同
C.泳道①②分别是限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ处理得到的产物
D.用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段,可得到6种电泳产物
答案 C
5.（新情境）(2024届江门联考,12)将水稻耐盐碱基因OsMYB56导入不耐盐碱水稻品种吉粳88中,培育耐盐碱水稻新品种。如图PCR扩增OsMYB56时需要添加引物,应选用的引物组合为( )
A.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TCTGTTGAAT—3'
B.5'—CTTGGATGAT—3'和5'—TAAGTTGTCT—3'
C.5'—ATTCAACAGA—3'和5'—ATCATCCAAG—3'
D.5'—ATTCAACAGA—3'和5—GAACCTACTA—3'
答案 A
6.(2023广州一模,13)为使玉米获得抗除草剂性状,科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达,其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌,会导致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列叙述错误的是( )
A.T-DNA可将基因G转移并整合到愈伤组织细胞的染色体DNA上
B.利用物质K和抗生素进行筛选1,可获得农杆菌的蓝色菌落
C.利用物质K和除草剂进行筛选2,更易于获得抗除草剂的转基因植株
D.愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程中,需要添加植物激素
答案 B
二、非选择题
7.(2023茂名高州一模,21)如图表示某种绿色荧光蛋白基因表达载体的构建过程,绿色荧光蛋白基因有720个碱基对(bp),质粒有5369个碱基对(bp)。请据图回答问题:
(1)质粒中“氨苄青霉素抗性基因”的作用是 。研究发现复制原点处的A和T特别多,有利于DNA复制时 过程的发生。
(2)限制酶BamHⅠ的识别序列和酶切位点是G↓GATCC,该酶酶切形成的黏性末端是 。过程③所需的工具酶是 。
(3)已知图中质粒经BamHⅠ、HindⅢ双酶切后进行电泳,出现了一条长度为5300bp的DNA条带,则重组质粒是长度为 的DNA片段条带。
(4)过程①用两种限制酶切割质粒,与单一酶切相比,其优势有 。过程②通过PCR技术实现,进行PCR时,需要在两种引物的 端分别添加BamHⅠ和HindⅢ的识别序列。
(5)将重组质粒导入大肠杆菌前,要用CaCl2处理大肠杆菌,其目的是 ;进行筛选时,大肠杆菌培养基中除需要加入水、无机盐、碳源、氮源、琼脂等物质外,还要分别添加 。
答案 (1)便于筛选导入目的基因的受体细胞 解旋
(2) DNA连接酶 (3)6020bp (4)可以避免目的基因自身环化;可使目的基因定向插入载体中 5' (5)使大肠杆菌处于容易吸收DNA的状态 四环素、氨苄青霉素
限时拔高练2
一、选择题
1.(2023深圳二模,7)我国科学家在基因组编辑这个新兴领域创造了多项世界第一,该技术能对基因进行定点“修改”,以改变目的基因的序列和功能。在应用该技术时也要特别注意防范风险。下列关于基因组编辑技术的叙述错误的是( )
A.可以让某个基因失效
B.可以应用于治疗癌症
C.可以修复已突变基因
D.应用于任何基因修改
答案 D
2.（新教材）(2023梅州联考,12)PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键,5'端无严格限制,可用于添加限制酶切点等序列,dNTP(四种脱氧核苷三磷酸)是DNA合成的原料。下列相关说法错误的是( )
A.图示环节所需的温度比上一个环节的低
B.dNTP作为扩增的原料会依次连接到3'端
C.TaqDNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成
D.经过1个循环后,获得的子代DNA的双链中脱氧核苷酸数量相同
答案 D
3.(2024届广东四校一联,15)人葡萄糖脑苷脂酶(hGC)缺乏症是一种常染色体隐性遗传病,患者因缺乏hGC基因而不能合成hGC,导致脾脏肿大、梗死和破裂,所以通常活不过10岁。传统的治疗方法是从人的胎盘中提取hGC后注入人体,治疗价格十分昂贵。科学家现已将hGC基因通过农杆菌转化法成功转入烟草中,并高效表达,其过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.转化是指将hGC基因导入烟草细胞,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程
B.过程③一般采用显微注射法将农杆菌导入烟草细胞
C.从含重组Ti质粒的农杆菌中获取hGC基因的表达产物可直接用于疾病治疗
D.从愈伤组织中提取蛋白质作为抗原进行抗原—抗体杂交检测hGC基因是否转录
答案 A
4.（新情境）(2023湛江二模,6)红细胞生成素(EPO)是人体内促进红细胞生成的一种糖蛋白,可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限,某科研团队采用基因工程培育转基因羊作为乳腺生物反应器,使其能合成EPO。下列有关叙述错误的是( )
A.构建表达载体时需将EPO基因插入乳腺蛋白基因的启动子的上游
B.一般情况下,该转基因羊中的EPO基因只在羊的乳腺细胞中表达
C.可用显微注射技术将含有EPO基因的表达载体导入羊的受精卵中
D.用PCR扩增人EPO基因,需要一段已知的EPO基因核苷酸序列
答案 A
5.（新思维）(2024届广州执信中学月考,14)研究人员将大麦细胞的LTP1基因导入酵母中,让酵母产生LTP1蛋白。如图为该实验过程的部分流程。下列说法正确的是( )
A.运用PCR扩增LTP1基因时,应选择图1的A和D作为引物
B.为方便构建重组质粒,可在引物的5'端添加限制酶的识别序列
C.如图中为了筛选导入重组质粒的啤酒酵母,只需配制含青霉素的培养基
D.为了让大麦的基因在酵母中表达,需要在目的基因两侧添加大麦的启动子和终止子
答案 B
6.（新情境）(2024届佛山一中月考,11)噬菌体展示技术是将编码某蛋白质的基因导入噬菌体的DNA中,使该外源基因随噬菌体外壳蛋白表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。以下对该技术分析正确的是( )
A.噬菌体展示技术的遗传学原理是基因突变
B.构建目的基因表达载体时需使用限制酶和DNA酶
C.需用营养成分齐全的培养基扩大培养噬菌体
D.可利用抗原—抗体杂交技术筛选目标蛋白
答案 D
二、非选择题
7.(2024届湛江调研,19)利用转基因技术进行作物品种改良已成为一种全新的育种途径。玉米(2n=20)为雌雄同株异花植物,科研人员利用转基因技术将Bt毒蛋白基因(1.8kb)导入玉米中,获得具有抗虫性状的转基因玉米,相关流程如图1。
请回答下列问题:
(1)构建重组质粒需要用到的工具酶是 。
(2)随机选取4株玉米(编号3~6),通过PCR等技术检测Bt基因是否成功导入玉米植株中,PCR产物经电泳后结果如图2。由图可知,设置1组的作用是 。3~6号玉米中,成功转入Bt基因的玉米是 (填编号)。
(3)为研究Bt基因在转基因玉米后代的遗传稳定性,科研人员做了如下实验:取成功导入Bt基因的转基因玉米甲自交,通过PCR等技术检测子一代玉米中是否存在Bt基因,电泳结果显示:18株玉米的PCR产物经电泳后有条带(阳性个体,与图2中的2号相同),6株玉米的PCR产物经电泳后无条带(阴性个体,与图2中的6号相同)。为了获得能稳定遗传的转Bt基因玉米,应将 ,从中选择后代均为阳性个体的玉米。
(4)研究发现,能稳定遗传的转Bt基因玉米连续自交,后代有少部分玉米没有表现出抗虫性状。有人认为是Bt基因发生了甲基化,抑制了Bt基因的表达,也有人认为是转基因植株在遗传过程中丢失了Bt基因。请你利用PCR技术,设计实验确定哪种说法正确。请写出你的实验思路和预期结果及结论。
答案 (1)限制酶和DNA连接酶 (2)作为对照组,说明非转基因玉米中无Bt基因 3、4、5 (3)18株PCR产物经电泳后有条带(阳性个体)的玉米植株自交 (4)实验思路:以未表现出抗虫性状的玉米植株的DNA为模板,根据Bt基因序列设计引物,利用PCR技术扩增Bt基因,检测是否存在扩增产物。预期结果及结论:如存在扩增产物,说明Bt基因发生了甲基化,如不存在扩增产物,说明Bt基因在遗传过程中发生了丢失。
考法综合练
1.（新情境）(2023广东二模,12)二倍体马铃薯受核糖核酸酶基因(S-RNase基因)影响,普遍存在自交不亲和的现象——自交不产生种子。我国科研人员通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除了马铃薯的S-RNase基因,获得自交亲和的二倍体马铃薯。图示该技术的原理:由一条单链向导RNA引导内切核酸酶Cas9蛋白到一个特定的基因位点进行切割。下列叙述错误的是( )
A.向导RNA和S-RNase基因识别结合的碱基互补配对方式与目标DNA双链中的碱基互补配对方式相同
B.Cas9蛋白可催化磷酸二酯键水解,剪切特定DNA片段
C.可让马铃薯自交看能否产生种子,从个体水平上检测该基因编辑技术是否成功
D.向导RNA的序列越短,该基因编辑技术在编辑对象时出错的概率就越高
答案 A
2.(2023广州黄埔三模,16)由于某目的基因酶切后的末端为平末端,载体E只有产生黏性末端的酶切位点,需借助中间载体P将目的基因接入载体E。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.通过PCR扩增获取目的基因是基因工程的核心工作
B.为了便于该目的基因接入载体E,可用限制酶EcoRⅤ或SmaⅠ切割载体P
C.载体P只能作为中间载体,是因为其没有表达该目的基因的启动子与终止子
D.若受体细胞表现出抗性基因的相应性状,表明重组载体成功导入受体细胞
答案 C
3.（新思维）(2024届广东一调,16)为研究水稻D基因的功能,研究者将T-DNA插入D基因中,致使该基因失活,失活后基因记为d。为验证F2植株基因型(DD、Dd、dd),研究者根据D基因、T-DNA的序列设计了3种引物。随机选取F2植株若干,提取各植株的总DNA,分别用引物“Ⅰ+Ⅲ”组合(A组)及“Ⅱ+Ⅲ”组合(B组)进行PCR扩增,检测是否能扩增(完整的T-DNA过大,不能完成PCR扩增)。下列叙述错误的是( )
A.引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
B.PCR扩增需要2种引物,确保特异地复制处于两个引物之间的DNA序列
C.若A组进行PCR可完成扩增,B组不能,则相应植株的基因型是DD
D.若A、B组进行PCR均可完成扩增,则相应植株的基因型是Dd
答案 C
4.(2024届福建泉州质检,13)DNA分子杂交技术的原理是当两种生物的DNA单链具有互补的碱基序列时,互补的碱基序列就会结合在一起,形成杂合双链区;在没有互补碱基序列的部位,仍然是两条游离的单链,如图所示。关于DNA分子杂交技术的应用,下列叙述正确的是( )
A.杂合双链区的一条链的序列是5'-GAT-ACC-3',那么另一条链的序列是5'-CTATGG-3'
B.该技术可用来比较不同物种DNA分子的差异,以分析生物亲缘关系的远近
C.通过设计一种DNA引物与DNA的其中一条链结合,经PCR技术可大量扩增目的基因
D.通过设计含有目的基因片段的DNA探针,可检测特定细胞中是否合成了目的RNA
答案 B
5.（新情境）(2024届湖北武汉调研,18)如图是蛋白质工程中改造目的基因的一种技术路线。S1核酸酶可以去除双链DNA突出的单链区;外切核酸酶Ⅲ只能从DNA双链的3'末端逐个水解单核苷酸,可以产生不同长度的5'突出末端。下列叙述错误的是( )
A.步骤一需使用两种限制酶切割目的基因片段
B.步骤二、三分别使用了S1核酸酶、外切核酸酶Ⅲ
C.步骤四宜选用T4DNA连接酶处理DNA片段
D.质粒载体2中目的基因片段N的长度有多种
答案 B
6.（新思维）(2023湛江一模,21)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质,将甜蛋白基因导入番茄可提高番茄甜味,改善果实品质,获得超甜植株。如图是甜蛋白基因和Ti质粒上限制酶切位点示意图。回答下列相关问题:
(1)利用转基因技术获得超甜番茄的核心步骤是 ,该过程需要选择图中的 限制酶切割甜蛋白基因。
(2)Ti质粒上的启动子是 识别和结合的位点,为了保证甜蛋白基因能够在番茄细胞中表达,应将Ti质粒上的启动子替换为 。
(3)农杆菌转化番茄细胞时,T-DNA的作用是 ,该过程发生的变异类型为 。然后在添加 的培养基中培养番茄细胞,筛选转化成功的愈伤组织。
(4)若得到的超甜番茄体细胞中导入的是2个甜蛋白基因,则让其自交,若子代表型及比例为 ,说明2个甜蛋白基因插入到了两对同源染色体上(含有1个和2个甜蛋白基因的番茄甜味相同)。
答案 (1)基因表达载体的构建 XbaⅠ和HindⅢ (2)RNA聚合酶 番茄细胞中能表达的基因的启动子 (3)携带目的基因进入受体细胞并将其整合到受体细胞的染色体DNA上 基因重组 卡那霉素 (4)超甜番茄∶普通番茄=15∶1
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