3.2基因工程的基本工具——高二生物学北师大版（2019）选择性必修三同步课时作业（含解析）

3.2基因工程的基本工具——高二生物学北师大版（2019）选择性必修三同步课时作业
学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．人们常选用的细菌质粒分子往往带有一个抗菌素抗性基因，该抗性基因的主要作用是( )
A.便于与外源基因连接
B.增加质粒分子的分子量
C.提高受体细胞在自然环境中的耐药性
D.有利于对目的基因是否导入进行检测
2．下列不宜作为基因工程中标记基因的是( )
A.核糖体蛋白基因 B.荧光蛋白基因
C.产物具有颜色反应的基因 D.抗性基因
3．利用PCR既可以快速扩增特定基因，也可以检测基因的表达。下列有关PCR的叙述，错误的是( )
A.PCR用的DNA聚合酶是—种耐高温的酶
B.变性过程中，双链DNA的解开不需要解旋酶
C.复性过程中，引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则
D.延伸过程中，反应体系的温度应该在55℃左右
4．科学家常用PCR特异性地快速扩增目的基因，PCR反应需要在一定的缓冲液中进行，需要提供DNA母链、4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶和2种引物。下列相关叙述错误的是( )
A.DNA母链：提供DNA复制的模板
B.4种脱氧核苷酸：合成DNA子链的原料
C.耐高温的DNA聚合酶：打开DNA双链并延伸DNA子链
D.2种引物：使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
5．下列不属于获取目的基因的方法是( )
A.利用mRNA反转录形成 B.从基因组文库中提取
C.从受体细胞中提取 D.利用化学方法人工合成
6．基因工程的核心是构建基因表达载体，下列不属于载体作用的是( )
A.能识别目的基因的脱氧核苷酸序列
B.能协助目的基因在受体细胞中复制
C.能协助目的基因在受体细胞中表达
D.具有标记基因，便于筛选含目的基因的受体细胞
7．利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类需要的产品，下列各项中最能说明目的基因在受体细胞中完成了表达的是( )
A.番茄细胞中检测到鱼的抗冻蛋白基因
B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因的mRNA
C.酵母菌细胞中提到人干扰素蛋白
D.山羊乳腺细胞中检测到人凝血酶DNA序列
8．基因工程中常利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内DNA复制类似。下列关于PCR的叙述，错误的是( )
A.用PCR技术扩增目的基因时无需知道目的基因的全部序列
B.PCR过程所需缓冲液中需要添加Mg2+用于激活DNA聚合酶
C.经过四轮循环，产物中只含有1种引物的DNA片段所占比例为1/16
D.若复性温度过高可能导致引物与模板DNA不能结合，进而无扩增产物
9．农杆菌Ti质粒上的T-DNA可以转移并随机插入被侵染植物的染色体DNA中。研究者将图中被侵染植物的DNA片段连接成环,并以此环为模板进行PCR,扩增出T-DNA插入位置两侧的未知序列,以此可确定T-DNA插入的具体位置。下列说法正确的是( )
A.PCR扩增依据的是DNA分子边解旋边复制的特点
B.进行PCR扩增需要的酶有解旋酶和热稳定的DNA聚合酶
C.利用图中的引物②③组合可扩增出两侧的未知序列
D.通过与受体细胞的基因组序列比对,可确定T-DNA的插入位置
10．木质素不容易被牲畜消化利用，农作物秸秆中木质素含量高是其饲用化利用的主要限制因素。现从黄孢原毛平革菌中提取木质素降解酶基因并构建高表达工程菌，以提高秸秆的饲用价值。下列有关叙述错误的是( )
A.木质素降解酶基因是目的基因
B.可用显微注射法对工程菌进行转化
C.PCR技术可检测目的基因是否导入工程菌
D.能高效表达木质素降解酶是工程菌构建成功的标志
二、多选题
11．蜘蛛丝（丝蛋白）被称为“生物钢”，有着超强的抗张强度，下图为蛛丝蛋白基因对应的DNA片段结构示意图，其中1~4表示DNA上引物可能结合的位置，目前利用现代生物技术生产蜘蛛丝已取得成功。下列有关叙述正确的是( )
A.若从该DNA片段中直接获取蛛丝蛋白基因，会破坏4个磷酸二酯键
B.若用PCR技术获取目的基因，则图中的2、3分别是2种引物结合的位置
C.若受体细胞为大肠杆菌，则蛛丝蛋白的加工需要细胞中内质网和高尔基体的参与
D.在PCR仪中根据选定的引物至少需经过6次循环才可获得32个符合要求的目的基因
12．下列有关PCR的叙述，错误的是( )
A.可在引物的3'端添加限制酶的识别序列
B.扩增循环按顺序一般分复性、变性、延伸三步
C.利用PCR技术既可扩增特定基因，也可检测基因的转录情况
D.PCR扩增的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定
三、读图填空题
13．β—丙氨酸不仅是一种医药中间体，还可以作为食品添加剂，改善食物味道，提高产品质量。可运用构建L—天冬氨酸α—脱羧酶大肠杆菌的方式生产该氨基酸，制备工程菌的示意图如下，回答下列问题：
(1)构建工程菌主要需要四个步骤：______→基因表达载体的构建→______→目的基因的检测与鉴定。
(2)构建成功的C除含有目的基因外，还应含有______(答出三点即可)。该过程分别对质粒和含目的基因的片段进行双酶切，双酶切的优点是______。
(3)为了确定工程菌中的L—天冬氨酸α—脱羧酶基因是否转录，可用同位素或荧光标记的______作探针进行分子杂交检测。
(4)若要通过基因工程的方法探究L—天冬氨酸α—脱羧酶基因能否在酵母菌中表达，实验思路是______。
14．为提高大豆对磷元素的吸收能力，研究人员利用基因工程将水稻的耐低磷基因OSPTF 转移到大豆植株中，部分实验过程如图所示。回答下列问题：
（1）基因工程的核心步骤是_____________________，用于基因工程的质粒除了需要图中所示结构外，还需要有_______________，目的基因插入质粒的位置是______________。
（2）将①导入大豆植株体细胞通常需要借助农杆菌，利用了农杆菌__________的特点，荧光蛋白基因的作用是______________________。
（3）研究人员欲对转基因大豆在低磷条件下对磷元素吸收能力进行检测，实验思路为：_________________________________。
参考答案
1．答案：D
解析：A、是否便于与外源基因连接，与限制酶切点的个数有关，限制酶切点个数越多，质粒越容易与外源基因连接，与抗性基因无关，A错误；
B、目的基因片段长度增加会加大克隆的难度，抗性基因客观上可能增加了质粒的分子量，但就其发挥的作用来讲，增加分子量并不是主要作用，抗性基因的主要作用是供重组DNA的鉴定和选择，更容易判断出目的基因是否导入，B错误；
C、提高受体细胞在自然环境中的耐药性不是质粒中抗性基因的作用，质粒作为载体，与受体细胞“和平相处”，不会改变受体细胞的耐药性，C错误；
D、质粒DNA分子上有特殊的标记基因，如四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因等标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，更容易判断出目的基因是否导入，D正确。
故选D。
2．答案：A
解析：A、核糖体蛋白所有细胞中都含有，不易检测，不宜作为基因工程中标记基因，A符合题意；
B、发光基因如绿色荧光蛋白基因可以用作基因工程的标记基因，B不符合题意；
C、产物具有颜色反应的基因可根据颜色反应是否发生筛选重组质粒，可以用作基因工程的标记基因，C不符合题意；
D、抗性基因可作为基因工程的标记基因，筛选重组质粒，D不符合题意。
故选A。
3．答案：D
解析：
4．答案：C
解析：PCR中是高温打开DNA双链，DNA聚合酶的作用是催化合成DNA子链，C错误。
5．答案：C
解析：从供体细胞的DNA中直接分离,可获取目的基因, C错误
6．答案：A
解析：A、能识别目的基因的脱氧核苷酸序列,并在特定的位点切割,这是限制酶的作用,不是载体的作用,A错误;B、载体在受体细胞中能够稳定存在,并且自我复制,使目的基因数量扩大,B正确;C、启动子是RNA聚合酶的识别和结合的位点,能启动转录过程;终止子控制着转录的结束,所以载体含有的启动子和终止子可协助目的基因的表达,C正确;D、载体具有标记基因,标记基因便于筛选含有目的基因的受体细胞,D正确。故选A。
7．答案：C
解析：酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白,说明目的基因已经在受体细胞中完成了表达, C正确。
8．答案：C
解析：A、用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列，只需要知道一段已知目的基因的核苷酸序列，从而根据这段序列合成引物，A正确；
B、PCR过程中用到了缓冲液，缓冲液中一般要添加Mg2+用于激活DNA聚合酶，B正确；
C、DNA复制为半保留复制，DNA复制n次，共形成2n个DNA，其中两个DNA含有母链和子链（含引物A或引物B），（2n-2）个DNA都含有子链（含有引物A和引物B），经过四轮循环即DNA复制4次，共形成16个DNA，产物中只含有1种引物的DNA片段所占的比率为2/16=1/8，C错误；
D、复性的目的是使引物与模板DNA结合，故复性温度过高可能导致引物与模板DNA不能结合，因而使得PCR反应得不到任何扩增产物，D正确。
故选C。
9．答案：D
解析：PCR扩增的主要原理是DNA半保留复制和DNA热变性,该过程是先解旋后复制,不需要解旋,A、B错误;扩增未知序列是一种反向PCR,利用T-DNA设计引物,引物延伸方向只能从5'端→3'端,故应选引物①④。
10．答案：B
解析：A、需要提取木质素降解酶基因并构建高表达工程菌，以提高秸秆的饲用价值，因此目的基因是木质素降解酶基因，A正确；B、显微注射法常用于将目的基因导入动物细胞，工程菌一般用Ca2+处理增大通透性，B错误；C、通过已知的目的基因设计引物，检测工程菌种是否成功导入了目的基因，C正确；D、工程菌构建成功的标志是产生的工程菌能高效表达木质素降解酶，降解木质素，D正确。故选B。
11．答案：ABD
解析：A、若从该DNA片段中直接获取蛛丝蛋白基因,DNA每条链上会破坏2个磷酸二酯键,共会破坏4个磷酸二酯键,A正确;
B、由于DNA聚合酶只能从5′→3′延伸子链,图中的磷酸基团为5'端,羟基为3′端,由引物3′端延伸子链,子链和模板链反向平行,因此根据引物的延伸方向可知图中与引物结合的部位是2、3,B正确;
D、如图所示,设X基因为目的基因。经过第一轮复制以亲代DNA的两条链做模板,可以得到①和②两种DNA;经过第二轮复制可以得到①和③、②和④;经过第三轮复制可以得到①和③、③和⑤、②和④、④和⑤;第四轮复制得到16个DNA分子,即①和③、2个③和2个⑤、②和④、2个④和2个⑤、第三轮的2个⑤得到4个⑤(统计为①、②、3个③、3个④、8个⑤);第五轮复制得到32个DNA分子,即①和③、②和④、3个③和3个⑤、3个④和3个⑤、第四轮的8个⑤得16个⑤(统计为①、②、4个③、4个④、22个⑤;⑤为目的基因即还未获得32个目的基因),第六轮复制得64个DNA分子,即①和③、②和④、4个③和4个⑤、4个④和4个⑤、第五轮的22个⑤得44个⑤(统计为①、②、5个③、5个④、52个⑤;⑤为目的基因,即此时获得32以上符合条件的目的基因),综上所述,需要至少6次循环可获得32个符合要求的目的基因,D正确。
故选:B。
12．答案：AB
解析：应在引物的5'端添加限制酶的识别序列，A错误；扩增循环按顺序一般分变性、复性、延伸三步，B错误；利用PCR既可快速扩增特定基因，也可以检测基因的转录情况，C正确；PCR扩增的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定，D正确。
13．答案：(1)目的基因的获取；将目的基因导入受体细胞；
(2)启动子、终止子、标记基因；防止质粒和目的基因的自身环化及反向连接；
(3)L—天冬氨酸α—脱羧酶基因单链；
(4)将L—天冬氨酸α—脱羧酶基因转入酵母菌，检测酵母菌中β—丙氨酸的含量。
解析：(1)构建工程菌主要需要四个步骤:目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。
(2)C为重组质粒(基因表达载体),除含有目的基因外,还应含有启动子、终止子、标记基因等;该过程分别对质粒和含目的基因的片段进行双酶切,双酶切的优点是防止质粒和目的基因的自身环化及反向连接。
(3)为了确定受体细胞中L一天冬氨酸a一脱羧酶基因是否转录,可用标记的L一天冬氨酸a-脱羧酶基因单链作探针进行分子杂交检测,观察是否出现杂交带。
(4)若要通过基因工程的方法探究L-天冬氨酸a-脱羧酶基因能否在酵母菌中表达,应将L-天冬氨酸a-脱羧酶基因转入酵母菌,检测酵母菌中β-丙氨酸的含量。
14．答案：（1）基因表达载体的构建；启动子、终止子、复制原点；启动子和终止子之间
（2）能将Ti质粒上的T-DNA转移被侵染的细胞，并将其整合到该细胞的染色体DNA上；便于重组DNA分子的筛选
（3）将生理状态相似的野生大豆植株与转基因大豆植株分别置于低磷溶液中进行培养，一段时间后检测培养液中磷元素含量
解析：（1）基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。用于基因工程的质粒除了需要图中所示结构外，还需要有启动子、终止子、复制原点。为了保证目的基因的正常表达，目的基因插入质粒的位置是启动子和终止子之间。
（2）由于农杆菌能将Ti质粒上的T-DNA转移被侵染的细胞，并将其整合到该细胞的染色体DNA上，因此将①导入大豆植株体细胞通常需要借助农杆菌。含有重组DNA分子的农杆菌含有荧光，不含重组DNA分子的农杆菌不发荧光，因此荧光蛋白基因的作用是便于重组DNA分子的筛选。
（3）实验目的是探究转基因大豆在低磷条件下对磷元素吸收能力，自变量是大豆植株种类（野生大豆植株与转基因大豆植株），检测指标是培养液中磷元素含量，因此实验思路是将若生理状态相似的野生大豆植株与转基因大豆植株分别置于低磷溶液中进行培养，一段时间后检测培养液中磷元素含量。