高考生物专题综合检测22 基因工程（含答案）

专题22　基因工程
综合检测
选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1.为了在实验室条件下更加快速高效地提取真菌DNA,某团队研究出了一种利用NaOH裂解细胞并快速提取DNA的方法,主要操作步骤如图。相关叙述错误的是　( )
A.将真菌经液氮冷冻后进行研磨,可以获得已经充分破碎细胞的真菌粉末
B.利用NaOH溶液提取DNA,可省去低温下冷藏静置和用冷却酒精析出等步骤
C.NaOH溶液提取DNA的时间不宜过长且不能剧烈振荡,以免造成DNA损伤断裂
D.缓冲液除了中和碱性物质外,还具有维持DNA酶活性、促进微生物生长等功能
答案 D
2.某同学在家里进行了提取花椰菜DNA的实验。取绿色的花芽部分,充分研磨获得匀浆;再加入含有中性洗涤剂的浓度约为2 mol/L的盐水,其作用是[甲],以释放细胞核和细胞器[乙]中的DNA;静置10 min后过滤,然后将滤液轻轻倒入[丙]溶液中,出现白色絮状物。下列选项中甲、乙、丙对应的内容,正确的是( )
选项 甲 乙 丙
A 破坏膜结构 核糖体、内质网 植物油
B 使膜蛋白变性 线粒体、叶绿体 清水
C 破坏膜结构、溶解DNA 线粒体、叶绿体 预冷的酒精
D 破坏细胞壁 高尔基体、叶绿体 预冷的酒精
答案 C
3.反向PCR是利用已知序列设计引物对未知序列进行扩增的技术,其过程如图。下列叙述错误的是( )
A.过程①可用同种限制酶切割磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键
B.过程②需用DNA连接酶将酶切片段环化以实现对未知序列的扩增
C.过程③需添加方向相对的引物1和3以便DNA聚合酶从其3'端延伸子链
D.过程③中将温度调至72 ℃的目的是使引物与模板链通过碱基互补配对结合
答案 D
4.天然玫瑰没有生成蓝色翠雀花素所需的相关基因,因此蓝玫瑰被认为是不可能培育成功的。科学家利用链霉菌的蓝色翠雀花素合成酶基因(idgS)及其激活基因(sfp)构建基因表达载体(如图,PmeⅠ、BamHⅠ、SpeⅠ、SacⅠ为不同限制酶),通过农杆菌转化法导入天然玫瑰从而成功培育出了蓝玫瑰。下列叙述正确的是( )
A.sfp和idgS基因表达时转录的模板链不是T-DNA的同一条
B.将sfp基因和idgS基因插入Ti质粒时使用的限制酶分别是PmeⅠ、BamHⅠ和SpeⅠ、BamHⅠ
C.可用抗原—抗体杂交法检测idgS基因是否成功表达出了蓝色翠雀花素
D.农杆菌在自然条件下可侵染单子叶植物和裸子植物,而对大多数双子叶植物没有侵染能力
答案 A
5.研究发现,若将第52位的脯氨酸(密码子为CCA)替换成苏氨酸(密码子为ACA),则可增强抗菌肽的抑菌性。抗菌肽基因的部分碱基序列及可供选择的引物如图1所示,箭头下方的数字代表碱基序号。现利用重叠延伸PCR技术对抗菌肽基因进行改造以获得抑菌性更强的抗菌肽,过程如图2所示,其中Ⅰ为转录模板链,引物上的“”代表突变位点。改造过程中PCR2所使用的引物组合为( )
图1
图2
A.引物1和引物4　　B.引物2和引物6
C.引物2和引物4　　D.引物3和引物5
答案 B
6.在噬菌体和宿主漫长的“军备竞赛”中,为抵御噬菌体的入侵,细菌进化出了多种系统进行防御,其中一类为“限制—修饰”系统,如图所示。下列说法不正确的是( )
A.该噬菌体侵染细菌实验能说明噬菌体的遗传物质是DNA
B.细菌A的DNA序列可能不含限制酶的识别序列而使自身DNA得以保护
C.若极少数噬菌体发生了这种防御逃逸,噬菌体的DNA可能被甲基化修饰
D.发生了这种防御逃逸的噬菌体,对治疗具有多药耐药性的致病细菌引起的疾病是不利的
答案 D
二、非选择题
7.酵母菌絮凝是指菌体细胞间通过细胞壁相互黏附、聚集成团的现象。适当提高酵母的絮凝能力,有助于发酵结束时细胞和产物的分离,可大幅节约生产成本。科研人员研究了R基因对絮凝能力的影响。
(1)啤酒生产中,酵母菌产酒过程的反应式为C6H12O6　 　。
(2)科研人员利用基因工程技术获得R基因被敲除的酵母菌菌株。
①构建含有卡那霉素抗性基因的重组质粒,用LiCl处理酵母菌,使其处于一种能吸收周围环境DNA分子的生理状态,以实现　 　。质粒上的卡那霉素抗性基因通过重组,替换酵母菌的R基因。
②利用含有卡那霉素的培养基获得单菌落。挑取单菌落,利用PCR技术进行扩增,以确定酵母细胞的R基因是否被成功敲除。若单菌落扩增后的DNA样品电泳结果如图1所示,则图2中对应泳道1和泳道2的引物组合分别为　 　。(填序号)
图1
图2
(3)科研人员对野生菌株和R基因敲除菌株的酒精发酵能力和絮凝能力进行了测定,结果如表。
种类 指标
酒精发酵能力 絮凝能力
野生菌株 4.5% 63.06%
R基因敲除菌株 4.5% 83.12%
①检测酒精发酵能力时,将菌液接种到装有麦芽汁的锥形瓶中,11 ℃静置发酵7天。发酵期间,每个锥形瓶应注意保持　 　条件和定时排气。
②实验结果表明,获得的R基因敲除菌株符合生产需求,依据是　 。
(4)科研人员进一步研究R基因影响絮凝能力的作用机制。
①将R基因敲除菌株和野生菌株分别用　 　水进行梯度稀释。将不同浓度梯度的酵母菌液点样于含30 μg/mL钙荧光白(细胞壁组装抑制剂)并添加了凝固剂　 　的YPD平板培养基上,培养适当时间后结果如图3。
图3
②综合上述实验结果,推测R基因敲除菌株絮凝能力变化的原因是　 　。
(5)若要将R基因敲除菌株应用于工业生产制作啤酒,请尝试提出一个还需要进一步研究的问题:　 　。
答案（1）2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量（2）①重组质粒的导入 ②3和4、2和1（3）①密闭 ②不影响酒精发酵能力,但絮凝能力提高　（4）①无菌 琼脂 ②R基因敲除使菌株的细胞壁组装能力提高,絮凝能力提高 （5）R基因敲除菌株的食用安全性/R基因敲除菌株的遗传稳定性
8.黑水虻是重要的资源昆虫,体内H基因编码的抗菌肽HI-3具有抗菌、抗癌和免疫调节作用。科研人员利用酵母菌生产抗菌肽HI-3,并避免基因污染。请回答下列问题:
(1)利用PCR技术扩增H基因,需根据H基因设计两种引物,引物的作用有　　。
A.为Taq DNA聚合酶提供结合位点　　　B.决定扩增产物大小
C.决定反应的特异性　　　　　　　　　　D.决定变性时间
(2)已知H基因编码链的编码区序列是5'-CTCGAGATGCTGCAG………GGATCCTCTAGA-3',扩增H基因的编码区段时,结合到编码链上的引物序列是　 　(方向为5'→3',写出5'端8个碱基序列)。获得H基因产物后需要进行凝胶电泳,将符合要求的条带　 　以便提取纯化并进行测序。
图1
(3)由于抗菌肽HI-3会损伤酵母细胞而使组成型表达(持续表达)H基因的酵母菌最大种群数量偏低,限制了最终产量。科研人员通过构建诱导型启动子来降低抗菌肽HI-3对酵母菌的伤害。在酵母菌基因组DNA中插入P和S基因,使质粒上H基因的表达受红光控制。红光调控H基因表达的原理如图1所示。
P和S基因表达应为　 　(从“组成型表达”“红光诱导型表达”选填)。红光调控H基因表达的原理是S基因指导合成的S蛋白直接与启动子Jub结合,P基因表达的P蛋白在　　 ,启动H基因的表达过程。
(4)发酵后菌体和产物分离是发酵工艺的基本环节。定位于细胞表面的F蛋白可使酵母细胞彼此结合,进而沉淀在发酵罐底部。科研人员引入蓝光激活系统如图2,在酵母菌基因组中插入了两个均能合成E蛋白的基因(E1、E2),使F基因的表达受到蓝光控制如图3。
　　
图3中E2基因持续性表达少量的E蛋白时,酵母细胞具有接受蓝光刺激的能力,E1基因的作用是　 　。
(5)制药过程中需避免工程菌泄漏到环境中引发基因污染。科研人员利用两种阻遏蛋白基因(T和L)和调控元件,使酵母细胞在红光和蓝光同时照射时才激活致死基因N的表达,进而诱导工程菌死亡,如图4。
若图中①选用的启动子为Jub,②处选用的启动子为CYC,则③④处结合的阻遏蛋白分别为　 　。
(6)请结合上述分析,利用该工程菌发酵生产抗菌肽HI-3各阶段需控制的光照条件是Ⅰ菌种培养阶段　　;Ⅱ菌种发酵阶段　 　;Ⅲ产物分离阶段　 　;Ⅳ安全处理阶段红光、蓝光同时照射。
答案 （1）ABC （2）5'-TCTAGAGG-3' 切割和回收 （3）组成型表达 红光调控下,与结合在启动子上的S蛋白结合 （4）蓝光照射后,快速表达大量E蛋白,进而激活F基因的表达 （5）T蛋白、L蛋白 （6）黑暗 红光照射 蓝光照射
9.为快速有效地检测汞污染,科研人员利用启动子J109和PmerT、汞响应蛋白(MerR)、绿色荧光蛋白(GFP)构建了非耦合双启动子汞全细胞生物传感器,其原理如图1所示。J109为组成型启动子,在不同细胞发挥作用的效果基本一致;PmerT为诱导型启动子,需要特定信号刺激后发挥作用。相关碱基序列和基因表达方向如表所示。
表1
启动子/结构基因 序列
J109 5'-TTTACAGCTA……CTGTGCTAGC-3' 3'-AAATGTCGAT……GACACGATCG-5'
PmerT 5'-TTCCATATCG……TATCCAATCC-3' 3'-AAGGTATAGC……ATAGGTTAGG-5'
MerR 基因 5'-ATGGAAAATA……TATGCCTTAG-3' 3'-TACCTTTTAT……ATACGGAATC-5'
GFP 基因 5'-ATGAGTAAAG……ATACAAATAA-3' 3'-TACTCATTTC……TATGTTTATT-5'
表2
引物组 序列
甲 5'-TTTACAGCTA-3' 5'-CTAAGGCATA-3'
乙 5'-CTAGCATGGA-3' 5'-TCCATGCTAG-3'
丙 5'-TTCCATATCG-3' 5'-TTATTTGTAT-3'
丁 5'-AATCCATGAG-3' 5'-CTCATGGATT-3'
(1)获取MerR基因时,利用PCR技术对模板DNA进行了30个“95 ℃变性→50 ℃复性→72 ℃延伸”的循环处理,对其产物电泳,出现如图所示结果。PCR反应缓冲液中加入Mg2+的作用是　　　　　　　　,如图2中③实验结果出现的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
图1中启动子b应选择　　　　　　,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。为确保MerR基因、GFP基因分别与相应启动子正确连接,科研人员应选择表2中　　
　　　　组引物对重组DNA进行扩增,并作进一步验证。
(3)研究发现,全细胞生物传感器在无Hg状态下GFP基因的表达量偏高,传感器灵敏度低。提出改造重组质粒以提高灵敏度的两条措施:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。答案 （1）激活耐高温的DNA聚合酶 引物较短 （2）J109 启动MerR基因转录出mRNA 甲、丙 （3）增强MerR与启动子a的结合、修改启动子b以增强MerR的表达、增加重组质粒中MerR基因的数量(拷贝数)、修改启动子a以降低GFP基因的表达量
10.与普通玉米相比,甜玉米细胞中可溶性糖向淀粉的转化较慢导致可溶性糖含量高,汁多质脆。为提高甜玉米的商品价值,科研人员培育出了超量表达G蛋白转基因甜玉米新品种。在超量表达G基因载体的构建中,所用DNA片段和Ti质粒的酶切位点如图1、2所示。
(1)强启动子能被　　识别并结合,驱动基因持续转录。在培育转基因甜玉米中T-DNA的作用是　　。 为使DNA片段能定向插入T-DNA中,可用PCR技术在DNA片段的两端添加限制酶识别序列,M、N端添加的序列所对应的限制酶分别是　　。处理好的DNA片段与Ti质粒的重组过程共需要　 　种酶。
(2)外植体经脱分化形成的愈伤组织放入农杆菌液浸泡后,进行植物组织培养时培养基中需加入　　进行筛选,获得玉米株系a1、a2、a3、a4。通过对四个株系的G蛋白表达量进行测定,发现a4株系的表达量与野生型相近,原因可能是　　。
(3)如图3示淀粉合成酶基因片段,其转录后形成的前体RNA需通过剪接(切去内含子对应序列)和加工后方能用于翻译。科研人员希望通过降低淀粉合成酶基因的表达,进一步提高甜玉米中可溶性糖的含量,将吗啉反义寡核苷酸(RNA剪接抑制剂)导入玉米受精卵中,发现其基因表达受阻。科研人员对其作用机制提出两种假说。
假说1:导致RNA前体上内含子1的对应序列不能被剪切;
假说2:导致RNA前体上内含子1和外显子2的对应序列同时被剪切。
①为验证上述假说,分别在受精卵发育后3天的胚细胞中从实验组和对照组提取　　,逆转录形成cDNA。若假说1成立,使用图示引物2和引物4进行PCR后电泳的结果为　　(目的条带的有无)。
②若要证明假说2,需选择图3所示引物　　进行PCR。
③若某次实验电泳结果发现:实验组和对照组都没有目的条带,从PCR操作过程角度解释可能的原因是　　(至少写出两点)。
答案 （1）RNA聚合酶 将强启动子和G基因带入甜玉米细胞并整合到甜玉米细胞染色体的DNA上 NotⅠ和SacⅠ 3 （2）潮霉素 a4株系玉米中的目的基因未表达 （3）①总RNA 实验组有目的条带、对照组无目的条带 ②3和4 ③复性温度太高、引物自连或互连
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