重点小专题14 基因工程
【网络构建】
①DNA连接酶 ②基因表达载体的构建 ③蛋白质工程
考点一
【核心提炼·抓主干】
真题重组1
(1)√ (2)× (3)√ (4)√
(5) 溶解蛋白质等物质,析出不溶于酒精的DNA
(6)繁殖周期短、繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、易培养、容易进行遗传操作等
[解析] (2)酶切条件不合适通常会使切割效果下降,应调整反应温度和pH等,调整酶的用量没有作用。
真题重组2
(1)在PCR反应中,需要利用高温使DNA双链解旋, 普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活,而Taq DNA聚合酶能够耐高温,在高温条件下依然具有活性(合理即可)
(2)4种脱氧核苷酸 延伸
【命题追踪·明考向】
1.C [解析] 使用氯化钙处理大肠杆菌,可使其处于感受态,提高转化效率,即更多的大肠杆菌能吸收质粒,这些质粒包括含目的基因的重组质粒(大肠杆菌吸收后形成白色菌落)和未重组的质粒K(大肠杆菌吸收后形成蓝色菌落),筛选平板上白色和蓝色菌落数均增加,A正确;如果筛选平板中仅含卡那霉素,生长出的菌落都具有卡那霉素抗性,白色菌落可能是导入了重组质粒(含目的基因)后形成的,也可能是导入未重组质粒后形成的,所以生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株,B正确;筛选平板中长出白色菌落,说明该菌株中导入了重组质粒(含目的基因),但不能确定是否可以表达目标蛋白,如目的基因反向连接,C错误;若筛选平板中蓝色菌落偏多,原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌,因为自身环化的质粒K中β-半乳糖苷酶基因完整,能表达活性β-半乳糖苷酶,分解X-gal形成蓝色菌落,D正确。
2.(1)解旋酶 高温变性
(2)引物、脱氧核苷三磷酸
(3)作为对照(或答:鉴定反应体系是否有模板污染) P0不含与引物1和引物2互补的碱基序列 目的基因、质粒片段、含目的基因和部分质粒序列的片段
[解析] (1)在细胞中,DNA 复制时解开双链的酶是解旋酶。而在 PCR 过程中,是通过高温变性(加热至 90~95 ℃)的方法使 DNA 双链解开。(2)PCR 过程中,参与合成反应且不断消耗的组分有引物和 dNTP(脱氧核苷三磷酸)。引物用于引导 DNA 聚合酶合成新的 DNA 链,dNTP 脱去两分子磷酸,产生dNMP,进而为合成新的 DNA 链提供原料。(3)实验中①和④的作用是作为对照。①无模板且引物对与②③相同,④无模板且引物对与⑤⑥相同,可对比说明模板对扩增的影响。②之所以无扩增产物,是因为P0不含与引物1和引物2互补的碱基序列,无法扩增出子链DNA序列。③以Px为模板,引物1和引物2扩增出的是含目的基因的 DNA 片段;⑤以P0为模板,引物3和引物4扩增出的是质粒P0上一段 DNA 片段;⑥以Px为模板,引物3和引物4扩增出的是含目的基因和部分质粒序列的 DNA 片段。
3.(1)捕食和种内竞争 物理信息、化学信息、行为信息 食物和空间等资源
(2)互利共生
(3)①上清液 ②溶解DNA ③4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶
(4)互补配对 丁 丙、丁 叶绿体中其他基因
(5)ab
[解析] (1)捕食者与川金丝猴是捕食关系,川金丝猴和同种个体之间是种内竞争关系。生态系统中信息的种类有物理信息、化学信息和行为信息。川金丝猴根据这些信息及时作出反应,一方面可以降低被捕食风险,另一方面为争夺食物和空间等资源获得更多机会。(2)川金丝猴以植食为主,消化道中部分微生物直接参与高纤维食物的消化,这些微生物从川金丝猴胃内获取营养物质,又能为川金丝猴分解纤维素,两者构成互利共生关系。(3)研究者为了进一步研究川金丝猴的食性,采集其粪便样本,进行DNA提取、扩增,部分实验过程如下:释放DNA——在去杂后的样本中加入裂解液,细胞裂解,内容物释放;析出DNA——DNA呈溶解状态,离心后取①上清液,再加入乙醇;DNA不溶于酒精,故在沉淀物中加入纯水,②再次溶解DNA;扩增DNA——PCR扩增DNA,需要将③4种脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶、引物、样本DNA、含有Mg2+缓冲液、超纯水等加入PCR管中,进行PCR。(4)为分析川金丝猴摄食的植物种类,研究者设计一对引物F和R,能同时扩增出不同种植物叶绿体中的rbcL基因片段,是因为引物F和R的碱基能与rbcL基因的保守序列的碱基互补配对,从而在耐高温的DNA聚合酶的作用下延伸子链。用引物F和R对4种植物样本甲~丁的叶绿体基因组DNA进行扩增测序,结果如图所示,可知植物甲、乙、丙的扩增产物一样长,植物丁的扩增产物短,若对4个样本的扩增产物进行DNA电泳条带分析,能检出的样本是丁。研究者用引物F和R对川金丝猴粪便DNA进行扩增并测序,得到的序列有图中的3种序列,甲和乙的序列相同,不能确定,故据此可确定川金丝猴摄食的植物有丙和丁。参照叶绿体基因库,选用叶绿体中其他基因的保守序列设计引物,对川金丝猴粪便DNA进行扩增、测序分析,能更准确鉴定出川金丝猴摄食的植物。(5)建立川金丝猴生态廊道,促进种群间基因交流,能够保护川金丝猴遗传多样性,a正确;保护川金丝猴栖息地的植被和它喜食的植物,能够保护川金丝猴,b正确;川金丝猴是我国特有的珍稀濒危物种,不能用标记重捕法定期重捕,侵入性标记可能对其健康造成潜在威胁,c错误;保护川金丝猴主要依赖就地保护,d错误。
考点二
【命题追踪·明考向】
1.D [解析] 蛋白质工程就是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求,A错误;蛋白质工程的第一步应该是预期蛋白质的功能,设计预期的蛋白质结构是第二步,B错误;步骤⑤是直接通过相应的脱氧核苷酸序列改造或合成基因,采用基因定点突变技术必须基于已知的氨基酸序列,才能确定需要修改的DNA碱基序列,C错误;检测改造后的酶基因是否导入玉米细胞时,可以采用PCR等技术,D正确。
2.(1)蛋白质
(2)③
(3)②
(4)标记基因
(5)筛选导入目的基因的大肠杆菌 5.7
(6)逆转录
[解析] (1)根据预期蛋白质的功能改变基因的结构,最终获得耐高温的β-淀粉酶,这属于蛋白质工程。(2)PCR的原理是DNA分子的半保留复制,利用的酶是耐热的DNA聚合酶,合成子链时是以DNA为模板。(3)根据β-淀粉酶的编码序列,替换的碱基应在编码序列中,且利用的引物应该把编码序列全部扩增在内,故扩增所用的引物是②③。由题干可知,替换的氨基酸位于第476位,根据转录的模板链的方向及核糖体沿mRNA移动的方向(5'→3')可知,含已替换碱基的引物是②。(4)作为基因工程载体的质粒应该包含复制原点、限制酶的切割位点、标记基因、启动子和终止子等,故图示的基因表达载体还应包括目的基因和标记基因。(5)目的基因通过表达载体导入大肠杆菌中,用EcoR Ⅰ 酶切来自于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,这一操作的目的是筛选出导入目的基因的大肠杆菌。正确连接的基因表达载体只有一个EcoR Ⅰ 酶切位点,则切割后的长度为4.2+1.5=5.7 kb。(6)转录是以DNA为模板合成RNA的过程,PCR是以DNA为模板合成DNA,通过PCR在分子水平上确定目的基因是否转录,则需要以RNA为模板逆转录出DNA作为PCR反应的模板。重点小专题14 基因工程
考点一 基因工程
一、基因工程的基本工具与操作步骤的归纳
1.基因工程常考的3种基本工具
[警示]若用不同的限制酶切割出不同的黏性末端,则能使目的基因和载体定向连接,避免自身环化和反向连接。
2.熟记基因工程的四个操作步骤
[警示](1)目的基因插入位置:启动子与终止子之间。
(2)启动子(DNA片段)≠起始密码子(位于mRNA上);终止子(DNA片段)≠终止密码子(位于mRNA)上。
(3)利用乳腺生物反应器生产药物时,应将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起。
(1)[2024·贵州卷] 使用不同的限制酶也能产生相同的黏性末端。 ( )
(2)[2024·湖南卷] 某同学将质粒DNA进行限制酶酶切时,发现DNA完全没有被酶切,分析原因可能是酶切条件不合适,应调整反应条件如温度和酶的用量等。 ( )
(3)[2024·福建卷] 中国水仙是一种三倍体观赏花卉。传统生产采用分球茎繁殖方式,不仅周期长、产率低、花色单调,还易积累病毒。可以通过基因工程技术引入外源基因改变花色。 ( )
(4)[2023·湖南卷] 从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物抗逆性的有效途径。 ( )
(5)[2024·黑吉辽卷] 从苏云金杆菌提取DNA时,需加入蛋白酶,其作用是水解蛋白质,使得DNA与蛋白质分离。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是 。
(6)[2024·甘肃卷] 导入目的基因时,大肠杆菌作为受体细胞的优点有 。
二、PCR技术的要点总结
1.PCR技术的原理与条件
2.PCR反应的过程
[警示]关于引物的2点归纳
(1)引物的选取原则:①引物自身不能环化;②2种引物之间不能互补配对;③引物长度不宜过短,防止引物随机结合。
(2)为便于构建基因表达载体,可在引物的5'端添加特定限制酶的识别序列。
(1)[2024·安徽卷] 丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因X,以提高丁二醇的产量。扩增X基因时,PCR反应中需要使用Taq DNA聚合酶,原因是 。
(2)[2025·陕青宁晋卷] PCR扩增目的基因时,需要模板DNA、引物、 、含Mg2+的缓冲液和耐高温的DNA聚合酶。DNA聚合酶在PCR的 步骤中起作用。
命题点 基因工程的应用
1.[2025·安徽卷] 质粒K中含有β-半乳糖苷酶基因,将该质粒导入大肠杆菌细胞后,其编码的酶可分解X-gal,产生蓝色物质,进而形成蓝色菌落,如图所示。科研小组以该质粒作为载体,采用基因工程技术实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是 ( )
A.使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率,可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数
B.如果筛选平板中仅含卡那霉素,生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株
C.因质粒K中含两个标记基因,筛选平板中长出的白色菌落即为表达目标蛋白的菌株
D.若筛选平板中蓝色菌落偏多,原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌
2.[2025·新课标全国卷节选] 为在大肠杆菌中表达酶X,某同学将编码酶X的基因(目的基因)插入质粒P0,构建重组质粒Px,并转入大肠杆菌。该同学设计引物用PCR方法验证重组质粒构建成功(引物1~4结合位置如图所示,→表示引物5'→3'方向)。回答下列问题:
(1)PCR是根据DNA复制原理在体外扩增DNA的技术。在细胞中DNA复制时解开双链的酶是 ,而PCR过程中解开双链的方法是 。
(2)PCR过程中,因参与合成反应、不断消耗而浓度下降的组分有 。
(3)该同学进行PCR实验时,所用模板与引物见下表。实验中①和④的作用是: ;②无扩增产物,原因是 ;③⑤和⑥有扩增产物,扩增出的DNA产物分别是 。
管号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
模板 无 P0 Px 无 P0 Px
引物对 引物1和引物2 引物3和引物4
热点命题 基因工程+其他模块的综合考查
3.[2025·江苏卷] 川金丝猴是我国特有的珍稀濒危物种,为了更好地保护这一物种,研究者开展了以下研究。请回答下列问题:
(1)川金丝猴警戒行为具有监测捕食者和同种个体的功能,这说明生物之间的关系有 。川金丝猴的警戒行为依赖于环境中获取的信息,信息类型有 。川金丝猴根据这些信息及时作出反应,一方面可以降低被捕食风险,另一方面为争夺 获得更多机会。
(2)川金丝猴以植食为主,消化道中部分微生物直接参与高纤维食物的消化,这些微生物与川金丝猴构成 关系。
(3)研究者为了进一步研究川金丝猴的食性,采集其粪便样本,进行DNA提取、扩增,部分实验过程如下。请完成下表:
实验目的 简要操作步骤
释放DNA 在去杂后的样本中加入裂解液
析出DNA 离心后取① ,加入乙醇
②____ 在沉淀物中加入纯水
扩增DNA 将③ 、引物、样本DNA、含有Mg2+缓冲液、超纯水等加入PCR管中,进行PCR
(4)为分析川金丝猴摄食的植物种类,研究者设计一对引物F和R,能同时扩增出不同种植物叶绿体中的rbcL基因片段,是因为引物F和R的碱基能与rbcL基因的保守序列的碱基 。用引物F和R对4种植物样本甲~丁的叶绿体基因组DNA进行扩增测序,结果如图所示。若对4个样本的扩增产物进行DNA电泳条带分析,能检出的样本是 。研究者用引物F和R对川金丝猴粪便DNA进行扩增并测序,得到的序列有图中的3种序列,据此可确定川金丝猴摄食的植物有 。若要更准确鉴定出川金丝猴摄食的植物,参照叶绿体基因库,还需选用 的保守序列设计引物,对川金丝猴粪便DNA进行扩增、测序分析。
注:“·”表示与植物甲对应位置上相同的碱基;“”表示省略200个碱基。
(5)依据上述研究,保护川金丝猴可采取的措施有 (填字母)。
a.建立川金丝猴生态廊道,促进种群间基因交流
b.保护川金丝猴栖息地的植被和它喜食的植物
c.需用标记重捕法定期重捕,以精确监测种群数量
d.主要依赖迁地保护,扩大川金丝猴种群数量
考点二 蛋白质工程
1.图解记忆蛋白质工程
2.“二看法”判断蛋白质工程与基因工程
1.[2025·陕西安康模拟]普通玉米缺乏人体及单胃动物生长发育必需的赖氨酸,如果利用蛋白质工程将赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸,可以使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。如图为蛋白质工程的基本流程图,下列叙述正确的是( )
A.蛋白质工程目前只能对自然界中已存在的蛋白质进行改造
B.图中Ⅰ表示借助计算机来建立蛋白质的三维结构设计预期的蛋白质结构
C.进行步骤⑤时若采用基因定点突变技术修改酶基因,无须知晓两种酶的氨基酸序列
D.可采用PCR等技术检测改造后的酶基因是否导入玉米细胞
2.[2023·辽宁卷]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。在图甲所示的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,由图乙所示的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酶切来自于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。(共68张PPT)
重点小专题14
基因工程
考点一 基因工程
考点二 蛋白质工程
备用习题
◆
◆
◆
◆
答案速查
连接酶
基因表达载体的构建
蛋白质工程
考点一 基因工程
一、基因工程的基本工具与操作步骤的归纳
1.基因工程常考的3种基本工具
［警示］若用不同的限制酶切割出
不同的黏性末端，则能使目的基因
和载体定向连接，避免自身环化和
反向连接。
2.熟记基因工程的四个操作步骤
［警示］(1)目的基因插入位置：启动子与终止子之间。
(2)启动子(片段)起始密码子(位于上)；终止子(片段)
终止密码子(位于 )上。
(3)利用乳腺生物反应器生产药物时，应将目的基因与乳腺中特异表达
的基因的启动子等调控元件重组在一起。
真题重组1 自纠自查
(1)[2024·贵州卷] 使用不同的限制酶也能产生相同的黏性末端。( )
√
(2)[2024·湖南卷] 某同学将质粒进行限制酶酶切时，发现 完
全没有被酶切，分析原因可能是酶切条件不合适，应调整反应条件如
温度和酶的用量等。( )
×
[解析] 酶切条件不合适通常会使切割效果下降，应调整反应温度和
等，调整酶的用量没有作用。
(3)[2024·福建卷] 中国水仙是一种三倍体观赏花卉。传统生产采用分
球茎繁殖方式，不仅周期长、产率低、花色单调，还易积累病毒。可
以通过基因工程技术引入外源基因改变花色。( )
√
(4)[2023·湖南卷] 从特殊物种中发掘逆境胁迫相关基因是改良农作物
抗逆性的有效途径。( )
√
(5) 黑吉辽卷］从苏云金杆菌提取 时,需加入蛋白酶,其作用
是水解蛋白质，使得 与蛋白质分离。提取过程中加入体积分数为
的预冷酒精,其目的是______________________________________
____。
溶解蛋白质等物质，析出不溶于酒精的
(6)[2024·甘肃卷] 导入目的基因时,大肠杆菌作为受体细胞的优点有___
____________________________________________________________
_______________。
繁殖周期短、繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、易培养、容易进行遗传操作等
二、 技术的要点总结
1.技术的原理与条件
2.反应的过程
［警示］关于引物的2点归纳
(1)引物的选取原则:①引物自身不能环化; 种引物之间不能互补配
对;③引物长度不宜过短,防止引物随机结合。
(2)为便于构建基因表达载体,可在引物的 端添加特定限制酶的识别序列。
真题重组2 自纠自查
(1)[2024·安徽卷] 丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组
在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因 ,以提高丁二醇的
产量。扩增基因时,反应中需要使用 聚合酶,原因是
____________________________________________________________
____________________________________________________________
___________________ 。
在反应中,需要利用高温使双链解旋, 普通的 聚合酶在
高温下会变性失活,而 聚合酶能够耐高温,在高温条件下依然具
有活性(合理即可)
(2)[2025·陕青宁晋卷] 扩增目的基因时，需要模板 、引物、
_______________、含的缓冲液和耐高温的聚合酶。 聚
合酶在 的______步骤中起作用。
4种脱氧核苷酸
延伸
命题点 基因工程的应用
1.[2025·安徽卷]质粒中含有 半乳糖苷酶基因，将该质粒导入大肠
杆菌细胞后，其编码的酶可分解 ，产生蓝色物质，进而形成蓝
色菌落，如图所示。科研小组以该质粒作为载体，采用基因工程技术
实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是
( )
A.使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率，可增加筛选平板上白色
和蓝色菌落数
B.如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的白色菌落不可判定为含目
的基因的菌株
C.因质粒 中含两个标记基因，筛选平板中长出的白色菌落即为表达
目标蛋白的菌株
D.若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒 经酶切后自身环化
并导入了大肠杆菌
√
[解析] 使用氯化钙处理大肠杆菌，可使其处于感受态，提高转化效
率，即更多的大肠杆菌能吸收质粒，这些质粒包括含目的基因的重
组质粒(大肠杆菌吸收后形成白色菌落)和未重组的质粒 (大肠杆菌吸
收后形成蓝色菌落)，筛选平板上白色和蓝色菌落数均增加，A正确；
如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的菌落都具有卡那霉素抗性，
白色菌落可能是导入了重组质粒(含目的基因)后形成的，也可能是导
入未重组质粒后形成的，所以生长出的白色菌落不可判定为含目的
基因的菌株，B正确；筛选平板中长出白色菌落，说明该菌株中导入
了重组质粒(含目的基因)，但不能确定是否可以表达目标蛋白，如目
的基因反向连接，C错误；若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是
质粒经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌，因为自身环化的质粒
中半乳糖苷酶基因完整，能表达活性 半乳糖苷酶，分解
形成蓝色菌落，D正确。
2.[2025·新课标全国卷节选] 为在大肠杆菌中
表达酶，某同学将编码酶 的基因(目的基因)
插入质粒，构建重组质粒 ，并转入大肠
杆菌。该同学设计引物用 方法验证重组
质粒构建成功(引物 结合位置如图所
示， 表示引物 方向)。回答下列
问题：
(1)是根据复制原理在体外扩增 的技术。在细胞中 复制时解开双链的酶是____________，而 过程中解开双链的方法是__________。
解旋酶
高温变性
[解析] 在细胞中， 复制时解开双链的酶是解旋酶。而在 过程
中，是通过高温变性(加热至)的方法使 双链解开。
(2) 过程中，因参与合成反应、不断消耗
而浓度下降的组分有_____________________。
引物、脱氧核苷三磷酸
[解析] 过程中，参与合成反应且不断消耗的组分有引物和(脱氧核苷三磷酸)。引物用于引导聚合酶合成新的 链，脱去两分子磷酸，产生，进而为合成新的 链提供原料。
(3)该同学进行 实验时，所用模板与引物见下表。实验中①和④的
作用是：__________________________________________；②无扩增
产物，原因是____________________________________；③⑤和⑥有
扩增产物，扩增出的 产物分别是____________________________
_________________________。
作为对照(或答:鉴定反应体系是否有模板污染)
不含与引物1和引物2互补的碱基序列
目的基因、质粒片段、含目的
基因和部分质粒序列的片段
管号 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
模板 无 无
引物对 引物1和引物2 引物3和引物4 [解析] 实验中①和④的作用是作为对照。①
无模板且引物对与②③相同，④无模板且引物
对与⑤⑥相同，可对比说明模板对扩增的影响。
②之所以无扩增产物，是因为 不含与引物1
和引物2互补的碱基序列，无法扩增出子链
序列。③以 为模板，引物1和引物2扩增
出的是含目的基因的片段；⑤以 为模板，引物3和引物4扩增
出的是质粒上一段片段；⑥以 为模板，引物3和引物4扩增
出的是含目的基因和部分质粒序列的 片段。
热点命题 基因工程+其他模块的综合考查
3.[2025·江苏卷] 川金丝猴是我国特有的珍稀濒危物种，为了更好地保
护这一物种，研究者开展了以下研究。请回答下列问题：
(1)川金丝猴警戒行为具有监测捕食者和同种个体的功能，这说明生物
之间的关系有________________。川金丝猴的警戒行为依赖于环境中
获取的信息，信息类型有______________________________。川金丝
猴根据这些信息及时作出反应，一方面可以降低被捕食风险，另一方
面为争夺__________________获得更多机会。
捕食和种内竞争
物理信息、化学信息、行为信息
食物和空间等资源
[解析] 捕食者与川金丝猴是捕食关系，川金丝猴和同种个体之间是
种内竞争关系。生态系统中信息的种类有物理信息、化学信息和行
为信息。川金丝猴根据这些信息及时作出反应，一方面可以降低被
捕食风险，另一方面为争夺食物和空间等资源获得更多机会。
(2)川金丝猴以植食为主，消化道中部分微生物直接参与高纤维食物的
消化，这些微生物与川金丝猴构成__________关系。
互利共生
[解析] 川金丝猴以植食为主，消化道中部分微生物直接参与高纤维
食物的消化，这些微生物从川金丝猴胃内获取营养物质，又能为川
金丝猴分解纤维素，两者构成互利共生关系。
(3)研究者为了进一步研究川金丝猴的食性，采集其粪便样本，进行
提取、扩增，部分实验过程如下。请完成下表：
实验目的 简要操作步骤
在去杂后的样本中加入裂解液
离心后取①________，加入乙醇
②_________ 在沉淀物中加入纯水
上清液
溶解
4种脱氧核苷酸、耐高温的聚合酶
[解析] 研究者为了进一步研究川金丝猴的食性，采集其粪便样本，
进行提取、扩增，部分实验过程如下：释放 在去杂后
的样本中加入裂解液，细胞裂解，内容物释放；析出
呈溶解状态，离心后取①上清液，再加入乙醇； 不溶于酒精，
故在沉淀物中加入纯水，②再次溶解；扩增 扩增
，需要将种脱氧核苷酸、耐高温的 聚合酶、引物、样本
、含有缓冲液、超纯水等加入管中，进行 。
(4)为分析川金丝猴摄食的植物种类，研究者设计一对引物和 ，能同
时扩增出不同种植物叶绿体中的基因片段，是因为引物和 的碱
基能与基因的保守序列的碱基__________。用引物和 对4种植
物样本甲~丁的叶绿体基因组 进行扩增测序，结果如图所示。若
对4个样本的扩增产物进行 电泳条带分析，能检出的样本是____。
研究者用引物和对川金丝猴粪便 进行扩增并测序，得到的序列
有图中的3种序列，据此可确定川金丝猴摄食的植物有________。若
要更准确鉴定出川金丝猴摄食的植物，参照叶绿体基因库，还需选用
__________________的保守序列设计引物，对川金丝猴粪便 进行
扩增、测序分析。
互补配对
丁
丙、丁
叶绿体中其他基因
注：“·”表示与植物甲对应位置上相同的碱基;“……”表示省略200个碱基。
[解析] 为分析川金丝猴摄食的植物种类，研究者设计一对引物和 ，
能同时扩增出不同种植物叶绿体中的基因片段，是因为引物 和
的碱基能与 基因的保守序列的碱基互补配对，从而在耐高温的
聚合酶的作用下延伸子链。用引物和 对4种植物样本甲~丁的
叶绿体基因组 进行扩增测序，结果如图所示，可知植物甲、乙、
丙的扩增产物一样长，植物丁的扩增产物短，若对4个样本的扩增产
物进行电泳条带分析，能检出的样本是丁。研究者用引物和
对川金丝猴粪便 进行扩增并测序，得到的序列有图中的3种序列，
甲和乙的序列相同，不能确定，故据此可确定川金丝猴摄食的植物
有丙和丁。参照叶绿体基因库，选用叶绿体中其他基因的保守序列
设计引物，对川金丝猴粪便 进行扩增、测序分析，能更准确鉴
定出川金丝猴摄食的植物。
(5)依据上述研究，保护川金丝猴可采取的措施有____(填字母)。
.建立川金丝猴生态廊道，促进种群间基因交流
.保护川金丝猴栖息地的植被和它喜食的植物
.需用标记重捕法定期重捕，以精确监测种群数量
.主要依赖迁地保护，扩大川金丝猴种群数量
[解析] 建立川金丝猴生态廊道，促进种群间基因交流，能够保护川
金丝猴遗传多样性， 正确；保护川金丝猴栖息地的植被和它喜食的
植物，能够保护川金丝猴， 正确；川金丝猴是我国特有的珍稀濒危
物种，不能用标记重捕法定期重捕，侵入性标记可能对其健康造成
潜在威胁，错误；保护川金丝猴主要依赖就地保护， 错误。
考点二 蛋白质工程
1.图解记忆蛋白质工程
2.“二看法”判断蛋白质工程与基因工程
1.[2025·陕西安康模拟]普通玉米缺乏人体及单胃动物生长发育必需的
赖氨酸，如果利用蛋白质工程将赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶中
第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位
的天冬酰胺变成异亮氨酸，可以使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含
量分别提高5倍和2倍。如图为蛋白质工程的基本流程图，下列叙述正
确的是( )
A.蛋白质工程目前只能对自然界中已存在的蛋白质进行改造
B.图中 Ⅰ 表示借助计算机来建立蛋白质的三维结构设计预期的蛋白质
结构
C.进行步骤⑤时若采用基因定点突变技术修改酶基因，无须知晓两种
酶的氨基酸序列
D.可采用 等技术检测改造后的酶基因是否导入玉米细胞
√
[解析] 蛋白质工程就是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的
关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造
一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，A错误；蛋白质工
程的第一步应该是预期蛋白质的功能，设计预期的蛋白质结构是第
二步，B错误；步骤⑤是直接通过相应的脱氧核苷酸序列改造或合成
基因，采用基因定点突变技术必须基于已知的氨基酸序列，才能确
定需要修改的 碱基序列，C错误；检测改造后的酶基因是否导入
玉米细胞时，可以采用 等技术，D正确。
2.[2023·辽宁卷] 天然 淀粉酶大多耐热性差，不利于工业化应用。
我国学者借助改造淀粉酶基因，并将改造的基因与 质粒
重组后导入大肠杆菌，最终获得耐高温的 淀粉酶。回答下列问题：
(1)上述过程属于________工程。
蛋白质
[解析] 根据预期蛋白质的功能改变基因的结构，最终获得耐高温的
淀粉酶，这属于蛋白质工程。
(2) 中使用的聚合酶属于____(填写编号)。
①以为模板的 聚合酶
②以为模板的 聚合酶
③以为模板的 聚合酶
④以为模板的 聚合酶
③
[解析] 的原理是 分子的半保留复制，利用的酶是耐热的
聚合酶，合成子链时是以 为模板。
(3)某天然 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。在图甲所示的 淀粉
酶基因改造方案中，含已替换碱基的引物是____(填写编号)。
②
[解析] 根据 淀粉酶的编码序列，替换的碱基应在编码序列中，
且利用的引物应该把编码序列全部扩增在内，故扩增所用的引物是
②③。由题干可知，替换的氨基酸位于第476位，根据转录的模板链
的方向及核糖体沿移动的方向 可知，含已替换碱基的
引物是②。
(4)为了使上述改造后的基因能在大
肠杆菌中高效表达，由图乙所示的
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__________。
标记基因
[解析] 作为基因工程载体的质粒应该包含复制原点、限制酶的切割
位点、标记基因、启动子和终止子等，故图示的基因表达载体还应
包括目的基因和标记基因。
(5)目的基因(不含 酶切位点)全长为，将其插入
位点。用 酶切来自于不同大肠杆菌菌落的质粒 ，经琼脂
糖凝胶电泳确定 片段长度，这一操作的目的是________________
_____________。正确连接的基因表达载体被 酶切后长度为
____ 。
筛选导入目的基
因的大肠杆菌
5.7
[解析] 目的基因通过表达载体导入大肠杆菌中，用 酶切来
自于不同大肠杆菌菌落的质粒，经琼脂糖凝胶电泳确定 片
段长度，这一操作的目的是筛选出导入目的基因的大肠杆菌。正确
连接的基因表达载体只有一个 酶切位点，则切割后的长度
为 。
(6)采用 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 的模板。
逆转录
[解析] 转录是以为模板合成的过程，是以 为模板
合成,通过 在分子水平上确定目的基因是否转录，则需要以
为模板逆转录出作为 反应的模板。
备用习题
1. 图甲是质粒和目的基因示意图,箭头表示相关限制酶的酶切位点。图乙列出了几种限制酶识别序列及其切割位点。下列相关叙述错误的是 ( )
A.对图甲质粒改造时插入的SmaⅠ 酶切位点越多,
质粒的热稳定性越低
B.若用单酶切法构建基因表达载体,应用EcoR Ⅰ
同时切割质粒和目的基因
C.若用双酶切法构建基因表达载体,可用BamH Ⅰ
和Hind Ⅲ同时切割质粒和目的基因
D.来自真核细胞的目的基因在大肠杆菌中进行
表达,合成的蛋白质通常不具备生物活性
√
[解析]对图甲质粒改造时插入的Sma Ⅰ 酶切位点越多,插入的C—G碱基对越多,含有的氢键越多,则质粒的热稳定性越高,A错误;若用单酶切法构建基因表达载体,应该使用EcoR Ⅰ 同时切割质粒和目的基因,B正确;若用双酶切法构建基因表达载体,既要保证目的基因与质粒正常连接,又要保证目的基因和质粒中标记基因的完整性,所以用BamH Ⅰ 和Hind Ⅲ同时切割质粒和目的基因,C正确;来自真核细胞的目的基因表达合成的蛋白质,通常需要内质网、高尔基体的加工,才有生物活性,而大肠杆菌无内质网、高尔基体,故合成的蛋白质通常不具备生物活性,D正确。
2.棉花是双子叶植物,世界上绝大多数棉花品种生产白色纤维,表现为白色棉花。科研人员对火龙果中甜菜红素合成关键基因进行提取和密码子优化,以棉花品种“中棉所49”为受体获得了富含甜菜红素的棉花新品种,首次培育出粉红色棉花。请分析回答:
(1)采用基因工程技术能获得富含甜菜红素的棉花,基因工程技术的核心是______________________,该过程需要的工具酶有_____________
________________。
基因表达载体的构建
限制酶和DNA连接酶
[解析]基因工程技术的核心是基因表达载体的构建,该过程需要的工具酶有限制酶(切割载体和目的基因)和DNA连接酶(连接目的基因和载体)。
(2)将甜菜红素合成的关键基因导入棉花细胞,常用的方法有花粉管通道法和______________。若受体细胞是“中棉所49”的体细胞,需利用______________技术才能培养出完整植株。
农杆菌转化法
植物组织培养
[解析]将甜菜红素合成的关键基因导入棉花细胞常用的方法有花粉管通道法和农杆菌转化法。若受体细胞是“中棉所49”的体细胞,需利用植物组织培养技术(经历脱分化和再分化过程)才能培养出完整植株。
(3)由于宿主细胞中密码子使用频率有差异,使用频率低的密码子会导致核糖体花费很多时间才能找到匹配的tRNA,所以需要对目的基因进行密码子优化。由此可知,对甜菜红素合成关键基因进行密码子优化的意义是_____________________________________________。
提高甜菜红素合成关键基因在棉花中的表达水平
[解析]由于宿主细胞中密码子使用频率有差异,使用频率低的密码子会导致核糖体花费很多时间才能找到匹配的tRNA,所以需要对目的基因进行密码子优化。由此可知,对甜菜红素合成关键基因进行密码子优化的意义是提高甜菜红素合成关键基因在棉花中的表达水平。
(4)为了确定粉红色棉花是否培育成功,个体水平上的检测方法是__________________________________________。
观察转基因棉花的棉纤维是否出现粉红色
[解析]为了确定粉红色棉花是否培育成功,个体水平上的检测方法是观察转基因棉花的棉纤维是否出现粉红色。
(5)科学家称,通过基因工程创制出不同类型彩色纤维棉花属于环境友好型方法,试叙述理由:_________________________________________
____________________________________________________________________。
通过基因工程手段创制出不同类型彩色纤维棉花,在满足人们需求的同时,可有效减少化学染料的使用量,更加绿色环保
[解析]科学家称,通过基因工程创制出不同类型彩色纤维棉花属于环境友好型方法,其理由为通过基因工程创制出不同类型彩色纤维棉花,在满足人们需求的同时,可有效减少化学染料的使用量,更加绿色环保。
3. 目前用于治疗人类疾病的单克隆抗体大多数是鼠源单抗,人体对鼠源单抗有一定的排斥反应。研究人员根据抗体的结构特点欲将鼠源单抗进行改造,思路如图甲,改造过程如图乙。回答下列问题:
(1)图甲所示的思路属于____________工程的范畴,图乙中①表示的细胞是___________________。
蛋白质
鼠杂交瘤细胞
[解析]研究人员根据抗体的结构特点欲将鼠源单抗进行改造,是根据预期的蛋白质结构,改变对应的脱氧核苷酸序列,为蛋白质工程的范畴,从图乙中①细胞获得了鼠源单抗的mRNA可知,图乙中①表示的细胞是鼠杂交瘤细胞。
(2)乙过程需要限制酶,来自原核生物的限制酶不能切割原核生物的DNA,原因是_______________________________________________
____________________________。
原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列,或识别序列已经被修饰(甲基化)
[解析]限制酶一般来自原核生物,原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列,或识别序列已经被修饰(甲基化),使限制酶不能将其切开,因此来自原核生物的限制酶不能切割原核生物的DNA。
(3)大量增殖产生单克隆抗体的杂交瘤细胞的方法有_______________
___________________________________________________ (答出2点)。
将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外大规模培养
[解析]大量增殖产生单克隆抗体的杂交瘤细胞的方法有将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖;将杂交瘤细胞在体外大规模培养。
(4)对cDNA进行PCR扩增时,目的基因的大小为1.0 kb,但PCR产物电泳结果(如图丙)有1.0 kb和1.2 kb的两个条带,说明样品________________
___________________,改进的措施是____________________________
_________________________________。
有DNA污染(或逆转录前mRNA不纯)
在提取RNA时加入DNA酶处理(或对提取的mRNA进行纯化处理)
[解析] PCR产物电泳结果(如图丙)有1.0 kb和1.2 kb的两个条带,说明样品中有目的基因以外的DNA,说明样品有DNA污染(或逆转录前mRNA不纯),改进的措施是在提取RNA时加入DNA酶处理(或对提取的mRNA进行纯化处理)。
快速核答案
网络构建
连接酶 基因表达载体的构建 蛋白质工程
考点一 基因工程
核心提炼 抓主干
真题重组1 自纠自查
(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)溶解蛋白质等物质，析出不溶于酒精的
(6)繁殖周期短、繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、易
培养、容易进行遗传操作等
真题重组2 自纠自查
(1)在反应中,需要利用高温使双链解旋, 普通的聚合酶在
高温下会变性失活,而聚合酶能够耐高温,在高温条件下依然具
有活性(合理即可) (2)4种脱氧核苷酸 延伸
命题追踪 明考向
1.C
2.(1)解旋酶 高温变性 (2)引物、脱氧核苷三磷酸 (3)作为对照
(或答:鉴定反应体系是否有模板污染) 不含与引物1和引物2互补的
碱基序列 目的基因、质粒片段、含目的基因和部分质粒序列的片段
3.(1)捕食和种内竞争 物理信息、化学信息、行为信息 食物和空间
等资源 (2)互利共生 (3)上清液 溶解 4种脱氧核苷酸、耐
高温的聚合酶 (4)互补配对 丁 丙、丁 叶绿体中其他基
因 (5)
考点二 蛋白质工程
核心提炼 抓主干
命题追踪 明考向
1.D
2.(1)蛋白质 (2)③ (3)② (4)标记基因 (5)筛选导入目的基因
的大肠杆菌 5.7 (6)逆转录限时集训(十四)A
1.B [解析] “分子运输车”是基因进入受体细胞的载体,常用的载体包括质粒、动植物病毒、噬菌体等,A正确;DNA合成仪可以用于体外DNA分子小的片段的合成,因此为小分子量的DNA的合成、PCR扩增中引物的合成以及基因工程中基因探针的制作提供了方便,B错误;1985年穆里斯等人发明了PCR技术,为获取目的基因提供了有效手段,C正确;基因组编辑技术的发明为目的基因的定向变异提供了新途径,D正确。
2.D [解析] T4 DNA连接酶既能连接黏性末端,又能连接平末端,A错误;甲、丙切割后形成的黏性末端不同,不可用E.coli DNA连接酶将甲、丙连接起来,B错误;解旋酶的作用位点在b处,断裂氢键,DNA连接酶的作用位点在a处,形成磷酸二酯键,C错误;限制酶在识别序列的中心轴线两侧切割DNA分子产生黏性末端,D正确。
3.D [解析] 研磨液有利于DNA的溶解,若将研磨液更换为蒸馏水,会降低DNA提取的效率,A正确;由于DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,所以利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异,可初步分离DNA,B正确;DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同,它能溶于2 mol/L的NaCl溶液,利用该原理可纯化DNA粗提物,C正确;二苯胺试剂可以用于鉴定DNA,但不能检测溶液中是否含有蛋白质杂质,D错误。
4.B [解析] 引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸,A正确;引物偏长时,由于碱基配对增多,引物与模板DNA的结合更稳定,因此复性温度应提高,B错误;引物设计过短,特异性差,易与非目标序列结合,过长时,可能形成二级结构或与非特异序列结合,两者均可能导致非特异性扩增,C正确;在一定温度范围内,提高复性温度可增强引物与目标序列结合的严格性,减少非特异性结合,从而提高PCR的特异性,D正确。
5.C [解析] 蛋白质工程可通过对基因进行改造或合成,来设计自然界没有的蛋白质;由题干可知,人工智能模型ESM3成功“设计”出一种全新的荧光蛋白,所以人工智能模型ESM3与蛋白质工程一样可以设计自然界没有的蛋白质,A正确。基因突变能产生新的基因,生物进化过程中产生的基因突变可为基因工程改造生物提供更多的基因资源,基因工程可以利用这些基因资源实现对生物的定向改造,B正确。基因工程是按照人们的意愿,对生物的基因进行定向改造,但它不能阻止生物进化过程中有害基因的出现,生物进化过程中基因突变具有不定向性,有害基因的产生是随机发生的,基因工程无法对其进行阻止,C错误。自然界的生物体都有相同的遗传密码,这是生物界的共性之一,人工智能模型ESM3可解码生物语言,正是基于这种统一的遗传密码,D正确。
6.A [解析] 生物武器包括致病菌类、病毒类、生化毒剂类等,A正确;转基因玉米油的包装上必须标有 “转基因” 标识,但目前并没有确凿科学证据表明其存在危害,无须标注危害,B错误;利用基因编辑技术设计试管婴儿来获得免疫艾滋病的基因编辑婴儿,存在严重的伦理问题,违反了人类伦理道德准则,目前这种做法是被严格禁止的,C错误;转基因作物的目的基因可能会通过花粉扩散到野生植物中,造成基因污染,D错误。
7.(1)BamH Ⅰ 目的基因和(表达)载体
(2)防止目的基因自身环化自连,防止目的基因与载体的反向连接(或保证目的基因与载体的正向连接)
(3)0.4~0.6 探究基因转化效率/抗性愈伤组织获得率最高的农杆菌浓度(或研究温度/pH等对基因转化效率/抗性愈伤组织获得率的影响)
[解析] (1)目的基因需要插在表达载体启动子和终止子之间,故选择BamH Ⅰ,目的基因经引物1和引物2扩增后需要与线性化表达载体连接,故为保证扩增出所需的目的基因,引物1和引物2要依据目的基因和表达载体序列进行设计。(2)表达载体的构建过程中,同源序列1、2中的碱基序列不同,这样设计的好处是防止目的基因与表达载体的反向连接,防止线性化载体和目的基因的自身环化,以保证目的基因能够正确连接并表达。(3)由图乙所示结果可知,当菌液浓度为0.5 OD600时,转化效率最高,因此基因转化效率较高的农杆菌浓度范围为0.4~0.6 OD600。为了进一步优化侵染条件,可在较高基因转化效率的农杆菌浓度范围内,进一步缩小浓度梯度,探究基因转化效率最高的农杆菌浓度。
8.(1)SacⅡ、BglⅡ
(2)氯霉素 p06 28 ℃ 28 ℃条件下,β-半乳糖苷酶活性最低,对外源性启动子活性检测干扰最小
(3)将pR空质粒、pR-A、pR-B分别导入LacZ基因缺失菌种中,并接种到含有X-gal平板上,在适宜条件下培养,检测不同组平板上菌落的蓝色深浅
[解析] (1)切割质粒p-LacZ时,不能破坏复制原点和标记基因,所以不能选择限制酶EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ,依据基因转录方向,且MCS自身序列也可能会启动下游基因的表达,酶切位点应位于转录的上游,且应实行双酶切法,所以应选择限制酶SacⅡ、BglⅡ切割质粒p-LacZ,然后将MCS与p-LacZ连接构建成质粒p01。(2)构建的重组质粒中含有氯霉素抗性基因,所以将质粒p01~p06分别与LacZ基因缺失菌株混合后接种至含氯霉素的液体培养基中培养并筛选出成功转入质粒的菌株,然后分别于28 ℃和37 ℃条件下培养后进行β-半乳糖苷酶活性测定。LacZ基因编码产物为β-半乳糖苷酶,若β-半乳糖苷酶活性较低,说明其对外源性启动子活性检测干扰较小,则用于插入外源启动子进行活性检测较为灵敏。据题图,质粒p06在28 ℃的条件下,β-半乳糖苷酶活性最低,对外源性启动子活性检测干扰最小,说明其用于插入外源启动子进行活性检测最灵敏。(3)依据题干信息可知,实验的自变量为外源启动子的不同,实验应分为三组,分别将不含外源启动子的pR空质粒、pR-A、pR-B导入LacZ基因缺失菌种中,并接种到含有X-gal平板上,在适宜条件下培养,检测不同组平板上菌落的蓝色深浅,蓝色越深,说明其活性越强。限时集训(十四)A 基因工程
1.[2025·福建泉州三模] 基因工程的诞生和发展,离不开科学发现和技术发展的支持。下列有关叙述错误的是 ( )
A.质粒的发现为基因工程提供了基因转移的“分子运输车”
B.DNA合成仪的问世为目的基因的检测与鉴定提供了方便
C.PCR为获取目的基因提供了有效手段
D.基因组编辑技术的发明为目的基因的定向变异提供了新途径
2.[2025·山西临汾三模] 下图所示甲、乙、丙三个黏性末端,下列有关叙述正确的是 ( )
A.T4 DNA连接酶只能连接具有互补黏性末端的DNA片段
B.图中甲片段和丙片段可以用E.coliDNA连接酶连接起来
C.解旋酶的作用位点在a处,DNA连接酶的作用位点在b处
D.限制酶在识别序列的中心轴线两侧切割DNA分子产生黏性末端
3.[2024·安徽卷] 下列关于“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述,错误的是 ( )
A.实验中如果将研磨液更换为蒸馏水,DNA提取的效率会降低
B.利用DNA和蛋白质在酒精中的溶解度差异,可初步分离DNA
C.DNA在不同浓度NaCl溶液中溶解度不同,该原理可用于纯化DNA粗提物
D.将溶解的DNA粗提物与二苯胺试剂反应,可检测溶液中是否含有蛋白质杂质
4.[2025·山东滨州二模] 根据PCR的原理,复性温度要根据引物确定,下列说法错误的是 ( )
A.引物是一小段能与DNA母链的一段碱基互补配对的短单链核酸
B.引物偏长,则复性温度要相应地降低
C.引物设计得过短或者过长都可能会导致非特异性扩增
D.在一定温度范围内,提高复性温度可以增强PCR的特异性
5.[2025·广东清远二模] 新一代人工智能模型ESM3首次实现了对蛋白质序列、结构和功能的统一推理,并成功“设计”出了一种全新的荧光蛋白,新荧光蛋白的生成相当于模拟了5亿年的进化过程。下列叙述错误的是 ( )
A.人工智能模型ESM3与蛋白质工程一样可以设计自然界没有的蛋白质
B.生物进化中产生的基因突变可为基因工程改造生物提供更多的基因资源
C.基因工程能够阻止生物进化过程中有害基因的出现,因为可以精准编辑基因
D.人工智能模型ESM3可解码生物语言,因为自然界的生物体都有相同的遗传密码
6.[2025·江苏南京二模] 下列关于生物技术安全与伦理问题的叙述,正确的是 ( )
A.生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等
B.转基因玉米油的包装上必须标有“转基因”标识和危害
C.利用基因编辑技术设计试管婴儿,以获得免疫艾滋病的基因编辑婴儿
D.转基因作物的目的基因不会通过花粉扩散到野生植物中造成基因污染
7.[2025·陕西咸阳二模] 我国玉米的生产一直受到玉米螟虫害的严重影响,为提高玉米对玉米螟的抗性,科学家通过基因工程将抗虫基因crylAb13转入玉米,过程如图甲所示。回答下列问题:
(1)为了减少限制酶识别序列的影响,研究人员采用了新型的无缝克隆In-Fusion技术实现重组载体的构建。该技术首先要将表达载体线性化,需使用限制酶 ,其次要保证在目的基因两端构建出与线性化载体末端相同的DNA序列(即同源序列,通常为15~20 bp)。因此引物1和引物2要依据
序列设计。
(2)将线性化的表达载体和基因crylAb13混合进行In-Fusion反应,In-Fusion酶能够识别线性化DNA片段5'→3'末端任意16个碱基,使其形成黏性末端,依靠同源序列碱基间的配对获得重组表达载体,其中同源序列1、2中碱基序列不同,这样设计的好处除了防止线性化载体自身环化自连外,还有___________
__________________________________________________ (答出两点)。
(3)过程⑤利用构建好的重组表达载体转化农杆菌,然后侵染玉米愈伤组织,进而获得转基因玉米植株。研究人员探究农杆菌浓度对基因转化效率的影响,结果如图乙所示。实验结果表明,转化效率较高的农杆菌浓度范围为 OD600。为了进一步优化侵染条件,可进行实验探究的课题是 。
8.[2025·广东广州二模] 不同的启动子活性不同,可引起基因表达强度的差异。MCS是一段含多种限制酶切割位点的DNA序列,广泛用于插入不同外源启动子,但MCS自身序列也可能会启动下游基因的表达,对外源启动子活性检测造成干扰。为了构建能灵敏检测外源启动子活性的质粒,科研人员利用无启动子的LacZ基因和质粒p构建出质粒p-LacZ(如图甲),并以此进行进一步研究。回答下列问题。
(1)为构建更为灵敏的外源启动子活性检测质粒,最好选择限制酶 切割质粒p-LacZ,然后将MCS与p-LacZ连接构建成质粒p01。在此基础上对MCS序列进行不同改造分别得到质粒p02、p03、p04、p05、p06。
(2)将质粒p01~p06分别与LacZ基因缺失菌株混合后接种至含 的液体培养基中培养并筛选出成功转入质粒的菌株,然后分别于28 ℃和37 ℃条件下培养后进行β-半乳糖苷酶活性测定,结果(如图乙)表明,应选择质粒 并在 的温度下用于插入外源启动子进行活性检测最灵敏,理由是 。
(3)β-半乳糖苷酶可以分解X-gal产生蓝色物质,使菌落呈现蓝色。请利用(2)筛选得到的质粒(记为pR)为工具,用固体培养基初步比较外源启动子A和B的活性,试写出简要的实验思路:______________________________________
。 限时集训(十四)B
1.B [解析] 蛋白质工程需要对基因进行改造获得适用性更好的蛋白质,因此需要对该基因进行定点突变,A不符合题意;蛋白质工程是对枯草杆菌蛋白酶基因进行操作,无须诱变处理枯草杆菌,B符合题意;蛋白质工程是基因工程的延伸,PCR扩增基因可以获得更多的目的基因,C不符合题意;蛋白质工程是基因工程的延伸,构建基因表达载体是基因工程的核心,蛋白质工程也会涉及,D不符合题意。
2.B [解析] 抗体是由浆细胞产生的,而浆细胞是由B淋巴细胞分化而来,从免疫后动物中提取能产生抗体相关的mRNA的“特定细胞”是B淋巴细胞,A正确;从B淋巴细胞中提取的总mRNA包含了该细胞内多种基因转录形成的mRNA,反转录出的cDNA不全都是抗体基因,还有其他基因对应的cDNA,B错误;启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录,终止子终止转录,基因需要定向插入启动子和终止子中间才能正常表达,C正确;如果抗体分布在宿主细胞表面,就可以利用抗原—抗体特异性结合的原理进行抗体筛选,D正确。
3.C [解析] 分析题图可知,将目的基因插入质粒时,需要用限制酶XhoⅠ、NheⅠ切割质粒和含有目的基因的DNA片段,以产生相同的黏性末端,再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接起来,而DNA聚合酶用于DNA复制过程,不是基因工程中构建重组质粒所需的酶,A错误;用Ca2+处理大肠杆菌,是使其处于感受态,从而易于吸收周围环境中的DNA分子,而不是使细胞壁软化,B错误;按题图构建的重组质粒导入大肠杆菌后,目的基因转录的方向与启动子的方向相反,启动子无法启动目的基因的转录,所以大肠杆菌不能表达该目的基因,C正确;分析题图可知,目的基因的插入没有破坏β-半乳糖苷酶基因和四环素抗性基因,因此含重组质粒的大肠杆菌在含有X-gal和四环素的培养基上形成的是蓝色菌落,但含空载体的大肠杆菌在含有X-gal和四环素的培养基上形成的也是蓝色菌落,故在含有X-gal和四环素的培养基上形成的蓝色菌落不一定是含重组质粒的大肠杆菌,D错误。
4.C [解析] 反向PCR是扩增已知序列两侧的未知序列,因此过程②设计引物时,应根据已知序列(目的基因两侧的部分核苷酸序列)来设计引物1和4,A错误;PCR过程中,复性的温度一般在50 ℃左右,而72 ℃左右是延伸的温度,B错误;过程③PCR所用的酶为耐高温的DNA聚合酶,其只能从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸,C正确;PCR第一轮循环得到的DNA两条链长度不同,第二轮循环得到的DNA两条链长度也不同,至少要到第三轮循环才可获得两条链等长的DNA片段,D错误。
5.(1)①⑥ 便于筛选含有目的基因的受体细胞
(2) F1和R1 甲
(3)C
(4)个体
[解析] (1)RNA聚合酶能识别并结合的是启动子,启动子是基因转录起始的部位,在图Ⅱ中①⑥是启动子。卡那霉素抗性基因属于标记基因,其作用是便于筛选含有目的基因的受体细胞,即在含有卡那霉素的培养基中,只有成功导入了含有卡那霉素抗性基因的受体细胞才能存活,从而筛选出含有目的基因的受体细胞。(2)为鉴定目的基因是否成功插入载体的T-DNA,若仅用一对引物,应选择图Ⅰ中位于T-DNA外侧的引物,且能扩增出包含目的基因和T-DNA的片段,即F1和R1,从而检测目的基因是否成功插入。因为转基因株系474含有目的基因,其扩增出的DNA片段长度会比野生型番木瓜长,从图Ⅲ电泳结果看,甲的条带位置靠上,说明DNA片段较长,所以株系474的电泳条带为甲。(3)目的基因转录合成前体RNA,内含子转录出来的对应序列会被剪切,说明前体RNA含有内含子转录出来的序列,即含有不能编码蛋白质的序列,其结构应该是包含编码区和非编码区的。由图Ⅱ可知,②与④转录出来的序列部分碱基可互补配对形成双链结构,②与④之间的③为内含子,因此题图中最符合前体RNA结构的是C。(4)转基因番木瓜是否培育成功需要进行个体水平的鉴定。接种PRSV后株系474和野生型番木瓜体内病毒浓度的变化趋势为转基因番木瓜(株系474)因转入了抗病毒基因,所以其体内病毒浓度应该较低,且随着时间推移病毒浓度逐渐降低;而野生型番木瓜没有抗病毒基因,病毒会在其体内大量增殖,病毒浓度会随着时间推移逐渐升高。绘制曲线如答案所示。
6.(1)复制原点 Xba Ⅰ DNA聚合酶 Sma Ⅰ和Spe Ⅰ 550
(2)4 环化 测序和序列比对
(3)不能
[解析] (1)DNA复制的起点是复制原点,因此Ti质粒上与其在农杆菌中的复制能力相关的结构为复制原点。根据Sma Ⅰ限制酶识别序列和切割位点可知,酶切形成的是平末端,若质粒仅用Sma Ⅰ酶切,抗除草剂基因X和质粒可以正向连接也可以反向连接,且无法区分,为了确定重组质粒是否正向连接,因此在构建重组质粒时需要用到另一种限制酶,因抗除草剂基因X需要插入启动子和终止子之间,因此不能选择Bam H Ⅰ切割,因为该限制酶会破坏终止子,所以只能选择Xba Ⅰ或Pst Ⅰ进行酶切,两者切割后产生的黏性末端如下:
Pst Ⅰ:5'-CTGCA Xba Ⅰ:5'-T
3'-G 3'-AGATC
由图可知,只有Xba Ⅰ酶切产生的黏性末端可被补平(DNA链的延伸方向是5'→3'),故应选择Xba Ⅰ和Sma Ⅰ对Ti质粒进行完全酶切。补平时使用的酶是DNA聚合酶。利用DNA连接酶将酶切后的包含抗除草剂基因X的片段与酶切并补平的Ti质粒进行连接,构建重组载体,转化大肠杆菌。重组的T-DNA片段上含有一个Sma Ⅰ和一个Spe Ⅰ酶切位点,故可以选择用Sma Ⅰ和Spe Ⅰ进行酶切,转录的方向是模板链的3'→5',经过两种酶的酶切后并电泳,结果呈现一长一短2条带,若正向连接,较短的条带长度近似为550 bp,若反向连接,较短的条带长度近似为200 bp。(2)由于后续PCR难以扩增大片段DNA,所以最好选择识别序列为4个碱基对的限制酶,原因是识别序列越短,酶切位点越多,切割产生的片段可能越小,更有利于后续的PCR扩增。由于引物是根据已知序列设计的,但此时需要扩增未知序列,因此可以将图乙的片段环化,这样就可以利用现有引物扩增出未知序列。为了确定未知序列是否是同一基因,需要准确比对其上的碱基序列,因此对扩增出的未知序列进行的操作为测序和序列比对。(3)突变植株成功导入野生型基因,但野生型基因未必可以正常表达,因此不能确定该植株的表型为野生型。限时集训(十四)B 基因工程
1.[2025·广东佛山二模] 枯草杆菌蛋白酶在洗涤剂工业中具有重要作用。研究人员利用蛋白质工程获得了在工业生产中有更好适用性的枯草杆菌蛋白酶突变体。这一过程中不涉及下列哪项操作 ( )
A.基因定点突变 B.诱变处理枯草杆菌
C.PCR扩增基因 D.构建基因表达载体
2.[2025·山东青岛二模] 为能快速找到特定抗原的高亲和力抗体,研究者构建抗体文库。从免疫后动物的特定细胞中提取总mRNA,反转录成cDNA,经PCR扩增后,构建重组载体,再把重组载体转化到宿主细胞,形成含不同抗体基因的细胞集合,即抗体文库。下列说法错误的是 ( )
A.“特定细胞”是B淋巴细胞
B.反转录出的cDNA全部是抗体基因
C.基因需要定向插入启动子和终止子中间才能表达
D.抗体分布在宿主细胞表面有利于进行抗体筛选
3.[2025·湖北黄冈二模] 研究人员将目的基因插入质粒,构建重组质粒的过程如图所示,再将该重组质粒导入大肠杆菌中。由β-半乳糖苷酶基因编码产生的β-半乳糖苷酶可分解X-gal产生蓝色物质,使菌落呈蓝色,否则菌落为白色。下列叙述正确的是 ( )
A.将目的基因插入质粒时,需要用到的酶有XhoⅠ、NheⅠ和DNA 聚合酶
B.大肠杆菌被导入重组质粒前需用Ca2+处理大肠杆菌,使其细胞壁软化
C.将按图示构建的重组质粒导入大肠杆菌后,大肠杆菌不能表达该目的基因
D.在含有X-gal和四环素的培养基上形成的蓝色菌落就是含重组质粒的大肠杆菌
4.[2025·山西太原二模] 反向PCR是一种用于扩增已知序列两侧的未知序列的技术,需要先将目标DNA进行环化,再以环化的DNA为模板进行扩增。现利用反向PCR技术来确定目的基因的插入位点,部分过程如下图所示,相关叙述正确的是( )
A.过程②中根据目的基因两端的部分核苷酸序列设计引物2和3
B.过程③中复性是在72 ℃左右使两种引物与模板链结合
C.过程③所用的酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
D.PCR第二轮循环即可获得两条链等长的DNA片段
5.[2025·福建厦门一模] 科学家发现将外源双链RNA导入生物体内会引起与其同源的内源基因表达沉默。基于这一理论,研究人员构建图 Ⅱ 中含有番木瓜环斑病毒(PRSV)外壳蛋白(CP)基因的序列,插入图 Ⅰ 中载体的T-DNA上,并将构建的表达载体导入番木瓜中,获得了具有抗PRSV性状的转基因株系474。
注:F1、R1、F2、R2表示引物,①为启动子,②为CP基因片段,③为内含子(不编码氨基酸的序列),④为反义CP基因片段,⑤为终止子,⑥为启动子,⑦为卡那霉素抗性基因,⑧为终止子, ②与④转录出来的序列部分碱基可互补配对形成双链结构。
回答下列问题:
(1)图 Ⅱ 序列中能被RNA聚合酶识别并结合的是 (填写图Ⅱ中的序号)。卡那霉素抗性基因的作用是 。
(2)为鉴定目的基因是否成功插入载体的T-DNA,需进行PCR检测,若仅用一对引物,应选择图 Ⅰ 中的引物 。图Ⅲ是以转基因株系474和野生型番木瓜的DNA为模板进行扩增的电泳结果,株系474的电泳条带为
(填“甲”或“乙”)。
(3)目的基因转录合成前体RNA,通过进一步加工、修饰后,内含子转录出来的对应序列被剪切。下图最符合前体RNA结构的是 。
A B
C D
(4)转基因番木瓜是否培育成功还需要进行 水平的鉴定,请在下图中绘制出接种PRSV后,株系474和野生型番木瓜体内病毒浓度变化趋势的曲线。
6.[2025·山东卷] 种子休眠是抵御穗发芽的一种机制。通过对Ti质粒的改造,利用农杆菌转化法将Ti质粒上的T-DNA随机整合到小麦基因组中,筛选到2个种子休眠相关基因的插入失活纯合突变体。与野生型相比,突变体种子的萌发率降低。小麦基因组序列信息已知。
(1)Ti质粒上与其在农杆菌中的复制能力相关的结构为 。选用图甲中的SmaⅠ 对抗除草剂基因X进行完全酶切,再选择SmaⅠ和 对Ti质粒进行完全酶切,将产生的黏性末端补平,补平时使用的酶是 。利用DNA连接酶将酶切后的包含抗除草剂基因X的片段与酶切并补平的Ti质粒进行连接,构建重组载体,转化大肠杆菌;经卡那霉素筛选并提取质粒后再选用限制酶 进行完全酶切并电泳检测,若电泳结果呈现一长一短2条带,较短的条带长度近似为 bp,则一定为正向重组质粒。
(2)为证明这两个突变体是由于T-DNA插入小麦基因组中同一基因导致的,提取基因组DNA,经酶切后产生含有T-DNA的基因组片段(图乙)。在此酶切过程中,限于后续PCR难以扩增大片段DNA,最好使用识别序列为 (填“4”“6”或“8”)个碱基对的限制酶,且T-DNA中应不含该酶的酶切位点。需首先将图乙的片段 ,才能利用引物P1和P2成功扩增未知序列。PCR扩增出未知序列后,进行了一系列操作,其中可以判断出2条片段的未知序列是否属于同一个基因的操作为 (填“琼脂糖凝胶电泳”或“测序和序列比对”)。
(3)通过农杆菌转化法将构建的含有野生型基因的表达载体转入突变植株,如果检测到野生型基因, (填“能”或“不能”)确定该植株的表型为野生型。
