高考生物一轮复习专题作业33：基因工程（含解析）

高中生物专题分层作业
第33讲　基因工程
A组　基础题组
题组一　基因工程的操作工具与操作程序
1.(2020北京海淀期中)下列关于基因操作工具的叙述,正确的是(　　)
A.并非所有目的基因都可用PCR方法获取
B.通常以抗生素合成基因作为标记基因
C.限制酶识别并在特定位置断开氢键
D.DNA连接酶可将脱氧核苷酸连接成长链
答案　A　当目的基因的序列已知,并且分子量较小时,可以采用人工合成的方法或者PCR的方法获取;当目的基因的部分序列已知时,可采用PCR的方法获取;当分子量较大或序列未知时,可从基因文库中获取,A选项正确。通常以抗生素抗性基因作为标记基因,B选项错误。限制酶识别并在特定位点断开磷酸二酯键,C选项错误。 DNA连接酶只能连接两个DNA片段,D选项错误。
2.构建重组质粒时可选用四种限制酶,其识别序列如图。为防止酶切片段的自身环接,不可选用的限制酶组合是(　　)
　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
答案　C　为防止酶切片段的自身环接,需要用不同的限制酶进行切割,而且不同的限制酶切割后产生的黏性末端要不同。限制酶①和②切割后产生的黏性末端不同,可选用,与题意不符,A错误;限制酶②和③切割后产生的黏性末端也不同,可选用,与题意不符,B错误;限制酶①和④切割后产生的黏性末端相同,不可选用,与题意相符,C正确;限制酶③和④切割后产生的黏性末端不同,可选用,与题意不符,D错误。
3.下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述,正确的是(　　)
A.表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得
B.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点
C.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来
D.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用
答案　C　由于人肝细胞中胰岛素基因不能表达,所以无法利用肝细胞 mRNA 反转录获得胰岛素基因,A项错误;表达载体的复制启动于复制原点,胰岛素基因的转录启动于启动子,B项错误;抗生素抗性基因是标记基因,作用是检测受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有胰岛素基因的受体细胞筛选出来,C项正确;启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,是转录的起点,而终止密码子位于mRNA上,在翻译中起作用,D项错误。
4.土壤农杆菌含有一个大型的Ti质粒(如图所示),在侵染植物细胞的过程中,其中的T-DNA片段转入植物的基因组。若想用基因工程并通过土壤农杆菌向某种植物中导入抗旱基因,以下分析不合理的是(　　)
A.若用Ti质粒作为抗旱基因的载体,目的基因的插入位置应该在T-DNA片段内,且要保证复制起始点和用于转移T-DNA的基因片段不被破坏
B.将重组Ti质粒导入土壤农杆菌中时,可以用Ca2+处理细菌
C.用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌去感染植物细胞,可以通过植物组织培养成具有抗旱基因的植物
D.若能够在植物细胞中检测到抗旱目的基因,则说明该基因工程项目获得成功
答案　D　土壤农杆菌含有一个大型的Ti质粒,在侵染植物细胞的过程中,其中的T-DNA片段转入植物的基因组,所以若用Ti质粒作为抗旱基因的载体,目的基因的插入位置应该在T-DNA片段内,且要保证复制起始点和用于转移T-DNA的基因片段不被破坏,故A正确;将目的基因导入细菌时,需要用Ca2+处理细菌,使其成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态,故B正确;用含有重组Ti质粒的土壤农杆菌去感染植物细胞,再通过植物组织培养技术将受体细胞培养成具有抗旱基因的植物,故C正确;能够在植物细胞中检测到抗旱目的基因,只能说明目的基因导入成功,不能说明该基因工程项目获得成功,故D错误。
题组二　PCR技术、基因工程的应用与蛋白质工程
5.(2020年北京朝阳一模)荧光定量PCR技术可定量检测样本中某种DNA含量。其原理是:在PCR体系中每加入一对引物的同时加入一个与某条模板链互补的荧光探针,当Taq酶催化子链延伸至探针处,会水解探针,使荧光监测系统接收到荧光信号,即每扩增一次,就有一个荧光分子生成。相关叙述错误的是(　　)
A.引物与探针均具特异性,与模板结合时遵循碱基互补配对原则
B.Taq酶可以催化子链沿着3'→5'方向延伸,需dNTP作为原料
C.反应最终的荧光强度与起始状态模板DNA含量呈正相关
D.若用cDNA作模板,上述技术也可检测某基因的转录水平
答案　B　Taq酶可以催化子链沿着5'→3'方向延伸,需dNTP作为原料,B选项错误;据题干信息“每扩增一次,就有一个荧光分子生成”推知,C、D选项正确。
6.(2020北京西城期末)利用人胰岛B细胞构建cDNA文库,然后通过核酸分子杂交技术从中筛选目的基因,筛选过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.cDNA文库的构建需要用到逆转录酶
B.图中的菌落是通过稀释涂布法获得的
C.核酸分子杂交的原理是碱基互补配对
D.从该文库中可筛选到胰高血糖素基因
答案　D　cDNA是由mRNA逆转录获得的,需要逆转录酶催化,A正确;由图可知,培养基上的单菌落均匀分布,可见图中菌落是通过稀释涂布平板法获得的,B正确;核酸分子杂交时,严格遵循碱基互补配对原则,C正确;该文库为cDNA文库,由人胰岛素B细胞的mRNA逆转录获得,而胰岛B细胞分泌胰岛素,不分泌胰高血糖素,从而不会产生指导胰高血糖素合成的mRNA,故不能从该文库中获得胰高血糖素基因,D错误。
7.如图表示蛋白质工程的操作过程,下列说法不正确的是(　　)
A.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作
B.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术
C.a、b过程分别是转录、翻译
D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因
答案　B　蛋白质工程中了解蛋白质分子结构如蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等,对于合成或改造基因至关重要;蛋白质工程的进行离不开基因工程,对蛋白质的改造是通过对基因的改造来完成的;图中a、b过程分别是转录、翻译过程;蛋白质工程中可根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因。
B组　提升题组
一、选择题
1.微生物常被用于基因工程中。下列相关叙述正确的是(　　)
A.从耐热的细菌中获取PCR所需的DNA连接酶
B.大肠杆菌、酵母菌等是基因工程常用的载体
C.作为载体的DNA分子需具有合成抗生素的基因
D.常利用土壤农杆菌将目的基因导入植物细胞
答案　D　可以从耐热的细菌中获取耐高温的DNA聚合酶,PCR扩增需要耐高温的DNA聚合酶,A错误;基因工程常用的载体是质粒、动植物病毒、噬菌体衍生物等,大肠杆菌和酵母菌是常用受体菌,B错误;基因工程的载体需要有标记基因,如抗生素抗性基因等,C错误;农杆菌转化法是目的基因导入植物细胞的常用方法,D正确。
2.(2020北京海淀期中)科研人员通过PCR获得肝细胞特异性启动子——白蛋白启动子,将该启动子与Cre重组酶基因结合构建表达载体,培育出在肝细胞特异性表达Cre重组酶的转基因小鼠。下列叙述正确的是(　　)
A.将该表达载体导入肝细胞以获得转基因小鼠
B.PCR获得白蛋白启动子需设计特异性的引物
C.构建该表达载体需要限制酶和DNA聚合酶
D.通过核酸分子杂交技术检测目的基因是否完成表达
答案　B　将表达载体导入肝细胞无法获得转基因小鼠个体,应将表达载体导入受精卵,后者可以发育成新的个体,A选项错误。根据碱基互补配对原则,需设计特异性引物才能通过PCR获得白蛋白启动子,B选项正确。构建该表达载体需要限制酶和DNA链接酶,不需要DNA聚合酶,C选项错误。通过核酸分子杂交技术只能检测目的基因是否转入(运用DNA—DNA分子杂交技术)以及目的基因是否转录(运用DNA—RNA分子杂交技术)。检测是否表达,是要检测蛋白质,需要用抗原—抗体杂交技术,D选项错误。
3.(2020北京东城期末)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂,用于降解某种农药的残留,基本流程如图。下列叙述正确的是(　　)
A.过程①的反应体系中需要加入反转录酶和核糖核苷酸
B.过程②需使用限制酶和DNA聚合酶,是基因工程的核心步骤
C.过程③需要使用NaCl溶液制备感受态的大肠杆菌细胞
D.过程④可利用PCR技术鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞
答案　D　过程①的反应体系中需要加入反转录酶和脱氧核糖核苷酸来合成cDNA,A选项错误;过程②需使用限制酶和DNA连接酶来构建表达载体,是基因工程的核心步骤,B选项错误;过程③需要使用CaCl2溶液制备感受态的大肠杆菌细胞,C选项错误。
二、非选择题
4.(2020北京西城期末)杂交子代在生长、成活、繁殖能力等方面优于双亲的现象称为杂种优势。研究者以两性花植物——大豆为材料进行实验,探究其杂种优势的分子机理。
(1)以甲、乙两品系作为亲本进行杂交实验获得F1,分别测定亲代和F1的茎粗、一株粒重、脂肪含量、蛋白质的含量,结果如表1。
表1:亲代及F1的相关数据
指标品系
甲
乙
甲♂×乙♀F1
甲♀×乙♂F1
茎粗(mm)
7.9
7.4
12.5
13.5
一株粒重(g)
19.1
13.4
50.2
58.4
脂肪(%)
19.4
21.9
20.6
20.8
蛋白质(%)
36.5
34.5
36.8
37.0
结果表明,杂交子代F1在　　　　　等方面表现出了杂种优势。相同两种品系的大豆正反交所得子代相关性状不一致,推测可能与　　　　　中的遗传物质调控有关。?
(2)进一步研究大豆杂种优势的分子机理,发现在大豆基因组DNA上存在着很多的5'-CCGG-3'位点,其中的胞嘧啶在DNA甲基转移酶的催化下发生甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶。细胞中存在两种甲基化模式,如下图所示。
大豆某些基因启动子上存在的5'-CCGG-3'位点被甲基化,会引起基因与　　　　　酶相互作用方式的改变,通过影响转录过程而影响生物的　　　　　(填“基因型”或“性状”),去甲基化则诱导了基因的重新活化。?
(3)基因甲基化模式可采用限制酶切割和电泳技术检测。限制酶HpaⅡ和MspⅠ作用特性如表2。
表2:HpaⅡ和MspⅠ的作用特性
5'-CCGG-3'甲基化模式
HpaⅡ
MspⅠ
未甲基化
+
+
半甲基化
+
-
全甲基化
-
+
(备注:“+”表示能切割,“-”表示不能切割)
①相同序列的DNA同一位点经过HpaⅡ和MspⅠ两种酶的识别切割,切割出的片段　　　　　(填“相同”或“不同”或“不一定相同”)。通过比较两种酶对DNA的切割结果进而可以初步判断　　　　　　　　　　　　　。?
②用两种酶分别对甲、乙两亲本及F1基因组DNA进行酶切,设计特定的　　　　　,利用PCR技术对酶切产物进行扩增,分析扩增产物特异性条带,统计5'-CCGG-3'位点的甲基化情况,结果如表3。?
表3:亲代及F15'-CCGG-3'位点的甲基化统计结果
品系
总甲基化
位点数(%)
半甲基化
位点数(%)
全甲基化
位点数(%)
甲
769(56.92%)
330(24.43%)
439(32.49%)
乙
722(58.89%)
281(22.92%)
441(35.97%)
甲♂×乙♀F1
603(48.86%)
255(20.66%)
348(28.20%)
甲♀×乙♂F1
611(48.23%)
264(20.84%)
347(27.39%)
表3中所列数据说明正反交的杂种F1均出现了　　　　　　　　　　　的现象,从而使相关基因的活性　　　　,使F1出现杂种优势。?
答案　(1)茎粗、一株粒重　细胞质(线粒体、叶绿体)
(2)RNA聚合　性状
(3)①不一定相同　是否甲基化及甲基化模式(甲基化模式)　②引物　总(半+全)甲基化水平较双亲降低(去甲基化,只答全甲基化或半甲基化不给分)　增强
解析　(1)根据题干和表1知,F1相比于甲和乙两亲本,有明显变化的是茎粗和一株粒重,而脂肪和蛋白质含量变化不明显。植物进行杂交时,细胞质中的遗传物质来自母本,后代表现型因母本不同而不同。表1中的正反交实验结果不完全相同,这很有可能是细胞质中的遗传物质或其他调控物质有差异造成的。(2)根据题干得知基因位点的甲基化主要影响了DNA的转录,因此受影响的酶应是RNA聚合酶。生物的基因型未受影响,但转录产物的改变影响翻译过程,造成蛋白质种类和含量的差异,最终影响生物的性状。(3)①根据题干知,甲基化程度不同,两种限制酶的切割结果也不相同,因此相同的DNA切出的片段不同,因此我们可以根据切割片段的不同来判断DNA的甲基化程度。②PCR过程扩增DNA需要引物,为了保证扩增目的基因的准确性,需要设计出能与目的基因特异性结合的引物;基因甲基化的增加会降低基因的表达量,根据表3可知,F1与甲、乙两亲本相比总甲基化程度有所降低,因此甲基化的基因因为去甲基化而重新活化,即相关基因的活性增强。