课时作业13 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建（Word练习）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中生物学选择性必修第三册（人教版2024）

课时作业(十三)　目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建 题组一　目的基因的筛选和获取 1．下列有关获取目的基因的叙述错误的是(　　) A．目的基因就是编码蛋白质的基因 B．筛选和获取目的基因是基因工程的第一步 C．来自苏云金杆菌的Bt基因可作为转基因抗虫棉的目的基因 D．序列比对工具等的应用为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会 答案　A 解析　目的基因主要是指编码蛋白质的基因，A项错误；目的基因的筛选与获取是实施基因工程的第一步，B项正确；来自苏云金杆菌的Bt基因可作为培育转基因抗虫棉的目的基因，C项正确；随着测序技术的发展，以及序列数据库和序列比对工具等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知，这为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能，D项正确。 2．PCR又称聚合酶链式反应，现在已成为分子生物学实验中的一种常规手段，它可以在体外很短的时间内将DNA大量扩增。你认为下列符合在体外进行PCR反应条件的一组是(　　) ①稳定的缓冲溶液环境　②DNA模板　③引物 ④4种脱氧核苷酸　⑤耐高温的DNA聚合酶 ⑥解旋酶　⑦限制性内切核酸酶　⑧温控设备 A．①②③④⑤⑥ B．①②③④⑤⑥⑦⑧ C．③④⑤⑥⑧ D．①②③④⑤⑧ 答案　D 解析　PCR反应的实质是模拟体内DNA复制，因此需要稳定的缓冲溶液环境，①正确；PCR反应需要DNA模板，②正确；PCR反应需要一对引物，③正确；PCR反应需要以4种脱氧核苷酸为原料，④正确；PCR反应需要耐高温的DNA聚合酶催化延伸过程，⑤正确；PCR反应过程中通过高温使DNA变性解链，不需要解旋酶，⑥错误；PCR反应不需要限制性内切核酸酶，⑦错误；PCR反应过程中需要控制的关键因素是温度，因此需要温控设备，⑧正确。 3．下列有关PCR技术的叙述，错误的是(　　) A．PCR是对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术 B．该技术的原理是DNA的半保留复制 C．反应中的每次循环可分为变性、复性和延伸三步 D．扩增过程中需要解旋酶参与打开DNA双链结构 答案　D 解析　PCR是在生物体外对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术，A项正确；PCR技术的原理是DNA的半保留复制，B项正确；反应中的每次循环过程包括高温变性(DNA解旋)，低温复性(引物结合到互补链DNA上)，中温延伸(合成子链)三步，C项正确；扩增过程中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开，D项错误。 4．下列关于PCR的叙述，正确的是(　　) A．PCR是体外复制DNA技术，关键酶是解旋酶和DNA聚合酶 B．DNA聚合酶从引物的5端开始连接脱氧核苷酸 C．第三轮循环产物中出现位于两种引物之间的DNA片段 D．延伸过程需要酶、ATP和4种核糖核苷酸 答案　C 解析　PCR体外复制DNA不需要解旋酶，需要耐高温的DNA聚合酶，A项错误；DNA聚合酶从引物的3端开始连接脱氧核苷酸，B项错误；第三轮循环产物中出现位于两种引物之间的DNA片段，C项正确；PCR是在较高温度条件下进行的，该过程需要耐高温的DNA聚合酶，且PCR反应的产物是DNA，因此原料是4种游离的脱氧核苷酸，不是核糖核苷酸，D项错误。 5．下列关于PCR技术的叙述，正确的是(　　) A．PCR技术建立在对扩增的目的基因序列完全已知的基础上 B．该技术需要解旋酶和耐高温的DNA聚合酶 C．该技术需要一对特异性的引物，要求一对引物的序列是互补的 D．该技术根据DNA半保留复制原理，也需要模板、原料、能量、酶等条件 答案　D 解析　PCR技术的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，而不是目的基因的序列完全已知，A项错误；PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开，B项错误；该过程需要一对特异性的引物，但要求一对引物的序列是不互补的，引物序列需要与模板DNA互补，C项错误；PCR技术的原理是DNA半保留复制，也需要模板、原料、酶等条件，D项正确。 题组二　基因表达载体的构建 6．如图是基因工程中基因表达载体的模式图，若结构X是表达载体所必需的，则X最可能是(　　) A．目的基因插入位点 B．启动子 C．标记基因 D．DNA聚合酶识别位点 答案　B 解析　基因表达载体由启动子、终止子、标记基因、复制原点和目的基因等组成。题图中有终止子、标记基因(抗生素抗性基因)、目的基因、复制原点等，还缺少启动子。启动子位于目的基因的上游，所以X最可能是启动子，B项正确。 7．下列有关基因表达载体的叙述，不正确的是(　　) A. 具有复制原点，使目的基因能在受体细胞内扩增 B．具有启动子，作为多肽链合成的起始信号 C．具有标记基因，有利于目的基因的初步检测 D．具有目的基因，以获得特定的基因表达产物 答案　B 解析　基因表达载体必须使目的基因能够在受体细胞内进行扩增，因此具有复制原点，A项正确；基因表达载体必须使目的基因能够在受体细胞内进行表达，具有启动子(启动转录)，作为RNA合成的起始信号，B项错误；具有标记基因，有利于目的基因的初步检测，如抗生素抗性基因，含目的基因的受体细胞在含抗生素的培养基上能生长，C项正确；构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞内高效、稳定地表达，因此具有目的基因，以获得特定的基因表达产物，D项正确。 8．某目的基因两侧的 DNA序列所含的限制酶酶切位点如图所示，最好选用下列哪种质粒作为载体的是 (　　) 答案　D 解析　目的基因只有一侧含有限制酶NheⅠ的识别序列，用此酶不能获取目的基因，A项错误；目的基因两侧含有限制酶AluⅠ的识别序列，但只用此酶切割可能会导致目的基因和质粒反向连接或自身环化，B项错误；目的基因两侧含有限制酶NheⅠ和AluⅠ的识别序列，但用这两种酶切割可能会获得不含目的基因的片段，C项错误；目的基因两侧含有限制酶NheⅠ和SmaⅠ的识别序列，用这两种酶切割会获取目的基因，而且能防止目的基因和质粒的自身环化和反向连接，D项正确。 9．如图所示为某质粒限制酶酶切图谱。某基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的该基因与该质粒构建重组质粒，则扩增的该基因两端需分别引入哪两种限制酶的识别序列(　　) 注：图中不同限制酶的识别序列及切割形成的黏性末端均不相同。 A．NdeⅠ和Bam HⅠ B．NdeⅠ和XbaⅠ C．XbaⅠ和BamHⅠ D．EcoRⅠ和KpnⅠ 答案　A 解析　构建重组质粒时，要将目的基因插入到启动子和终止子之间，而且不能破坏启动子、终止子、复制原点、抗生素抗性基因等部位，故只能选用Nde Ⅰ和BamH Ⅰ切割质粒和含目的基因的DNA片段，因此在PCR扩增的该基因的两端分别引入NdeⅠ和BamHⅠ两种限制酶的识别序列。 10．下列有关抗虫基因表达载体的叙述，正确的是(　　) A．切割含抗虫基因的DNA片段和载体必须用同一种限制酶 B．抗虫基因表达载体中要有起始密码子 C．抗虫基因表达载体必须具备标记基因，其作用是筛选含有目的基因的受体细胞 D．抗虫基因的表达开始于复制原点 答案　C 解析　切割含抗虫基因的DNA片段和载体可以用不同的限制酶，只要切割出的末端相同即可，A项错误；抗虫基因表达载体的构建必须具备启动子和终止子，起始密码子位于mRNA上，B项错误；基因表达载体必须具备标记基因，其作用是检测目的基因是否导入到受体细胞中，从而将含有目的基因的受体细胞筛选出来，C项正确；抗虫基因的表达开始于启动子，D项错误。 11．基因表达载体的构建是基因工程的核心工作，基因表达载体上必须含有启动子、终止子、标记基因、目的基因等结构。下列说法错误的是(　　) A．启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位 B．终止子是翻译的终止信号 C．标记基因可用于重组DNA分子的筛选 D．目的基因主要是指编码蛋白质的基因 答案　B 解析　启动子在基因的首段，它是RNA聚合酶识别和结合的位点，能控制转录的开始，A项正确；终止子是转录的结束信号，B项错误；标记基因便于目的基因的鉴定和筛选，C项正确；目的基因主要指编码蛋白质的基因，D项正确。 12．基因工程的基本操作步骤如下图所示，其中甲、乙、丙表示结构，①表示过程。下列相关叙述正确的是(　　) A．甲、乙分别表示含有抗性基因的质粒、受体细胞 B．①过程表示用含有抗生素的培养基筛选含目的基因的受体细胞 C．丙可以是单细胞、器官、植物或动物等 D．利用基因工程技术不能生产单克隆抗体 答案　C 解析　乙受体细胞并不都被转入了抗性基因，A项错误；标记基因不一定是抗生素抗性基因，B项错误；丙可以是单个细胞，或由细胞发育而来的器官、植物或动物等，C项正确；可以将表达特异性抗体的基因转入到受体细胞中，令其表达特异性抗体，D项错误。 13．下图表示利用PCR技术扩增目的基因的部分过程，其原理与细胞内DNA复制类似。下列叙述错误的是(　　) A．从理论上推测，第二轮循环产物中含有引物A的DNA片段占3/4 B．在第二轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段 C．引物之间或引物自身发生碱基互补配对，则不能扩增目的基因 D．耐高温的DNA聚合酶总将游离的脱氧核苷酸连接到3端 答案　B 解析　基因扩增中引物通常是一小段DNA或RNA片段，从理论上推测，第二轮循环产物中含引物A的DNA片段占3/4，A项正确；由于题图中的引物A和引物B均不在该片段的端点，所以第一轮循环后，得到的两个DNA片段中两条脱氧核苷酸链都不等长，通过绘图可推知，第二轮循环中亦不会出现等长的引物，所以在第二轮循环产物中不会出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段，B项错误；引物A和引物B必须与目的基因碱基互补配对，若引物之间或引物自身发生碱基互补配对，则不能扩增目的基因，C项正确；由于复制过程中子链的合成方向是从子链的5端向3端延伸，所以耐高温的DNA聚合酶将游离的脱氧核苷酸连接到3端，D项正确。 14．蜘蛛丝是天然蛋白纤维，其机械性能高于常用于制作防弹衣的凯夫拉纤维，有广泛的应用前景。中国科学家利用质粒(如图)成功构建了蛛丝蛋白基因的重组质粒，并在家蚕丝腺细胞中获得大量蛛丝蛋白。下列有关说法错误的是(　　) A．为防止目的基因自身环化，可以用限制酶Xba Ⅰ和Sac Ⅰ来切割目的基因 B．构建表达载体时选用蚕丝蛋白基因的启动子利于基因在家蚕丝腺细胞中表达 C．启动子是RNA聚合酶的识别和结合部位，可以驱动遗传信息的复制和转录 D．基因表达载体中的标记基因可以鉴别与选择含有蛛丝蛋白基因的受体细胞 答案　C 解析　用限制酶XbaⅠ和SacⅠ来切割目的基因，可以使目的基因两端产生不同的黏性末端，防止目的基因自身环化，A项正确；为能从蚕丝腺细胞中提取蛛丝蛋白，基因表达载体中目的基因的上游必须含有使其能在蚕丝腺细胞中转录的启动子，即构建表达载体时选用蚕丝蛋白基因的启动子利于基因在家蚕丝腺细胞中表达，B项正确；启动子只能驱动基因转录，不能驱动其复制，C项错误；基因表达载体中的标记基因的作用是鉴别与选择含有蛛丝蛋白基因的受体细胞，D项正确。 15．RT－PCR是将RNA逆转录(RT)成cDNA(与mRNA互补的DNA单链)和聚合酶链式反应(PCR)相结合的技术，具体过程如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．过程Ⅰ获得cDNA的过程与DNA复制过程中存在的碱基配对方式相同 B．图中A、B两种引物的核苷酸序列不同，但参与子链合成的酶均相同 C．图中子链的合成均是以四种核糖核苷酸为原料，从引物的一端开始的 D．过程Ⅱ中，若进行6轮循环，则共需要加入引物的数量为63个 答案　D 解析　过程Ⅰ是以四种脱氧核糖核苷酸为原料，以mRNA为模板逆转录合成DNA的过程，催化该过程的酶是逆转录酶，存在的碱基配对方式是U—A、A—T、C—G、G—C；过程Ⅱ是DNA单链复制过程，是以四种脱氧核糖核苷酸为原料，以DNA单链为模板合成DNA单链的过程，催化该过程的酶为Taq DNA聚合酶，该过程中存在的碱基配对方式是T—A、C—G、A—T、G—C，ABC项错误；过程Ⅱ中，若进行6轮循环，最终产生的DNA单链数为64(条)，新合成的子链数为63条，则进行6轮循环，共需要加入引物的数量为63个，D项正确。 16．基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题： (1)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA 双链的酶是________________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是______________________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________________。 (2)目前在PCR反应中不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是___________________________________________________________。 (3)含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲基化酶，这两种酶对DNA分子有相同的作用序列，但具有不同的催化功能。甲基化酶可以对DNA序列进行修饰，使限制酶不能对这一序列进行识别和切割。含有某种限制酶的细胞，可以利用限制酶切割外源DNA，但不破坏细胞自身的DNA，其原因可能有： ①________________________________________________________________________________________________________________________________； ②___________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)解旋酶　温度超过90 ℃　氢键　(2)大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活　(3)①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列　②甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰 17．如图所示，若在PCR反应体系中加入两侧分别带有荧光基团和淬灭基团(抑制荧光发出)的探针，荧光探针和引物一起与模板结合，当酶催化子链延伸至探针处时会水解探针，导致荧光基团和淬灭基团分离而发出荧光(每扩增1个DNA分子，就有1个荧光探针水解)，图中①～③表示步骤。回答下列问题： (1)PCR过程包括多次循环，每个循环分为3个步骤：变性、________、延伸。延伸的温度一般设定为________；若DNA中G＋C的含量越多，要求变性的温度越高，其原因是__________________________。 (2)PCR过程中引物的作用是_________________________________________ ___________________________________。 (3)在相同PCR循环次数条件下，荧光强度与模板数量______(填“不相关”“呈正比”或“呈反比”)。若最初该反应体系中只有1个DNA分子模板，进行第4次循环时，需要消耗荧光探针____个。 解析　(1)PCR是体外进行DNA复制，包括变性(解旋)、复性(引物与模板链结合)、延伸(合成子链)；延伸温度一般调至DNA聚合酶最适反应温度(72 ℃左右)；G与C之间形成三个氢键，氢键越多DNA分子结构越稳定，变性是破坏氢键，因此G＋C的含量越多，要求变性的温度越高。(2)引物能与模板链结合，使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸。(3)每扩增1个DNA分子，就有1个荧光探针水解，模板数量越多，荧光强度越大，故呈正比；若最初该反应体系中只有1个DNA分子模板，进行第4次循环时，有8个DNA需要扩增，因此需要消耗荧光探针8个。 答案　(1)复性　72 ℃　G与C之间形成三个氢键，氢键越多DNA分子越稳定　(2)与模板链结合使DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸　(3)呈正比　8 18．基因工程又称重组DNA技术，是在生物化学、分子生物学和微生物学等学科的基础上发展起来的。如图是基因工程示意图，请据图回答下列问题： (1)利用PCR技术对目的基因进行扩增时，需加入__________________酶。该技术依据的原理是________________，在操作步骤中需要加热超过90 ℃使______________，然后降温至50 ℃左右，使__________________________。 (2)进行①过程时，需用________________酶切开载体以插入目的基因。若要使目的基因在受体细胞中表达，需要导入基因表达载体，而不是直接导入目的基因，其原因是____________________________________________(答出2点即可)。 (3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用________缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞，并在蛋白质纯化的过程中添加蛋白酶的抑制剂。 解析　(1)利用PCR技术扩增目的基因时，需要特殊的耐高温的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶)；PCR的原理是DNA的半保留复制；其具体操作是将DNA分子加热至超过90 ℃使DNA解旋；然后降温至50 ℃左右，使引物与单链DNA结合。(2)构建基因表达载体，需要用限制性内切核酸酶切开载体以插入目的基因；由于目的基因无复制原点，目的基因无表达所需启动子，目的基因无表达所需的终止子，所以不能直接导入目的基因。(3)蛋白质可以被蛋白酶分解，所以为防止蛋白质被降解，可以选用蛋白酶缺陷型的细菌作为受体细胞。 答案　(1)耐高温的DNA聚合(Taq DNA聚合)　DNA半保留复制　DNA解聚为单链 引物与单链DNA结合　(2)限制性内切核酸 目的基因无复制原点，目的基因无表达所需启动子，目的基因无表达所需的终止子 (3)蛋白酶 学科网（北京）股份有限公司 $$