课时微练42 基因工程的基本工具和基本操作程序-（教师用书）【赢在微点·顶层设计】2027年高中生物学高考一轮总复习（多选版）

课时微练(四十二)　基因工程的基本工具和基本操作程序 　 一、选择题:本题共8小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的 1.(2025·广州模拟)下列有关基因工程中载体的说法,正确的是(D) A.在进行基因工程操作中,被用作载体的质粒都是天然质粒 B.所有的质粒都可以作为基因工程中的载体 C.质粒是一种独立于细菌染色体外的链状DNA分子 D.作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行鉴定和选择的标记基因 解析　在进行基因工程操作中,被用作载体的质粒是在天然质粒的基础上进行过人工改造的,A项错误;具有一个至多个限制酶切割位点、具有标记基因的质粒才可以作为基因工程中的载体,B项错误;质粒是一种独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外的环状DNA分子,C项错误;作为载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA进行鉴定和选择的标记基因,D项正确。 2.(2025·南通统考)如图所示三个DNA片段依次表示EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制酶的识别序列与切割位点。下列有关叙述错误的是(C) A.三种限制酶切割产生的末端的长度大小相同 B.这三种限制酶切割后形成的都是黏性末端 C.BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段形成的末端不能彼此连接 D.图中的DNA片段被EcoRⅠ切割后,会增加两个游离的磷酸基团 解析　根据题图并结合三种限制酶的切割位点可知,这三种限制酶切割后形成的都是黏性末端,且长度大小相同,A、B两项正确;用BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段会形成相同的黏性末端,故BamHⅠ和Sau3AⅠ切割DNA片段形成的末端能按照碱基互补配对彼此连接,C项错误;题图中的DNA片段被EcoRⅠ切割后,会断裂两个磷酸二酯键,从而增加两个游离的磷酸基团,D项正确。 3.(2023·湖北卷,T4)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是(D) A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同 B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中的菌落,不一定含有目的基因 C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否 D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落 解析　用HindⅢ酶切后,目的基因可能会出现正向插入和反向插入两种情况,而转录的方向是不变的,故目的基因转录的产物可能不同,A项正确;用PvuⅠ酶切后,TetR未被破坏,无论该质粒是否含有目的基因,都能在含Tet的培养基中存活,B项正确;插入目的基因的重组质粒比空质粒大,故重组质粒与空质粒电泳后条带的位置不同,故可以用电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否,C项正确;用SphⅠ酶切后,插入目的基因的质粒上的TetR被破坏,受体菌不能在含Tet的培养基上存活,D项错误。 4.蛛丝蛋白是一种特殊的纤维蛋白,有着超强的抗张强度,被称为“生物钢”。某科研小组欲利用转基因大肠杆菌生产蛛丝蛋白。如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PCR过程中DNA上引物可能结合的位置。下列有关叙述错误的是(B) A.若从该DNA片段中直接获取蛛丝蛋白基因,限制酶会破坏4个磷酸二酯键 B.若用PCR技术获取目的基因,则图中的1、4分别是2种引物结合的位置 C.在PCR反应缓冲液中加入Mg2+的作用是激活耐高温的DNA聚合酶 D.受体细胞一般需先用Ca2+处理,更利于实现转化 解析　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项正确;由于DNA聚合酶只能从5'→3'延伸子链,题图中的磷酸基团为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题图中与引物结合的部位是2、3,B项错误,在PCR反应缓冲液中加入Mg2+的作用是激活耐高温的DNA聚合酶,C项正确;受体细胞一般需先用Ca2+处理,使其处于吸收周围环境DNA分子的状态,更利于实现转化,D项正确。 5.(2025·重庆调研)叶绿体遗传转化体系是近年发展起来的一种新的植物生物反应器。研究人员以HIV病毒包膜蛋白上的V3环和C4结构域序列的基因作为目的基因,与叶绿体特异性启动子、终止子等序列整合后,构建成基因表达载体,转入叶绿体成功表达出C4V3抗原。下列说法不正确的是(B) A.植物生物反应器主要依赖基因工程和细胞工程等现代生物学技术 B.构建叶绿体遗传转化体系需要的工具酶有限制酶、DNA聚合酶 C.按上述方式构建的基因表达载体使得目的基因只能在叶绿体中表达 D.C4V3抗原表达成功与否,可以用凝胶电泳法进行分子水平的检测 解析　植物生物反应器首先需要用基因工程技术将目的基因导入植物细胞,其次需要采用植物细胞工程技术将转基因植物细胞培育成转基因植株或转基因植物组织或转基因植物悬浮细胞,因此涉及基因工程和细胞工程技术,A项正确;构建叶绿体遗传转化体系需要的工具酶有限制酶、DNA连接酶,不需要DNA聚合酶,B项错误;据题意可知,该过程构建的基因表达载体中含有叶绿体特异性启动子,使得目的基因只能在叶绿体中表达,C项正确;凝胶电泳法是一种分离和分析生物分子的技术,主要用于检测DNA、RNA或蛋白质分子的大小和纯度,C4V3抗原表达成功与否,可以用凝胶电泳法进行分子水平的检测,D项正确。 6.研究人员发现高强度光照下,番茄会通过NPQ(一种光保护机制)散失过多热能,避免高强度光照造成损伤。为研究V基因对NPQ的作用机制,科研人员利用病毒诱导基因沉默技术(VIGS技术)特异性地使V基因沉默,发现高强度光照下番茄叶片的损伤明显增强。技术原理如图所示。下列叙述正确的是(D) A.本实验中的目的基因应选用V基因,该基因可通过PCR技术获得 B.该过程中目的基因整合到特殊农杆菌的T⁃DNA上 C.该过程中VIGS技术通过降解V基因的mRNA进而抑制V基因的表达 D.V基因的表达可能促进了NPQ机制的活化 解析　分析题意可知,本实验的目的是研究V基因在高光条件下对NPQ机制的作用,且需要使V基因沉默,故本实验中目的基因应选用基因V的反义基因,A项错误;目的基因与烟草病毒载体形成重组病毒载体,该目的基因没有整合到特殊农杆菌的T⁃DNA上,B项错误;VIGS技术是将反义V基因转录的RNA切割形成小分子RNA,小分子RNA与V基因的mRNA结合,抑制了V基因的翻译过程,C项错误;V基因沉默,发现高强度光照下番茄叶片的损伤明显增强,推测V基因的表达可能促进了NPQ机制的活化,D项正确。 7.(2025·湖北模拟)疟疾是一种严重危害人类健康的红细胞寄生虫病,可用氯喹治疗。疟原虫pfcrt基因编码的蛋白,在第76位发生了赖氨酸到苏氨酸的改变,从而获得了对氯喹的抗性。现有6份血样,处理后进行PCR扩增pfcrt基因。产物用限制酶ApoⅠ消化,酶解产物的电泳结果如图所示。1~6号血样中,来自氯喹抗性患者的是(B) [注]　泳道号对应血样号。 A.1号和6号 B.2号和4号 C.3号和5号 D.1号、2号、4号和6号 解析　分析题意,疟原虫pfcrt基因编码的蛋白,在第76位发生了赖氨酸到苏氨酸的改变,从而获得了对氯喹的抗性。根据酶切位点可知,在具有氯喹抗性的基因组没有ApoⅠ酶切位点,而敏感性基因组中具有该酶切位点,因此对6份血样处理后进行PCR,产物用限制酶ApoⅠ消化,酶解产物的电泳出现两条带则为敏感型,只有一条带的为抗性,所以1~6号血样中,来自氯喹抗性患者的是2号和4号,B项正确,A、C、D三项错误。 8.(2025·湖北模拟)研究人员利用农杆菌介导法和花粉管通道法培育出转抗寒基因PgLCBF1的月季石榴,主要过程示意图如图。下列说法正确的是(C) A.用限制酶XbaⅠ分别切割质粒和抗寒基因产生平末端,便于目的基因插入到质粒 B.过程②筛选时,使用的液体培养基需加入新霉素、碳源、氮源和水等物质 C.实验中过程③主要目的是使转基因大肠杆菌快速增殖,获得更多的重组质粒 D.花粉管通道转化法不需要经过植物组织培养,并且获得的种子一定为转基因种子 解析　题图所示限制酶XbaⅠ切点不在识别序列的中心轴线处,故用限制酶XbaⅠ分别切割质粒和抗寒基因产生黏性末端,A项错误;题图所示过程②筛选时出现了菌落,使用的是固体培养基,B项错误;题图所示实验中过程③需要接种、摇床培养,可判断该步骤使用液体培养基培养,主要目的是使转基因大肠杆菌快速增殖,获得更多的重组质粒,C项正确;花粉管通道转化法不需要经过植物组织培养,但是此方法并不一定将目的基因导入受体细胞,有失败的可能,故获得的种子不一定为转基因种子,D项错误。 二、选择题:本题共4小题,在每小题给出的四个选项中,有两个或两个以上选项符合题目要求 9.(2025·淮安质检)限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶,下列说法正确的是 (BD) A.DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键 B.限制酶只能切割双链DNA片段,不能切割烟草花叶病毒的核酸 C.只有用相同限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒,才能形成重组质粒 D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,不能剪切自身的DNA 解析　DNA连接酶连接的是两个DNA片段,A项错误;限制酶只能切割DNA分子,烟草花叶病毒的核酸是RNA,不能切割,B项正确;用不同的限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒,也可能形成相同的黏性末端,进而形成重组质粒,C项错误;限制酶主要从原核生物中分离纯化而来,因为原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰,所以不能剪切自身的DNA,D项正确。 10.青蒿素是有效的抗疟疾药物,但野生黄花蒿中青蒿素的产量较低。为缓解青蒿素供应不足的状况,科学家将基因tms和tmr导入黄花蒿的愈伤组织,获得了黄花蒿的冠瘿组织,改造过程用到的部分结构如图所示。下列叙述错误的是 (BC) A.将目的基因导入黄花蒿愈伤组织细胞常用的方法是农杆菌转化法 B.图中P位于基因的首端,作用是DNA聚合酶识别和结合的部位,驱动转录 C.图中还缺少的结构是标记基因,标记基因的作用是表达出目的基因产物 D.欲检测目的基因是否导入冠瘿组织细胞的染色体DNA上可采用PCR技术 解析　将目的基因导入黄花蒿愈伤组织细胞常用的方法是农杆菌转化法,A项正确;题图中P为启动子,位于基因的首端,作用是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动转录,B项错误;题图中还缺少的结构是标记基因,标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含目的基因的细胞筛选出来,C项错误;要检测目的基因是否导入冠瘿组织细胞的染色体DNA上,可采用PCR技术,D项正确。 11.(2024·湖南卷,T15)最早的双脱氧测序法是在PCR反应体系中,分别再加入一种少量的双脱氧核苷三磷酸(ddATP、ddCTP、ddGTP或ddTTP),子链延伸时,双脱氧核苷三磷酸也遵循碱基互补配对原则,以加入ddATP的体系为例:若配对的为ddATP,延伸终止;若配对的为脱氧腺苷三磷酸(dATP),继续延伸;PCR产物变性后电泳检测。通过该方法测序某疾病患者及对照个体的一段序列,结果如图所示。下列叙述正确的是 (AC) A.上述PCR反应体系中只加入一种引物 B.电泳时产物的片段越小,迁移速率越慢 C.5'—CTACCCGTGAT—3'为对照个体的一段序列 D.患者该段序列中某位点的碱基C突变为G 解析　利用双脱氧测序法时,PCR反应体系中加入的模板是待测的单链DNA,故只需加入一种引物,A项正确;电泳时,产物的片段越大,迁移速率越慢,B项错误;分析电泳结果,以对照个体的一条链为模板复制的子链序列为5'—CTACCCGTGAT—3',模板链序列为5'—ATCACGGGTAG—3',同理患者的子链序列为5'—CTACCTGTGAT—3',模板链序列为5'—ATCACAGGTAG—3',对比可知,患者该段序列中某位点的碱基G突变为A,C项正确,D项错误。 12.(2025·沧州模拟)大丽轮枝菌(一种丝状真菌)是引起棉花黄萎病的主要病原菌。为观察大丽轮枝菌对棉花根的侵染路径,研究人员用绿色荧光蛋白基因(sGFP)转染大丽轮枝菌,培育出表达绿色荧光蛋白的转基因菌株,主要过程如图。下列相关叙述错误的是 (AC) A.图中启动子能被DNA聚合酶识别并结合,驱动sGFP基因的持续转录 B.被相关限制酶处理后,图中b链上黏性末端的碱基序列(5'→3')为AGCT C.若①是利用PCR扩增出含有限制酶酶切位点的sGFP,则5轮后消耗引物数为32个 D.③过程用含潮霉素的培养基筛选农杆菌,得到多个菌落的质粒DNA中可能不含sGFP 解析　启动子是一段有特殊结构的DNA片段,能被RNA聚合酶识别并结合,驱动基因的持续转录,A项错误;需要利用题述两种限制酶对sGFP片段和质粒进行剪切,题图中质粒大片段的左端的限制酶是HindⅢ,根据HindⅢ识别的碱基序列可知,题图中b链上黏性末端的碱基序列(5'→3')为AGCT,B项正确;若①是利用PCR扩增出含有限制酶酶切位点的sGFP,则5轮后消耗引物数为25×2-2=62(个),C项错误;③过程用含潮霉素的培养基筛选农杆菌,得到多个菌落的质粒DNA中可能不含sGFP,因为导入的原始质粒也可以具有抗性,D项正确。 三、非选择题 13.(2024·黑吉辽卷,T25)将天然Ti质粒改造成含有Vir基因的辅助质粒(辅助T⁃DNA转移)和不含有Vir基因、含有T⁃DNA的穿梭质粒,共同转入农杆菌,可提高转化效率。细菌和棉花对密码子偏好不同,为提高翻译效率,增强棉花抗病虫害能力,进行如下操作。回答下列问题: [注]　F1~F3,R1~R3表示引物;T⁃DNA⁃LB表示左边界;T⁃DNA⁃RB表示右边界;Ori表示复制原点;KanR表示卡那霉素抗性基因;HygBR表示潮霉素B抗性基因。 (1)从苏云金杆菌提取DNA时,需加入蛋白酶,其作用是使蛋白质水解。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精,其目的是使蛋白质等溶解在酒精中,DNA不溶于酒精而析出。 (2)本操作中获取目的基因的方法是PCR和人工合成。 (3)穿梭质粒中p35s为启动子,其作用是RNA聚合酶识别并结合的部位,驱动目的基因转录;插入两个p35s启动子,其目的可能是使目的基因在植物细胞中高效表达(保证目的基因的高水平表达)。 (4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置,用潮霉素B抗性基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。 (5)为检测棉花植株是否导入目的基因,提取棉花植株染色体DNA作模板,进行PCR,应选用的引物是F3和R2。 (6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程,理由是D(填选项字母)。 A.通过含有双质粒的农杆菌转化棉花细胞 B.将苏云金杆菌Bt基因导入棉花细胞中表达 C.将1~1 362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列 D.用1~1 362合成基因序列和1 363~1 848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白 解析　(1)细胞中含有DNA、蛋白质等物质,在提取DNA时,加入蛋白酶可以使蛋白质水解,提高粗提取的DNA的纯度。DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,利用这一原理,可以初步分离DNA与蛋白质。(2)由题图可知,从苏云金杆菌中利用PCR分离和扩增Bt基因,通过酶切获得1 363~1 848基因序列,通过人工合成的方法合成1~1 362基因序列。(3)启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位,驱动目的基因转录。将两个p35s启动子串联于目的基因上游,使其形成双启动子,可使目的基因在植物细胞中高效表达。(4)由题图可知,在重组的穿梭质粒上只有HygBR(潮霉素B抗性基因)位于T⁃DNA上,其可以随T⁃DNA转移至棉花愈伤组织,并插入棉花细胞的染色体DNA上,故可以用含有潮霉素B的培养基初步筛选成功转化的棉花愈伤组织。(5)目的基因由人工合成的1~1 362基因序列和1 363~1 848天然序列拼接而成,扩增目的基因时所选引物需与扩增片段两端结合,且延伸方向相反,因此选用引物F3和R2。(6)蛋白质工程是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,由题干可知,将人工合成的1~1 362基因序列连接通过酶切获得的1 363~1 848天然序列,实现对原有的抗虫基因的改造,以获得改造的抗虫蛋白,属于蛋白质工程,D项符合题意。 14.(科学探究)(2025·邯郸模拟)稻米胚乳直链淀粉含量高会导致食用品质差。研究发现,水稻蜡质基因(Wx)编码直链淀粉合成酶。Wx基因模板链第226位碱基为G,此时胚乳中直链淀粉含量最高(表现为非糯性),记为品种G;若该位点突变成T,胚乳中直链淀粉的合成水平会降低(表现为糯性),记为品种T。已知品种G和品种T杂交,后代均表现为非糯性,如图表示品种G和品种T中Wx基因的部分碱基序列,请回答下列问题: (1)研究人员以待测水稻叶片总DNA为材料进行PCR扩增,若引物1的核苷酸序列为5'—GCTTCACTTCTCTGCTTGTG—3',则引物2的核苷酸序列为5'—ATGATTTAACGAGAGTTGAA—3'。 (2)研究人员对PCR扩增产物经AccⅠ酶(已知AccⅠ酶的识别位点为,两引物之间无另外的AccⅠ酶的识别位点)切割后进行琼脂糖凝胶电泳可以检测出该待测水稻属于哪种品种。若检测结果只观察到长度为460bp的DNA条带,则表明该水稻为品种T。 (3)将品种T的Wx基因与载体结合构建基因表达载体的过程中用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶(或限制性内切核酸酶和DNA连接酶)。若利用我国科学家独创的目的基因导入方法获得转基因水稻,此种方法不需要(填“需要”或“不需要”)进行植物组织培养,原因是受体细胞是受精卵,受精卵能直接发育成新个体。 (4)若利用基因工程改造品种G,获得胚乳直链淀粉含量低的新品种水稻,可以将Wx基因反向(填“正向”或“反向”)接入质粒,导入品种G的受体细胞进而获得转基因水稻,从翻译水平抑制Wx基因表达。 解析　(1)引物的延伸方向为5'→3',故题图所给引物1设计区碱基序列所在的DNA链为非模板链,故引物1的碱基序列与非模板链的碱基序列相同;而引物2要以引物2设计区碱基序列所在的DNA链为模板,故引物2的碱基序列应与所给序列碱基互补配对,该实验中需设计的引物2为5'-ATGATTTAACGAGAGTTGAA-3'。(2)常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。引物1设计区碱基序列为71位到90位,引物2设计区碱基序列为511位到530位,故若酶切产物只能观察到460 bp的DNA条带,则表明第226位碱基是T,该位点所在序列不能被正常剪切,该水稻为T品种。(3)构建基因表达载体的过程中用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。花粉管通道法是我国独创的一种将目的基因导入受体细胞的方法。其过程是在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液,利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道,将外源DNA导入受精卵细胞,并进一步地被整合到受体细胞的基因组中,随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。因此不需要进行植物组织培养。(4)若利用基因工程改造品种G,获得胚乳直链淀粉含量低的新品种水稻,需要破坏Wx基因或者抑制Wx基因表达。将Wx基因“反向”接入质粒,导入品种G的受体细胞,可以从翻译水平抑制Wx基因表达。 学科网（北京）股份有限公司 $$