课时测评48 基因工程的基本工具和操作程序（Word练习）-【金版新学案】2026年高考生物高三总复习大一轮复习讲义（人教版 不定项）

课时测评48　基因工程的基本工具和操作程序 (时间：45分钟，满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1－7题每小题2分，8－10题每小题4分。 1.(2021·湖北卷)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA，用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA，理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为(　　) A.6 B.250 C.4 000 D.24 000 答案：C 解析：据图可知，EcoRⅠ的酶切位点有6个碱基对，由于DNA分子的碱基组成为A、T、G、C，则某一位点出现该序列的概率为1/4×1/4×1/4×1/4×1/4×1/4＝1/4 096，即4 096≈4 000个碱基对可能出现一个限制酶EcoRⅠ的酶切位点，故理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为4 000。C符合题意。 2.(2024·盐城调研)图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，neo表示新霉素抗性基因。下列叙述错误的是(　　) A.在构建重组质粒时，可用PstⅠ和HindⅢ切割质粒和外源DNA B.在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因 C.若只用PstⅠ处理质粒和外源DNA分子片段，无法避免自身环化和反向连接 D.导入重组质粒的大肠杆菌可以在含氨苄青霉素的培养基中生长 答案：D 解析：切割目的基因时，用BamHⅠ切割会破坏目的基因，只用PstⅠ切割目的基因和质粒载体，会出现目的基因和质粒的自身环化，或目的基因和质粒的反向连接，而用PstⅠ和HindⅢ进行酶切，能确保目的基因和质粒的正向连接，并且质粒上保留新霉素抗性基因作为标记基因，A、C正确；在酶切过程中，不能破坏质粒中全部的标记基因，至少需保留其中的一个，B正确；用PstⅠ切割后，质粒上氨苄青霉素抗性基因被破坏了，导入重组质粒的大肠杆菌不可以在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。 3.(2025·郑州模拟)图甲为培育转基因生物时选用的载体，图乙是含有目的基因的一段DNA序列，图中标注了相关限制酶的酶切位点。下列叙述错误的是(　　) A.若通过PCR技术提取该目的基因，应该选用引物甲和引物丙 B.构建表达载体时应选用BclⅠ和HindⅢ这两种限制酶以及DNA连接酶 C.若将基因表达载体导入大肠杆菌中，需用Ca2＋处理大肠杆菌 D.只利用含四环素的培养基就可以直接筛选出成功导入表达载体的受体细胞 答案：D 解析：根据图乙引物引导子链延伸的方向可知，若用PCR技术提取该目的基因，所用的引物组成为图乙中引物甲和引物丙，A正确；选择的限制酶应在目的基因两端和质粒上存在识别位点，BamHⅠ会使2种抗性基因都被破坏，同时为防止目的基因和质粒自身环化，应选BclⅠ和HindⅢ两种限制酶切割，B正确；将目的基因导入大肠杆菌细胞中，需要用Ca2＋处理大肠杆菌，使之成为感受态细胞，C正确；由于选择BclⅠ和HindⅢ这两种限制酶，破坏了氨苄青霉素抗性基因，但没有破坏四环素抗性基因，因此应该先用含四环素的培养基筛选出含有基因表达载体和普通质粒的大肠杆菌，再用含氨苄青霉素的培养基筛选含基因表达载体重组质粒的大肠杆菌，D错误。 4.为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是(　　) A.①＋③ B.①＋② C.③＋② D.③＋④ 答案：B 解析：引物①扩增的片段含有启动子和HMA3基因，引物③扩增的片段不含启动子，引物②扩增的片段既含有启动子，又含有HMA3基因序列。图示中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中，若要检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因和高效启动子，需要检测是否含有高效启动子序列和HMA3基因序列，应选择的引物组合是①＋②，B正确。 5.(2025·焦作模拟)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A－T、G－C、T－A、C－G，A、B、C错误。过程Ⅱ中，若进行6轮循环，最终产生的DNA单链数为26＝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正确。 6.(2025·扬州模拟)土壤农杆菌侵染植物细胞时，Ti质粒上的T-DNA片段转入植物的基因组。利用农杆菌以Ti质粒作为载体进行转基因，下列相关叙述正确的是(　　) A.目的基因应插入T-DNA片段外，以防止破坏T-DNA B.用Ca2＋处理农杆菌，以利于其侵染植物细胞 C.Ti质粒是一种环状DNA分子，没有双螺旋结构 D.可以用PCR技术检测外源DNA是否整合到植物的染色体DNA上 答案：D 解析：在农杆菌转化法中，需要将目的基因插入到T-DNA片段上，有利于介导外源DNA整合到植物的染色体DNA上，A错误；农杆菌侵染植物细胞不需要用Ca2＋处理，B错误；Ti质粒是一种环状DNA分子，是存在于细菌细胞质中的DNA，具有双螺旋结构，C错误；采用PCR技术可以使外源DNA得以大量扩增，检测外源DNA是否整合到植物的染色体上，D正确。 7.(2025·秦皇岛模拟)基因工程中需使用特定的限制酶切割基因载体，以便其与目的基因连接形成基因表达载体。研究人员将相同的基因表达载体分组并进行相应酶切处理(如表所示)，其中限制酶H1和H2识别序列不同。各组基因表达载体经酶切处理后，进行琼脂糖凝胶电泳检测，实验结果如图所示。下列说法错误的是(　　) 分组 相应酶切处理 甲 限制酶H1 乙 限制酶H2 丙 限制酶H1＋H2 A.该基因表达载体最有可能为环状DNA分子 B.限制酶H1与H2在该载体上都有识别和切割位点 C.限制酶H1与H2在该载体上的酶切位点最短相距0.2 kb D.限制酶作用于该载体时会直接导致氢键和磷酸二酯键的断裂 答案：D 解析：由图可知，当仅用一种限制酶切割载体时，仅产生一种长度的DNA片段，因此该载体最有可能为环状DNA分子，A正确；当用一种限制酶切割载体时，产生的DNA片段等长，而用两种限制酶同时切割时，产生两种长度的DNA片段，所以两种限制酶在该载体上都有酶切位点，B正确；用两种限制酶同时切割载体时，产生0.6 kb和0.2 kb两种长度的DNA片段，所以两种限制酶的酶切位点最短相距0.2 kb，C正确；限制酶切割载体时直接破坏的是作用位点上两个脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键，D错误。 8．（不定项）（2024·辽宁沈阳调研）载体是基因工程中携带外源DNA片段（目的基因）进入受体细胞的重要运载工具，常见的载体类型主要有基因克隆载体和基因表达载体。如图是利用细菌生产人胰岛素的基本流程示意图，下列叙述错误的是（　　） A．重组载体A、重组载体B分别是基因表达载体和基因克隆载体 B．载体A和载体B都必须含有限制酶切割位点、复制原点和标记基因 C．必须把目的基因插入重组载体A的启动子和终止子之间 D．培养细菌A和细菌B的培养基在营养成分和功能上有明显差异 答案：AC 解析：基因克隆载体用于在受体细胞中进行目的基因扩增的载体，重组载体A是基因克隆载体，基因表达载体是适合在受体细胞中表达外源基因的载体，重组载体B是基因表达载体，A错误；载体是基因工程中携带外源DNA片段（目的基因）进入受体细胞的重要运载工具，载体A和载体B都必须含有限制酶切割位点、复制原点和标记基因，B正确；培养细菌A的目的是扩增目的基因，不需要获得表达产物，因此目的基因不一定要插入重组载体A的启动子和终止子之间，C错误；培养细菌A的目的是扩增目的基因，培养细菌B的目的是获得胰岛素，因此培养两者的培养基在营养成分和功能上有明显差异，D正确。 9．（不定项）（2023·重庆卷，改编）某小组通过PCR（假设引物长度为8个碱基，短于实际长度）获得了含有目的基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切（如图），再用所得片段成功构建了基因表达载体。下列叙述错误的是（　　） A.实验所用引物，其中一个序列为5′­TGCGCAGT­3′ B．步骤①所用的酶是SpeⅠ和CfoⅠ C．用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了1个片段 D．酶切片段和载体连接时，可使用E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶 答案：BC 解析：根据扩增所得DNA片段可知，实验所用的两种引物序列为5′­TGCGCAGT­3′和5′­AGCTAGCA­3′，A正确；根据酶切后得到的黏性末端判断，步骤①所用酶是NheⅠ和CfoⅠ，B错误；步骤①用两种酶切割载体（质粒），质粒上至少有两个切口，至少产生2个片段，C错误；目的基因片段和质粒经酶切后产生的均为黏性末端，可用E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶连接，D正确。 10．（不定项）为提高红豆杉细胞培养物中紫杉醇的产量，研究人员构建紫杉醇合成关键酶基因（Bapt）的超表达载体，并将其导入红豆杉细胞，具体流程如下图。下列说法正确的是（　　） A．p1301载体上应含有增强Bapt基因表达的序列 B．超表达载体中应含有潮霉素抗性基因作为标记基因 C．可使用Bapt基因制成的探针检测过程⑤是否成功 D．工厂化生产紫杉醇需将改造后的红豆杉细胞培养至愈伤组织 答案：ABD 解析：根据题干推测，p1301载体上应含有增强Bapt基因表达的序列，A正确；超表达载体中应含有潮霉素抗性基因作为标记基因，在含有潮霉素的培养基上，超表达载体能够存活，从而起到筛选作用，B正确；由于红豆杉细胞中本身存在Bapt基因，无论超表达载体是否成功导入，都能与Bapt基因探针形成杂交分子，因此不能通过Bapt基因探针来检测过程⑤是否成功，C错误；工厂化生产紫杉醇属于细胞产物的获得，只需要培养到愈伤组织阶段即可，D正确。 11.(8分)(2023·全国乙卷)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白。丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。 (1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体，并转入大肠杆菌制备出GFP基因的突变基因文库。通常，基因文库是指　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。 (2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如上所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为　　　　；②为　　　　，其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　； 图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是　　　　　　　　　　　　　。 (3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。 (4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因　(2)终止子　启动子　是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动GFP突变基因转录出mRNA　将含有表达载体的细胞筛选出来　(3)GFP基因虽然发生了突变，但由于存在密码子的简并现象(密码子的简并)，突变基因所编码的氨基酸序列并未改变　(4)将YFP基因插入表达载体，再将构建成功的重组表达载体导入不能发黄色荧光的真核细胞中，观察黄色荧光是否出现 解析：(1)将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因，称为基因文库。(2)从图中可以知道，转录方向是顺时针，所以①为终止子，②为启动子，启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因的转录，最终表达出相应的蛋白质。而标记基因是为了鉴别受体细胞中是否含有表达载体，从而将含有表达载体的细胞筛选出来。(3)基因突变，但是性状不改变的情况有多种可能，如非编码区改变，但是编码区不变导致mRNA不变，或者由于密码子的简并导致的氨基酸序列不变等等。(4)用基因工程将目的基因导入真核细胞，检测是否发黄色荧光即可。如以酵母菌为受体菌，以YFP为目的基因，通过基因工程技术，观察导入基因表达载体后的受体酵母菌是否可以发黄色荧光。 12.(8分)(2024·新课标卷)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中，构建高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段；再经限制酶切割获得含N基因的片段甲，片段甲两端分别为M1与M2；利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2。酶切位点(Ⅰ～Ⅳ)、引物(P1～P4)的结合位置、片段甲替换区如图所示，→表示引物5‘→3’方向。回答下列问题。 (1)限制酶切割的化学键是　　　　　　　。 为保证N基因能在菌株B2中表达，在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，原因是　　　　　　　　　　　　　。 (2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G－C和　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。 (3)用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是　　 　　　　　　　；若用该模板与引物P3和P4进行PCR，实验结果是　　　　　　　 　。 (4)与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。 答案：(1)磷酸二酯键　保证N基因启动子、N基因、N基因终止子的完整性，确保N基因能够顺利表达　(2)C－G、U－A、A－T　(3)菌株B2的基因组DNA　无扩增产物　(4)实现废物利用，减少环境污染 解析：(1)限制酶能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。在构建片段甲时，将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，可保证片段甲中的启动子位于N基因上游，终止子位于N基因下游，从而使N基因能在菌株B2中表达。(2)向导RNA为核糖核苷酸序列，含有碱基A、U、C、G；B1基因组DNA为脱氧核苷酸序列，含有碱基A、T、C、G。故向导RNA与B1基因组DNA互补配对可形成的碱基对有G－C、C－G、U－A、A－T。(3)由题中信息“利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2”可知，用引物P1和P2进行PCR验证片段甲插入了细菌B1基因组所用的模板为菌株B2的基因组DNA。结合题图分析可知P4是以细菌B1基因组DNA为模板设计的引物，故以菌株B2的基因组DNA为模板，以P3和P4为引物进行PCR，不能扩增出目的条带。(4)焚烧秸秆会污染环境，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆可实现废物利用，减少环境污染、高效利用秸秆资源等。 13.(8分)(2024·湖南卷)百合具有观赏、食用和药用等多种价值，科研人员对其进行了多种育种技术研究。回答下列问题。 (1)体细胞杂交育种。进行不同种百合体细胞杂交前，先用　　　　　　　　　　去除细胞壁获得原生质体，使原生质体融合，得到杂种细胞后，继续培养，常用　　　　 　　　　　　　(填植物激素名称)诱导愈伤组织形成和分化，获得完整的杂种植株。 (2)单倍体育种。常用　　　　　　　　的方法来获得单倍体植株，鉴定百合单倍体植株的方法是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)基因工程育种。研究人员从野生百合中获得一个抵抗尖孢镰刀菌侵染的基因L，该基因及其上游的启动子pL和下游的终止子结构如图a。图b是一种Ti质粒的结构示意图，其中基因gus编码GUS酶，GUS酶活性可反映启动子活性。 ①研究病原微生物对L的启动子pL活性的影响。从图a所示结构中获取pL，首先选用　　　　酶切，将其与相同限制酶酶切的Ti质粒连接，再导入烟草。随机选取3组转基因成功的烟草(P1、P2和P3)进行病原微生物胁迫，结果如图c。由此可知：三种病原微生物都能诱导pL的活性增强，其中　　　　的诱导作用最强。 ②现发现栽培种百合B中也有L，但其上游的启动子与野生百合不同，且抗病性弱。若要提高该百合中L的表达量，培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种，简要写出实验思路。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)纤维素酶和果胶酶　生长素和细胞分裂素　(2)花药离体培养　利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目　(3)①HindⅢ、BamHⅠ　交链格孢　②利用转基因技术将百合B中基因L的启动子替换为野生百合中基因L的启动子pL 解析：(1)因植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶，因此获得原生质体的方法是用纤维素酶和果胶酶对植物细胞进行处理。得到原生质体后使原生质体融合，形成杂种细胞，再用生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织形成和分化，从而获得完整的杂种植株。(2)获得单倍体植株的常用方法是花药(花粉)离体培养；鉴定百合单倍体植株的方法是利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目，如果染色体数目减少一半，则获得的植株即为单倍体植株。(3)①根据目的片段以及质粒上限制酶的识别位点，若要获得pL并连接到质粒上，可选用限制酶HindⅢ、BamHⅠ进行酶切，以替换Ti质粒中的启动子，从而达到根据GUS酶活性反映启动子活性的目的。根据图c的结果可知，交链格孢处理的每一组转基因烟草中的GUS酶活性都最高，可确定其诱导作用最强。②欲培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种，可利用转基因技术将百合B中基因L的启动子替换为野生百合中基因L的启动子pL。 14.(10分)(2024·广东卷)驹形杆菌可合成细菌纤维素(BC)并将其分泌到胞外组装成膜。作为一种性能优异的生物材料，BC膜应用广泛。研究者设计了酪氨酸酶(可催化酪氨酸形成黑色素)的光控表达载体，将其转入驹形杆菌后构建出一株能合成BC膜并可实现光控染色的工程菌株，为新型纺织原料的绿色制造及印染工艺升级提供了新思路(图1)。 回答下列问题。 (1)研究者优化了培养基的　　　　(答两点)等营养条件，并控制环境条件，大规模培养工程菌株后可在气液界面处获得BC菌膜(菌体和BC膜的复合物)。 (2)研究者利用T7噬菌体来源的RNA聚合酶(T7RNAP)及蓝光光敏蛋白标签，构建了一种可被蓝光调控的基因表达载体(光控原理见图2a，载体的部分结构见图2b)。构建载体时，选用了通用型启动子PBAD(被工程菌RNA聚合酶识别)和特异型启动子PT7(仅被T7RNAP识别)。为实现蓝光控制染色，启动子①②及③依次为　　　　　　　　　　　　，理由是　　　　　　　　　　　　　　。 (3)光控表达载体携带大观霉素(抗生素)抗性基因。长时间培养时在培养液中加入大观霉素，其作用为　　　　　　　　　　　　　(答两点)。 (4)根据预设的图案用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间，随后将其转至染色池处理，发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色，其原因是　　　　　　　　　 　　　　　　　。 (5)有企业希望生产其他颜色图案的BC膜。按照上述菌株的构建模式提出一个简单思路：　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)碳源、氮源　(2)PT7、PBAD和PBAD　基因2和3正常表达出无活性的T7RNAP，被蓝光激活后再启动基因1表达　(3)选择含有重组质粒的驹形杆菌，杀死其他杂菌避免污染　(4)该处细胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表达并合成黑色素　(5)将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白)，催化产生不同的色素 解析：(1)培养基的营养物质包括水、无机盐、碳源、氮源等，研究者培养工程菌，需要优化培养基的碳源、氮源等营养条件，并控制环境条件。(2)题图2a分析可知，蓝光照射下，T7RNAP N端-nMag与T7RNAP C端结合，导致无活性的T7RNAP变成有活性的T7RNAP，结合图1，蓝光处理后，RNA聚合酶(T7RNAP)识别启动子①使基因1转录获得相应的mRNA，再以其为模板通过翻译过程获得酪氨酸酶，酪氨酸酶从而催化染色液中酪氨酸形成黑色素，可见基因2和3正常表达出无活性的T7RNAP，被蓝光激活后再启动基因1表达，综合上述分析可知，为实现蓝光控制染色，启动子①②及③依次为PT7、PBAD和PBAD。(3)将携带大观霉素抗性基因的光控表达载体导入驹形杆菌，会获得未成功导入的菌株和成功导入的工程菌株，长时间培养时也可能感染其他杂菌，在培养液中加入大观霉素可以筛选出工程菌株，同时也能抑制其他杂菌的生长，提高工程菌的生产效率。(4)由小问2分析可知，细胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表达并合成黑色素，故用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间，随后将其转至染色池处理，发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色。(5)由小问2分析可知，题干信息的设计思路最终BC膜被染成黑色，希望生产其他颜色图案的BC膜，则需要将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白)，催化产生不同的色素。 学科网（北京）股份有限公司 $