第9单元 55 基因工程的基本工具和基本操作程序(Word练习)-【高考快车道】2026年高考生物大一轮专题复习总复习

核心素养测评 五十五　基因工程的基本工具和基本操作程序 (30分钟　36分) 【基础过关练】 1.(2分)下列关于DNA重组技术基本工具的说法,正确的是(　　) A.DNA连接酶与DNA聚合酶作用的底物相同 B.原核生物中的限制性内切核酸酶对自身DNA无损害作用 C.限制性内切核酸酶切割DNA后一定能产生黏性末端 D.DNA重组技术的基本工具有三种:限制酶、DNA聚合酶、载体 【解析】选B。DNA连接酶连接两个DNA片段,而DNA聚合酶催化单个脱氧核苷酸连接到子链DNA上,两者作用的底物不同,A错误;原核生物内的限制酶是其自身的一种防御工具,当外源DNA侵入时,原核生物会利用限制酶来切割外源DNA,使之失活,从而保护自身的遗传特性,故限制酶对自身DNA无损害作用,B正确;限制酶切割DNA后能产生黏性末端或平末端,C错误;DNA重组技术的基本工具有三种,即限制酶、DNA连接酶、载体,而不是DNA聚合酶,D错误。 2.(2分)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(箭头表示切点)。下列有关叙述错误的是(　　) A.不同的限制酶有不同的识别序列和切割位点,体现了酶的专一性 B.这三种限制酶切割后形成的都是黏性末端 C.BamHⅠ和Sau3AⅠ剪切形成的黏性末端相同 D.三种限制酶切断的化学键不完全相同 【解析】选D。限制酶只能识别特定的DNA序列,且具有专一性,A正确;这三种限制酶切割后形成的都是黏性末端,且长度相同,B正确;限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ剪出的黏性末端相同,均为GATC,C正确;切断的化学键均为相邻脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,D错误。 3.(2分)(2025·陕西教育联盟模拟)某生物兴趣小组利用鸡血细胞进行“DNA的粗提取与鉴定”实验,实验流程如下所示:鸡血细胞→破碎细胞→获得滤液→去除杂质→进一步提纯→DNA鉴定。下列相关叙述正确的是(　　) A.若将鸡血细胞换成猪血细胞,实验效果可能会更佳 B.将鸡血细胞置于生理盐水中比置于蒸馏水中更易破碎并释放出内容物 C.用2 mol/L的NaCl溶液提纯DNA,是因为有些蛋白质不溶而DNA可溶于该溶液 D.将提取的DNA置于预冷酒精中并加入二苯胺反应,蓝色越深,说明DNA含量越高 【解析】选C。猪血细胞中无细胞核及细胞器,不含有DNA,不能作为该实验的材料,A错误;应将鸡血细胞置于蒸馏水中,使其吸水涨破,释放内容物,B错误;用 2 mol/L的NaCl溶液提纯DNA,是因为有些蛋白质不溶于该溶液,而DNA可被该溶液溶解,C正确;DNA不溶于预冷的酒精,鉴定DNA时,应将DNA置于2 mol/L的NaCl溶液中,且需沸水浴,D错误。 4.(2分)PCR是体外快速大量扩增DNA的一种技术,下列关于PCR技术叙述错误的是(　　) A.增加模板DNA的量可以提高反应速度 B.复性温度过低会造成引物与模板的结合位点增加 C.延伸时,DNA聚合酶从引物的5'端连接脱氧核苷酸 D.PCR反应体系中一般需加Mg2+以激活DNA聚合酶 【解析】选C。PCR过程中,以DNA分子为模板合成子代DNA分子,因此增加模板DNA的量可以提高反应速度 ,A正确;PCR技术中,复性是指引物结合到互补DNA链上,温度过低会造成引物与模板的结合位点增加,B正确;DNA的复制需要引物的主要原因是DNA聚合酶只能从引物的3'端连接脱氧核苷酸,C错误;PCR反应体系中一般需加Mg2+以激活DNA聚合酶,D正确。 5.(2分)(2025·安徽江南十校联考)DNA粗提取和DNA的PCR扩增是常用的生物技术。下列相关原理及过程叙述正确的是(　　) A.DNA在冷酒精溶液中溶解度较大,蛋白质在冷酒精中溶解度较小,可利用溶解度差异初步分离DNA B.采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物时,在同一电场作用下,DNA片段越长,向负极迁移速率越快 C.PCR的每次循环包括变性、复性、延伸3个阶段,在复性阶段引物与模板DNA链之间形成磷酸二酯键 D.利用引物A和B对双链DNA进行PCR扩增时,经3次循环需消耗7个A引物 【解析】选D。DNA不溶于酒精溶液,但细胞中的某些蛋白质溶于酒精,据此可以初步分离DNA,A错误;在琼脂糖凝胶电泳中,当电场作用时,DNA片段实际上是向正极迁移的,而不是向负极迁移,同时,DNA片段的迁移速率与其大小成反比,即DNA片段越长,迁移速率越慢,B错误;复性阶段引物与模板DNA链之间形成氢键,C错误;经3次循环产生的DNA分子数目为23=8,则需消耗引物A的数目为(8×2-2)÷2=7,D正确。 6.(2分)(2025·龙岩模拟)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。下列相关说法错误的是(　　) 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 【解析】选C。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,含超表达载体的红豆杉细胞能够存活,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。 7.(2分)(2024·河南名校联考)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切割位点。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 【解析】选D。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,使之处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,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。 【思维进阶练】 8.(10分)人类是乙型肝炎病毒的唯一宿主,接种乙肝疫苗是预防乙型肝炎的最有效方法。如图为利用基因工程技术生产乙肝疫苗的流程和作用机理,质粒中LacZ基因可用于“蓝白斑”筛选,含有LacZ基因的细菌可分解X-gal而使菌落显现蓝色,不含LacZ基因的细菌菌落则呈白色。回答下列问题: (1)(4分)上图中质粒除含有青霉素抗性基因和LacZ基因外,还应含有启动子、__________________等元件;其中启动子的作用是　______________ 　。  【解析】(1)质粒是常用的基因工程载体,除含有标记基因外,还含有启动子、终止子和复制原点等元件;其中启动子能与RNA聚合酶识别、结合,并驱动(或启动)基因的转录。 (2)(2分)获取乙肝病毒基因后,需用PCR技术进行扩增和琼脂糖凝胶电泳进行检测。PCR反应体系中需加入_______种引物和HBsAg基因。  【解析】(2)由于DNA的两条模板链反向螺旋,且子链总是沿着5'→3'方向延伸,所以PCR反应体系中需加入两种引物。 (3)(4分)根据质粒和HBsAg基因所在DNA上限制酶切割位点的分布情况可知,若过程a用一种限制酶应选择_____________。实际操作中,通常选用两种限制酶,其目的是　_____________________ 　。  【解析】(3)过程a是构建基因表达载体,若用一种限制酶切割,根据HBsAg基因两端的限制酶切割位点可知,应选用BamH Ⅰ切割才能获得目的基因,同时质粒上含有BamH Ⅰ识别位点。但由于切开的目的基因两端的黏性末端相同,以及质粒的两个黏性末端相同,因此用同种限制酶切割容易导致HBsAg基因和质粒的自身环化以及HBsAg基因和质粒反向连接,因此为防止HBsAg基因和质粒的自身环化、防止HBsAg基因和质粒反向连接,实际中通常选用两种限制酶切割。 答案:(1)终止子(和复制原点)　与RNA聚合酶识别、结合,并驱动(或启动)基因的转录 (2)两 (3)BamH Ⅰ　防止HBsAg基因和质粒自身环化、防止HBsAg基因和质粒反向连接 9.(12分)(2025·河南适应性演练)核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)是植物固定CO2的关键酶。某研究小组通过导入相关基因在大肠杆菌中搭建图1所示的代谢通路,以筛选结合CO2能力更强的Rubisco。 回答下列问题。 (1)(3分)为将Rubisco基因导入大肠杆菌,研究小组使用BamHⅠ和EcoRⅠ双酶切以构建重组质粒。图2表达载体中,片段2为___________(填“启动子”或“终止子”),其作用是____________________________________。  答案:(1)启动子　RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA 【解析】(1)转录过程中,mRNA延伸的方向是5'→3',因此根据模板链的位置可知Rubisco基因转录的方向是从右向左,即EcoRⅠ连接启动子,BamHⅠ连接终止子,即片段2为启动子,片段1是终止子;启动子的作用是RNA聚合酶识别和结合位点,驱动基因转录。 (2)(2分)为检测转化的菌落是否携带含有Rubisco基因的重组质粒,将P1、P2和P3引物(引物位置如图2所示,→表示引物5'→3'方向)共同加入反应体系后,分别以3个菌落的DNA为模板进行PCR扩增。PCR产物的琼脂糖凝胶电泳结果如图3所示,菌落_______(填“1”或“2”或“3”)携带正确的重组质粒。  答案:(2)3 【解析】(2)将P1、P2和P3引物共同加入反应体系,根据引物的位置可知,引物P1、P2可扩增普通质粒和重组质粒,扩增普通质粒时扩增出的DNA片段较小,扩增重组质粒时扩增出的DNA片段较大;引物P1、P3只能扩增重组质粒,不能扩增普通质粒,因此若未导入质粒则无扩增DNA片段,若导入普通质粒,则有一种DNA片段,若导入重组质粒,则有两种DNA片段。根据受体菌中的质粒,可将受体菌分成三种,①未导入质粒,则无法扩增,对应菌落2;②导入普通质粒,能扩增出DNA片段,能扩增出1种片段,且片段较小,对应菌落1;③导入重组质粒,引物P1、P2和引物P1、P3都能扩增出DNA片段,且最后扩增出两种DNA片段,对应菌落3。 (3)(4分)通过单独或共同转化prkA基因、Rubisco基因获得三种大肠杆菌,涂布在同一平板的不同区域(区域①涂布未携带目的基因的大肠杆菌),一段时间后,菌落分布及生长状况如图4所示,推测区域②、④内菌落携带的目的基因分别是____________________、_____________________________。现有多种Rubisco突变基因,应用该共同转化体系可筛选出高活性Rubisco的依据是__________________________________________________________。  答案:(3)prkA基因　prkA基因和Rubisco基因　携带高活性Rubisco基因的菌落生长状况更好 【解析】(3)未导入prkA基因、Rubisco基因时,大肠杆菌可正常代谢,若只导入prkA基因,则大肠杆菌产生的核酮糖-1,5-二磷酸会抑制大肠杆菌的生长,即②区域;若同时导入prkA基因、Rubisco基因,则在Rubisco的作用下,核酮糖-1,5-二磷酸和CO2结合形成3-磷酸甘油酸,参与大肠杆菌正常代谢,可缓解核酮糖-1,5-二磷酸对大肠杆菌的抑制作用,对应区域④;若只导入Rubisco基因,由于不含核酮糖-1,5-二磷酸,Rubisco无法起作用,与对照组相同,即③区域。Rubisco可缓解核酮糖-1,5-二磷酸对大肠杆菌的抑制作用,因此Rubisco活性越高,大肠杆菌菌落生长状况越好,即携带高活性Rubisco基因的菌落生长状况更好。 (4)(3分)Rubisco的活性与植物有机物的积累密切相关。现已筛选出携带高活性Rubisco编码基因的重组质粒(无法转化植物),研究小组拟使用农杆菌转化法培育高产量大豆品种,简要写出实验思路。 答案:(4)将重组质粒导入农杆菌,用农杆菌感染大豆愈伤组织,通过植物组织培养培育出大豆植株,筛选高产量大豆品种 【解析】(4)因重组质粒无法转化植物,可将重组质粒先导入农杆菌,再用农杆菌感染大豆愈伤组织,通过植物组织培养培育出大豆植株,筛选高产量大豆品种。 【加固训练】 如图是利用工程菌(大肠杆菌)生产人生长激素的实验流程。所用的pBR322质粒含有限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和Hind Ⅲ的切割位点各一个,且三种酶切割形成的末端各不相同,而AmpR表示氨苄青霉素抗性基因,TetR表示四环素抗性基因。请回答以下相关问题: (1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因,也可以是一些具有_____________的因子。过程①所用到的组织细胞是____________________,③过程的目的是_________________________________,⑤过程常用___________处理大肠杆菌。  (2)如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ对图中质粒进行切割,形成的DNA片段种类有_________种,这些种类的DNA片段中含有完整氨苄青霉素抗性基因的DNA片段和四环素抗性基因的DNA片段分别有_________种和_________种。  【解析】(2)假设PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ三种酶的切割位点分别用1、2、3表示(后面的→均按照顺时针方向)。一种酶切割时,一共可以得到3种片段1→1、2→2、3→3;任意两种酶同时切割时,可得到1→2、2→1、2→3、3→2、1→3、3→1共6种片段;三种酶同时切割时,可得到1→2、2→3、3→1共3种片段。综上所述,共计9种不同的片段(1→1、1→2、1→3、2→1、2→2、2→3、3→1、3→2、3→3)。其中片段3→2、2→2、3→3共3种含有完整氨苄青霉素抗性基因,片段2→1、2→2、1→1共3种含有完整四环素抗性基因。 (3)如果只用限制酶PstⅠ切割目的基因和质粒,完成过程④⑤后(受体大肠杆菌不含AmpR、TetR),将三角瓶内的大肠杆菌先接种到甲培养基上,形成菌落后用无菌牙签挑取甲培养基上的单个菌落,分别接种到乙和丙两个培养基的相同位置上,一段时间后,菌落的生长状况如图乙、丙所示。接种到甲培养基上的目的是筛选____________________________的大肠杆菌;接种到乙培养基上的大肠杆菌菌落,能存活的大肠杆菌体内导入的是________________________________________。含有目的基因的大肠杆菌在培养基乙和丙上的生存情况是________________。  答案:(1)调控作用　人垂体组织细胞　将平末端处理为黏性末端　Ca2+　(2)9　3　3　(3)含四环素抗性基因　完整的pBR322质粒(或含有AmpR、TetR的质粒)　在丙中能存活,在乙中不能存活 - 11 - 学科网（北京）股份有限公司 $