3.2.1 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建同步练习-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

高中生物（人教版） 选择性必修3 分层作业 3.2.1 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建 [分值：100分] 第1～4题，每题5分；第5～13题，每题6分，共74分。 【基础巩固】 1．(2025·沧州高二期中)PCR是获取目的基因的一种方式，能特异性地快速扩增目的基因。下列叙述正确的是(　　) A．变性过程中双链DNA的解开不需要解旋酶 B．TaqDNA聚合酶与普通DNA聚合酶的作用不同 C．温度下降到72 ℃左右时引物与DNA单链结合 D．PCR中实现特异性扩增的关键物质是模板DNA 2．用PCR扩增下面的DNA片段： 5′GACCTGTGGAAGC……CATACGGGATTG3′ 3′CTGGACACCTTCG……GTATGCCCTAAC5′ 供选择的引物有： ①5′GACCTGTGGAAGC3′ ②5′CATACGGGATTG3′ ③5′GTATGCCCTAAC3′ ④5′CAATCCCGTATG3′ 共四种，应选择(　　) A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 3．(2024·松原高二期末)在基因工程中，常利用PCR获取和扩增目的基因，PCR反应需要提供分别与两条模板链结合的2种引物，但引物并不是在模板链3′端的末端与其结合的，因此第一轮循环得到的产物DNA的两条链不等长(如图所示)。4轮循环后，目标产物即两条链等长的DNA所占比例约为(　　) A．1/8 B．1/6 C．1/4 D．1/2 4．(2024·福州高二调研)PCR引物的3′端为结合模板DNA的关键碱基，5′端无严格限制，可用于添加限制酶切点等序列。下列叙述正确的是(　　) A．该图表示PCR循环中的变性环节 B．PCR第四次循环要消耗15对引物 C．耐高温的DNA聚合酶催化相邻的两个游离的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 D．用图中引物扩增两个循环后即可获得添加限制酶切点的目的产物 5．(2025·南平高二期中)数字PCR技术通过将一个样本分成几十到几万份，分配到不同的反应单元，每个单元最多包含一个拷贝的目标分子(DNA模板)，在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析，如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．数字PCR可以在常温下进行，降低了检测成本 B．应根据目的基因的一段已知序列设计两种引物 C．PCR每一循环包括变性、复性和延伸三个过程 D．PCR结束后有靶分子的反应单元能检测出荧光 6．(2024·深圳高二期中)启动子是基因工程载体的重要组成部分。组织特异性启动子又称为器官特异性启动子，能在特定组织或器官中启动相关基因表达。下列关于“组织特异性启动子”的叙述，错误的是(　　) A．是RNA聚合酶识别和结合的部位 B．只存在于生物体特定的组织或器官 C．启动相关基因表达体现了细胞分化 D．可使外源基因在特定器官进行表达 7．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XbaⅠ和SacⅠ来切割目的基因 B．构建基因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DNA聚合酶识别和结合的部位，可以驱动遗传信息的转录 D．基因表达载体中的标记基因可以用来鉴别与选择含有蛛丝蛋白基因的受体细胞 8．如图表示pBR322质粒和人生长激素基因所在片段的结构信息，将二者构建的重组质粒导入受体菌并进行筛选。下列有关叙述正确的是(　　) 注：AmpR为氨苄青霉素抗性基因，TetR为四环素抗性基因。 A．可选择的限制酶组合是酶E和酶G B．所选用的受体菌不能含有AmpR和TetR基因 C．用含氨苄青霉素的培养基就能筛选出含重组质粒的受体菌 D．同时用三种限制酶处理图中质粒，电泳后可得到3个条带 【综合练习】 9．(2024·江西，12)γ-氨基丁酸在医药等领域有重要的应用价值。利用L-谷氨酸脱羧酶(GadB)催化L-谷氨酸脱羧是高效生产γ-氨基丁酸的重要途径之一。研究人员采用如图方法将酿酒酵母S的L-谷氨酸脱羧酶基因(gadB)导入生产菌株E.coli A，构建了以L-谷氨酸钠为底物高效生产γ-氨基丁酸的菌株E.coli B。下列叙述正确的是(　　) A．图示表明，可以从酿酒酵母S中分离得到目的基因gadB B．E.coli B发酵生产γ-氨基丁酸时，L-谷氨酸钠的作用是供能 C．E.coli A和E.coli B都能高效降解γ-氨基丁酸 D．可以用其他酶替代NcoⅠ和KpnⅠ构建重组质粒 10．研究人员用如图1中质粒和图2中含目的基因的片段构建重组质粒(图中标注了相关限制酶切割位点)，将重组质粒导入大肠杆菌后进行筛选及PCR鉴定。下列叙述不正确的是(　　) A．构建重组质粒的过程应选用BclⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶 B．使用DNA连接酶将酶切后的质粒和目的基因片段进行重组 C．能在添加四环素的培养基上生存的一定是含有重组质粒的大肠杆菌 D．利用PCR鉴定含目的基因的大肠杆菌时应选用引物甲和引物丙 11．(2025·武汉高二期末)不对称PCR是利用不等量的一对引物来产生大量单链DNA(ssDNA)的方法。加入的一对引物中含量较少的被称为限制性引物，含量较多的被称为非限制性引物。PCR反应的最初的若干次循环中，其扩增产物主要是双链DNA(dsDNA)，但当限制性引物消耗完后，就会产生大量的ssDNA。不对称PCR的过程如图所示。假设模板DNA分子初始数量为a个，6次循环后开始扩增产生ssDNA。下列叙述正确的是(　　) A．该不对称PCR过程中需要a·26个限制性引物 B．该方法扩增目的基因时需知道基因的全部序列 C．据图可知，最后大量获得的ssDNA与图中甲链的碱基序列相同 D．上述过程中子链分别沿限制性引物的5′端、非限制性引物的3′端延伸 12．聚合酶链式反应(PCR)是一种用于扩增特定DNA片段的分子生物学技术。下列关于PCR引物的叙述，错误的是(　　) A．为保证模板链与引物结合的效率，两种引物之间尽量避免存在互补序列 B．为了便于将扩增的DNA片段与载体连接，可在引物的3′端加上限制酶识别序列 C．在两种引物上设计加入不同的限制酶识别序列，主要目的是使目的基因定向插入载体并可避免目的基因自身环化 D．复性所需的温度、时长与引物有关 13．科研人员想利用发绿色荧光的大肠杆菌来快捷检测出水中的毒物，将毒物诱导型启动子S插入图示质粒的P区，构建基因表达载体前需要利用PCR技术扩增启动子S。据图分析，下列叙述不正确的是(　　) A．扩增启动子S时，所用引物Ⅰ上最好有限制酶XhoⅠ的识别序列 B．若该重组质粒能在大肠杆菌中稳定遗传，则图示质粒还应有复制原点 C．为了便于筛选，所选用大肠杆菌原本不能具有抗氨苄青霉素的特性 D．启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，两者的结合不受外因影响 14．(14分)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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性(90 ℃以上)、低温复性(50 ℃左右)、适温延伸(72 ℃左右)三个步骤构成一个循环，为使得DNA聚合酶能够重复利用，选用的酶应在__________________________处理后仍然具备催化活性。 15．(12分)蜘蛛丝是一种天然蛋白质纤维，具有卓越的材料学特性，易于生物降解，且生物兼容性良好，因此被广泛应用于药载运输和细胞工程等领域。科研人员利用大腹园蛛编码壶腹腺丝的P1基因构建酵母表达载体，并在毕赤酵母菌GS115中进行表达。请回答下列问题： (1)利用PCR技术扩增P1基因，需根据P1基因设计两种引物。引物的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 引物长度越短，扩增得到的DNA片段种类越__________(填“单一”或“复杂”)。 (2)已知其中一种引物序列是5′－AAAGGATCCAATAAT……AGCGCGAATGAAGTA－3′，则在扩增时与该引物结合的DNA链序列是3′－__________－5′(写出前6个碱基序列)。 (3)将扩增的P1基因片段与质粒pPic3.5重组，构建出酵母表达载体PIC3.5－P1，如图1所示。 为构建表达载体，需要用限制酶对质粒pPic3.5进行酶切，结合图和表分析，应选择的限制酶最佳组合是__________。 XhoⅠ 5′C↓TCGAG3′ SalⅠ 5′G↓TCGAC3′ BamHⅠ 5′G↓GATCC3′ EcoRⅠ 5′G↓AATTC3′ 注：↓表示限制酶的切割位点。 (4)科研人员构建了诱导型启动子，以实现酵母细胞中P1基因的定时定量表达。他们在酵母基因组中插入了T基因和S基因，分别指导T蛋白和S蛋白的合成，使得质粒上的P1基因表达受红光控制。红光调控P1基因表达的原理如图2。 由图2可知，S蛋白与启动子Jub结合后会抑制__________发挥作用，导致P1基因无法转录；红光下，T蛋白能够______________________，解除S蛋白的抑制作用，从而启动P1基因的表达。 答案 1.答案　A 解析　PCR技术是通过高温来使DNA解旋的，不需要解旋酶，A正确；TaqDNA聚合酶与普通DNA聚合酶的作用都是催化合成DNA子链，B错误；温度下降到50 ℃左右时引物与DNA单链结合，C错误；引物通过与DNA模板的特定序列互补结合，决定扩增的起始位置，即引物是实现特异性扩增的关键物质，D错误。 2.答案　D 解析　用PCR扩增DNA片段的过程中，在引物作用下，DNA聚合酶从引物3′端开始延伸DNA链，即DNA的合成方向是从子链的5′端至3′端延伸的，故引物的碱基序列应与每条模板链5′端的一段核苷酸链的碱基序列相同，即应以模板链5′端的一段脱氧核苷酸单链片段作为引物；由题干信息分析可知，5′端的碱基序列是GACCTGTGGAAGC和CAATCCCGTATG，故对应的引物为①④，D正确。 3.答案　D 解析　第四轮循环得到的16个DNA分子中，两条脱氧核苷酸链等长的DNA有24－2×4＝8(个)，所占比例为1/2，D正确。 4.答案　D 解析　该图表示PCR循环中的复性环节，A错误；PCR第四次循环要消耗8对引物，B错误；耐高温的DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上，C错误。 5.答案　A 解析　数字PCR也是体外DNA复制，需要高温使DNA变性，A错误；由题图信息可知，检测荧光并计数，能够得出靶分子起始拷贝数，故PCR结束后有靶分子的反应单元能检测出荧光，D正确。 6.答案　B 解析　组织特异性启动子在各种组织或器官中都存在，只是在特定组织或器官中执行功能，B错误。 7.答案　C 解析　启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，C错误。 8.答案　B 解析　酶E会破坏质粒上的两种标记基因，为避免切割后DNA片段的自身环化，又保留质粒上的标记基因，切割时应选择的限制酶组合是酶F和酶G，A错误；重组质粒上的TetR基因被破坏，而重组质粒上的AmpR基因能表达，用含氨苄青霉素的培养基筛选出的有导入重组质粒的受体菌和导入普通质粒的受体菌，C错误；据题图可知，因酶E有两个作用位点，同时用三种限制酶处理图中质粒，能将质粒切割成4个DNA片段，电泳后可得到4个条带，D错误。 9.答案　D 解析　由图可知，从酿酒酵母S中，通过PCR获得目的基因，而不是从酿酒酵母中分离得到，A错误；由题干可知，E.coli B以L-谷氨酸钠为底物高效生产γ-氨基丁酸，因此L-谷氨酸钠为反应底物，而不是起供能作用，B错误；E.coli A和E.coli B均为生产γ-氨基丁酸的菌种，故二者均不能高效降解γ-氨基丁酸，C错误。 10.答案　C 解析　选择的限制酶应在目的基因两端存在识别位点，但BamHⅠ可能使质粒中的两种标记基因都被破坏，因此只能选BclⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶切割，A正确；酶切后的质粒和目的基因片段要用DNA连接酶连接，构建重组载体，B正确；能在添加四环素的培养基上生存的也可能是只含有空载质粒的大肠杆菌，C错误；PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合，沿相反的方向合成子链，故所用的引物为图2中引物甲和引物丙，D正确。 11.答案　C 解析　假设模板DNA分子初始数量为a个，6次循环后产生a·26个DNA分子，因此该不对称PCR过程中需要a·(26－1)个限制性引物，A错误；该方法扩增目的基因时不需要知道扩增基因的全部序列，只需要知道其两端的部分序列即可，B错误；非限制性引物是与乙链结合，所以最后大量获得的ssDNA与图中甲链的碱基序列一致，C正确；扩增时耐高温的DNA聚合酶将4种脱氧核苷酸连接至引物的3′端，D错误。 12.答案　B 解析　引物自身不应存在互补序列，否则会出现引物与自身配对、引物跟引物配对的情况，降低PCR的效率，A正确；引物引导子链合成的方向是5′→3′，因此为了便于扩增的DNA片段与载体连接，需要在引物的5′端加上限制酶识别序列，B错误；为了便于扩增的DNA片段与载体连接，常在两条引物上设计加入不同的限制酶识别序列，主要目的是使目的基因能定向插入表达载体，避免目的基因自身环化，C正确；复性所需的温度、时长与引物有关，如引物中G与C含量高，需要设定更高的复性温度，D正确。 13.答案　D 解析　启动子S是毒物诱导型启动子，说明RNA聚合酶与启动子的结合受外界因素的影响，D错误。 答案　(1)解旋酶　加热至90 ℃以上　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　(4)90 ℃以上高温 答案　(1)使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　复杂　(2)TTTCCT (3)BamHⅠ和SalⅠ　(4)RNA聚合酶　与结合在启动子上的S蛋白结合 解析　(1)PCR扩增目的基因时，需要2种引物，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸；引物长度会影响PCR扩增的特异性，一般来说，引物长度越短，引物的特异性越低，扩增得到的DNA片段种类越复杂。(2)PCR扩增时引物按照碱基互补配对原则分别结合到DNA两条单链的3′端，已知其中一种引物序列是5′－AAAGGATCCAATAAT……AGCGCGAATGAAGTA－3′，则在扩增时与该引物结合的DNA链序列是3′－TTTCCT－5′。(3)根据图示信息，P1基因的插入位点应位于启动子和终止子之间，所以终止子之前应选择限制酶SalⅠ，由于XhoⅠ与SalⅠ切割产生的黏性末端相同，易发生自身环化和反向连接，所以另一种限制酶应选择限制酶BamHⅠ。(4)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，RNA聚合酶识别并结合启动子后开始转录，由图2可知，S蛋白与Jub结合后，导致RNA聚合酶无法正常结合该启动子，抑制了RNA聚合酶发挥作用，导致P1基因无法转录；红光下，T蛋白能够与结合在启动子上的S蛋白结合，解除S蛋白的抑制作用，从而启动P1基因的表达。 1 学科网（北京）股份有限公司 $