第3章 第2节 第1课时 目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建-【成才之路·练案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程同步新课程学习指导(人教版)

练案[13]第3章第2节[第1课时 学业考达标练 一、选择题 1.基因工程主要操作步骤的顺序是 ①基因表达载体的构建②将目的基因导入 受体细胞③目的基因的检测与鉴定④目 的基因的获取 A.③②④① B.②④①③ C.④①②③ D.③④①② 2.PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的 核酸合成技术，与人体细胞内DNA分子复制 相比，下列有关叙述错误的是 A.都遵循碱基互补配对原则 B.DNA聚合酶作用的最适温度不同 C.都是边解旋边复制的过程 D.复制方式都是半保留复制 3.下列有关PCR的叙述，错误的是 A.PCR利用的是DNA的热变性原理 B.变性过程中破坏的是磷酸二酯键 C.复性过程中引物与DNA模板链的结合是依 靠碱基互补配对原则完成的 D.延伸过程中需要耐高温的DNA聚合酶 4.下列有关体内DNA复制与PCR技术比较的 叙述，错误的是 A.二者子链的延伸方向相同，均为5'端3'端 B.二者均需要解旋酶破坏氢键来实现解旋 C.体内DNA复制需要能量，PCR反应也需要 能量 D.二者遵循的碱基互补配对原则相同 5.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 目的基因 终止子 抗生素抗 性基因 复制原点 1 目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建] 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 6.以下关于基因表达载体的构建的说法正确的 是 () A.基因表达载体的构建是在生物体的细胞内 完成的 B.表达载体中只有启动子才能驱动目的基因 转录出mRNA C.基因表达载体的组成应包括启动子、终止 密码子、目的基因、标记基因等 D.表达载体通常采用抗生素合成基因作为标 记基因 7.PCR扩增时需考虑高质量的基因组DNA模板 以及反应体系中各种组分的优化组合，下列相 关叙述错误的是 A.反应体系中模板DNA的量和纯度影响PCR 的成功与否 B.设计引物时需考虑引物的长度、碱基序列 和G一C含量 C.DNA聚合酶的浓度过低会引起非特异性扩 增产物的增多 D.目标DNA的获得取决于引物在模板DNA 上的结合位置 二、非选择题 8.基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基 因。请回答下列问题。 (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解聚为单链的条件是 。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 选择考提升练 一、选择题 1.下列关于P℃R反应体系中所加物质作用的叙 述，错误的是 A.耐高温的DNA聚合酶用于催化DNA子链 的合成 B.引物使耐高温的DNA聚合酶能从引物的5' 端延伸DNA链 C.目标DNA的双链用作DNA复制的模板 D.四种脱氧核苷酸为PCR提供原料 2.在基因表达载体的构建中，下列说法正确的是 () ①一个基因表达载体的组成只包括目的基因、 启动子、终止子②有了启动子才能驱动基因 转录出mRNA③终止子的作用是使转录在 所需要的地方停止④所有基因表达载体的 构建是完全相同的⑤必须在细胞外进行 A.②③⑤ B.①④ C.①②⑤ D.③④ 3.基因工程的核心是构建基因表达载体，下列不 属于载体作用的是 A.载体能防止目的基因被受体细胞限制酶 切割 B.载体能协助目的基因在受体细胞中复制 C.载体含有启动子和终止子协助目的基因 表达 D.载体具有标记基因，便于筛选含重组DNA 分子的受体细胞 4.某同学拟用限制酶（酶1、酶2、酶3和酶4）、 DNA连接酶为工具，将目的基因（两端含相应 限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切 割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切 割位点如图所示。 195 酶3酶2酶1 冒抗生素 酶4目抗性基因 5'-GAATTC-3 5'-GGATCC-3 3-CTTAAG-5 3'-CCTAGG-5' 酶1 酶2 5'-CCCGGG-3 5-AGATCT -3' 3'-GGGCCC-5 3-TCTAGA-5' 酶3 酶4 下列重组表达载体构建方案合理且效率最高 的是 () A.质粒和目的基因都用酶3切割，用E.coli DNA连接酶连接 B.质粒用酶3切割、目的基因用酶1切割，用 T4DNA连接酶连接 C.质粒和目的基因都用酶1和酶2切割，用 T4DNA连接酶连接 D.质粒和目的基因都用酶2和酶4切割，用 E.coli DNA连接酶连接 5.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（下图），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 ( 限制酶SeI5-ACTAGT-3'NheI5-CCTAGC-3'C6I5'-GCGC-3 识别序列 3'-TGATCA-5 3-CGATCG-5 3-CGCG-5 扩增获得5-AGCTAGCAATGCTC…ATGAACTGCGCA-3' 的DNA片段3-TCGATCGTTACGAG.TACTTGACGCGT-5' ①！酶切 5-CTAGCAATGCTC.......ATGAACTGCG-3' 3-GTTACGAGTACTTGAC-5' A.其中一个引物序列为5'-TGCGCAGT-3' B.步骤①所用的酶是SpeI和GfoI C.用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得 了两个片段 D.酶切片段和载体连接时，可使用E.coli DNA 连接酶或T4DNA连接酶 6.下面是利用基因工程技术培育转基因植物，进 而生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中 PstI、SmaI、EcoR I、ApaI为四种限制性内 切核酸酶。下列说法错误的是 Pst I Sma I EcoR I 含抗原基因 T 的DNA片段 抗原基因 麦棘 Pst I 质粒 Sma I 卡那霉素 -EcoR I 抗性基因 Apa I A.图示过程是基因工程的核心步骤 B.基因表达载体构建时需要用到限制酶 Sma I C.卡那霉素抗性基因的存在有利于将含有抗 原基因的细胞筛选出来 D.除图示组成外，基因表达载体中还应该含 有启动子和终止子等结构 7.RT-PCR是将RNA的逆转录(RT)和cDNA聚 合酶链式扩增(PCR)相结合的技术。下列说 法正确的是 () A.该技术中遗传信息的流动途径是RNA→ DNA→RNA B.该技术中需要逆转录酶、解旋酶和耐高温 的DNA聚合酶 C.该技术的前提是要以RNA全部碱基序列为 模板设计并合成引物 D.该技术可用来检测组织细胞中基因的表达 水平或RNA病毒的含量 二、非选择题 8.图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示 意图，载体质粒P0具有四环素抗性基因 (Tet)和氨苄青霉素抗性基因(AmpR)。请回 答下列问题。 Amp Amp Amp P2 Amp EcoR V PO EcoRV 酶处理 P3 的基因片段 图1 50bpAmp 300b 100bp 图2 196 (I)EoRV酶切位点为CC,EoRV酶 切出来的线性载体P1为 末端。 (2)用耐高温的DNA聚合酶进行PCR扩增获 得的目的基因片段，其两端各自带有一个 腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理， 在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸，形成P2:P2和目的基因片 段在 酶作用下，形成重组质 粒P3。 (3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落，采用 含有不同抗生素的平板进行筛选，得到 A、B、C三类菌落，其生长情况如下表 (“+”代表生长，“-”代表不生长)。根 据表中结果判断，应选择的菌落类型是 (填表中字母)，另外两类菌落质 粒导入情况分别是 菌落类型 平板类型 A B C 无抗生素 + 氨苄青霉素 四环素 氨苄青霉素+四环素 (4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插 入目的基因的重组质粒，拟设计引物进行 PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物 在正确重组质粒中的相应位置，PCR鉴定 时应选择的一对引物是 。某学 生尝试用图中另外一对引物从某一菌落 的质粒中扩增出了400bp片段，原因是练案[13] 学业考达标练 1.C基因工程的主要操作步骤顺序：目的基因的获取→基因表 达载体的构建+将目的基因导入受体细胞一→目的基因的检测 与鉴定。 2.CDNA分子的体外复制和体内复制都遵循碱基互补配对原 则，A正确：PCR是在较高温度条件下进行的，因此PCR与细 胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高，B正确；PCR 是在较高温度条件下打开双链后进行扩增的，不是边解旋边 复制的，C错误：DNA复制方式都是半保留复制，D正确 3.BPCR利用的是DNA的热变性原理，通过调节温度来控制 DNA双链的解聚与结合，A正确；变性过程中目的基因DNA 受热变性后解为单链，破坏的是氢键，B错误；引物是一小段 能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，复性 过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则 完成的，C正确：延伸过程中需要耐高温的DNA聚合酶，D 正确。 4.B体内DNA复制与利用PCR技术扩增DNA比较，子链的延 伸方向相同，均为5'端→3'端，A正确；PCR扩增中双链DNA 解开不需要解旋酶，在高温条件下使氢键断裂，B错误：体内 DNA复制与利用PCR扩增DNA时都需要能量，但两者所需 能量来源不同，C正确：体内DNA复制与利用PCR扩增DNA 遵循的碱基互补配对原则相同，D正确。 5.B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。启动子位于基因 的上游，所以X最可能是启动子，B符合题意。 6.B基因表达载体的构建是在生物体外完成的，A错误；基因 表达载体的组成应包括启动子、终止子、目的基因、标记基因 等，终止密码子位于mRNA上，C错误；表达载体通常采用抗 生素抗性基因作为标记基因，D错误。 7.CPCR体外扩增需要DNA作为模板，所以反应体系中模板 DNA的量和纯度会影响PCR的成功与否，A正确；设计引物 时需考虑引物的长度、碱基序列和G一C含量，以保证引物能 与目的基因的特定序列识别，且不能出现引物内部或引物之 间的碱基互补配对，B正确：复性温度过低会造成引物与模板 的结合位点增加，非特异性产物增多，C错误：由于PCR扩增 需要在引物的下游延伸子链，所以DNA聚合酶只能特异性地 催化复制处于两个引物之间的DNA序列，即目标DNA的获 得取决于引物在模板DNA上的结合位置，D正确。 8.(1)解旋酶加热至超过90℃氢键 (2)大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活 【解析】(1)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶 进行解旋的，而在体外利用PCR技术扩增目的基因时，则是 通过加热至超过90℃的高温进行解旋的，二者都破坏了碱基 对之间的氢键。(2)在PCR过程中，要加热至90℃以上，所 以使用热稳定性高的DNA聚合酶，而不使用在高温下会失活 的大肠杆菌DNA聚合酶。 选择考提升练 1.B通过PCR技术扩增目的基因时，需要用耐高温的DNA聚 合酶催化DNA子链的合成，A正确；在复制时，引物与DNA 母链通过碱基互补配对结合后，耐高温的DNA聚合酶从引物 的3'端开始延伸DNA链，因此DNA合成方向总是从子链的 5'端向3'端延伸，B错误；PCR技术的原理是DNA的半保留复 制，DNA复制时两条链均作为复制的模板，C正确；DNA合成 的原料是四种脱氧核苷酸，D正确。 25 2.A一个基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子 标记基因等，①错误；有了启动子才能驱动基因转录出 mRNA,②正确；终止子的作用是使转录在所需要的地方停止， ③正确；不同基因表达载体的构建过程是不完全相同的，④错 误：基因表达载体的构建过程必须在细胞外进行，⑤正确。 3.A载体不能防止目的基因被受体细胞限制酶切割，A符合题 意：载体在受体细胞中能够稳定存在，并且具有自我复制能 力，使目的基因数量扩大，B不符合题意：启动子是RNA聚合 酶识别和结合的部位，能启动转录过程，终止子控制着转录的 结束，所以载体含有的启动子和终止子可协助目的基因表达， C不符合题意；载体具有标记基因，标记基因便于筛选含有重 组DNA分子的受体细胞，D不符合题意。 4.C酶3切割后得到的是平末端，应该用T4DNA连接酶连 接，A错误；质粒用酶3切割后得到平末端，目的基因用酶1 切割后得到的是黏性末端，二者不能连接，B错误；质粒和目 的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4DNA连接 酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表 达载体的构建方案最合理且高效，C正确；若用酶2和酶4切 割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形 成的基因表达载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，同时 两种酶切出的黏性末端相同，易连接错误，D错误。 5.B由于引物只能引导子链从5'端到3'端，根据碱基互补配对 原则，其中一个引物序列为5'-TGCGCAGT-3',A正确：根据 三种酶的酶切位点，左侧的黏性末端是用NhI切割形成的， 右边的黏性末端是用CfI切割形成的，B错误；用步骤①的 酶对载体进行酶切，至少获得了两个片段，C正确；图中形成 的是黏性末端，E.coli DNA连接酶和T4DNA连接酶都可以连 接，D正确。 6.B图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程的核心 步骤，A正确；基因表达载体的构建过程中，需要将目的基因 完整切割下来，此时要用到限制酶PstI、EcoR I,B错误；卡 那霉素抗性基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目 的基因的细胞，C正确；基因表达载体应包括启动子、目的基 因、终止子和标记基因等结构，D正确。 7.D由题分析可知，该技术包括从mRNA到cDNA的逆转录过 程和从cDNA到DNA的扩增过程，故遗传信息的流动途径是 RNA→DNA→DNA,A错误；该过程需要用到逆转录酶和耐高 温的DNA聚合酶，不需要解旋酶，B错误；该技术中PCR扩增 的DNA为cDNA,利用PCR技术扩增目的基因片段的前提是 要有一段已知目的基因的核苷酸序列，C错误；T-PCR技术 灵敏而且用途广泛，可用于检测细胞中基因的表达水平或 RNA病毒的含量，D正确。 8.(1)平 (2)胸腺嘧啶(T)DNA连接 (3)BA菌落含有P0C菌落未转入质粒 (4)乙、丙目的基因反向连接 【解析】(1)根据题意分析，EcoR V识别的序列是 GAT'ATC.·,并且两条链都在中间的T与A之间进行切 CTA,TAG… 割，因此其切出来的线性载体P1为平末端。(2)依题意并据 图分析可知，目的基因两侧为黏性未端，且露出的碱基为A, 则在载体P1的两端需要各加一个含有碱基T的脱氧核苷酸， 以便形成具有黏性末端的载体P2;再用DNA连接酶将P2与 目的基因连接起来形成重组质粒P3。(3)限制酶(EoRV)切 割后破坏了四环素抗性基因，但是没有破坏氨苄青霉素抗性 基因，因此含有重组质粒P3的菌落在含有四环素的培养基中 应该不能生长，而在含有氨苄青霉素的培养基中能生长，结合 表格分析可知，应该选择B菌落；根据表格分析可知，A菌落 在氨苄青霉素和四环素的培养基中都能够生长，说明其导入 的是PO;C菌落在任何抗生素的培养基中都不能生长，说明其 没有导入任何质粒。(4)据图分析可知，根据目的基因插入的 位置和PCR技术的原理分析，PCR鉴定时应该选择的一对引 物是乙和丙；根据题意和题图分析可知，某同学用图中的另外 一对引物（甲、乙）从某一菌落的质粒中扩增出了400bp的片 段，说明其目的基因发生了反向连接。 练案[14] 学业考达标练 1.A水稻的花很小，不适合用花粉管通道法导入目的基因，A 错误；将目的基因导入动物细胞常用显微注射法，B正确；将 目的基因导人大肠杆菌最常用的方法是用Ca2+处理，使其处 于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，C正确；将 目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，此外 还有基因枪法和花粉管通道法，D正确。 2.A将抗虫基因导入受体细胞可以采用农杆菌转化法，但检测 目的基因是否导入受体细胞一般采用PCR等技术，A错误。 3.CPCR反应的操作步骤一般为准备（包括配制试剂及将各 试剂放于实验台上)一→移液一→混合一→离心一→反应。PCR仪是 一种能自动调控温度的仪器，设置好循环程序就可以进行 反应。 4.D要让目的基因进入受体细胞后能稳定存在并得到复制和 表达，不管采用什么导人方法，都需要构建表达载体才能实 现，A错误；花粉管通道法只适用于转基因植物的培育，B错 误；采用花粉管通道法时，植物受体细胞一般是植物体细胞或 受精卵，通常不选卵细胞，C错误。 5.D在农杆菌转化法中，需要将目的基因插人T-DNA片段 中，A错误：农杆菌转化法中应直接利用农杆菌感染植物细 胞，B错误；T质粒是一种环状DNA分子，是存在于细菌拟核 DNA之外的DNA,C错误；T-DNA片段有利于介导外源DNA 整合到植物的染色体DNA上，D正确。 6.A通过观察害虫吃棉叶是否死亡，属于个体生物学水平的鉴 定，A符合题意；通过PCR等技术检测棉花的染色体DNA上 是否插人抗虫基因，属于分子水平的检测，B不符合题意；检 测转基因生物中是否转录出相应的mRNA,属于分子水平的 检测，C不符合题意；采用抗原一抗体杂交检测目的基因是否 翻译成蛋白质，属于分子水平的检测，D不符合题意。 7.C双链DNA分子片段长度越大，在琼脂糖中移动的速率就 越小。 8.(1)B (2)RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出RNA (3)Ca2+能吸收周围环境中DNA分子 (4)青毒素X-gl白色 (5)抗原一抗体杂交 【解析】(1)构建基因表达载体最佳方法是使用双酶切法处 理目的基因和载体，使其产生相同的黏性末端，进而通过DNA 连接酶构建基因表达载体，选择限制酶的要求是不能破坏目 的基因，故不能选择EcoR V,综合分析，可以选择BamH I和 EcoR I处理目的基因和质粒。故选B。(2)构建基因表达载 体时，一般将目的基因插在启动子和终止子之间，其中启动子 的作用是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出 mRNA。(3)将目的基因导入大肠杆菌需要用Ca2+进行处理， 目的是使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状 态。(4)转基因成功的大肠杆菌内含有青霉素抗性基因且 29 lacZ基因被破坏，因此可在培养基中加入青霉素和X-gl;无 lacZ基因，则菌落呈白色，有青霉素抗性基因，则在含青霉素 的培养基中能存活，因此若出现白色菌落，则说明基因表达载 体成功转入大肠杆菌。(5)抗原与抗体的结合具有特异性，且 基因表达的产物通常是蛋白质，故目的基因导入受体细胞后， 常用抗原一抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出乙肝病毒 外壳。 选择考提升练 1.D过程①表示基因表达载体的构建过程，即形成重组Ti质 粒的过程，需要使用限制酶和DNA连接酶，不需要纤维素酶 和果胶酶，A错误；过程②是将目的基因导人受体细胞的过 程，在将重组Ti质粒导入烟草细胞前需要先使用CCl,处理 农杆菌，B错误；过程③④为再分化形成植株的过程，该过程 中需要通过调节营养物质和植物激素的配比，从而实现由愈 伤组织诱导出芽和根的顶端分生组织的目的，并由此再生出 新植株，C错误：可通过进行个体生物学水平的检测判断转基 因抗虫烟草是否培育成功，即让害虫吞食转基因烟草，观察害 虫的存活情况进行判断，D正确。 2.CPCR是体外扩增DNA的一种方式，扩增利用的是DNA热 变性的原理，A正确；PCR技术需要在高温条件下进行变性， 故进行PCR扩增需要耐高温的DNA聚合酶，B正确；由于 DNA的两条链反向平行，且子链从引物的3'端开始延伸，故 利用图中的引物①、④组合可扩增出两侧的未知序列，C错 误：通过与受体细胞的基因组序列比对，可确定T-DNA的插 人位置，D正确。 3.C由于同性相斥、异性相吸，带电分子会向着与其所带电荷 相反的电极移动，C错误。 4.D途径甲中，要想使目的基因在牛的乳腺中表达，重组质粒 应导入受体细胞，受体细胞一般是受精卵，A正确：途径乙中， 过程Ⅱ将目的基因导入植物细胞时，一般采用的方法是农杆 菌转化法，B正确：途径丙中，过程Ⅱ将目的基因导入大肠杆 菌时，常用C2+处理大肠杆菌，使其处于一种易吸收周围环 境中DNA分子的生理状态，C正确；干扰素是一种分泌蛋白， 干扰素基因表达后需要在真核细胞的内质网和高尔基体进行 加工才能形成具有特定结构的蛋白质，大肠杆菌没有内质网 和高尔基体，表达出的干扰素结构与前两条途径的干扰素结 构不同，D错误 5.BT-DNA可将T-DNA之间的DNA序列转移并整合到受 体细胞的染色体DNA上，使目的基因能够稳定遗传，故 T-DNA插入外源基因后不会失去作用，A错误：由题图可知， 在同一个T-DNA中OsGLO1启动子启动转录的方向与其他 三个基因的不同，四个基因转录时不都以DNA的同一条单链 为模板，因此DNA的两条单链都可作为转录的模板链，不同 的基因转录的模板链可能不同，B正确：卡那霉素抗性基因不 在T-DNA中，而潮霉素抗性基因在T-DNA中，应选用含潮 霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞，C错误：由题意 可知，利用农杆菌转化法转化水稻，可使目的基因插人水稻细 胞中的染色体DNA上，所以与叶绿体转运肽基因连接的四个 基因，在水稻细胞核内进行转录，在细胞质中核糖体中进行翻 译，D错误 6.D根据图示可知，200bp的DNA分子量小，800bp的DNA 分子量较大，200bp的DNA移动速度快，所以在电泳时，核酸 的移动方向是从负极到正极的，A正确：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，B正确；两种限制酶同时切割时产生 600bp和200bp两种长度的DNA片段，所以两种限制酶的切 点最长相距约600bp,C正确；当仅用一种限制酶切割载体 2