3.2.1 目的基因的筛选与获取和基因表达载体的构建（一）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和基因表达载体的构建（一） 【基础巩固】 1.(2025·江苏镇江阶段检测)为了在大肠杆菌细胞中成功表达人胰岛素基因,首先需要提取细胞的mRNA,经逆转录等过程来获取目的基因。下列相关叙述,错误的是(　　) A.用于逆转录的mRNA只能从胰岛B细胞中获取 B.逆转录过程需要四种游离的核糖核苷酸作为原料 C.经逆转录得到的目的基因不含启动子 D.逆转录获取目的基因时遵循碱基互补配对原则 2.(2025·江苏昆山月考)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.(2025·江苏南京调研)PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。下列关于利用PCR技术扩增目的基因的叙述,正确的是(　　) A.PCR技术利用DNA双链复制的原理,使核糖核苷酸序列呈指数方式增加 B.扩增目的基因前,需要设计可与目的基因的碱基序列互补的两种双链引物 C.基因的扩增依赖于模板、耐高温的DNA聚合酶和原料等物质 D.加热至90~95 ℃的目的是使基因的磷酸二酯键断裂 4.(2025·江苏淮阴期末)下列关于基因表达载体的说法,错误的是(　　) A.基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤 B.基因表达载体包含启动子、目的基因、终止子、标记基因、复制原点等 C.终止子位于目的基因的下游,能够终止翻译过程 D.不同的目的基因所需的启动子不一定相同 5.(2025·江苏苏州调研)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,能得到3个DNA片段 6.(多选)(2025·江苏南京调研)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Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、EcoRⅠ、Apa Ⅰ为四种限制性内切核酸酶。下列说法正确的是(　　) A.图示过程是基因工程的核心步骤 B.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,表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构 【综合练习】 7.(2025·江苏海安调研)“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段,若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”,需在PCR反应中加入两种引物,两种引物及其与模板链的结合位置如图1所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子,如图2所示,其中第⑤种DNA分子有几个(　　) A.2 B.4 C.6 D.8 8.(多选)(2025·江苏如皋调研)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,下列叙述错误的是(　　) 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,所选用大肠杆菌应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 9.(2025·江苏常州调研)食物中的生物胺过量摄入会引起胃肠不适和头痛等不良反应,来源于微生物的多铜氧化酶(MCO)能高效分解生物胺。科研人员采用PCR技术获得发酵乳杆菌的MCO基因,然后转入大肠杆菌中实现了高效表达。若MCO基因经限制酶切开后的末端如图甲,则要MCO基因片段能与质粒pCLY15(图乙)高效连接,需用于切割pCLY15的酶组合为(　　) A.BsrG Ⅰ和Not Ⅰ B.BsrG Ⅰ和Xma Ⅰ C.Kpn Ⅰ和Xma Ⅰ D.Kpn Ⅰ和Sma Ⅰ 10.(多选)(2025·江苏如皋调研)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,正确的是(　　) 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.复性延伸与待扩增的DNA片段有关,所需的温度、时长均与引物有关 11.(2025·江苏潥水调研)如图是制备含目的基因的“工程菌”的示意图。请回答下列问题。 (1)利用PCR技术特异性扩增目的基因需使用耐高温的DNA聚合酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶,原因是　　　　　　　 　　　　　　　　。  若PCR过程完成4轮循环,理论上至少需　　　　个引物4,获得　　　　个目的基因。  (2)为使PCR产物能被限制酶切割,需在引物　　　　(填“3'端”或“5'端”)添加相应的限制切酶识别序列;过程①中应使用限制酶　　　　切割质粒。  (3)图中启动子的作用是　　　　　　　 　　　　　　　　;  对于实验失败的大肠杆菌及其培养基应进　　　　处理后再丢弃,以防其污染环境。  答案 1.答案　B 解析　胰岛素基因只在胰岛B细胞中表达,因此用于逆转录的mRNA只能从胰岛B细胞中获取,A正确;逆转录过程是以RNA为模板合成DNA的过程,以四种游离的脱氧核糖核苷酸为原料,B错误;真核细胞的mRNA转录后通过加工剪切了内含子和启动子,因此逆转录得到的目的基因不含启动子和内含子,C正确;逆转录获取目的基因是利用碱基互补配对原则获得DNA链,D正确。 2.答案　D 解析　用PCR扩增DNA片段的过程中,在引物作用下,耐高温的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5'GACCTGTGGAAGC……和5'CAATCCCGTATG……,故对应的引物为①④,D符合题意。 3.答案　C 解析　PCR技术利用DNA半保留复制的原理,构成DNA的基本单位为脱氧核苷酸,A错误;在扩增目的基因前,需要设计可与目的基因的碱基序列互补的两种单链引物,在复性时引物分别与目的基因的两条链结合形成双链,B错误;利用PCR技术扩增基因依赖于目的基因的模板、耐高温的DNA聚合酶和相应原料(4种脱氧核苷酸)等物质,C正确;加热至90~95 ℃的目的是使基因的两条链解聚,因此高温破坏的是两条链间的氢键,D错误。 4.答案　C 解析　基因表达载体包括启动子、终止子、目的基因、标记基因等,其中启动子位于目的基因的上游,是启动转录的一段DNA片段,终止子位于目的基因的下游,能够终止转录过程,B正确,C错误;不同的目的基因具有不同的核苷酸序列,其启动子也不尽相同,D正确。 5.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,D错误。 6.答案　ACD 解析　图示过程为基因表达载体的构建过程,是基因工程中的核心步骤,A正确;构建表达载体过程中需要将目的基因完整切割下来,此时要用到限制酶Pst Ⅰ、EcoRⅠ,若使用Sma Ⅰ将破坏抗原基因,B错误;卡那霉素抗性基因是标记基因,目的是便于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.答案　D 解析　该DNA复制4次共形成16个DNA,其中①②分别有1个,③④分别有3个,⑤有8个,D符合题意。 8.答案　CD 解析　氨苄青霉素抗性基因是标记基因,可使用添加氨苄青霉素的培养基筛选转入重组质粒的菌株,但所选用的大肠杆菌,原本不能具有抗氨苄青霉素的特性,C错误;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。 9.答案　C 解析　Kpn Ⅰ酶切后产生的末端序列为3'CATG5',Xma Ⅰ酶切后产生的末端序列为5'CCGG3',这两个酶酶切后产生的末端序列刚好与目的基因(MCO基因)的游离末端序列配对(如图),因此,切割pCLY15的酶组合为Kpn Ⅰ和Xma Ⅰ,C符合题意。 10.答案　ACD 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'端→3'端,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;设计引物时需要避免引物之间碱基互补配对而造成引物自身环化的现象,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载体,避免目的基因自身环化,C正确;复性所需的温度、时长均与引物有关,如引物中G与C含量高,需要设定更高的复性温度,D正确。 11.答案　(1)耐高温的DNA聚合酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活　15　8 (2)5'端　BamH Ⅰ　(3)作为RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动基因转录出mRNA　灭菌 解析　(1)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加热至90 ℃以上,耐高温的DNA聚合酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活;PCR技术大量扩增目的基因时,缓冲液中需要加入的引物个数计算公式为2(n+1)-2(n为循环次数),因此PCR过程完成4轮循环,理论上至少需加入引物2(4+1)-2=30(个),其中引物1和引物4分别为15个,获得目的基因8个。(2)①是基因表达载体的构建过程,若使用限制酶EcoR Ⅰ切割质粒会将目的基因插入启动子上游,目的基因不能正确表达;使用限制酶Hind Ⅲ切割质粒将破坏标记基因,不利于目的基因的鉴定和筛选,因此该过程中应使用限制酶BamH Ⅰ切割质粒。(3)目的基因上游的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,能驱动基因转录出mRNA;为了防止污染环境,对于实验失败的大肠杆菌及其培养基应进行灭菌处理。 1 学科网（北京）股份有限公司 $