第7周·周末作业 “基因工程的应用”强化练-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程配套练习word（浙科版）

第7周·周末作业　“基因工程的应用”强化练 一、选择题 1.紫色西红柿经基因编辑后可产生比普通西红柿多9倍的花青素(紫色)。紫色花青素能降低人类患心脏病、糖尿病的风险。如图是花青素基因(S)的cDNA和Ti质粒。下列叙述错误的是 (　　) A.可以选用XbaⅠ、Hind Ⅲ切割S基因的cDNA和Ti质粒 B.在用农杆菌侵染时，常要使用一些抗生素来抑制农杆菌生长和筛选转化细胞 C.用于扩增 S基因的引物需满足的条件之一是两种引物分别与两条模板链 3'端的碱基序列互补配对 D.若检测出标记基因所表达的性状，则说明重组质粒已经成功导入西红柿细胞 2.(2025·宜昌模拟)含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)的质粒、含有目的基因的DNA片段及相关限制酶酶切位点如图所示。在构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中的实践中，某同学选用EcoR Ⅰ和Mfe Ⅰ分别对质粒和含目的基因的DNA片段进行双酶切。下列对这种操作的优点的叙述，正确的是 (　　) A.可以避免质粒或者目的基因自身环化 B.可以避免目的基因与质粒反向连接 C.可以避免一个质粒中连续接入多个目的基因 D.可以避免受体菌的EcoR Ⅰ和Mfe Ⅰ将重组质粒中的目的基因切割下来 3.(2025·安徽高考)质粒K中含有β-半乳糖苷酶基因，将该质粒导入大肠杆菌细胞后，其编码的酶可分解X-gal，产生蓝色物质，进而形成蓝色菌落，如图所示。科研小组以该质粒作为载体，采用基因工程技术实现人源干扰素基因在大肠杆菌中的高效表达。下列叙述错误的是 (　　) A.使用氯化钙处理大肠杆菌以提高转化效率，可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数 B.如果筛选平板中仅含卡那霉素，生长出的白色菌落不可判定为含目的基因的菌株 C.因质粒K中含两个标记基因，筛选平板中长出的白色菌落即为表达目标蛋白的菌株 D.若筛选平板中蓝色菌落偏多，原因可能是质粒K经酶切后自身环化并导入了大肠杆菌 4.棉蚜是棉花的主要害虫之一。雪花莲凝集素(GNA)与尾穗苋凝集素(ACA)具有良好抗蚜虫效果。研究人员将GNA基因与ACA基因连接成融合基因GA，并构建双抗虫基因的重组表达载体转入棉花，过程如下图。下列叙述错误的是 (　　) A.构建植物表达载体，应选用限制酶BsaBⅠ、KpnⅠ和XhoⅠ进行酶切 B.KpnⅠ、XhoⅠ双酶切可确保融合基因与载体的正确连接 C.用农杆菌转化法将目的基因转入棉花愈伤组织需无菌操作 D.可用DNA分子杂交或抗原-抗体杂交技术检测目的基因是否表达 5.免疫PCR是对微量抗原的一种检测方法。下图是利用该技术检测牛乳中微量抗生素的流程图：首先将抗体1固定在微板上，冲洗后加入待检的牛乳，再加入DNA标记的抗体2，进行PCR扩增，最后进行电泳检测，相关叙述正确的是 (　　) A.抗体1和抗体2是由同一种浆细胞分泌的两种不同抗体 B.如果第三次冲洗不充分则有可能出现假阳性现象 C.图示中的DNA是牛乳基因中的DNA片段 D.PCR扩增产物的量与牛乳中抗生素的量呈负相关 6.(2025·三明模拟)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。科研人员拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.水蛭蛋白经两种酶处理后水解产物的抗凝血活性差异主要与其肽含量有关 B.酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露 C.要获得水蛭素的基因，可以从水蛭细胞中提取mRNA，经逆转录获得目的基因 D.上述实验目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构 二、非选择题 7.人体内的t-PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，是心梗和脑血栓的急救药。然而，为心梗患者注射大剂量的基因工程t-PA会诱发颅内出血，其原因在于t-PA与纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改造后的基因，可制造出性能优异的改良t-PA蛋白(注：如图表示相关的目的基因、载体、限制酶识别序列和切割位点，pCLY11为质粒，新霉素为抗生素)。请回答下列问题： (1)以上制造出性能优异的改良t-PA蛋白的过程被称为　　　　　　工程。  (2)已知人t-PA基因序列已测出，且第84位半胱氨酸的模板链碱基序列为ACA，而丝氨酸的模板链碱基序列为AGA，因此要获得改造后的目的基因最好采用　　　　　　　　　　的方法获得。  (3)若t-PA改良基因的黏性末端如图所示，那么需选用限制酶XmaⅠ和　　　　　切开质粒pCLY11，才能与t-PA改良基因高效连接。在基因工程中，最核心的一步为　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)一般选择在未加入新霉素的培养基中生存的大肠杆菌作为受体细胞，目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在加入新霉素的培养基中形成菌落的受体细胞并非都是目的菌株，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，这时需选择呈　　　　　色的菌落，进一步培养、检测和鉴定，以选育出能生产改良t-PA蛋白的工程菌株。  8.(2025·泉州模拟)近年来随着甲醇工业产能过剩的情况日益严重，研究人员通过构建甲醇工程菌来有效利用甲醇。RuMP途径是目前研究较多的甲醇同化途径之一，其中MDH酶是同化甲醇的关键酶之一，现科学家利用下图质粒构建表达载体，制备可利用甲醇的大肠杆菌。 (1)为了使目的基因能与图示质粒高效正确构建表达载体，需在目的基因的两端分别加上　　　　的碱基序列。(填编号)  ①EcoRⅠ　②KpnⅠ　③Acc65Ⅰ　④BglⅡ (2)应选取氨苄青霉素　　　　(填“敏感型”或“耐药型”)的大肠杆菌作为受体细胞，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)甲醇工程菌培养12 h后，挑取单菌落分离DNA进行PCR扩增，若扩增后的DNA样品电泳结果显示有1 566 bp的片段，则下图(深色部分为目的基因区段)中对应DNA片段的引物为　　　　(填图中序号)。  (4)DNA探针是一种人工合成的具有特定核苷酸序列的单链DNA片段，利用DNA探针与待测样本中DNA互补结合，可确定受体细胞中是否含有目的基因。检测发现部分受体细胞无目的蛋白却有目的基因，原因可能是表达过程中的　　　　　过程受阻；现拟利用DNA探针对该原因做出进一步的精准判断，请简要写出实验思路：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  9.(2025·山东高考)种子休眠是抵御穗发芽的一种机制。通过对Ti质粒的改造，利用农杆菌转化法将Ti质粒上的T-DNA随机整合到小麦基因组中，筛选到2个种子休眠相关基因的插入失活纯合突变体。与野生型相比，突变体种子的萌发率降低。小麦基因组序列信息已知。 (1)Ti质粒上与其在农杆菌中的复制能力相关的结构为　　　　　　。选用图甲中的SmaⅠ对抗除草剂基因X进行完全酶切，再选择SmaⅠ和　　　对Ti质粒进行完全酶切，将产生的黏性末端补平，补平时使用的酶是　　　　　　。利用DNA连接酶将酶切后的包含抗除草剂基因X的片段与酶切并补平的Ti质粒进行连接，构建重组载体，转化大肠杆菌；经卡那霉素筛选并提取质粒后再选用限制酶　　　　　　进行完全酶切并电泳检测，若电泳结果呈现一长一短2条带，较短的条带长度近似为　　　　bp，则一定为正向重组质粒。  (2)为证明这两个突变体是由T-DNA插入到小麦基因组中同一基因导致的，提取基因组DNA，经酶切后产生含有T-DNA的基因组片段(图乙)。在此酶切过程中，限于后续PCR难以扩增大片段DNA，最好使用识别序列为　　　　(填“4”“6”或“8”)个碱基对的限制酶，且T-DNA中应不含该酶的酶切位点。需首先将图乙的片段　　　　，才能利用引物P1和P2成功扩增未知序列。PCR扩增出未知序列后，进行了一系列操作，其中可以判断出2条片段的未知序列是否属于同一个基因的操作为　　　　　　　　(填“琼脂糖凝胶电泳”或“测序和序列比对”)。  (3)通过农杆菌转化法将构建的含有野生型基因的表达载体转入突变植株，如果检测到野生型基因，　　　　(填“能”或“不能”)确定该植株的表型为野生型。  第7周·周末作业 1.选D　由图可知，选用Xba Ⅰ、Hind Ⅲ切割S基因的cDNA和Ti质粒，既能保证目的基因与载体产生相同的黏性末端，又不破坏目的基因，A正确；在用农杆菌侵染时，既要筛选转化细胞，又要避免农杆菌的大量繁殖，因此培养基中通常加入抗生素，B正确；用于扩增S基因的引物需满足的条件之一是两种引物分别与两条模板链3'端的碱基序列互补配对，以保证子链从5'端向3'端延伸，C正确；若检测出目的基因所表达的性状，则说明重组质粒已经成功导入西红柿细胞，D错误。 2.选D　两种限制酶切割后得到的黏性末端一致，不能避免质粒或者目的基因自身环化，也不能避免目的基因与质粒反向连接，A、B错误；两种限制酶切割后得到的黏性末端一致，不能避免一个质粒中连续接入多个目的基因，C错误；若质粒被EcoR Ⅰ酶切后的黏性末端与目的基因被Mfe Ⅰ酶切后的黏性末端连接，质粒被Mfe Ⅰ酶切后的黏性末端与目的基因被EcoR Ⅰ酶切后的黏性末端连接，则正好将目的基因正向连接，这样的重组质粒，既无EcoR Ⅰ识别位点，又无Mfe Ⅰ识别位点，故可以避免受体菌的EcoR Ⅰ和Mfe Ⅰ将重组质粒中的目的基因切割下来，D正确。 3.选C　氯化钙处理大肠杆菌能增强其对质粒的摄取能力，使更多大肠杆菌获得质粒，提高其转化效率。若获得空载质粒(β-半乳糖苷酶基因未被破坏)，则会在筛选平板上形成蓝色菌落；若获得重组质粒(人源干扰素基因的插入会破坏β-半乳糖苷酶基因)，则会在筛选平板上形成白色菌落。因此，使用氯化钙处理可增加筛选平板上白色和蓝色菌落数，A正确。若筛选平板中仅含卡那霉素，能在上面形成白色菌落的菌可能是导入目的基因的大肠杆菌，也可能是对卡那霉素有抗性的杂菌，B正确。筛选平板中长出白色菌落，只能说明菌株中导入了β-半乳糖苷酶基因被破坏的质粒，但该质粒中是否正确连接目的基因，且目的基因是否转录、翻译，是否表达出目标蛋白未知，还需要进一步鉴定，C错误。质粒K经过BamH Ⅰ酶切后，若未与目的基因连接，其可能会自身环化重新形成完整质粒，导入大肠杆菌后，β-半乳糖苷酶基因正常表达，分解X-gal产生蓝色物质，形成蓝色菌落，D正确。 4.选D　由图分析可知，构建植物表达载体过程中要选用限制酶BsaBⅠ、KpnⅠ和XhoⅠ进行酶切，A正确；KpnⅠ、XhoⅠ双酶切可确保融合基因与载体产生相同的末端以确保二者的正确连接，B正确；用农杆菌转化法将目的基因转入棉花愈伤组织需无菌操作以防止杂菌污染干扰实验，C正确；用DNA分子杂交技术检测是否插入了目的基因，用抗原-抗体杂交技术检测目的基因是否表达，D错误。 5.选B　每一种浆细胞只分泌一种抗体，则抗体1和抗体2是由不同种浆细胞分泌的两种不同抗体，A错误；免疫PCR利用的是PCR技术扩增“固定抗体1—抗生素—抗体2”上连接的DNA，如果第三次冲洗不充分，可能使残留的、呈游离状态的抗体2上的DNA也作为PCR的模板参与扩增，会出现假阳性现象，B正确；待检测的牛乳中可能含有牛乳腺细胞的DNA(其上含有牛乳基因的DNA片段)，若图示中的DNA用牛乳基因中的DNA片段，经过PCR扩增后的产物中，不仅有抗体2上的DNA扩增产物，还可能有牛乳中本身含有的牛乳基因片段的扩增产物，使检测结果偏大，C错误；免疫PCR是通过PCR技术扩增抗体2上连接的DNA，最后通过检测扩增产物——DNA的量来确定抗生素的量的方法。因此，PCR扩增产物的量与牛乳中抗生素的量呈正相关，D错误。 6.选A　两种酶水解水蛭蛋白后，肽含量比较接近，而抗凝血活性差距较大，说明抗凝血活性与肽含量关联不大，A错误；酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性先上升后相对稳定，由此推测酶甲处理使水蛭素抗凝血活性提高的可能原因是使其有活性的结构域部位暴露，B正确；为了获得水蛭素基因，可以从细胞中提取水蛭素基因转录的mRNA，经逆转录获取目的基因，C正确；题述实验目的是了解水蛭素蛋白中影响抗凝血活性的部分以设计蛋白质三维结构，D正确。 7.解析：(1)在原有的t-PA蛋白基础上改良蛋白质结构，属于蛋白质工程。(2)由于t-PA蛋白基因的序列已知，因此可以使用化学合成的方法获得目的基因。(3)目的基因的黏性末端图中已经给出，观察各限制酶的识别序列可知选用的限制酶为XmaⅠ和BglⅡ，要想把目的基因与载体拼接起来需要得到相同的黏性末端，因此载体也需要XmaⅠ和BglⅡ切割；基因工程中最核心的一个环节为基因表达载体的构建。(4)选择未加入新霉素的培养基中生存的大肠杆菌作为受体细胞，这些细胞没有新霉素的抗性，当其导入重组质粒后，质粒上的标记基因使得大肠杆菌具有新霉素抗性，这样可以选择导入质粒pCLY11的大肠杆菌；由于标记基因存在于原有质粒上，若未连目的基因的质粒导入到大肠杆菌中，这些大肠杆菌也可以获得新霉素的抗性；而区分重组质粒和原有质粒的一个标志可以观察mlacZ基因的表达情况，由于重组质粒拼接了目的基因，破坏了mlacZ基因，因此在重组质粒中该基因不表达，菌落呈现白色，而导入非重组质粒的大肠杆菌由于该基因保存完整，可以表达，所以菌落呈现蓝色。 答案：(1)蛋白质　(2)化学合成　(3)Bgl Ⅱ　基因表达载体的构建　(4)以便筛选出导入质粒pCLY11的大肠杆菌　含有未连目的基因质粒的大肠杆菌也可以在这种培养基上生长　白 8.解析：(1)由题图可知，Kpn Ⅰ的酶切位点在AmpR之中，Acc65 Ⅰ识别的序列与KpnⅠ识别的序列相同，不能选择KpnⅠ和Acc65Ⅰ，否则会破坏AmpR，因此为了使目的基因能与图示质粒高效正确构建表达载体，需在目的基因的两端分别加上EcoRⅠ和BglⅡ的碱基序列。 (2)氨苄青霉素敏感型的大肠杆菌对氨苄青霉素没有抗性，由于质粒上有氨苄青霉素的抗性基因，若导入质粒，则氨苄青霉素敏感型大肠杆菌能抗氨苄青霉素，应选取氨苄青霉素敏感型的大肠杆菌作为受体细胞，理由是有利于受体细胞的筛选。 (3)由图可知，若扩增后的DNA样品电泳结果显示有2 402-908+72=1 566(bp)片段，则对应DNA片段的引物为⑤⑦。 (4)检测发现部分受体细胞无目的蛋白却有目的基因，原因可能是表达过程中的转录或翻译过程受阻；要对原因做出进一步的精准判断，可以用目的基因的一条链设计成探针(探针核苷酸序列与目的基因转录时的模板链相同)，对目的基因的转录产物mRNA进行分子杂交，检测是否出现杂交带，如果出现杂交带，说明出现这种现象的原因是翻译过程受阻；如果没有出现杂交带，说明出现这种现象的原因是转录过程受阻。 答案：(1)①④　(2)敏感型　有利于受体细胞的筛选　(3)⑤⑦　(4)转录或翻译　用目的基因的一条链设计成探针(探针核苷酸序列与目的基因转录时的模板链相同)，对目的基因的转录产物mRNA进行分子杂交，检测是否出现杂交带 9.解析：(1)Ti质粒上与其在农杆菌中的复制能力相关的结构为复制原点。切割质粒时，选择限制酶BamH Ⅰ会破坏终止子，选择限制酶Pst Ⅰ、Xba Ⅰ均会产生黏性末端，由于需将产生的黏性末端用DNA聚合酶补平，且DNA聚合酶能在DNA的3'端连接脱氧核苷酸，结合限制酶的酶切位点分析可知，选择限制酶Pst Ⅰ会导致形成的黏性末端无法补平，只能选择Sma Ⅰ和Xba Ⅰ对Ti质粒进行完全酶切。如果目的基因正向插入，靠近启动子一侧原先被Xba Ⅰ切割后连接起来的部位不能被Sma Ⅰ切开，靠近终止子一侧原先被Sma Ⅰ切割后连接起来的部位仍然能被Sma Ⅰ切开。选用限制酶Spe Ⅰ和Sma Ⅰ进行完全酶切并电泳检测，较短的条带长度近似为550 bp。 (2)识别序列为4个碱基对的限制酶，在DNA分子中切割位点较多，切割后可以获得更小的DNA片段，便于后续PCR扩增。根据图乙可知，将该片段环化，才能利用引物P1和P2成功扩增未知序列。电泳只能判断DNA片段大小，不能确定DNA的碱基序列，不能判断两个同样大小的DNA片段是否为同一基因。要判断2条片段的未知序列是否属于同一个基因的操作为测序和序列比对。 (3)转基因生物中检测到野生型基因，但由于野生型基因不一定能够表达，或者表达的产物不一定有生物活性，所以不能确定该植株的表型为野生型。 答案：(1)复制原点　XbaⅠ　DNA聚合酶　SpeⅠ和SmaⅠ　550　(2)4　环化　测序和序列比对　(3)不能 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 $