第3章 3 第2节 第1课时 目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建 课后达标检测（Word练习）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版）

一、选择题 1．PCR是聚合酶链式反应的缩写。下列有关PCR的叙述，错误的是(　　) A．PCR反应需要在一定的缓冲液中进行 B．耐高温的DNA聚合酶只能从引物3′端开始连接脱氧核苷酸 C．反应过程中的每次循环一般可以分为变性、复性、延伸三步 D．PCR反应需要的条件包括脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶和解旋酶等 解析：选D。PCR反应需要在一定的缓冲液中进行，A正确；在适宜的温度和环境下，耐高温的DNA聚合酶将脱氧核苷酸加到引物的3′端，并以此为起始点，沿子链5′端→3′端方向延伸，合成一条新的DNA互补链，B正确；反应过程中的每次循环一般可以分为变性、复性、延伸三步，C正确；PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，在高温条件下氢键断裂，从而打开双螺旋，D错误。 2．(2025·江苏连云港模拟)下列有关PCR技术的说法，错误的是(　　) A．PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术 B．PCR技术的原理是DNA半保留复制 C．复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则 D．PCR过程中只需要模板DNA、2种引物分子、4种脱氧核苷酸原料 解析：选D。PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术，其原理是DNA半保留复制，A、B正确；复性过程中引物与模板链的结合遵循碱基互补配对原则，C正确；PCR过程中需要模板DNA、2种引物分子、4种脱氧核苷酸原料和耐高温的DNA聚合酶等，D错误。 3．利用PCR将某小段含目的基因的DNA分子扩增循环n次，则(　　) A．需要已知目的基因的全部序列以便设计引物 B．共需要2n－2个引物参与子代DNA分子的合成 C．应向反应体系中加入解旋酶、DNA聚合酶、缓冲液等 D．耐高温的DNA聚合酶可将脱氧核苷酸与引物3′端相连 解析：选D。只需要已知目的基因两端的序列便可设计引物，A错误；PCR扩增循环n次共需两种引物的数量为2×(2n－1)＝2n＋1－2，B错误；不需向PCR的反应体系中加入解旋酶，PCR过程中通过高温使双链DNA解聚为单链，C错误；耐高温的DNA聚合酶可将游离的脱氧核苷酸连接到引物的3′端，D正确。 4．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成分的优化组合，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—C含量 C．耐高温的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 解析：选C。PCR体外扩增需要DNA作模板，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—C含量，以保证引物能与目的基因的特定序列结合，且不出现引物内部或引物之间的碱基互补配对，B正确；耐高温的DNA聚合酶的浓度过低，会导致扩增效率较低，扩增产物减少，若引物过短，则非特异性扩增产物会增加，C错误；由于PCR扩增需要在引物的下游延伸子链，所以DNA聚合酶只能特异性催化复制处于两种引物之间的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。 5．(2025·河北石家庄高二期中)下图表示人工合成目的基因及PCR扩增仪扩增DNA的过程。下列叙述错误的是(　　) A．转基因生物中的目的基因并非都是通过表达产生相应的蛋白质来改变生物性状的 B．过程①、过程②和过程⑤所用的原料一致 C．PCR扩增仪中还需加入解旋酶以便于DNA双链的解旋 D．过程④的温度设置在50 ℃左右而不能太低，避免引物错配和模板链形成双链 解析：选C。目的基因主要是指编码蛋白质的基因，通过表达产生相应的蛋白质来改变受体的性状，但也有些目的基因不编码蛋白质，通过编码RNA来影响受体细胞内正常基因的表达来影响性状，A正确；过程①为逆转录，以RNA为模板合成DNA，过程②为DNA复制，过程⑤为引物延伸，过程①②⑤所用原料均为脱氧核苷酸，B正确；PCR扩增仪中通过升高温度使DNA双链解旋，无需加入解旋酶，C错误；过程④(复性)是在高温解旋后降低温度让引物与模板链结合，复性温度不宜太低，避免引物错配和模板链形成双链，D正确。 6．(2025·福建南平高二期中)PCR引物的3′端为结合模板DNA的关键碱基。下列相关分析错误的是(　　) A．在PCR的循环过程中，图示过程需要的温度最低 B．四种脱氧核苷酸作为原料将会连接到引物的3′端 C．Taq DNA聚合酶催化相邻的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键 D．用图示引物扩增至少四个循环后才能获得目的产物 解析：选D。变性过程温度超过90 ℃，复性过程温度在50 ℃左右，延伸过程温度在72 ℃左右，题图为复性阶段，其在PCR的循环过程中需要的温度最低，A正确；PCR扩增过程中，脱氧核苷酸只能连接在引物的3′端，B正确；延伸时，在Taq DNA聚合酶催化下，脱氧核苷酸会连接到引物的3′端，相邻的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键，C正确；由于两个引物均不结合在该片段的末端，第一轮循环后，得到的两个DNA片段中两条脱氧核苷酸链不等长，通过题图可推知，第二轮循环后也不会出现两条链等长的产物，在第三轮循环后开始出现两条脱氧核苷酸链等长的目的产物，所以用题图引物扩增三个循环后可获得目的产物，D错误。 7．(2025·河北张家口高二检测)下图为大麦细胞的LTP1基因示意图，下列说法错误的是(　　) A．运用PCR扩增LTP1基因时，应选择图中的B和C作为引物 B．扩增四次后，只含有B引物的DNA分子有1个 C．扩增四次后，等长片段的基因数目为4个 D．为方便构建重组质粒，可在引物5′端添加限制酶的识别序列 解析：选C。DNA复制时子链的延伸方向是从5′端到3′端，DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链，结合图中信息可推测，在利用PCR扩增目的基因时，应选取B(右端为3′端)和C(左端为3′端)作为引物，这样才能扩增出LTP1基因，A正确；扩增四次后，产生的DNA分子数目为24＝16(个)，16个DNA分子中，只含有B引物的DNA分子有1个，B正确；扩增四次后，等长片段的基因数目为24－2×4＝8(个)，C错误；由子链延伸方向(从5′端到3′端)可知，为构建重组质粒(即将目的基因和质粒整合到一起)，在引物5′端需适当增加限制酶的识别序列，D正确。 8．下列关于基因表达载体构建的叙述，错误的是(　　) A．启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，组成它的基本单位是脱氧核苷酸 B．基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止密码子、标记基因等 C．人工构建的诱导型启动子，当诱导物存在时，可激活或抑制目的基因的表达 D．由于受体细胞不同，基因表达载体的构建也有所差别 解析：选B。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，B错误。 9．(2025·广东汕头高二期中)下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(　　) 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 解析：选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，缺少启动子，且启动子位于基因的上游，是RNA聚合酶识别和结合的部位，所以X最可能是启动子，B符合题意。 10．(2025·河北冀州高二调研)某一质粒载体如图甲所示，AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，TetR表示四环素抗性基因。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化后得到多种大肠杆菌，并利用培养基A和B筛选出导入重组质粒的大肠杆菌。下列叙述错误的是(　　) 注：影印接种指用灭菌后的“印章”在培养基中轻按一下，将培养基A中菌落按相同位置接种到培养基B。 A．图甲所示的质粒中还应含有复制原点和终止子等结构 B．将经转化处理后的大肠杆菌菌液接种至培养基A使用的是稀释涂布平板法 C．配制培养基A时应加入氨苄青霉素 D．培养基B中生长的菌落即为导入重组质粒的大肠杆菌 解析：选D。质粒载体作为基因工程的工具，应具有标记基因、一个或多个限制酶切割位点、能在受体细胞中复制(复制原点)等条件，若是同时作为表达载体，还需要具有启动子和终止子等结构，A正确；由题图可知，培养基A中菌落相对分散，接种该培养基使用的是稀释涂布平板法，B正确；配制培养基A时应加入氨苄青霉素，将未导入质粒载体或仅含环状目的基因的大肠杆菌筛选掉，C正确；培养基A中生长的菌落为含质粒载体的大肠杆菌或含重组质粒(插入了目的基因)的大肠杆菌，培养基B中生长的菌落为导入质粒载体的大肠杆菌，故不能在培养基B中生长的菌落即为导入重组质粒的大肠杆菌，D错误。 11．(2025·山东临沂高二期中)下图是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，质粒P0有四环素抗性基因(TetR)和氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，EcoR Ⅴ的酶切位点为 。下列说法错误的是(　　) A．EcoR Ⅴ酶切出来的线性载体P1两端为平末端 B．载体P1需要添加与目的基因片段两端互补的脱氧核苷酸序列才能与之连接 C．目的基因与P2可能反向连接而导致目的基因产物不能合成 D．只有成功导入P3的受体细胞才能在含有氨苄青霉素的培养基上增殖 解析：选D。EcoRⅤ的酶切位点为，可推知其酶切出来的线性载体P1两端为平末端，A正确；目的基因两侧是黏性末端，而质粒P0经EcoR Ⅴ酶切后获得的载体P1为平末端，因此载体P1需要添加与目的基因片段两端互补的脱氧核苷酸序列才能与其连接，B正确；目的基因若是用一种限制酶进行酶切，其两侧黏性末端相同，这会导致目的基因与P2可能反向连接，从而导致目的基因产物不能合成，C正确；导入P3的受体细胞以及导入空白载体P2的受体细胞都含有氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，因此都能在含有氨苄青霉素的培养基上增殖，D错误。 12．(2025·广东珠海五校高二联考) 将具有抗肿瘤作用的细胞因子IFNγ基因连接到Egr-1基因启动子上后，利用Egr-1基因启动子的放射诱导性，在X射线等电离辐射诱导下，启动Egr-1基因启动子，进而诱导与其连接的IFNγ基因表达。这样在肿瘤部位可以通过射线和IFNγ的双重作用杀伤肿瘤细胞。下图为重组质粒的构建过程，下列叙述正确的是(　　) 注：cDNA为以mRNA为模板逆转录得到的产物。 A．重组质粒上的Egr-1基因启动子可以被肿瘤细胞核糖体识别 B．通过PCR扩增cDNA进行30轮时，共需要消耗的引物数量为230个 C．将外源IFNγ基因送入肿瘤细胞的载体还可以是动物病毒 D．T4 DNA连接酶能连接质粒和IFNγ基因双链之间的氢键和磷酸二酯键 解析：选C。启动子可驱动遗传信息转录，是RNA聚合酶识别和结合的位点，A错误；PCR扩增cDNA进行30轮时，每条新合成的链都要消耗一个引物，但产物中有两条起始的模板链不含引物，故共需要消耗的引物数量为230×2－2＝231－2(个)，B错误；在基因工程中使用的载体除质粒外，还有噬菌体、动植物病毒等，故将外源IFNγ基因送入肿瘤细胞的载体还可以是动物病毒，C正确；T4 DNA连接酶可连接质粒和IFNγ基因间的磷酸二酯键，不能连接双链之间的氢键，D错误。 二、非选择题 13．RT-PCR是将mRNA逆转录(过程Ⅰ)和cDNA聚合酶链式反应(过程Ⅱ)相结合的技术，具体过程如图所示。请分析并回答下列问题： (1)过程Ⅰ主要涉及的酶是____________，进行过程Ⅱ的反应体系中常用的酶是_______________________，二者都能催化______________键的形成。 (2)过程Ⅰ和过程Ⅱ利用的原料________(填“相同”“不同”或“不完全相同”)。 (3)过程Ⅱ中拟对m个单链cDNA进行n次循环的扩增，理论上至少需要________个引物B。 解析：(1)题图中过程Ⅰ表示逆转录，需逆转录酶的催化，过程Ⅱ是PCR扩增过程，常用的酶是耐高温的DNA聚合酶，这两种酶都能催化磷酸二酯键的形成。(2)题图中过程Ⅰ和过程Ⅱ的产物都是DNA，所以利用的原料相同，都是4种游离的脱氧核苷酸。(3)对m个单链cDNA进行n次循环的扩增，则最终得到的双链DNA分子有(2n-1·m)个，说明至少需要引物B的数量为(2n-1·m)个。 答案：(1)逆转录酶　耐高温的DNA聚合酶　磷酸二酯　(2)相同　(3)2n-1·m 14．(2025·江西南昌高二月考)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ 4种限制性内切核酸酶，切割的碱基序列和酶切位点分别为、。请回答下列问题： (1)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，其产物长度为_____________________________________________________________________。 (2)若图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从隐性纯合子分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有____________种不同DNA片段。为提高实验成功率，需要通过____________扩增目的基因，以获得目的基因的大量拷贝，该技术原理为_____________________________________________________________________。 (3)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是____________。在导入重组质粒后，为筛选出含质粒的受体细胞，一般需要用添加__________的培养基进行培养，想进一步筛选出含重组质粒的受体细胞，还需要接种到含________________的培养基中培养。 (4)假设用BamHⅠ切割DNA获取目的基因，用MboⅠ切割质粒，然后形成重组质粒，若将插入在抗生素B抗性基因处的目的基因重新切割下来，能否再次用BamHⅠ？________(填“可以”“不可以”或“不一定”)，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)SmaⅠ的识别序列和酶切位点是，可知其切割产生的末端是平末端，产物长度是534＋3＝537 bp、796－3－3＝790 bp、658＋3＝661 bp。(2)若题图1中虚线方框内的碱基对被T—A碱基对替换，则基因D就突变为基因d，且基因d只有一个SmaⅠ的酶切位点，因而基因d会被限制酶SmaⅠ切割形成2个片段(长度分别为1 327 bp、661 bp)。为提高实验成功率，可以通过PCR大量扩增目的基因，以获得目的基因的大量拷贝，该技术原理为DNA半保留复制。(3)由题图可知，目的基因D两侧都是限制酶BamH Ⅰ的识别序列，因此应选用限制酶BamH Ⅰ切割题图1中含有目的基因D的外源DNA分子和题图2中的质粒。用BamH Ⅰ切割质粒后会破坏抗生素A抗性基因，但不会破坏抗生素B抗性基因，因此为筛选出含质粒的受体细胞，一般需要用添加抗生素B的培养基进行培养；若想进一步筛选出含重组质粒的受体细胞，还需要接种到含抗生素A的培养基中培养。(4)假设用BamH Ⅰ 切割DNA获取目的基因，用Mbo Ⅰ 切割质粒，然后形成重组质粒，若将插入在抗生素B抗性基因处的目的基因重新切割下来，再次用BamH Ⅰ不一定能将其切割，因为目的基因和抗生素B抗性基因的黏性末端随意连接，拼接处不一定出现GGATCC序列。 答案：(1)537 bp、790 bp、661 bp　(2)2　PCR　DNA半保留复制　(3)BamHⅠ　抗生素B　抗生素A　(4)不一定　目的基因和抗生素B抗性基因拼接处不一定出现GGATCC序列 15．蔗糖合酶是调控蔗糖代谢的关键酶，催化蔗糖进入各种代谢途径。为探究铁皮石斛蔗糖合酶2(DoSUS2)在非生物胁迫响应中的调控机制，科研人员从铁皮石斛叶组织中克隆了DoSUS2基因，并对其进行了生物信息学分析和表达特性研究，以下是部分研究结果，请回答下列问题： (1)以铁皮石斛叶组织cDNA(以mRNA为模板逆转录得到的产物)为模板，扩增DoSUS2基因，可以采用____________方法，该反应体系中需要加入的物质有铁皮石斛叶组织cDNA、一定的缓冲液、____________________________。该方法扩增出来的DoSUS2基因与原细胞中的DoSUS2基因相比不含__________________。扩增结果如图1，推测正常情况下铁皮石斛蔗糖合酶2最多可由__________个氨基酸组成。 (2)DoSUS2基因在低温、干旱和脱落酸处理下的转录结果如图2所示，据图可看出在低温胁迫下DoSUS2基因的表达水平随着处理时间延长整体上呈________________趋势，在低温和脱落酸处理6 h后表达量达到峰值，干旱处理9 h后表达量达到峰值，表明DoSUS2基因的表达受到____________的诱导。据此推测在低温、干旱等非生物胁迫下，铁皮石斛的应对机制和意义是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)以cDNA为模板扩增目的基因，利用PCR扩增，PCR扩增的条件有模板、缓冲液、引物、耐高温的DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸等。cDNA是以mRNA为模板通过逆转录过程合成的，由于mRNA中不含内含子、启动子、终止子序列，所以扩增出来的DoSUS2基因不含内含子、启动子、终止子。题图1显示DoSUS2基因有2 424个碱基对，转录形成的mRNA最多有2 424个碱基，三个相邻的碱基编码一个氨基酸，正常情况下终止密码子不编码氨基酸，所以最多可以翻译形成(2 424－3)÷3＝807(个)氨基酸。(2)从题图2看出，随着低温处理时间的延长，DoSUS2基因的表达水平先升高后降低。DoSUS2基因的表达水平在低温和脱落酸处理6 h后表达量达到峰值，干旱处理9 h后表达量达到峰值，表明DoSUS2基因的表达受到低温、干旱和脱落酸的诱导。在低温、干旱等非生物胁迫下DoSUS2基因的表达加强，蔗糖合酶催化蔗糖代谢途径，进而参与低温和干旱胁迫应答，以适应变化的环境。 答案：(1)PCR　引物、耐高温的DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸　内含子、启动子、终止子　807 (2)先上升后下降　低温、干旱和脱落酸　DoSUS2基因的表达加强，蔗糖合酶催化蔗糖代谢途径，进而参与低温和干旱胁迫应答，以适应变化的环境 学科网（北京）股份有限公司 $