课时规范练42 基因工程的基本工具与操作程序 一、基础练1.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因工程操作的基本步骤中,无需进行碱基互补配对的步骤是( )A.人工合成目的基因B.基因表达载体的构建C.将目的基因导入受体细胞D.目的基因的检测与鉴定2.下列所示的末端至少是由几种限制酶作用产生的( )A.1种B.2种C.3种D.4种3.下列关于基因工程中的DNA连接酶的叙述,不正确的是( )A.DNA连接酶的化学本质是蛋白质B.DNA连接酶能够连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键C.基因工程中可以用DNA聚合酶替代DNA连接酶D.根据来源不同,DNA连接酶可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两大类4.利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是( )A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D.酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白5.下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述,正确的是( )A.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异B.③侵染植物细胞后,重组Ti质粒整合到④的染色体上C.④的染色体上若含抗虫基因,则⑤就表现出抗虫性状D.②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶参与6.(2020天津耀华中学期末)筛选是生物技术中的一个重要环节。下列叙述正确的是( )A.基因工程中,利用目的基因对受体细胞进行筛选\nB.通过在培养基中添加抗生素,可以初步筛选出含有质粒或重组质粒的受体细胞C.检测目的基因能否稳定遗传的关键是看目的基因是否成功构建为基因表达载体D.只要检测到目的基因成功表达出蛋白质,就证明基因工程取得成功7.“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(注:引物的作用是与模板链形成双链后在DNA聚合酶的作用下继续链的延伸),两种引物及其与模板链的结合位置如下图甲所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子,如下图乙所示,其中第⑤种DNA分子有几个?( )甲乙A.8B.6C.4D.28.(2020山东临沂一中月考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白。某研究小组计划通过聚合酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图图像如下所示,请回答下列问题。(1)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶位点。设计引物时需要避免引物之间形成 ,造成引物自连。 (2)图中步骤1代表 ,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。 (3)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏 的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的退火温度。 (4)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有 (填序号):①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计引物。 二、提升练1.大肠杆菌pUC118质粒具有氨苄青霉素抗性基因,某限制酶唯一切点位于该质粒lacZ\n基因中。在特定的选择培养基中,若lacZ基因没有被破坏,则大肠杆菌菌落呈蓝色;若lacZ基因被破坏,则菌落呈白色。下图表示转基因操作过程,下列叙述正确的是( )A.试管Ⅱ要加入试管Ⅰ中的DNA溶液、处理好的含氨苄青霉素抗性基因的大肠杆菌B.若在选择培养基中,大肠杆菌的菌落为蓝色,则普通质粒、重组质粒都未导入大肠杆菌C.选择培养基中需要加入适量氨苄青霉素用于筛选D.应选培养基中白色菌落的大肠杆菌进行扩大培养2.(2020江苏苏州期中)某科研小组利用质粒(图1)和目的基因(图2)构建重组DNA,下列分析正确的是( )A.用限制酶HindⅢ和BamHⅠ切割质粒,可得到2条DNA片段B.不能用BamHⅠ酶切割质粒和外源DNA的原因是BamHⅠ酶会破坏目的基因和抗性基因C.构建重组DNA时,需选择限制酶BclⅠ和HindⅢ同时切割质粒和外源DNAD.导入了重组DNA的细菌能在含四环素的培养基上生长而不能在含氨苄青霉素的培养基上生长3.下图是利用基因工程技术培育转基因植物生产可食用疫苗的部分过程示意图,其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性内切核酸酶。下列说法错误的是( )A.图示过程完成后需将目的基因导入受体细胞,这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SmaⅠC.抗卡那霉素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4.(2020山东青岛二模)质粒P含有氨苄青霉素抗性基因(Ampr)和四环素抗性基因(Tetr),外源DNA的插入会导致插入部位基因的失活。重组人干扰素a-1b是我国第一个国内批准生产的基因工程药物。下图所示为利用质粒P和人干扰素基因构建基因表达载体P1\n的示意图。回答下列问题。限制酶EcoRⅤSau3AⅠBamHⅠ识别序列及切割位点(1)据图分析,为便于过程①所获得的目的基因片段能够顺利与质粒P连接,需要在目的基因片段加上 序列。成功导入P1的受体菌落具有的抗药性特点为 。 (2)过程③用到的酶为 。为了保证目的基因能够正常表达,在构建P1时需要将目的基因插入 之间。 (3)科学家最早就是利用基因工程方法在大肠杆菌和酵母菌细胞内获得了干扰素,利用大肠杆菌作为受体菌的优点是 。 (4)若要检测是否表达出干扰素,可用 (物质)对工程菌中提取的蛋白质进行检测。 课时规范练42 基因工程的基本工具与操作程序一、基础练1.C 将目的基因导入受体细胞的过程中没有进行碱基互补配对。2.C 图中③④为相同的平末端,可能由同一种限制酶切割所得,故图示四种末端至少是由3种限制酶作用产生的。3.C DNA连接酶的化学本质是蛋白质,根据来源不同可分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两大类,DNA连接酶连接的是两个DNA片段之间的磷酸二酯键,而DNA聚合酶连接的是DNA片段与游离的脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,因此在基因工程中不能用DNA聚合酶替代DNA连接酶。4.D 基因表达的产物是蛋白质,因此,只有在受体细胞中检测或提取到了相应蛋白质,才能证明目的基因在受体细胞中完成了表达,A、C两项只能说明完成了目的基因的导入,B项只能说明完成了目的基因的导入和目的基因的转录过程。5.A 图示是利用基因工程培育抗虫植物的示意图,其中①为质粒,作为运载体;②为重组质粒(基因表达载体);③为含有重组质粒的农杆菌;④为含有目的基因的植物细胞;⑤为转基因植株。只要表现出抗虫性状就说明转入的目的基因成功表达了,而转基因技术的原理是基因重组,属于可遗传变异,A项正确;③侵染植物细胞后,重组Ti\n质粒上的T-DNA整合到棉花细胞的染色体上,B项错误;细胞中的基因是选择性表达的,即使④的染色体上含抗虫基因,⑤也不一定能够表达出抗虫性状,C项错误;②重组质粒的构建需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶的参与,而DNA聚合酶一般用于DNA复制过程,D项错误。6.B 基因工程中,利用标记基因对受体细胞进行筛选,A项错误;在培养基中添加抗生素,可以初步筛选出含有质粒或重组质粒的受体细胞,B项正确;检测目的基因能否稳定遗传的关键是看目的基因有没有整合到受体细胞的染色体DNA上,C项错误;在生物体内检测到了该基因对应的蛋白质且生物体表现出了相应的性状,才证明基因工程取得成功,D项错误。7.A 由图分析可知:X基因第一次复制得到两个两种DNA分子:①和②;X基因第二次复制得到四个四种DNA分子:①复制得①和③、②复制得②和④;X基因第三次复制得到八个五种DNA分子:①复制得①和③、③复制得③和⑤、②复制得②和④、④复制得④和⑤;X基因第四次复制得到16个五种DNA分子:①复制得①和③、两个③复制得两个③和两个⑤、两个④复制得两个④和两个⑤、两个⑤得到4个⑤。从上面的推测可知,第四轮循环产物中有8个⑤。8.答案:(1)碱基互补配对 (2)变性 (3)引物与模板 GC含量高 (4)②③解析:(1)构建重组质粒,首先要用限制酶切割含目的基因的DNA片段和质粒,所以位于目的基因两端的引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶位点,设计的引物之间不能有碱基互补配对,否则引物自连,不能与模板相连。(2)图中步骤1、2、3分别代表变性、退火、延伸,这三个步骤组成一轮循环。(3)退火表示引物与模板相连,若退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对;由于G—C之间有三个氢键,A—T之间有两个氢键,所以G—C含量越高的引物,退火温度越高。(4)PCR反应得不到任何扩增产物,可能是退火温度过高,导致引物与模板不能相连或引物间相互配对,引物自连,不能与模板相连,因此,可通过②降低退火温度或③重新设计引物进行改进。二、提升练1.CD 试管Ⅱ要加入试管Ⅰ中的DNA溶液、处理好的不含氨苄青霉素抗性基因的大肠杆菌,目的是将重组质粒导入受体细胞,而受体细胞本身应不含氨苄青霉素抗性基因,以便筛选导入重组质粒的受体细胞,A项错误;若lacZ基因没有被破坏,则大肠杆菌菌落呈蓝色,因此如果大肠杆菌的菌落为蓝色,说明lacZ基因没有被破坏,导入大肠杆菌的为普通质粒,B项错误;选择培养基中除必需的营养物质外,还应加入适量氨苄青霉素,这样可以将没有导入目的基因的大肠杆菌淘汰,C项正确;白色菌落的大肠杆菌是转入了目的基因的,所以应选择白色菌落的大肠杆菌进行扩大培养,D项正确。2.BCD 质粒中含有1个限制酶HindⅢ的切割位点,2个限制酶BamHⅠ的切割位点,因此用这两种限制酶切割质粒,可得到3条DNA片段,A项错误;用限制酶BamHⅠ切割会破坏质粒上的两种标记基因,也会破坏目的基因,因此不能用BamHⅠ酶切割质粒和外源DNA,B项正确;构建重组DNA时不能用BamHⅠ酶切割质粒和外源DNA,因此为了防止自身环化或反向连接,构建重组DNA时,需选择限制酶BclⅠ和HindⅢ同时切割质粒和外源DNA,C项正确;构建基因表达载体时,应该选择限制酶BclⅠ和HindⅢ同时切割质粒和外源DNA,这样会破坏氨苄青霉素抗性基因,但没有破坏四环素抗性基因,因此导入了重组DNA的细菌能在含四环素的培养基上生长而不能在含氨苄青霉素的培养基上生长,D项正确。3.AB 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;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、EcoRⅠ;\n抗卡那霉素基因是标记基因,目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞;基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。4.答案:(1)GATC 具有四环素抗药性,没有氨苄青霉素抗药性 (2)BamHⅠ和DNA连接酶 启动子和终止子 (3)繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少 (4)干扰素抗体解析:(1)由图可知,目的基因两侧都是黏性末端,根据表中三种限制酶的识别序列和切割位点(EcoRⅤ酶切形成的是平末端,Sau3AⅠ和BamHⅠ酶切形成的末端都是黏性末端,且碱基序列均为(GATC)可知,还需在引物的一端加上GATC序列,以便于P1的构建和筛选。若用Sau3AⅠ切割会同时破坏氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,若用限制酶EcoRⅤ切割,产生的是平末端,且会破坏复制原点,因此不能用EcoRⅤ和Sau3AⅠ切割,应该用BamHⅠ切割,其会破坏氨苄青霉素抗性基因,不会破坏四环素抗性基因,因此成功导入P1的受体菌落具有四环素抗药性,没有氨苄青霉素抗药性。(2)据以上分析可知,过程③表示构建基因表达载体的过程,需要用到限制酶和DNA连接酶,其中限制酶为BamHⅠ。为了保证目的基因能够正常表达,在构建P1时需要将目的基因插入启动子和终止子之间。(3)大肠杆菌具有繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等特点,常利用大肠杆菌作为受体菌。(4)若要检测是否表达出干扰素,可用干扰素抗体对工程菌中提取的蛋白质进行检测。
