新高考生物一轮复习专题训练：第37讲 基因工程（含解析）

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高中生物一轮复习专题训练第37讲　基因工程1．(2022·山东枣庄测试)下列关于基因工程基本工具的描述，错误的是(　　)A．只有用相同的限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒，才能形成重组质粒B．不同的核苷酸序列被不同的限制酶识别也有可能切出相同的黏性末端C．限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大D．限制酶、DNA连接酶都是工具酶解析：用不同的限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒，也可能形成相同的黏性末端，进而形成重组质粒，A错误，B正确；限制酶识别的序列越短，如序列CG//GC，在DNA中出现的概率就越大，C正确；重组DNA技术的基本工具有限制酶、DNA连接酶和载体，其中限制酶、DNA连接酶是工具酶，D正确。答案：A2．下列关于DNA连接酶的相关叙述，正确的是(　　)A．DNA连接酶需要模板，连接的是两条链碱基对之间的氢键B．DNA连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖C．T4 DNA连接酶只能连接黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖D．E.coli DNA连接酶既能连接平末端，又能连接黏性末端解析：DNA连接酶不需要模板，催化形成的是磷酸二酯键，A错误；DNA连接酶连接的是黏性(平)末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖，使两者之间形成磷酸二酯键，B正确；T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端，也可以连接平末端，连接的是两条链主链上的磷酸和脱氧核糖，C错误；E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端，D错误。答案：B3．质粒是基因工程中最常用的目的基因运载工具。下列有关叙述正确的是(　　)A．质粒是只存在于细菌细胞质中能自主复制的小型环状双链DNA分子B．在所有的质粒上总能找到一个或多个限制酶切割位点C．携带目的基因的重组质粒只有整合到宿主细胞的染色体DNA上才会随后者的复制而复制D．质粒上的抗性基因常作为标记基因供重组DNA的鉴定和选择解析：质粒不只分布于原核生物中，在真核生物——酵母菌细胞内也有分布，A项错误；并不是所有的质粒都能找到限制酶的切割位点而成为合适运载目的基因的工具，B项错误；重组质粒进入受体细胞后，可以在细胞内自我复制，也可以整合后复制，C项错误；质粒上抗性基因常作为标记基因，D项正确。答案：D4．下列有关基因工程在食品工业方面应用的叙述，错误的是(　　)A．阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，可以通过基因工程实现大规模生产B．可将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉基因组中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶C．用基因工程方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌D．淀粉酶、脂酶等大量生产过程中所用到的工程技术包括基因工程技术和发酵工程技术等解析：阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可以通过基因工程实现大规模生产，不是阿斯巴甜。答案：A5．(2022·辽宁名校模拟)ACC合成酶是乙烯合成的关键酶，乙烯的合成会影响番茄的储藏和运输。如图为科学家利用ACC合成酶基因的反向连接构建载体，通过基因工程设计的耐储转基因番茄流程图。下列说法错误的是(　　)A．引物的特异性是能够从番茄DNA中获取ACC合成酶基因的关键B．反向连接的ACC合成酶基因合成的mRNA通过与正常的ACC合成酶基因的mRNA互补，限制了细胞内乙烯的合成C．可以在培养基中加入氨苄青霉素和四环素，存活下来的细胞内则含有携带目的基因的质粒D．设计双酶切处理目的基因及载体是为了更好的保证目的基因的反向连接解析：引物能与ACC合成酶基因通过碱基互补配对结合定位ACC合成酶基因的位置，因此引物的特异性是能够从番茄DNA中获取ACC合成酶基因的关键，A正确；反向连接的ACC合成酶基因合成的mRNA通过与正常的ACC合成酶基因的mRNA互补，使ACC合成酶基因不能正常表达，限制了细胞内乙烯的合成，B正确；从题图中可知，基因表达载体中ACC合成酶基因破坏了四环素抗性基因，因此含有携带目的基因的质粒的细胞能在氨苄青霉素培养基中存活，但不能在四环素培养基中存活，C错误；设计双酶切处理目的基因及载体是为了更好的保证目的基因的反向连接，D正确。答案：C6．人体内的t­PA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓，然而为心梗患者注射大剂量的基因工程t­PA会诱发颅内出血，其原因是t­PA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实，通过某技术，将t­PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，可制造出性能优异的改良t­PA蛋白，进而显著降低出血副作用。下列叙述正确的是(　　)A．该技术的关键是知道t­PA蛋白基因的分子结构B．该技术生产改良t­PA蛋白的过程遵循中心法则C．该技术是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质D．该技术制造出的蛋白质在自然界早已存在解析：将t­PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸需要采用蛋白质工程技术，该技术的关键工作是了解t­PA蛋白质分子结构，A错误；该技术生产改良t­PA蛋白的过程遵循中心法则，B正确；该技术是在基因分子水平上通过改造基因来实现对蛋白质的改造，C错误；该技术制造出的蛋白质是自然界不存在的蛋白质，D错误。答案：B7．(2022·湖北名校模拟)不对称PCR是利用不等量的一对引物来产生大量单链DNA的方法。这两种引物分别为限制性引物与非限制性引物，其最佳比例一般为1∶50～1∶100，在PCR反应的最初10～15个循环中，其扩增产物最初主要是双链DNA，但当限制性引物消耗完后，非限制性引物引导的PCR就会产生大量的单链DNA。下列相关说法错误的是(　　)A．可以利用不对称PCR来制备探针B．复性温度过高可能导致PCR反应得不到任何扩增产物C．用不对称PCR方法扩增目的基因时需知道基因的全部序列D．因为双链DNA和单链DNA的分子量大小不同，可通过电泳方法将其分离解析：探针也是单链DNA，根据题意可知不对称PCR可用来合成大量的单链DNA，A正确；复性温度过高会导致引物无法与模板结合，从而无扩增产物形成，B正确；PCR时不需要知道扩增基因的全部序列，只需要知道两端的部分序列即可，C错误；单链DNA和双链DNA的分子量不同，电泳可以将其分离，D正确。答案：C8．OsGLO1、EcCAT、EcGCL和TSR四个基因分别编码四种不同的酶，研究人员将这些基因分别与叶绿体转运肽(引导合成的蛋白质进入叶绿体)基因连接，构建多基因表达载体(载体中部分序列如图所示)，利用农杆菌转化法转化水稻，在水稻叶绿体内构建了一条新代谢途径，提高了水稻的产量。下列叙述正确的是(　　)A．可用抗原—抗体杂交技术检测四种酶在转基因水稻中的表达量B．四个基因转录时都以DNA的同一条单链为模板C．应选用含卡那霉素的培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞D．四个基因都在水稻叶绿体内进行转录翻译解析：可用抗原—抗体杂交技术检测四种酶在转基因水稻中的表达量，杂交带相对量越多，表明目的基因翻译成的蛋白质含量越高，A正确；由题图可知，在同一个T­DNA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，B错误；卡那霉素抗性基因不在T­DNA中，而潮霉素抗性基因在T­DNA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；由题意知，利用农杆菌转化法转化水稻，可使目的基因插入到水稻细胞中染色体的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，在核糖体中进行翻译，D错误。答案：A9．(多选)将某病毒的外壳蛋白(L1)基因与绿色荧光蛋白(GFP)基因连接，构建L1­GFP融合基因，再将融合基因与质粒连接构建图所示表达载体。图中限制酶E1～E4处理产生的黏性末端均不相同。下列叙述错误的是(　　)A．构建L1­GFP融合基因需要用到限制酶有E1、E2、E3B．E1、E4双酶切确保L1­GFP融合基因与载体的正确连接C．GFP可用于检测受体细胞中目的基因是否表达D．培育乳汁中含L1的转基因羊需将表达载体转入乳腺细胞解析：构建L1­GFP融合基因需要先用限制酶处理获得L1基因和GFP基因，并将二者连接，故需要用到E1、E2、E4三种酶，A错误；图中限制酶E1～E4处理产生的黏性末端均不相同，E1、E4双酶切可以有效减少载体自身连接和融合基因自身连接，保证L1­GFP融合基因与载体准确连接，B正确；绿色荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达，C正确；为了获得L1蛋白，可将表达载体转入受精卵中，用于培育乳汁中含有L1蛋白的转基因羊，D错误。答案：AD10．(多选)基因编辑CRISPR/Cas9系统由Cas9蛋白和人工设计的gRNA构成。在gRNA引导下，Cas9与靶序列结合并将DNA双链切断。通过在Cas9基因中引入突变，获得了只有切割一条链活性的nCas9，可以实现C→T(C→A)或A→G(T→C)的碱基替换。下列相关说法正确的是(　　)A．gRNA与靶序列特异性结合遵循碱基互补配对原则B．利用CRISPR/Cas9系统可以使靶基因发生定点突变C．可设计gRNA与靶基因的启动子区域互补、从而抑制靶基因复制D．将CRISPR/Cas9技术应用人类疾病治疗时，需注意安全性及伦理问题解析：由图示分析可知，gRNA与靶序列特异性结合遵循碱基互补配对原则，引导Cas9蛋白进行切割，A正确；利用CRISPR/Cas9系统可以使靶基因实现碱基替换，从而发生定点突变，B正确；启动子在基因的首段，它是RNA聚合酶的结合位点，能控制着转录的开始，故可设计gRNA与靶基因的启动子区域互补、从而抑制靶基因的转录过程，C错误；根据题意分析可知，CRISPR/Cas9系统基因编辑技术是利用该基因表达系统中的引导RNA能识别并结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。由于其他DNA序列也含有与引导RNA互补配对的序列，造成引导RNA错误结合而出现脱靶现象，故将CRISPR/Cas9技术应用于人类疾病治疗时，特别要注意安全性和伦理方面的问题，D正确。答案：ABD11．图示pIJ702是一种常用质粒，其中tsr为硫链丝菌素(一种抗生素)抗性基因；mel为黑色素合成基因，其表达能使白色的链霉菌菌落变成黑色菌落；而限制酶SacⅠ、SphⅠ、BglⅡ在pIJ702上分别只有一处识别序列。回答下列问题。表1 pIJ702pZHZ8BglⅡ5.7 kb6.7 kb表2固体培养基中硫链丝菌素浓度(μg/mL)012510不含质粒的链霉菌生长状况＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－“＋”表示生长；“－”表示不生长。(1)限制性内切核酸酶可以识别双链DNA中特定核苷酸序列，并使每条链中特定部位的两个核苷酸之间____________的断裂，切割形成的末端有____________________两种。(2)以SacⅠ和SphⅠ切取的目的基因置换质粒pIJ702上长度为0.4 kb的SacⅠ/SphⅠ片段，构建重组质粒pZHZ8。上述两种质粒的限制酶酶切片段长度见表1。由此判断目的基因的片段长度为________kb，判定目的基因中含有一个BglⅡ切割位点的理由是________________________________________________________________________。(3)导入目的基因时，首先用________处理链霉菌使其成为感受态细胞，再将重组质粒pZHZ8溶于_______中与感受态细胞混合，在一定的温度下可以促进链霉菌完成______过程。(4)不含质粒的链霉菌在含硫链丝菌素的固体培养基上生长状况如表2所示。若要筛选导入pZHZ8的链霉菌细胞，所需硫链丝菌素浓度至少应在________μg/mL，挑选成功导入pZHZ8的链霉菌的具体方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)限制性内切核酸酶作用于其所识别序列中酶切位点的磷酸二酯键，不同的限制酶可以获得不同的末端，主要分为黏性末端和平末端。(2)由题干可知，质粒pIJ702上具有长度为0.4 kb的SacⅠ/SphⅠ片段，使用SacⅠ和SphⅠ切取质粒会置换下0.4 kb的片段，而BglⅡ在原质粒和重组质粒上的切割片段相差1.0 kb，BglⅡ的识别位点位于SacⅠ和SphⅠ之间，所以推测目的基因的片段长度应该为1.0＋0.4＝1.4 kb；在表格中可以反映出重组质粒可以被BglⅡ限制酶切割，切割后成为一条链状DNA，但原有质粒上的相关片段已经被SacⅠ和SphⅠ置换为目的基因，因此推测目的基因中也含有1个BglⅡ切割位点。(3)将目的基因导入受体细胞之前，需要将受体细胞用Ca2＋处理使得受体细胞成为感受态细胞；然后重组质粒要溶解到缓冲液中与感受态细胞融合；从而促进链霉菌完成转化过程。(4)根据题中的表格可知，要想对重组的链霉菌进行筛选，应该满足不含质粒的链霉菌无法生长的要求，因此所需硫链丝菌素浓度至少应在5 μg/mL；在该质粒上存在一个mel基因，其表达的产物会使得白色的链霉菌菌落变成黑色菌落，所以导入pIJ702的链霉菌菌落呈黑色，而重组质粒pZHZ8在构建的时候破坏了mel基因，所以该重组质粒导入到链霉菌后菌落呈白色，后通过观察菌落的颜色进行挑选。答案：(1)磷酸二酯键　黏性末端和平末端　(2)1.4　pIJ702上的原有BglⅡ位点被目的基因置换得到的环状pZH28，仍能被BglⅡ切割成一条链状DNA　(3)Ca2＋　缓冲液　转化　(4)5　根据导入pIJ702的链霉菌菌落呈黑色、导入pZHZ8的链霉菌菌落呈白色的特点，通过观察菌落的颜色进行挑选12．新冠病毒是一种单链RNA病毒，常用“荧光RT—PCR技术”进行检测，方法是取检测者的mRNA逆转录出cDNA，在大量扩增时，用荧光标记的新冠病毒核酸探针来检测PCR产物中是否含有新冠病毒的cDNA。请回答下列问题：(1)“荧光RT—PCR技术”所用的试剂盒中通常都应该含有____________、__________________、荧光标记的核酸探针、引物、dNTP、缓冲体系。(2)如果要同时扩增两种基因，则试剂盒中的引物应该有________种。下图为新冠病毒的“ORFlab基因”对应的cDNA片段结构示意图，则与之对应的引物结合的部位应该是图中的________(子链延伸方向为其自身的5′→3′，用图中数字作答)。若已知该基因的引物Ⅰ，能否依据其碱基序列设计出另一种引物Ⅱ？________________________________________________________________________，理由是_______________________________________________________________。(3)在检测过程中，随着PCR的进行，反应产物不断累积，“杂交双链”荧光信号的强度也等比例增加。可通过荧光强度的变化监测产物量的变化从而得到一条荧光扩增曲线图(如下图)。①“平台期”出现的最可能的原因是________________________________________________________________________。②理论上，在检测过程中，有荧光标记的“杂交双链”出现，则说明检测结果呈________(填“阴”或“阳”)性，但为了保证检测结果的准确性，一般要达到或超过阈值时才确诊。现有两个待检样本，检测时都出现了上述形态的曲线，但甲的a点比乙的a点明显左移。请给这种结果做出科学合理的解释(试剂盒合格且正常，操作过程规范且准确)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)根据题目信息可知，荧光PCR法基本原理是将新冠病毒RNA逆转录为DNA，采用多重荧光RT－PCR技术，因此荧光PCR法所用的试剂盒中通常都应该含有逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶)、引物、四种脱氧核苷酸、缓冲体系。(2)根据PCR技术的原理，在扩增DNA分子时每一条链均需与相应的引物结合才能进行扩增，因此如果要成功将上述两个独立基因分别扩增出来，则在试剂盒中的引物应该有4种；在利用PCR技术扩增DNA分子过程中，DNA聚合酶只能从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸，又由于DNA的两条链是反向平行的，所以引物与DNA分子单链的3′端(—OH)相结合即图示中的1和4所示部位。由于两段引物的碱基序列没有相关性，既不相同，也不互补，因此不能根据该基因的引物Ⅰ的碱基序列设计出另一种引物Ⅱ。(3)①分析荧光扩增曲线图，图中曲线通过荧光强度变化反映产物量的变化，因此曲线中“平台期”出现的最可能原因是试剂盒中的原料和探针数量一定，超出一定的循环数后，荧光标记的杂交双链不再增加。②理论上，在检测过程中，有荧光标记的“杂交双链”出现，则说明检测结果呈阳性，为了保证检测结果的准确性，一般要达到或超过阈值时才确诊。若检测结果甲的a点比乙的a点明显左移，说明甲样本中的新冠病毒含量更高、达到阈值所需的循环数更少。答案：(1)逆转录酶　耐高温的DNA聚合酶(Taq DNA聚合酶)　(2)4　4、1　不能　两段引物的碱基序列没有相关性(既不相同，也不互补)　(3)①试剂盒中的原料、引物和探针数量一定，超出一定的循环数后，荧光标记的“杂交双链”不再增加　②阳　甲样本中的新冠病毒含量更高、达到阈值所需的循环数更少