2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第6讲基因工程的基本工具提能训练

这是一份2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第6讲基因工程的基本工具提能训练，共9页。试卷主要包含了单选题，综合题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1．如图是三种限制酶的脱氧核苷酸识别序列和切割位点示意图(↓表示切点)。下列相关分析错误的是( D )
A．这三种限制酶切割出的DNA片段末端都是黏性末端
B．不同限制酶切割DNA所得的黏性末端可能相同
C．能被限制酶3切割的DNA也能被限制酶1切割
D．同一个DNA分子经限制酶1和限制酶3分别切割后所得片段数一定相等
解析：据图可知，这三种限制酶切割位点均位于中轴线两侧，切割出的DNA片段末端都是黏性末端，A正确；DNA经限制酶1和限制酶3分别切割，所得的DNA片段黏性末端相同，B正确；能被限制酶3切割的DNA也能被限制酶1切割，但能被限制酶1切割的DNA不一定能被限制酶3切割，故同一个DNA分子经限制酶1和限制酶3分别切割后所得片段数不一定相等，C正确，D错误。
2．(2024·天津六校联考)如表列举了几种限制酶的识别序列及其切割位点(箭头表示相关酶的切割位点)。如图是酶切后产生的几种末端。下列说法正确的是( B )
A．BamHⅠ切割的是氢键，AluⅠ切割的是磷酸二酯键
B．Sau3AⅠ和BamHⅠ切割的序列产生的片段能够相连，连接后的片段还能被Sau3AⅠ切割
C．DNA连接酶能连接②⑤，不能连接②④
D．E.cli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接①③，且连接效率低
解析：BamHⅠ与AluⅠ切割的均是磷酸二酯键，A错误；BamHⅠ切割，Sau3AⅠ切割，故二者切割后产生的黏性末端是相同的，因此二者切割后产生的黏性末端能够相连，连接后的片段能被Sau3AⅠ切割，但是不一定能被BamHⅠ切割，B正确；②⑤的黏性末端相同，②④的黏性末端也相同，因此DNA连接酶能连接②⑤，也能连接②④，C错误；E.cli DNA连接酶是从大肠杆菌中获得的DNA连接酶，只能连接黏性末端，T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端也可以连接平末端，而图中①③属于平末端，只能用T4 DNA连接酶连接，D错误。
3．杨树被根瘤农杆菌感染后会增生并长出瘤状物，称为冠瘿，冠瘿内的冠瘿碱是一种含氮有机物，是根瘤农杆菌生存的唯一碳源和氮源。冠瘿的形成是由于根瘤农杆菌携带有天然的Ti质粒，其结构如图所示。下列说法错误的是( C )
A．Ti质粒上的生长素基因可在杨树生长发育过程中发挥作用
B．Ti质粒上的T－DNA区域，至少含有一个限制酶的酶切位点
C．冠瘿碱合成基因在根瘤农杆菌细胞中表达并分泌到细胞外
D．根瘤农杆菌内Ti质粒的存在，决定了其侵染植物的范围
解析： 根瘤农杆菌感染植物体后，农杆菌的Ti质粒中含有的生长素基因、细胞分裂素基因经表达产生了生长素和细胞分裂素，生长素促进细胞伸长，细胞分裂素促进细胞分裂，因此植物产生瘤状结构，A正确；Ti质粒上的T－DNA区域，至少含有一个限制酶的酶切位点，以便于切割后与目的基因结合，构建基因表达载体，B正确；T－DNA上的冠瘿碱合成基因在农杆菌中不表达，在植物细胞中可以表达，故根瘤农杆菌不会形成冠瘿，而杨树被根瘤农杆菌感染后会形成冠瘿，C错误；结合题意“冠瘿的形成是由于根瘤农杆菌携带有天然的Ti质粒”，且Ti质粒上有T－DNA，可以将目的基因整合到宿主细胞内，故根瘤农杆菌内Ti质粒的存在，决定了其侵染植物的范围，D正确。
4．如图是利用基因工程技术构建重组表达载体的过程示意图，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcRⅠ、ApaⅠ为四种限制酶。下列相关叙述错误的是( C )
A．需要用限制酶PstⅠ和EcRⅠ来切割质粒
B．表达载体中的青霉素抗性基因在受体细胞中能复制
C．任何基因表达载体中都必须要有青霉素抗性基因作为标记基因
D．表达载体中目的基因的上游有启动子，复制原点不一定位于目的基因上游
解析： 限制酶SmaⅠ的识别序列位于目的基因上，因此表达载体构建时不能用限制酶SmaⅠ，应用限制酶PstⅠ、EcRⅠ，A正确；表达载体中的青霉素抗性基因在受体细胞中能稳定存在且遗传给下一代，B正确；基因表达载体中标记基因的种类很多，不一定都是青霉素抗性基因，C错误；表达载体中目的基因的上游有启动子，是RNA聚合酶识别和结合部位，能驱动目的基因转录出mRNA，D正确。
5．(2024·辽宁沈阳质检)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述，错误的是( B )
A．预冷的乙醇可使溶解于研磨液中的DNA析出
B．用相同方法从等体积猪血和鸡血中提取的DNA量相近
C．DNA析出后，可将溶液倒入离心管中进行离心，弃上清液，将管底的沉淀晾干
D．用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行沸水浴加热
解析：猪是哺乳动物，哺乳动物的成熟红细胞中没有细胞核，不含DNA，而鸡的成熟红细胞中有细胞核，含DNA，因此用同样方法从等体积猪血和鸡血中提取的DNA量不是相近的，B错误。
6．(2024·山东联合调考)大肠杆菌经溶菌酶和阴离子去垢剂(SDS)处理后，拟核DNA就会缠绕在细胞壁碎片上，静置一段时间，质粒分布在上清液中。利用上述原理可初步获得质粒DNA。下列关于质粒的粗提取和鉴定的分析错误的是( C )
A．DNA不溶于酒精，而某些蛋白质溶于酒精，可以用冷酒精析出上清液中的DNA
B．DNA能溶于2 ml/L的NaCl溶液，可用二苯胺试剂在沸水加热条件下鉴定DNA
C．用限制酶Ⅰ和Ⅱ处理提取的产物，电泳后出现图示结果，说明未提取到质粒
D．用琼脂糖凝胶电泳鉴定质粒，被染色的质粒还需要通过紫外灯照射才能看到结果
解析： 限制性酶Ⅰ和限制性酶Ⅱ处理提取的产物，只得到一条带，说明提取物是环状DNA，即提取物为质粒，C错误。
7．(2023·辽宁大连统考二模)将溶葡球菌酶基因转入奶牛基因组中获得转基因牛，在其乳腺中表达的溶葡球菌酶可以有效预防由葡萄球菌引起的乳房炎，使感染率下降。下列叙述错误的是( A )
A．上述操作至少需要三种分子工具：限制酶、DNA聚合酶、载体
B．可以通过PCR以及构建基因文库等方法来获取溶葡球菌酶基因
C．构建基因表达载体时，需加入乳腺中特异表达的基因的启动子
D．溶葡球菌酶基因与奶牛DNA都为双螺旋结构是二者拼接的基础
解析：上述操作采用了基因工程技术，该技术至少需要三种分子工具：限制酶、DNA连接酶、载体，A错误；溶葡球菌酶基因为目的基因，获取目的基因的方法有PCR、构建基因文库等，B正确；要使目的基因只在乳腺组织中特异性表达，在构建基因表达载体时，需加入乳腺中特异表达的基因的启动子，C正确；不同DNA能相互拼接的基础是它们具有相同的化学组成(都是由脱氧核苷酸组成)和结构(双螺旋结构)，D正确。故选A。
二、综合题
8．大肠杆菌β－半乳糖苷酶(Z酶)可催化底物(X－gal)水解产生蓝色物质。在pUC18质粒中，lacZ′编码Z酶氨基端的一个片段(称为α－肽)，该质粒结构及限制酶识别位点如图甲所示。已知α－肽、缺失α－肽的Z酶片段单独存在时均无Z酶活性，共同存在时就会表现出Z酶活性。利用图乙中的DNA片段与pUC18质粒进行基因工程操作。
(1)限制酶能催化双链DNA分子中磷酸二酯键(填化学键名称)的断裂。本实验可使用限制酶SalⅠ处理pUC18质粒和图乙中的DNA片段，再通过DNA连接酶连接，获得含目的基因的重组质粒。
(2)用重组质粒转化大肠杆菌，然后将大肠杆菌接种到含氨苄青霉素的固体培养基上进行培养，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有氨苄青霉素抗性，在该培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于选择培养基。
(3)当上述培养基中含有X－gal时，生长出的菌落有蓝色和白色两种类型，其中含有重组质粒的大肠杆菌的菌落颜色为白色，这是因为目的基因与质粒连接后使lacZ′被破坏，不能合成α－肽。
为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中Z酶基因应满足的条件是编码α－肽的DNA序列缺失，其他序列正常。
解析：(1)限制酶能催化双链DNA分子中磷酸二酯键的断裂，将DNA降解。从图中可知，HindⅢ可破坏目的基因，而质粒和目的基因两侧都有SalⅠ识别位点，因此本实验可使用限制酶SalⅠ处理pUC18质粒和图乙中的DNA片段。
(2)重组质粒上有氨苄青霉素抗性基因，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有氨苄青霉素抗性，在含氨苄青霉素培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于选择培养基，选择了含重组质粒的大肠杆菌。
(3)从图中可知，重组质粒是用SalⅠ分别处理过的质粒和目的基因片段形成的，重组质粒的lacZ′基因被破坏，不能合成β－半乳糖苷酶(Z酶)，不能催化底物(X－gal)水解产生蓝色物质，故菌落呈白色。已知α－肽、缺失α－肽的Z酶片段单独存在时均无Z酶活性，共同存在时就会表现出Z酶活性，为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中Z酶基因应满足的条件是编码α－肽的DNA序列缺失，其他序列正常。
B组
一、单选题
1．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( D )
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．在所有的质粒上都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；并不是所有的质粒上都有限制酶的切割位点，从而成为合适的运载目的基因的工具。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。
2．(2024·山东济南高三期末)下列以洋葱为实验材料进行“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，正确的是( D )
A．洋葱研磨液需要用滤纸过滤，以保证提取的DNA量
B．滤液中加入冷酒精后，用玻璃棒搅拌会使DNA的提取量增加
C．向含DNA的滤液中加入2 ml/L的NaCl溶液有利于去除杂质
D．用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热冷却后再观察颜色变化
解析：洋葱研磨液要用纱布过滤，A错误；DNA在冷酒精中的溶解度很低，蛋白质在冷酒精中的溶解度较高，故可以利用DNA不溶于冷酒精的原理，提纯DNA，但提取量不变，B错误；向含DNA的滤液中加入预冷的酒精溶液有利于去除杂质，加入2 ml/L的NaCl溶液是溶解DNA，C错误；在沸水浴条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色，用二苯胺试剂鉴定DNA时，需沸水浴加热，冷却后再观察颜色变化，D正确。
3．(2024·湖南常德高三质检)如图表示由不同的限制酶切割而成的DNA末端及相关的酶作用位点。下列叙述错误的是( C )
A．甲、乙、丙都属于黏性末端
B．甲、乙片段可形成重组DNA分子，但甲、丙不能
C．DNA连接酶的作用位点在图乙中b处
D．切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子
解析： 甲、乙、丙都属于黏性末端，A正确；甲、乙的黏性末端相同，因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子，但甲、丙的黏性末端不同，它们之间不能形成重组DNA分子，B正确；DNA连接酶将两个DNA片段连接为一个DNA分子，作用部位是磷酸二酯键，即图乙中a处，C错误；切割甲的限制酶的识别序列为GAATTC∥CTTAAG，而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为GAATTG∥CTTAAC，因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子，D正确。
4．T4 DNA连接酶可将任意2个具有相同黏性末端的DNA片段连接在一起。该反应过程需消耗ATP，其水解产生的腺苷一磷酸(AMP)通过共价键与酶相连，随后AMP转移至DNA片段，进而完成连接反应。下列叙述正确的是( C )
A．T4 DNA连接酶的底物种类较多，故其无专一性
B．T4 DNA连接酶催化反应后，其组成成分已改变
C．ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键
D．T4 DNA连接酶需保存于最适温度和pH条件下
解析： T4 DNA连接酶有专一性，A错误；酶在催化反应前后性质不变，故T4 DNA连接酶催化反应后，其组成成分不变，B错误；ATP水解产生AMP需要打开两个特殊的化学键，结合题干信息“该反应过程需消耗ATP，其水解产生的腺苷一磷酸(AMP)通过共价键与酶相连”可推测，ATP在该反应过程中可能打开两个特殊的化学键，C正确；T4 DNA连接酶需在低温和最适pH条件下保存，D错误。
5．(2024·山东日照高三检测)基因工程利用某目的基因(图甲)和P1噬菌体载体(图乙)构建重组DNA。限制性内切核酸酶BglⅡ、EcRⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点分别如图所示。下列分析错误的是( D )
A．构建重组DNA时，可用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体
B．构建重组DNA时，可用EcRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体
C．图乙中的P1噬菌体载体只用EcRⅠ切割后，含有两个游离的磷酸基团
D．用EcRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，只能产生一种重组DNA
解析：由题图可知，BglⅡ、Sau3AⅠ及EcRⅠ三种酶在目的基因和P1噬菌体上都有酶切位点，故可用BglⅡ和Sau3AⅠ或EcRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体；图乙P1噬菌体载体为环状DNA，只用EcRⅠ切割后产生两条反向双螺旋链状DNA，有两个游离的磷酸基团；用EcRⅠ切割目的基因所在片段和P1噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，能产生不止一种重组DNA。D错误。
6．(2024·章丘阶段性测试)图甲、乙中的箭头表示三种限制性内切核酸酶的酶切位点，ampr表示氨苄青霉素抗性基因，ne表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是( C )
A．图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，含有1个游离的磷酸基团
B．在构建重组质粒时，可用PstⅠ和BamHⅠ切割质粒和外源DNA
C．用PstⅠ和HindⅢ切割，可以保证重组DNA序列的唯一性
D．导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长
解析： 图甲中的质粒用BamHⅠ切割后，获得一个DNA片段，其只含有2个游离的磷酸基团，A错误；在构建重组质粒时，不能使用BamHⅠ切割外源DNA，因为用BamHⅠ切割会破坏目的基因的结构，但可以用PstⅠ和HindⅢ切割质粒和外源DNA，B错误；用PstⅠ和HindⅢ切割质粒会得到2个DNA片段，再加入DNA连接酶，切开的质粒由于黏性末端不同，不会自身连接，从而保证只能得到一种符合要求的重组质粒，即含有目的基因和标记基因ne的重组质粒，保证了重组DNA序列的唯一性，C正确；由于用PstⅠ切割质粒后，其中的氨苄青霉素抗性基因会被破坏，所以导入目的基因的大肠杆菌不能在含氨苄青霉素的培养基中生长，D错误。
7．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。质粒上的标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况不同，下图表示外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供细菌的生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是( A )
A.①是c；②是b；③是a
B．①是a和b；②是a；③是b
C．①是a和b；②是b；③是a
D．①是c；②是a；③是b
解析：推测①中重组后细菌能在含氨苄青霉素和四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入点是c。推测②中重组后细菌能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因没有被破坏；不能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因被破坏，因此外源基因插入点是b。推测③中重组后细菌不能在含氨苄青霉素培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因被破坏；能在含四环素培养基上生长，说明抗四环素基因没有被破坏，因此外源基因插入点是a。
二、综合题
8．(2024·辽宁锦州高三期末)Cre－lxP系统能够实现特定基因的敲除，其技术过程如图1所示。科学家把几种荧光蛋白基因和Cre酶能识别并切割的序列(lxP1和lxP2)串在一起，构建如图2所示的表达载体T，在Cre酶的作用下，一部分荧光蛋白基因会被随机地“剪掉”，而剩下的部分得以表达，这样就可以随机呈现不同的颜色。这种利用荧光蛋白“点亮”神经元的大脑成像技术被称为“脑彩虹”，能帮助科学家了解大脑。
(1)lxP序列具有方向性，结构如图1所示，其中决定方向的序列是②(填序号)。
(2)构建表达载体T需要用到限制酶和DNA连接酶，用显微注射法将表达载体T导入小鼠的受精卵细胞中，经筛选后获得细胞中含一个表达载体T的转基因小鼠a(不含Cre酶)。小鼠a的脑组织细胞和其他组织细胞的色彩分别是红色和无色。
(3)已知两个lxP1之间或两个lxP2之间的基因，最多会被Cre酶敲除一次。研究者将Cre酶基因与病毒基因重组构建Cre病毒，然后将Cre病毒注入细胞中含一个表达载体T的转基因小鼠A体内，出现“脑彩虹”现象，小鼠A的一个脑细胞的色彩为红色或黄色或蓝色。
(4)利用上述技术可以培育能够在一个细胞内随机出现两种颜色的“脑彩虹”小鼠，请依据题目信息，简要写出设计思路设法使小鼠脑组织细胞内有2个相同表达载体T，Cre酶对每个DNA片段随机剪切，因而细胞的颜色由细胞内两种荧光蛋白的颜色随机出现决定。
解析：(1)根据图中lxP1的碱基序列可以看出，其中①③序列的碱基序列是相同的，即根据这两个片段无法看出lxP1的方向性，因此，lxP1序列的方向性由序列②决定。
(2)基因表达载体构建过程中需要限制酶和DNA连接酶两种工具酶处理。将目的基因导入动物细胞，常用显微注射法，且为了培育转基因动物，通常用受精卵细胞作为受体细胞。图2中信息提示为表达载体T中仅表达与启动子相邻的荧光蛋白基因，且表达载体T中不含Cre酶，因此含图2的表达载体T的小鼠a的脑组织细胞色彩为红色，而其他组织细胞因为该基因不表达，而表现为无色。
(3)小鼠A有编码红、黄、蓝荧光蛋白的基因，lxP1、lxP2位置如图2黑白三角符号所示，两个lxP1和两个lxP2之间的基因最多会被Cre酶敲除一次，将含Cre酶的病毒注入小鼠体内，Cre酶表达情况不同，识别的lxP不同，则有可能未敲除荧光蛋白基因，此时为红色；也有可能敲除两个lxP1之间的红色荧光蛋白基因，此时为黄色；有可能敲除两个lxP2之间的红色和黄色荧光蛋白基因，此时为蓝色。因而不同脑细胞会差异表达红色、黄色或蓝色荧光蛋白基因，即小鼠A的一个脑细胞的色彩为红色或黄色或蓝色。
(4)当小鼠脑细胞内有一个表达载体T时，注入含Cre酶的病毒后，会使小鼠的一个脑细胞中出现红色或黄色或蓝色，为了达到在一个细胞内随机出现两种或两种以上颜色叠加的目的，可设法使小鼠脑组织细胞内有多个相同的图2所示DNA片段，Cre酶对每个DNA片段随机剪切，因而细胞的颜色由细胞内多个荧光蛋白的颜色叠加而成。推测
细菌在含氨苄青霉素培养基上生长情况
细菌在含四环素培养基上生长情况
①
能生长
能生长
②
能生长
不能生长
③
不能生长
能生长