高中生物人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序随堂练习题

课后素养落实(十三)　基因工程的基本操作程序

(建议用时：40分钟)

题组一　目的基因的筛选与获取

1．下列有关获取目的基因的叙述错误的是(　　)

A．目的基因就是编码蛋白质的基因

B．筛选和获取目的基因是基因工程的第一步

C．来自苏云金杆菌的Bt基因可作为转基因抗虫棉的目的基因

D．序列比对工具的应用为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会

A　[目的基因主要指编码蛋白质的基因，A错误；目的基因的筛选与获取是实施基因工程的第一步，B正确；来自苏云金杆菌的Bt基因可作为培育转基因抗虫棉用到的目的基因，C正确；随着测序技术的发展，以及序列数据库和序列比对工具等的应用，越来越多的基因的结构和功能为人们所知，这为科学家找到合适的目的基因提供了更多的机会和可能，D正确。]

2．(2020·山东潍坊期中改编)下列关于PCR的说法，错误的是(　　)

A．PCR是体外复制DNA的技术

B．PCR过程中只需要一个模板DNA、两种引物分子、大量脱氧核苷酸原料

C．TaqDNA聚合酶要具有耐高温的特点

D．PCR利用的是DNA的热变性原理

B　[PCR是体外复制DNA的技术，A正确；PCR过程中需要一种模板DNA、两种引物分子、大量脱氧核苷酸原料，还需要缓冲液、TaqDNA聚合酶等，B错误；TaqDNA聚合酶具有耐高温的特点，C正确；PCR利用的是DNA的热变性原理，通过调节温度来控制DNA双链的解聚与结合，D正确。]

3．基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。

(1)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是__________________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。

(2)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是________________________。

[解析]　(1)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用PCR技术扩增目的基因时，则是通过加热至90～95 ℃进行解旋的，二者都破坏了碱基对之间的氢键。(2)在PCR过程中，要加热至90～95 ℃，所以使用热稳定性高的Taq酶，而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。

[答案]　(1)解旋酶　加热至90～95 ℃　氢键

(2)Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活

题组二　基因表达载体的构建

4．(2016·全国卷Ⅲ节选)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRⅠ、Sau3AⅠ的切点是唯一的)。

图(a)

图(b)

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

(1)经BamH Ⅰ酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是_____________________。

(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图(c)所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_______，不能表达的原因是___________。

图(c)

[解析]　(1)由题图可知，BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH Ⅰ酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A Ⅰ酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录，因此目的基因不能表达。

[答案]　(1)Sau3A Ⅰ　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端　(2)甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录

题组三　将目的基因导入受体细胞

5．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，正确的是(　　)

A．可以通过显微注射法直接将目的基因导入动物的受精卵中

B．通过基因工程大量获得胰岛素时，受体细胞选择大肠杆菌比酵母菌更有优势

C．可以用PEG处理大肠杆菌将目的基因导入其细胞内

D．可以使用病毒将目的基因导入受体细胞

D　[目的基因导入受体细胞前必须进行基因表达载体的构建，不能直接将目的基因导入，A错误；酵母菌细胞中有多种细胞器，作为受体细胞生产胰岛素(分泌蛋白)比大肠杆菌更有优势，B错误；大肠杆菌作为受体细胞时应使用Ca2＋进行处理，C错误；可以利用部分病毒将自身DNA整合到宿主细胞染色体上的特点构建病毒表达载体，并通过病毒的侵染将目的基因导入相关受体细胞，D正确。]

6．基因工程中，受体细胞的不同，导入目的基因的方法也不同。请回答下列问题：

(1)农杆菌转化法常用来将外源基因转入________细胞，具体操作时，先要将目的基因插入农杆菌________质粒的T­DNA中，然后用该农杆菌感染植物细胞。农杆菌在自然条件下，不容易感染________植物。农杆菌侵染植物，能够将目的基因插入植物细胞的________上。

(2)将重组质粒导入动物细胞，常采用________的方法。若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱。所以，用表达载体转化大肠杆菌时，常先用________处理大肠杆菌，使较多的细胞成为________细胞以利于表达载体的进入。

(3)目的基因导入受体细胞引起生物性状的改变，属于可遗传变异中的________(变异类型)。

[解析]　(1)农杆菌转化法常用来将外源基因转入植物细胞，具体操作时，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T­DNA中，然后用该农杆菌感染植物细胞。农杆菌在自然条件下，不容易感染单子叶植物。农杆菌侵染植物后，能够将Ti质粒上的T­DNA携带的目的基因插入植物细胞的染色体DNA上。

(2)将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法。若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱。所以，用表达载体转化大肠杆菌时，常先用Ca2＋处理大肠杆菌，使较多的细胞成为感受态细胞以利于表达载体的进入。

(3)基因工程的原理为基因重组。

[答案]　(1)植物　Ti　单子叶　染色体DNA

(2)显微注射　Ca2＋　感受态

(3)基因重组

题组四　目的基因的检测与鉴定

7．下列哪一种方法不能用于检测目的基因是否成功导入或表达(　　)

A．在显微镜下直接观察受体细胞中是否含有目的基因

B．通过PCR等技术检测受体细胞的DNA分子上是否含有目的基因

C．提取受体细胞合成的相应蛋白质，利用抗原—抗体特异性反应进行检测

D．抗虫基因导入植物细胞后，检测植物是否具有抗虫特性

A　[检测目的基因是否成功导入或表达的方法有多种。①分子水平上的检测：通过PCR等技术检测转基因生物的DNA上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出了mRNA；检测目的基因是否翻译成蛋白质用抗原—抗体杂交技术。②个体生物学水平的鉴定：检测是否具有抗性及抗性程度；检测基因工程产品与天然产品的活性是否相同等。在显微镜下无法观察到受体细胞中是否含有目的基因，故选A。]

8．(2020·山东日照莒县实验高中高二月考)基因工程是在DNA分子水平上进行设计操作的，在基因工程操作的基本步骤中，一定不进行碱基互补配对的是(　　)

A．利用PCR技术扩增目的基因

B．目的基因与载体的黏性末端结合

C．抗原—抗体杂交检测目的基因表达

D．DNA探针检测受体细胞的目的基因

C　[抗原—抗体杂交利用的是抗原与抗体特异性结合的原理，没有进行碱基互补配对。]

9．(2020·北京等级考)为了对重金属污染的土壤进行生物修复，研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中(如图)。

为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因，同时避免内源HMA3基因的干扰，在进行PCR扩增时，应选择的引物组合是(　　)

A．①＋③   B．①＋②   C．③＋②   D．③＋④

B　[图示中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接，导入杨树基因组中，若要检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因和高效启动子，需要检测是否含有高效启动子序列和HMA3基因序列，应选择的引物组合是①＋②，即B正确，A、C、D错误。]

10．(2020·章丘四中月考)目前广泛应用的新型冠状病毒检测方法是实时荧光RT­PCR技术。RT­PCR是将RNA逆转录(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术，具体过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．与该mRNA结合的引物，可以是A也可以是B

B．引物A与引物B的基本单位都是脱氧核苷酸

C．过程Ⅱ通过控制温度的变化实现目标序列的循环扩增

D．该反应体系中应加入逆转录酶、Taq酶等物质

A　[通过图示可知，与该mRNA结合的引物，是A引物，A错误；引物A与引物B是一段DNA序列，其基本单位都是脱氧核苷酸，B正确；过程Ⅱ为PCR的反应阶段，通过控制温度的变化实现变性、退火、延伸，实现目标序列的循环扩增，C正确；RT­PCR反应体系中应加入缓冲液、引物、四种脱氧核糖核苷酸、逆转录酶、Taq酶等物质，D正确。]

11．利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．过程①需使用原料是四种核糖核苷酸

B．过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因

C．过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备

D．过程④可利用PCR技术鉴定目的基因是否已导入受体细胞

D　[过程①是以mRNA为模板合成DNA的过程，即逆转录过程，需要使用的原料是四种游离的脱氧核苷酸，A错误；过程②表示利用PCR技术，扩增目的基因，在此过程中，不需要解旋酶，是通过控制温度来达到解旋的目的，B错误；利用氯化钙处理大肠杆菌，使之成为感受态细胞，C错误；检测目的基因是否成功导入受体细胞的染色体DNA上，可以采用PCR技术，D正确。]

12．如图为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．②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶参与

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．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异

D　[构建表达载体需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，故A项错误。③侵染植物细胞后，重组Ti质粒上的T－DNA不是整合到受体细胞的染色体上，而是整合到受体细胞染色体的DNA分子上，故B项错误。染色体上含有目的基因，但目的基因也可能不能转录或者不能翻译，或者表达的蛋白质不具有生物活性，故C项错误。若植株表现出抗虫性状，说明目的基因成功导入受体细胞并成功表达，该过程中发生了基因重组，为可遗传变异，故D项正确。]

13．农杆菌侵染植物细胞后，能将Ti质粒上的T­DNA插入植物基因组中。图示为利用农杆菌培育转基因植物的基本流程，请据图回答：

(1)剪除Ti质粒的某些片段、替换复制原点O与添加抗生素的抗性基因T的过程①中，需用多种限制酶处理，原因是_____________，需用________“缝合”双链DNA片段的平末端。

(2)目的基因是指__________。由过程②形成的基因表达载体中，目的基因的上游具有________，它是________识别和结合的部位。

(3)过程③常用________处理使农杆菌成为感受态细胞。抗生素抗性基因T的作用是_____________________。

(4)可通过________技术检测试管苗的染色体DNA上是否插入了目的基因。

[解析]　(1)Ti质粒具有多种限制酶切割位点，不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列。连接平末端应选用T4 DNA连接酶。

(2)目的基因主要是指编码蛋白质的基因。目的基因的首端具有启动子，以便于RNA聚合酶识别和结合。

(3)过程③常采用Ca2＋(CaCl2溶液)处理农杆菌，以增大农杆菌细胞壁的通透性。抗生素抗性基因T用于检测受体细胞中是否含有基因表达载体。

(4)检测农杆菌和愈伤组织细胞中是否有目的基因常采用PCR技术。

[答案]　(1)不同的限制酶识别并切割不同的碱基序列

T4 DNA连接酶

(2)编码蛋白质的基因　启动子　RNA聚合酶

(3)Ca2＋(CaCl2溶液)　用于鉴定和筛选导入了基因表达载体的农杆菌

(4)PCR

14．下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是(　　)

A．表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA逆转录获得

B．表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点

C．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来

D．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用

C　[由于基因的选择性表达，在人的肝细胞中没有胰岛素基因转录的mRNA，所以表达载体中的胰岛素基因不能通过人肝细胞mRNA逆转录获得，A错误；表达载体的复制启动于复制原(起)点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，C正确；启动子在胰岛素基因的转录过程中起作用，终止密码子在胰岛素基因的翻译过程中起作用，D错误。]