2024届人教版高考生物一轮复习基因工程作业（单项版）含答案

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课时分层作业(三十九)　基因工程

1．(2022·四川内江模拟)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。

回答下列问题：
(1)常用的DNA连接酶有E·coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中________酶切后的DNA片段可以用E·coli DNA连接酶连接。上图中____________________酶切后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是________________。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能____________；质粒DNA分子上有________________，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因)，利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是_______
____________________________________________________________________。
(4)表达载体含有启动子，启动子是指________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割形成的是黏性末端，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割形成的是平末端，E·coli DNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接效率较低。因此图中EcoRⅠ和PstⅠ切割后的DNA片段(黏性末端)可以用E·coli DNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaⅠ和EcoRⅤ切割后的DNA片段(平末端)也可以用T4 DNA连接酶连接。(2)DNA连接酶将两个DNA片段连接形成磷酸二酯键。(3)质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因表达的载体，首先质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制性核酸内切酶的酶切位点，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质。
[答案]　(1)EcoRⅠ、PstⅠ　EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ和EcoRⅤ　(2)磷酸二酯键　(3)自我复制　一至多个限制酶的酶切位点　用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞　(4)位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程
2．(2022·广东广州模拟)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法，在细胞外构建多酶催化体系，获得目标产物的新技术，其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图)，可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料)，以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题，并可以提高产率。

回答下列问题：
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外，获得酶基因的方法还有____________(答出两种即可)。
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白质，方法有______________(答出两种即可)。
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备________细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白，需要采用的方法有_____________。
(4)依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同，可能导致的结果是__________。在分子水平上，可以通过改变____________，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。
[解析]　(1)分析题意，研究人员从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因采用了PCR技术，此外获得酶基因的方法还有从基因文库中获取和人工合成法。(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白质，可根据DNA和蛋白质的溶解性、对酶、高温和洗涤剂的耐受性去除蛋白质，方法有盐析、酶解法或高温变性法等。(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时，首先应制备感受态细胞，即利用钙离子处理大肠杆菌，使其成为感受态细胞，使其易于接受外来的DNA分子。基因工程中，酶基因(目的基因)成功表达的产物酶蛋白的化学本质是蛋白质，常用抗原—抗体杂交技术进行检测。(4)依图所示流程，在一定的温度、pH等条件下，将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。由于酶的作用条件较温和，若这些酶最适反应条件不同，则可能导致有的酶失活而使反应中断。在分子水平上，可以通过改变基因的碱基序列，从而改变蛋白质的结构，实现对酶特性的改造和优化。
[答案]　(1)从基因文库中获取、人工合成法
(2)盐析法、酶解法或高温变性法　(3)感受态　抗原—抗体杂交技术　(4)有的酶失活而使反应中断　基因的碱基序列
3．(2022·四川自贡模拟)活疫苗是指用人工的方法使病原体减毒或从自然界中筛选某病原体的无毒株或微毒株，制成活微生物制剂。而灭活疫苗是用物理或化学方法将病原体杀死后制成的疫苗。下表为两种新冠病毒疫苗的研发方法。请回答：
方法
技术路线
基因工程疫苗
S蛋白基因→基因表达载体→大肠杆菌→S蛋白→人体
腺病毒载体重组疫苗
S蛋白基因→腺病毒基因表达载体→人体→S蛋白
(1)不管是灭活疫苗，还是活疫苗，都能作为__________诱发机体产生特异性免疫反应；上述基因工程疫苗应该类似于________(填“死”或“活”)疫苗。
(2)将基因表达载体导入大肠杆菌时，首先用__________处理大肠杆菌，使其处于感受态，再将基因表达载体与处于感受态的大肠杆菌放入________中完成转化。构建腺病毒基因表达载体之前应该对腺病毒________，腺病毒作为载体应具备的条件是_____________(答出两点即可)。
(3)若表格中的S蛋白基因完全相同，两种路线中表达产生的S蛋白结构____________(填“相同”“不相同”或“无法确定”)。
(4)与基因工程疫苗相比，腺病毒载体重组疫苗的优点体现在__________________。
[解析]　(1)疫苗能诱发机体产生特异性免疫反应，属于抗原。通过基因工程生产的疫苗的核心成分是蛋白质分子，应该类似于死疫苗。(2)将基因表达载体导入大肠杆菌的方法是Ca2＋处理细胞→感受态细胞→基因表达载体与感受态细胞放入缓冲液中混合→感受态细胞吸收DNA分子；构建腺病毒基因表达载体之前应对腺病毒进行改造，改造后的腺病毒载体应具备的条件是具有一个至多个限制酶切割位点、能自我复制、具有标记基因等。(3)大肠杆菌属于原核生物，无内质网等结构，无法对蛋白质进行加工，人体细胞有内质网等结构，可以对蛋白质进行加工，因此两种路径中表达产生的S蛋白结构不相同。(4)腺病毒基因表达载体上的S蛋白基因可以在人体细胞中持续表达，产生更持久的免疫应答反应。
[答案]　(1)抗原　死　(2)CaCl2(或Ca2＋)　缓冲液　进行改造　具有一个至多个限制酶切割位点；能自我复制；具有标记基因　(3)不相同　(4)持续表达抗原，免疫应答更持久
4．(2022·四川绵阳模拟)基因工程是花卉培养中的一种重要技术手段，这能够培养出不少新品种的花卉。下图为利用矮牵牛花中编码3,5­羟氧化酶的基因(HE)改造玫瑰，培育能够产生蓝色花冠玫瑰的新品种时的技术流程图。图中Tcr、Apr、NPTⅡ分别表示四环素抗性基因、氨苄青霉素抗性基因、氨基糖苷类­3­磷酸转移酶基因。回答下列问题：

(1)从矮牵牛花细胞中获得目的基因后，对其扩增的技术叫________，这种技术手段需要用到的一种特殊工具酶是________________。
(2)基因工程中限制酶的作用是________，根据图示分析，为了便于后期筛选成功导入大分子A的农杆菌，选择的限制酶是______________。
(3)成功导入大分子A的农杆菌在含四环素培养基、含氨苄青霉素培养基、同时含两种抗生素的培养基上生存状况应该是________。
(4)进行植物组织培养时，最终成功培养出玫瑰花植株所依据的原理是__________________________________________________。
[解析]　(1)对目的基因进行扩增的技术叫PCR，中文名是聚合酶链式反应。因为该技术在较高的温度下进行，因此需要用到一种特殊的工具酶，即热稳定DNA聚合酶(或Taq酶)。(2)限制酶通过作用于磷酸二酯键，起到切割DNA分子的作用。为了防止破坏目的基因，故不能选择BamHⅠ，应选择限制酶SalⅠ，但会破坏Tcr，为了保留Apr不被破坏，故选择的限制酶是EcoRⅠ和SalⅠ。(3)因为选择的限制酶是EcoRⅠ和SalⅠ，则四环素抗性基因被破坏，氨苄青霉素抗性基因保持完整，因此成功导入大分子A的农杆菌在含四环素培养基和同时含两种抗生素的培养基上不能生存，在含氨苄青霉素的培养基上能生存。(4)细胞全能性是指已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能，因此通过组织培养最终成功培养出玫瑰花植株所依据的原理是植物细胞的全能性。
[答案]　(1)PCR(或聚合酶链式反应)　热稳定DNA聚合酶(或Taq酶)　(2)切割DNA分子　EcoRⅠ和SalⅠ　(3)能在含氨苄青霉素的培养基上生存，但是不能在含四环素培养基和同时含两种抗生素的培养基上生存　(4)植物细胞的全能性
5．(2022·四川宜宾模拟)新型冠状病毒的检测方法分为抗体检测和核酸检测，核酸检测主要采用实时荧光定量PCR(qPCR)法。qPCR法检测新型冠状病毒的基本过程如下图所示，回答下列问题：

(1)PCR即多聚酶链式反应，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，该技术的原理是______________。PCR反应的条件包括________________、四种脱氧核苷酸、一定的缓冲液和DNA模板。PCR反应每次循环依次经历________________三个环节。
(2)灭活的新型冠状病毒RNA逆转录为DNA的过程中，需要________________酶参与。
(3)qPCR法是基于荧光物质实时检测DNA含量的方法，该方法是在PCR反应体系中，加入的荧光探针与模板DNA(逆转录出的新冠病毒的DNA)的某条链互补结合，当合成的子链延伸至探针处时，探针被酶切降解，荧光监测系统就会接收到荧光信号。据此分析，根据检测结果如何初步判定待测者是否感染新型冠状病毒？______________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)PCR技术的原理是DNA双链复制(或DNA复制)。PCR是一种体外扩增DNA的技术，与细胞内DNA复制相似，需要一定的条件，主要包括Taq酶(或热稳定DNA聚合酶)、引物、dNTP、一定的缓冲液和DNA模板。PCR反应一般要经历三十多次循环，每次循环可分为变性、复性、延伸三个环节。(2)RNA逆转录为DNA的过程中需要逆转录酶参与。(3)DNA分子具有特异性，根据题意，加入的荧光探针与模板DNA(逆转录出的新冠病毒的DNA)的某条链互补结合，当合成的子链延伸至探针处时，探针被酶切降解，荧光监测系统就会接收到荧光信号，因此，根据荧光的有无及强弱，可判断待测者是否感染及感染的病毒量。
[答案]　(1)DNA双链复制(或DNA复制)　Taq酶(或热稳定DNA聚合酶)、引物　变性、复性、延伸　(2)逆转录　(3)若检测结果出现荧光，则说明待测者感染了新型冠状病毒，否则没有感染
6．(2022·四川成都模拟)玉米叶片细胞含有一种由X基因编码的水通道蛋白X，在植物生长发育过程中对水分的吸收具有重要的调节功能。为了探究X蛋白的超量表达对玉米生长的影响，科研人员进行了超量表达X蛋白转基因玉米的生理特性等研究。在超量表达X基因载体的构建中，所用DNA片段和Ti质粒的酶切位点如图1所示。回答下列问题：

图1

图2
(1)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，能被________识别并结合，驱动基因的持续转录。为使X基因在玉米植株中超量表达，应优先选用__________酶组合，将目的基因片段和Ti质粒切开后构建重组表达载体。T­DNA在该实验中的作用是___________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)农杆菌浸泡过的玉米愈伤组织进行植物组织培养，培养基中需加入________进行筛选，筛选出的愈伤组织经过________形成丛芽，最终获得多个转基因玉米株系。
(3)蛋白在玉米株系的表达量如图2所示。据图分析，研究超量表达X蛋白转基因玉米的生理特性时，宜选择玉米株系a1～a4中的________作为实验材料，理由是____________________________。
[解析]　(1)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，是RNA聚合酶识别并结合的部位，驱动基因的持续转录过程。为使X基因在玉米植株中超量表达，应优先选用BamHⅠ和SacⅠ酶组合分别将目的基因片段和Ti质粒切开后构建重组表达载体，从而能保证质粒和目的基因的定向连接，同时也能避免目的基因和质粒的自连。T­DNA是可转移的DNA，T­DNA可将强启动子和X基因带入玉米细胞并整合到玉米细胞染色体DNA上，随着玉米染色体DNA的复制而复制，从而使目的基因在受体细胞中稳定的保存。(2)农杆菌浸泡过的玉米愈伤组织进行植物组织培养，重组质粒中有潮霉素抗性基因和卡那霉素抗性基因，但植物细胞能表现出对潮霉素的抗性，因此，培养基中需加入潮霉素进行筛选，并以此为特性进行筛选，将筛选出的愈伤组织经过再分化(细胞分化)形成丛芽，从而获得多个转基因玉米株系。(3)X蛋白在玉米株系的表达量如图2所示。据图2分析，a1、a3玉米株系中的X蛋白表达量较高，因此，研究超量表达X蛋白转基因玉米的生理特性时，宜选择玉米株系a1～a4中的a1、a3作为实验材料，因为这两种玉米植株X蛋白表达量显著高于野生型。
[答案]　(1)RNA聚合酶　BamHⅠ和SacⅠ　将强启动子和X基因带入玉米细胞并整合到玉米细胞染色体DNA上　(2)潮霉素　细胞分化　(3)a1、a3　X蛋白表达量显著高于野生型
7．(2022·四川成都外国语学校检测)如图是基因工程中获取目的基因和构建重组质粒的过程，请回答下列有关问题：


(1)①分析上图可知，构建重组DNA分子最好选用的限制酶是____________，理由是_________________________。
②科学家已经测出某种酶的氨基酸序列，因此可以通过________方法来获取目的基因，获得目的基因后，常利用________在体外将其大量扩增。
(2)将目的基因导入受体细胞的处理方法是_____________________。真核细胞作为受体细胞的优势是_____________________________。
(3)若将某种酶的氨基酸顺序进行重新排列，其催化能力能有效提高，生产上述高效酶的现代生物工程技术是_____________________________________
____________________________________________________________________。
(4)胚胎工程是指对动物的________________________________所进行的多种显微操作和处理技术。
(5)生态工程是实现循环经济最重要的手段之一，请写出它遵循的基本原理
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(至少答两项)。
[解析]　(1)①由图示可知，质粒和外源DNA中共同含有且不会破坏目的基因的是BamHⅠ和PstⅠ的切割位点，因此构建重组DNA分子最好选用的限制酶是BamHⅠ和PstⅠ，这样可以防止自身的黏性末端连接，防止目的基因与载体反向连接，保持外源DNA分子的完整性。②由于已经测出该酶的氨基酸序列，故可推测出相应的RNA和DNA的序列，因此可以通过化学合成方法来获取目的基因。获得目的基因后，常利用PCR技术在体外将其大量扩增。(2)受体细胞是微生物，将目的基因导入受体细胞，常用Ca2＋处理细胞，使之转化为感受态细胞，真核细胞作为受体细胞的优势是细胞中含有内质网和高尔基体，可对蛋白质进行加工和修饰。(3)若将某种酶的氨基酸顺序进行重新排列，实质是对其基因进行改造，使其催化能力有效提高，该技术属于蛋白质工程。(4)胚胎工程是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术。(5)生态工程遵循的基本原理有：物质循环再生原理、系统学和工程学原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理。
[答案]　(1)①BamHⅠ和PstⅠ　使用这两种酶可提高重组DNA分子的比例(或防止自身的黏性末端连接和防止目的基因与载体反向连接和保持外源DNA分子的完整性)　②化学合成　PCR技术　(2)用Ca2＋处理细胞，使之转化为感受态细胞　含有的内质网和高尔基体可对蛋白质进行加工和修饰　(3)蛋白质工程(或在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程)　(4)配子或早期胚胎　(5)系统学和工程学原理、物种多样性原理、物质循环再生原理、协调与平衡原理、整体性原理(答出其中两项即可)

8．(2022·河北石家庄模拟)我国约在7 000年前就开始种植水稻，现在水稻已经成为我国广泛种植的重要作物。提高水分利用效率对旱作水稻的生产有重要意义。科学家从拟南芥中获取功能基因HARDY(HRD)，并将其转入水稻中过量表达，提高了水稻的水分利用效率。回答下列问题：
(1)科学家在获取拟南芥HRD基因过程中，采用了增强子作为筛选工具。增强子是一段能增强与其相连基因转录的DNA序列，将增强子插入基因组中可得到若干个突变株系。增强子插入基因外部，可获得基因________突变株；增强子插入基因内部，可获得基因________突变株。
(2)提取拟南芥总RNA，经________过程获得总cDNA，利用PCR技术选择性扩增HRD基因的cDNA。以上过程依次需要用到______和________两种工具酶。
(3)将HRD的cDNA插入Ti质粒的________上构建重组载体，利用农杆菌侵染水稻细胞并将HRD的cDNA整合到水稻细胞染色体上。为了便于转基因植物的筛选，重组Ti质粒中必须包括________。
(4)在干旱条件下，野生型(WT)和HRD增强表达的转基因水稻植株A、B(HRDA、HRDB)的根生物量(根系干重)及叶片蒸腾速率的测定结果如图所示。据图分析转基因水稻耐旱能力增强的原因包括____________________和__________________。

图1　　　　　　　　　　　图2
[解析]　(1)增强子能增强与其相连的基因的转录，所以插入外部(启动子的上游)可促进基因转录获得基因激活突变株。增强子属于调控序列，插入内部不起作用，甚至有可能破坏基因，获得基因失活突变株。(2)RNA经过逆转录获得cDNA，逆转录要用到逆转录酶，PCR扩增要用到Taq酶(或热稳定DNA聚合酶)。(3)将HRD的cDNA插入Ti质粒的T­DNA上构建重组载体，Ti质粒上的T­DNA可转移并整合到受体细胞的染色体DNA上，这样利用农杆菌侵染水稻细胞可将HRD的cDNA整合到水稻细胞染色体上。重组Ti质粒应包含标记基因，其作用是供重组DNA的鉴定与选择。(4)由图1可知，转基因水稻的根生物量多于非转基因水稻，吸水能力增强了，同时由图2可知，转基因水稻蒸腾速率小于非转基因水稻，失水减少，从而使得转基因水稻抗旱能力增强。
[答案]　(1)激活　失活　(2)逆转录　逆转录酶　Taq酶(或热稳定DNA聚合酶)　(3)T­DNA　标记基因　(4)根生物量增加，吸水能力增强　蒸腾速率下降，失水减少