1、课时规范练课时规范练 42 基因工程的基本工具与操作程序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 D
2、NA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 mRNA C.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.只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 B.侵染植物细胞后,重组 Ti质粒整合到的染色体上 C.的染
3、色体上若含抗虫基因,则就表现出抗虫性状 D.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 B.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
4、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,其中第种 DNA 分子有几个?( ) 甲 乙 A.8 B.6 C.4 D.2 8.(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
5、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):升高退火温度 降低退火温度 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基因中。在 特定的选择培养基中,若 lacZ
6、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.试管要加入试管中的 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 Hind和 BamH切割质粒,可得到 2 条 DNA 片段 B.不能用 BamH酶
7、切割质粒和外源 DNA的原因是 BamH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 Bcl和 Hind同时切割质粒和外源 DNA D.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 Pst、Sma、 EcoR、Apa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 Sma C.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
8、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的示意图。回答下列问题。 限制酶 EcoR Sau3A BamH 识别序 列及 切割位 点 (1)据图分析,为便于过程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)过程用到的酶为 。为了保证目的基因能够正
9、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 T4 DNA连接酶两大类,DNA
10、 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,其中为质粒,作为运载体;为重组 质粒(基因表达载体);为含有重组质粒的农杆菌;为含有目的基因的植物细胞;为转 基因植株。只要表现出抗虫性状就说明转
11、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;侵染植物细胞后,重组 Ti 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,即使的染色体 上含抗虫基因,也不一定能够表达出抗虫性状,C 项错误;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
12、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:和;X 基因第二次 复制得到四个四种 DNA 分子:复制得和、复制得和;X基因第三次复制得 到八个五种 DNA分子:复制得和、复制得和、复制得和、复制 得和;X基因第四次复制得到 16个五种 DNA 分子:复制得和、两个复制得 两个和两个、两个复制得两个和两个、两个得到 4个。从上面的推测 可知,第四轮循环产物中有 8个。 8.答案:(1)碱基互补配对 (2)变性 (3)引物与模板 GC 含量高 (4) 解
13、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 GC 之间有三个氢键,AT之间有两个氢键,所以 GC 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 通过降低退火温
14、度或重新设计引物进行改进。 二、提升练 1.CD 试管要加入试管中的 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。
15、2.BCD 质粒中含有 1 个限制酶 Hind的切割位点,2个限制酶 BamH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 BamH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 BamH酶切割质粒和外源 DNA,B项正确;构建重组 DNA时不能用 BamH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 Bcl和 Hind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 Bcl和 Hind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
16、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 Pst、EcoR;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)BamH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
17、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(EcoR酶切形成的是平末端,Sau3A和 BamH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 Sau3A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 EcoR切割,产生的是平末端,且会破坏复制原点,因此不能用 EcoR和 Sau3A切割, 应该用 BamH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 BamH。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。
