2023版高中生物选择性必修3人教版 第3章 基因工程 综合拔高练_百度文 ...

综合拔高练

五年高考练

考点1　DNA的粗提取与鉴定

1.(2022山东,13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法错误的是    (　　)

A.过滤液沉淀过程在4 ℃冰箱中进行是为了防止DNA降解

B.离心研磨液是为了加速DNA的沉淀

C.在一定温度下,DNA遇二苯胺试剂呈现蓝色

D.粗提取的DNA中可能含有蛋白质

2.(2021山东,13)粗提取DNA时,向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水并搅拌,过滤后所得滤液进行下列处理后再进行过滤,在得到的滤液中加入特定试剂后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物的处理方式是    (　　)

A.加入适量的木瓜蛋白酶

B.37~40 ℃的水浴箱中保温10~15分钟

C.加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精

D.加入NaCl调节浓度至2 mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14 mol/L

3.(2019江苏单科,10)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是    (　　)

A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近

B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂

C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNA

D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热

考点2　基因工程的基本工具

4.(2021湖北,7)性内切酶EcoRⅠ识别并切割 双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为    (　　)

A.6    B.250

C.4 000    D.24 000

5.(2021全国乙,38)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。图中　　　　　　酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。图中　　　　　　　　　　　酶切割后的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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

考点3　基因工程的基本操作程序及应用

6.(2021湖北,16)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是    (　　)

A.增加模板DNA的量

B.延长热变性的时间

C.延长延伸的时间

D.提高复性的温度

7.(2021全国甲,38)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:

(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是　　　　　(用数字序号表示)。 

(2)操作③中使用的酶是　　　　　　　。PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、　　　　三步, 其中复性的结果是　 

　　　　　　　　　　　　。 

(3)为了做出正确的诊断,PCR反应所用的引物应该能与　　　　　　　特异性结合。 

(4)PCR(多聚酶链式反应)技术是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。 

8.(2021天津,16)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。

图1

图2

(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为　　　　　　　　　　。 

(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:

①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。

为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。 

②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。

重组质粒上有　　　　　　　　　　,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列　　　(能/不能)在大肠杆菌中高效表达。 

③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在　　　　　　　　的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。 

(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是　　　(单选)。 

A.进一步优化发酵条件

B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子

C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因

D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种

9.(2021辽宁,24)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9 kb (1 kb=1 000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题:

(1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经　　　　过程得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增目的基因。 

(2)图1为所用载体图谱示意图,图中酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入　　　　和　　　　两种不同酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用　　　　　　(填 “E.coli DNA连接酶”或“T4 DNA连接酶”)。 

相关酶的识别序列及切割位点

注:箭头表示切割位点

(3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于　　　　　　　　　　　　　　　　的生理状态,以提高转化效率。 

(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养,随机挑取单菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用(2)中选用的两种酶进行酶切,酶切产物经电泳分离,结果如图2,　　　　号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。 

图2

注:M为指示分子大小的标准参照物;小于0.2 kb的DNA分子条带未出现在图中

图3

注:间期包括G1期、

S期和G2期

(5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中,培养24小时后,检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量,统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的　　　　(填“G1”或“S”或“G2/M”)期。 

图4

注:G2/M表示G2和M

10.(2021河北,24节选)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。回答下列问题:

(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是　　　　　　　。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是　　　　　　　。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对Cd具有更强的　　　　(填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的　　　　　进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。 

(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是　　　　　　　　　　　　。相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于　　　　　　　　　　　　　　(写出两点即可)。 

11.(2021山东,25)人类γ基因启动子上游的序列中含有BCL11A蛋白结合位点,该位点结合BCL11A蛋白后,γ基因的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列,解除对γ基因表达的抑制,可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基因上游不同长度的片段,将这些片段分别插入表达载体中进行转化和荧光检测,以确定BCL11A蛋白结合位点的具体位置。相关信息如图所示。

(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,需在引物末端添加酶识别序列。据图可知,在F1~F7末端添加的序列所对应的酶是　　　　,在R末端添加的序列所对应的酶是　　　　　　。本实验中,从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需要　　　　种酶。 

(2)将构建的载体导入除去BCL11A基因的受体细胞,成功转化后,含F1~F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白,受体细胞有荧光,含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光。含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)向培养液中添加适量的雌激素,含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,而含F5~F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光。若γ基因上游序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A蛋白的结合位点序列,据此结果可推测,BCL11A蛋白结合位点位于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,理由是　 

　。 

考点4　蛋白质工程

12.(2021辽宁,14)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是    (　　)

A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一

B.加入连接肽需要通过改造基因实现

C.获得N1的过程需要进行转录和翻译

D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境

13.(2021广东,22节选)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:

(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,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。 

三年模拟练

应用实践

1.(2022天津新华中学模拟预测)PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键碱基,5'端无严格,可用于添加酶识别序列。下列叙述正确的是    (　　)

A.PCR第4个循环,消耗了15对引物

B.脱氧核苷酸作为扩增的原料会依次连接到5'端

C.耐高温的DNA聚合酶能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上

D.用图中引物扩增至少四个循环后才能获得两端均添加酶识别序列的目的产物

2.(2022山东淄博一模)为确定W基因在染色体上的位置,研究人员进行了如下操作:①破裂细胞后将染色体固定在玻片上,去除mRNA及染色体上的蛋白质,拍摄染色体得到显微照片1。②制备32P标记的W基因探针(单链DNA)。③将玻片上的染色体DNA变性为单链后,置于含W基因放射性探针的杂交溶液中温育一段时间。④洗脱玻片上未杂交的放射性探针,对玻片进行放射性自显影处理得到照片2。⑤将照片1和照片2叠加,确定W基因的所在染色体及其位置。下列分析错误的是    (　　)

A.可用A—32P~P~P制备W基因的放射性探针

B.W基因探针的碱基序列与W基因中某条单链的部分碱基序列相同或互补

C.去除染色体上的蛋白质并将DNA变性为单链,有利于DNA与探针完成杂交

D.去除mRNA可以防止W基因的mRNA与探针杂交,对实验结果产生干扰

3.(2022天津重点中考)受伤的双子叶植物产生的酚类化合物可诱导毒力效应蛋白(Vir)基因表达产生Vir蛋白,其中VirD1/D2蛋白复合体可将Ti质粒上的一段T-DNA单链(T链)切下并形成VirD2-T链复合物,转移至植物细胞中的VirD2-T链复合物结合VirE2等蛋白形成T复合体进入细胞核,将T链随机整合到植物染色体上。相关叙述错误的是    (　　)

A.农杆菌转化法将目的基因导入水稻细胞,可用酚类化合物处理提高转化效率

B.VirD2-T链复合物结合VirE2等蛋白形成T复合体可避免T-DNA的胞内降解

C.T-DNA的整合具有随机性,需经过筛选(抗性、荧光等)获得符合要求的转化苗

D.T-DNA整合至植物细胞染色体上的过程不需要DNA聚合酶和DNA连接酶

4.(不定项)(2022湖北武汉二模改编)人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学家培育出一种转基因山羊,其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋白并分泌到尿液中。下列叙述错误的是    (　　)

A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因

B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞

C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中

D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集

5.(不定项)(2022辽宁省实验中学期中)已知B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞和精子中正常表达,在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,研究人员将B基因编码区与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因,实验过程如下。下列说法正确的是    (　　)

A.若想通过反转录的方法获得B基因,则只能从水稻体细胞中提取全部RNA进行操作

B.B-Luc融合基因的形成需要DNA连接酶的催化

C.转基因植株中含有卡那霉素抗性基因

D.通过PCR技术检测发现水稻细胞的染色体DNA上插入了B-Luc融合基因,则说明已成功获得转基因植株

6.(2022山东济宁期中)为了研究低温诱导对某基因的启动子P活性的影响,科研人员进行了启动子P的PCR提取、特定表达载体的构建和转基因烟草的功能鉴定。该基因及其启动子P的结构及相应酶的切割位点如图1所示,图中灰色区域碱基序列是已知的,启动子P(图中黑色区域)及上游碱基序列未知,片段Ⅰ和片段Ⅱ中的字母A~F均表示引物。请回答下列问题:

(1)启动子是　　　　　　　　　　的部位。不能直接根据片段Ⅰ扩增启动子P的原因是　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)为了能扩增正常启动子P,科研人员先用　　　　　　　酶处理图1中的片段Ⅰ,使片段Ⅰ成为环状DNA;再将环状DNA用　　　　(填“酶1”或“酶2”)处理得到片段Ⅱ,如图2所示。根据片段Ⅱ扩增出启动子P,请写出可选用的引物组合:　　　　(用C、D、E、F表示)。 

(3)已知卡那霉素可抑制烟草细胞的生长,基因M可在烟草的根部正常表达,其表达产物可将X-Gluc水解生成蓝色物质。将启动子P和基因M结合并与含有卡那霉素抗性基因的Ti质粒重组构建基因表达载体。将表达载体导入农杆菌并与酚类物质混合后加入含有烟草细胞的培养基中,再用含有　　　　　　　　　　的培养基筛选出所需的烟草细胞,然后经过　　　　　　获得转基因烟草植株。 

(4)将上述转基因烟草植株分为A、B两组,A组在常温(25 ℃,对照组)下培养,B组在低温(4 ℃,实验组)下培养,一段时间后取A、B的幼根,浸入适量　　　　溶液中,观察烟草细胞中基因M的表达情况(表达强度越大,细胞表现的蓝色越深)。若A、B组的结果分别为　　　　　　　　　　　　,则说明低温抑制启动子P的功能。 

7.(2021广东广州期末改编)苦荞中含有的黄酮类化合物具有降血糖、降血脂等功效。CHS是合成黄酮类化合物的关键酶。把经修饰过的CHS基因导入苦荞细胞中,培育高产黄酮苦荞品系。据图回答下列问题:

(1)重组Ti质粒中启动子的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)图中的①过程常用Ca2+处理农杆菌,使其成为感受态细胞,即细胞处于一种　　　　　　　　　　　　　　　　的生理状态。 

(3)若要检测修饰后的CHS基因是否插入苦荞细胞的DNA上,可以采用　　　　　技术。要判断高产黄酮苦荞是否培育成功,还需要在个体生物学水平上进行鉴定,其操作方向是　。 

为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界的其他植物中,可设法将目的基因整合到受体细胞的　　　　结构中。 

(4)某种苦荞因为受到病毒感染而减产,现需要以该苦荞为材料获得脱毒苗,宜选用其茎尖作为外植体,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

迁移创新

8.(2022湖北十一校联考)CRISPR-Cas9基因组编辑系统由向导RNA(也叫sgRNA)和Cas9蛋白组成,向导RNA识别并结合靶基因DNA,Cas9蛋白切断双链DNA形成两个末端。这两个末端通过“断裂修复”重新连接时通常会有个别碱基对的插入或缺失,从而实现基因敲除,如图所示。

(1)向导RNA识别靶基因DNA时遵循　　　　　　　　原则,Cas9蛋白相当于　　　酶,Cas9蛋白切断靶基因DNA形成的两个末端重新连接时所必需的一种酶是　　　　　　　　。 

(2)CCR5是人体的正常基因,其编码的细胞膜CCR5蛋白是HIV入侵T淋巴细胞的主要通道“入口”。科研人员依据　　　　　　　的部分序列设计sgRNA,导入骨髓　　　　　　　细胞中,构建sgRNA-Cas9复合体,以实现对CCR5基因的定向切割,变异的CCR5蛋白无法装配到细胞膜上,即可有效阻止HIV侵染新分化生产的T淋巴细胞。 

(3)CRISPR-Cas9基因组编辑技术有时存在编辑出错而造成脱靶,试分析脱靶最可能的原因是　　　　　　　　　　,造成向导RNA(sgRNA)错误结合而脱靶,而且sgRNA的序列越短,脱靶率会越　　　　(填“高”或“低”)。 

第3、4章达标检测见增分测评卷 P9

答案与分层梯度式解析

第3章　基因工程

综合拔高练

五年高考练

1.B　离心研磨液是为了使蛋白质等沉淀,得到含DNA的上清液,B错误;本实验只是对DNA进行了粗提取,提取的DNA中可能含有蛋白质等其他物质,D正确。

2.A　加入适量的木瓜蛋白酶能分解滤液中的主要杂质——蛋白质,有助于提高白色丝状物的DNA相对含量,A符合题意;37~40 ℃达不到破坏蛋白质所需的温度,所选温度应该是60~75 ℃,此温度能够破坏滤液中主要杂质蛋白质的结构,进而去除这些杂质,有助于提高白色丝状物的DNA相对含量,B不符合题意;与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精是题干中的“特定试剂”,C不符合题意;加入NaCl调节浓度至2 mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14 mol/L,经过以上处理后DNA析出,过滤后DNA主要存在于纱布上的过滤物中,在滤液中含量极少,经过D项处理后应过滤去除溶液中的杂质,再用物质的量浓度为2 mol/L的NaCl溶液溶解DNA,有助于提高白色丝状物的DNA相对含量,D不符合题意。

3.A　兔属于哺乳动物,其成熟红细胞没有细胞核及众多细胞器,提取不到DNA,而鸡属于鸟类,其红细胞内含有细胞核与众多细胞器,DNA含量较多,A错误;DNA分子是非常容易断裂的,轻柔搅拌的目的是获得较完整的DNA分子,B正确;DNA不溶于酒精,但某些蛋白质溶于酒精,所以冷却的体积分数为95%的酒精溶液可以进一步纯化粗提的DNA,C正确;将析出的DNA溶解在2 mol/L的NaCl溶液中,加入二苯胺试剂后需要水浴加热才会呈现蓝色,D正确。

4.C　若用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,则理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)为46个碱基对,即约为4 000个碱基对。

5.答案　(1)EcoRⅠ、PstⅠ　EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ　(2)磷酸二酯键　(3)自我复制　酶切割位点　将待筛选的宿主细胞接种到含该抗生素的培养基中,能够生长的是含有质粒载体的宿主细胞　(4)RNA聚合酶识别、结合并启动转录的DNA片段

解析　(1)E.coli DNA连接酶只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来。T4DNA连接酶(T4 DNA连接酶)既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端,又可以“缝合”双链DNA片段的平末端。(2)DNA连接酶是通过催化两个核苷酸之间形成磷酸二酯键,将双链DNA片段“缝合”起来的。(3)作为载体,质粒DNA分子上必须有复制原点,才能使质粒在受体细胞中能进行自我复制;且质粒DNA分子上应具有一个至多个酶切割位点,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因,可以用添加特定抗生素的选择培养基培养经转化处理的宿主细胞,以达到筛选目的。

6.D　增加模板DNA的量可以提高反应速度,但不能有效减少反应中非特异条带的产生,A不符合题意;延长热变性的时间和延长延伸的时间会影响变性和延伸过程,但对于延伸中的配对影响不大,故不能有效减少反应中非特异条带的产生,B、C不符合题意;复性温度偏低易出现非特异条带,故可通过提高复性的温度来减少反应中非特异条带的产生,D符合题意。

7.答案　(1)④②③①　(2)DNA聚合酶　延伸　引物通过碱基互补配对与单链DNA结合　(3)病原菌DNA　(4)在生物体外大量快速扩增特定DNA片段的技术

解析　(1)根据题干中给出的信息分析,若要检测病人是否感染了某种病原菌,需要从病人体内获取组织样本,提取样本中的DNA,进行PCR扩增,再分析PCR扩增的结果。由此可知若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是④②③①。(2)操作③利用PCR扩增DNA片段时需要使用的酶是(耐高温的)DNA聚合酶。PCR反应中的每次循环一般可分为变性、复性、延伸三步,其中复性是指温度下降到50 ℃左右,两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。(3)为了做出正确的诊断,应检测病原菌的遗传物质,所以PCR反应所用的引物应该能与病原菌DNA特异性结合。

8.答案　(1)细胞质基质　(2)①包含BamHⅠ的识别序列　将GTG改为ATG　②原核生物复制原点　不能　③缺失尿嘧啶　(3)B

解析　(1)酵母细胞无氧呼吸的场所为细胞质基质。(2)①因为扩增的目的基因的引物1与5'端含有编码起始密码子的序列GTG的编码(非模板)链对应,所以该引物5'端对应的序列含编码链的起始端,故该引物5'端序列需要满足两个条件:一是将编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG改为真核生物偏好的ATG;二是引物5'端序列应加入BamHⅠ的识别序列(酶切位点),以便将扩增的目的基因通过双酶切后以正确方向插入质粒。②大肠杆菌为原核生物,若要在大肠杆菌内扩增,重组质粒上应有原核生物复制原点,以便被大肠杆菌的DNA聚合酶识别。因为插入的含乳酸脱氢酶基因的重组质粒没有大肠杆菌基因启动子,所以不易被大肠杆菌的转录系统识别并启动转录,无法在大肠杆菌中高效表达。③实验所选的酿酒酵母菌株为尿嘧啶合成缺陷型,不能在缺失尿嘧啶的固体培养基上生长,若该菌株细胞中导入重组质粒,由于重组质粒中含有尿嘧啶合成酶基因,可使导入重组质粒的酿酒酵母恢复合成尿嘧啶的能力,因此可以用缺失尿嘧啶的固体培养基筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。(3)若使用乳酸菌LDH基因自身的启动子,则不能被酿酒酵母的转录系统识别,所以不能提高其乳酸产量。

9.答案　(1)反转录　(2)PvuⅡ　EcoRⅠ　T4 DNA连接酶　(3)一种能吸收周围环境中DNA分子　(4)3　(5)G2/M

解析　(1)利用RNA获得cDNA的过程称为反转录。(2)目的基因应插入载体的启动子和终止子之间,由图1可知,启动子和终止子之间存在3个酶切割位点,但是由于酶KpnⅠ在质粒上不只有一个酶切位点,因此在扩增的phb2基因两端应该分别引入EcoRⅠ和PvuⅡ两种不同酶的识别序列。用PvuⅡ切割质粒和目的基因后产生平末端,构建基因表达载体时,应该用T4 DNA连接酶连接载体和目的基因。(3)转化前用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,以提高转化效率。(4)如果用EcoRⅠ和PvuⅡ两种酶切割重组质粒,酶切产物经电泳后将获得含有质粒和目的基因两条条带,已知phb2基因大小为0.9 kb,据此推测菌落3的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。(5)图4中,经PHB2蛋白处理后,G1期和S期细胞减少,而G2/M期细胞数目明显增多,说明G1期和S期细胞可以进入G2期,而这些细胞难以完成进入G1期,因此推测PHB2蛋白应该作用于G2/M期。

知识梳理

　　E.coli DNA连接酶只能连接具有互补黏性末端的DNA片段,T4 DNA连接酶可连接具有平末端和黏性末端的DNA片段。

10.答案　(2)酶和DNA连接酶　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　(3)农杆菌转化法　防止YCF1基因随花粉扩散,给生态系统带来风险　(4)耐性　叶

(5)转基因杨树液泡膜上的Cd转运蛋白可将细胞质基质中的Cd转运至液泡储存,降低Cd对细胞代谢的影响　乔木比草本生物量大,与外界物质交换能力强

解析　(2)构建基因表达载体时需要用酶切割DNA分子和质粒,然后用DNA连接酶使获取的目的基因与质粒连接起来。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因,以便筛选出含有目的基因的细胞。(3)将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法和花粉管通道法等,其中农杆菌转化法是将目的基因导入双子叶植物最常用的方法;不育株系可以防止基因在繁殖过程通过花粉在生态系统中扩散。(4)据图1可知,转基因植株的干重比野生型的大,表明转基因植株对Cd具有更强的耐性;据图2可知,叶片对Cd的富集作用最强,所以对叶进行后续处理对缓解土壤Cd污染最为有效。(5)转基因杨树液泡膜上有Cd转运蛋白,可以将细胞质基质中的Cd运入液泡进行储存,降低Cd对细胞代谢的影响,野生型不具有这个功能。与草本植物相比,乔木植株更高大,生物量更多,与外界物质交换能力更强,可以富集更多的Cd。

11.答案　(1)SalⅠ　EcoRⅠ　6　(2)F7与R扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达　(3)引物F4与F5在序列上所对应序列之间的区段上　根据有无荧光情况判断,F1~F4与R扩增产物上均有结合位点,因此结合位点位于F4所对应序列的下游(右侧);F5~F6与R扩增产物上均无结合位点,可知结合位点位于F5所对应序列的上游(左侧),所以结合位点位于引物F4与F5在序列上所对应序列之间的区段上

解析　(1)观察图示可知,荧光蛋白基因的左侧为终止子,为了将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,扩增后的产物的插入点应在荧光蛋白基因的右侧,而荧光蛋白基因的右侧有三个酶切割位点,分别是MunⅠ、EcoRⅠ和XhoⅠ的切割位点,但因为用EcoRⅠ会破坏荧光蛋白基因,所以只能用MunⅠ和XhoⅠ切割载体,切割后载体的部分序列如图所示:

扩增后的产物的两端添加酶后得到的DNA片段能够替换上图载体中位于MunⅠ和XhoⅠ酶切割位点之间的片段,并能与左侧的荧光蛋白基因片段及右侧的片段连接起来。由题图中终止子及基因的位置可知,F1~F7末端添加序列后应与XhoⅠ切割的末端相连,R末端添加序列后应与MunⅠ切割的末端相连。由于序列及启动子中有XhoⅠ酶切割位点,所以需寻找切割后的末端能与XhoⅠ酶切割后的末端连接且序列及启动子中无其切割位点的酶,酶SalⅠ符合这一要求,所以在F1~F7末端添加的序列所对应的酶是SalⅠ;由于序列及启动子中含有MunⅠ的切割位点,所以需寻找切割后的末端能与MunⅠ酶切割后的末端连接且序列及启动子中无其切割位点的酶,酶EcoRⅠ符合这一要求,所以在R末端添加的序列所对应的酶是EcoRⅠ。扩增后的产物的两端添加的酶识别序列如图所示:

本实验中,用EcoRⅠ和SalⅠ切割扩增产物,用MunⅠ和XhoⅠ切割载体,故从产物扩增到载体构建完成的整个过程需要Taq DNA聚合酶、SalⅠ、EcoRⅠ、XhoⅠ、MunⅠ、DNA连接酶共6种酶。(2)将构建的载体导入除去BCL11A基因的受体细胞,成功转化后,含F1~F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白,受体细胞有荧光,说明F1~F6与R扩增产物含完整的启动子,荧光蛋白基因表达;含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光,说明F7与R扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达。(3)向培养液中添加适量的雌激素,雌激素能诱导P发挥作用,使BCL11A基因表达。构建的载体含有BCL11A基因,导入构建载体的受体细胞能合成BCL11A蛋白。含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,说明F1~F4与R扩增产物上均有BCL11A蛋白的结合位点(启动子,荧光蛋白基因不表达),因此结合位点位于F4所对应序列的下游(右侧);而含F5~F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光,说明F5~F6与R扩增产物上均无BCL11A蛋白的结合位点(荧光蛋白基因能表达),由此可知结合位点位于F5所对应序列的上游(左侧),所以结合位点位于引物F4与F5在序列上所对应序列之间的区段上。

12.D　检测酶的耐高温特性时,需先将酶与底物分别置于相同高温下一段时间,再将二者充分混合,D错误。

13.答案　(2)蛋白酶水解法、盐析法、60~75 ℃恒温水浴法　(3)感受态　抗原—抗体杂交　(4)部分酶失活,无法获得肌醇　基因结构

解析　(2)制备高质量DNA模板时,可直接在滤液中加入蛋白酶分解蛋白质,而不破坏DNA。中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响,当盐浓度较高时,蛋白质的溶解度下降并析出,这种现象称为盐析。利用DNA对高温的耐受性,严格控制温度范围,使蛋白质变性沉淀而DNA分子不发生变性,可将DNA与蛋白质分离。(3)将表达载体导入大肠杆菌细胞最常用的转化方法是首先用Ca2+处理细胞,使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞,然后将重组DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合,在一定的温度下促进感受态细胞吸收重组DNA分子,完成转化过程。为了检测目的基因是否表达出相关的酶蛋白,可以从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交,若有杂交带出现,表明目的基因已表达出蛋白质产品。(4)酶的作用条件较温和,在温度过高、过酸、过碱的环境中会失活,不同酶的最适温度、最适pH一般不同,将4种酶放在同一体系中,控制温度、pH等条件一致,则部分酶可能会因温度或者pH不适宜而失活,不能达到实验目的,即无法获得肌醇。基因指导蛋白质的合成,可以通过改造酶基因的结构,从而改变蛋白质的结构,进而实现对酶特性的改造和优化。

三年模拟练

1.C　第四次循环需要8对引物,A错误;脱氧核苷酸作为扩增的原料会依次连接到引物的3'端,B错误;由于两个引物均不在该片段的端点,因此第一、二轮循环产生的DNA分子的两条链均不等长,第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链,即用图中引物扩增至少3个循环后才能获得两端均添加酶识别序列的目的产物,D错误。

2.A　基因探针的工作原理是碱基互补配对。W基因探针为单链DNA,其基本组成单位是脱氧核苷酸,可用dA—32P~P~P制备W基因的放射性探针,不能用A—32P~P~P,A错误;W基因所在的DNA是碱基互补的两条链,W基因探针的碱基序列能与W基因中的一条单链的部分碱基序列进行互补配对,与W基因中的另一条单链的部分碱基序列相同,B正确;染色体主要由蛋白质和DNA组成,同时DNA是双链结构,因此去除染色体上的蛋白质并将DNA变性为单链,有利于DNA与探针完成杂交,C正确。

3.D　将目的基因导入植物细胞常用的方法有农杆菌转化法,其依据主要是:当植物受到损伤时,伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物,吸引农杆菌移向这些细胞,这时农杆菌中的Ti质粒上的DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。农杆菌在自然条件下能侵染双子叶植物和裸子植物,对单子叶植物没有侵染能力,因为多数单子叶植物不能合成酚类化合物,可以通过在伤口施加相关酚类化合物而使单子叶植物成为农杆菌易侵染的植物,从而提高转化效率,A正确;VirD2-T链复合物结合VirE2等蛋白形成T复合体进入细胞核,将T链随机整合到植物染色体上,可避免T-DNA在细胞内被降解,B正确;T-DNA整合至植物细胞染色体上的过程需要DNA连接酶,D错误。

4.ABC　人体成熟的红细胞中无血清白蛋白基因,A错误;膀胱上皮细胞的全能性表达受到,应选用受精卵作为目的基因的受体细胞,培育出转基因山羊,B错误;体细胞都是由受精卵经、分化而来的,转基因山羊所有体细胞(除成熟红细胞外)均含有血清白蛋白基因,C错误;转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中,从尿液中可收集该蛋白,D正确。

5.B　由题干可知,B基因仅在体细胞和精子中正常表达,在卵细胞中不转录,则体细胞和精子中存在B基因编码蛋白的mRNA,通过反转录获取B基因编码蛋白的cDNA,可以从水稻体细胞或精子中提取全部RNA进行操作,A错误;要将水稻B基因编码蛋白的序列和Luc基因连接形成融合基因,需要DNA连接酶催化不同DNA片段的连接,B正确;T-DNA能进入植物细胞中,卡那霉素抗性基因不位于T-DNA上,故转基因植株中不含有卡那霉素抗性基因,C错误;通过PCR技术检测发现水稻细胞的染色体DNA上插入了B-Luc融合基因,还需要进一步检测其是否能够表达以及在个体生物学水平上进行鉴定,D错误。

6.答案　(1)RNA聚合酶识别和结合　启动子P及上游碱基的序列未知,无法合成PCR所需要的引物　(2)酶1和DNA连接　酶2　D和E　(3)卡那霉素和X-Gluc　植物组织培养　(4)X-Gluc　 A组蓝色较深、B组蓝色较浅

解析　(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,其作用是驱动基因转录;启动子P及上游碱基的序列未知,无法合成PCR所需要的引物,故不能直接根据片段Ⅰ扩增启动子P。(2)图1中的片段Ⅰ在启动子P的左右两端各有一个酶1的切割位点,可用酶1切割片段Ⅰ使切割后的片段Ⅰ左右两端产生相同的末端,再用DNA连接酶处理片段Ⅰ形成环状DNA分子。片段Ⅱ的左右两端都有灰色区域,结合题图分析可知,片段Ⅱ是用酶2切割环状DNA产生的。子链DNA合成方向是5'→3',所以可以用引物D和E扩增出启动子P。(3)结合题干信息“卡那霉素可抑制烟草细胞的生长”及“基因 M 可在烟草的根部正常表达,其表达产物可将 X-Gluc 水解生成蓝色物质”可知,用含有卡那霉素和X-Gluc的培养基可筛选出所需的烟草细胞,不含有质粒的烟草细胞无法在培养基上生长,仅含有质粒的烟草细胞和含有基因表达载体的烟草细胞均能在培养基上生长,其中含有基因表达载体的烟草细胞中基因M表达,其表达产物可将X-Gluc水解生成蓝色物质,综上所述,在培养基中能存活且能将X-Gluc水解生成蓝色物质的是含有基因表达载体的烟草细胞;筛选出的烟草细胞经过植物组织培养可获得转基因植株。(4)基因M可在烟草的根部正常表达,其表达产物可将X-Gluc水解生成蓝色物质,故可用适量X-Gluc溶液检测A、B的幼根细胞中基因M的表达情况。表达强度越大,细胞表现的蓝色越深,若A组蓝色深而B组蓝色较浅,说明B组低温使启动子P受抑制,表达的产物少。

7.答案　(1)RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动启动子后的基因序列转录出mRNA　(2)容易吸收周围环境中DNA分子　(3)PCR　将转基因苦荞中的黄酮含量与天然苦荞中的黄酮含量进行比较　细胞质　(4)茎尖分生区附近的病毒极少,甚至无病毒

解析　(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,驱动启动子的基因序列转录出mRNA,最终获得所需要的蛋白质。(2)用Ca2+处理微生物,使微生物处于一种容易吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(3)检测修饰后的CHS基因是否插入苦荞细胞的DNA上,可以采用PCR等技术;要判断转基因苦荞中的黄酮是否高产,则需要将转基因苦荞中的黄酮含量与天然苦荞中的黄酮含量进行比较。如果将目的基因整合到细胞核中,则会随着花粉转移到自然界的其他植物中,若将目的基因整合到细胞质中,则目的基因不会在花粉中出现。(4)获得脱毒苗,宜选用茎尖等作为外植体,是因为植物顶端分生区附近(如茎尖)的病毒极少,甚至无病毒。

8.答案　(1)碱基互补配对　　DNA连接酶　(2)CCR5基因　造血干　(3)其他DNA序列也含有与向导RNA(sgRNA)互补配对的序列　高

解析　(1)向导RNA识别并结合靶基因DNA时具有特异性,该过程遵循碱基互补配对原则;根据题意“Cas9蛋白切断双链DNA形成两个末端”可知,Cas9蛋白可以识别特定的脱氧核苷酸序列并对其进行切割,其作用相当于酶;Cas9蛋白切断靶基因DNA形成的两个末端重新连接时需要DNA连接酶。(2)T淋巴细胞是由造血干细胞、分化形成的,则可依据CCR5基因的部分序列设计sgRNA序列,导入骨髓造血干细胞中,构建sgRNA-Cas9复合体,以实现对CCR5基因的定向切割。(3)CRISRP-Cas9基因组编辑技术有时存在编辑出错而造成脱靶,其最可能的原因是其他DNA序列也含有与向导RNA(sgRNA)互补配对的序列,造成向导RNA(sgRNA)错误结合而脱靶;sgRNA 的序列越短,则能与sgRNA互补配对的DNA序列出现的频率越高,脱靶率会越高。