课时作业44　基因工程

基础巩固

1．(2019·河北定州中学月考)在基因工程操作过程中，DNA连接酶的作用是   (　　)

A．将任意两个DNA分子连接起来

B．将具有相同黏性末端的DNA分子连接，包括DNA分子的基本骨架和碱基对之间的氢键   

C．只连接具有相同黏性末端的DNA分子的基本骨架，即磷酸二酯键

D．只连接具有相同黏性末端的DNA分子碱基对之间的氢键

解析：DNA连接酶的作用是将两个具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，A错误；DNA连接酶将具有相同的黏性末端的DNA分子连接，作用于脱氧核糖与磷酸之间的切口形成磷酸二酯键，B错误，C正确；具有相同黏性末端的DNA分子碱基对之间的氢键可自动生成，D错误。

答案：C

2．(2019·北京朝阳模拟)下图表示三种黏性末端，下列说法正确的是(　　)

A．甲、乙、丙由至少两种限制酶作用产生

B．乙中的酶切位点在A与G之间

C．若甲中的G处发生突变，限制酶可能无法识别该切割位点

D．构建基因表达载体所需两种工具酶分别作用于a处和b处

解析：甲、乙、丙由至少三种限制酶作用产生，A错误；乙中的酶切位点在A与C之间，B错误；若甲中的G处发生突变，导致基因中的核苷酸序列发生改变，限制酶可能无法识别该切割位点，C正确；限制酶和DNA连接酶都作用于a处，D错误。

答案：C

3．(2019·安徽师大附中月考)我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是    (　　)

A．构建抗虫基因表达载体过程中需要限制酶和DNA连接酶

B．重组DNA分子中替换一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失

C．抗虫棉有性生殖后代能保持抗虫性状的稳定遗传

D．转基因抗虫棉若表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异

解析：构建基因表达载体需要限制酶对目的基因和运载体切割，需要用DNA连接酶将目的基因和运载体连接，A正确；重组DNA分子中替换一个碱基对，由于密码子具有简并性，原有蛋白质可能不会发生改变，B正确；抗虫棉有性生殖因为基因重组，后代抗虫性状不一定能稳定遗传，C错误；转基因抗虫棉如果表现出抗虫性状说明基因重组成功，发生了可遗传的变异，D正确。

答案：C

4．(2019·北京朝阳模拟)关于PCR技术的叙述，正确的是(　　)

A．设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列

B．用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列

C．PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶

D．PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应

解析：设计扩增目的基因的引物时需要考虑目的基因的序列和自身的序列；PCR体系中要添加具有热稳定性的DNA聚合酶；PCR反应中温度的周期性改变是为了使DNA变性、复性，提高DNA聚合酶的活性。

答案：B

5．(2019·河北石家庄一中模拟)如图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程，相关叙述不正确的是   (　　)

A．A通常为受精卵，则通过②过程产生的转基因绵羊体细胞中都含有目的基因

B．通过①过程形成重组质粒只需要两种工具

C．转基因作物的培育属于无性生殖

D．通过①③过程产生的抗虫棉需要检验抗虫效果

解析：获得转基因动物，通常以受精卵作为受体细胞，含有目的基因的受精卵通过有丝分裂和细胞分化发育成转基因动物，A正确；通过①过程形成重组质粒需要限制酶、DNA连接酶、运载体(质粒)等工具，B错误；转基因作物的培育必须借助植物组织培养技术才能实现，属于无性生殖，C正确；通过①③过程产生的抗虫棉，还需要在个体水平上检验抗虫效果，D正确。

答案：B

6．(2019·天津红桥质检)利用细菌大量生产人类干扰素，下列叙述错误的是(　　)

A．用适当的酶对运载体与人类干扰素基因进行切割与连接

B．用适当的化学物质处理受体细菌表面，将重组DNA导入受体细菌  

C．通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌   

D．受体细菌内能合成人类干扰素说明目的基因完成了表达

解析：需要用限制酶对运载体与含有人类干扰素基因的DNA分子进行切割，并用DNA连接酶将两者连接形成重组DNA分子，A正确；将目的基因导入受体细菌时，需要细菌细胞处于感受态，即用CaCl2处理细菌细胞使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，B正确；通常通过检测目的基因产物来检验重组DNA是否表达，而用DNA分子杂交技术检测重组DNA是否已导入受体细菌，C错误；受体细菌内能合成人类干扰素，说明目的基因完成了表达，D正确。

答案：C

能力创新

7．(2019·河北石家庄二中模拟)蛋白质工程是新崛起的一项生物工程，下图示意蛋白质工程流程，图中A、B在遗传学上的过程及有关蛋白质工程的说法，正确的是    (　　)

A．转录和翻译　蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造

B．翻译和转录　蛋白质工程只能生产天然的蛋白质

C．翻译和转录　蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造

D．转录和翻译　蛋白质工程可以生产自然界原本不存在的蛋白质

解析：过程A表示以DNA的一条链为模板合成mRNA，在遗传学上称为转录；过程B表示以mRNA为模板合成多肽链，在遗传学上称为翻译；蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求，因此蛋白质工程可以生产自然界原本不存在的蛋白质，综上分析，A、B、C三项均错误，D项正确。

答案：D

8．(2017年高考·江苏卷)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多聚酶链式反应(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扩增过程示意图如下，请回答下列问题：

(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过________获得________用于PCR扩增。

(2)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________位点。设计引物时需要避免引物之间形成________，而造成引物自连。

(3)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。

(4)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。

(5)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：①升高退火温度　②降低退火温度　③重新设计引物)。

解析：(1)PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是mRNA经过逆转录获得的cDNA。(2)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)时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对。(3)根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤2为退火(复性)，步骤3为延伸，这三个步骤构成一个循环。(4)退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。因G、C之间的氢键数多于A、T之间的氢键数，故GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物等。

答案：(1)逆转录　cDNA

(2)限制性核酸内切酶　碱基互补配对　(3)变性

(4)引物与模板　GC含量高　(5)②③

9．(2017年高考·课标全国卷Ⅲ)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。

回答下列问题：

(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是________。

(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为________，加入了________作为合成DNA的原料。

(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。

①由图2可知：当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是__________________。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是________________。

 ②仅根据图1、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少________(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。

解析：(1)若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则转录出的mRNA上缺少起始密码子，故不能翻译出蛋白乙。(2)使用PCR技术获取DNA片段时，应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、4种脱氧核苷酸作为原料。(3)T淋巴细胞浓度之所以不再增加，是因为细胞间出现接触抑制，因此若要使T淋巴细胞继续增殖，需要对贴满瓶壁的细胞使用胰蛋白酶处理，然后分瓶培养，即细胞传代培养。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，以维持培养液的pH。据图分析，蛋白丙与对照接近说明B、D片段对于T淋巴细胞增殖不是非常重要，蛋白甲和乙对T淋巴细胞的增殖都有较大影响，甲、乙两种蛋白中共同的片段是C，所以缺少C片段会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。

答案：(1)编码乙的DNA序列起始端无ATG，转录出的mRNA无起始密码子

(2)模板　4种脱氧核苷酸

(3)①进行细胞传代培养　维持培养液的pH　②C

10．(2019·陕西西工大附中适应性训练)绞股蓝细胞中含有抗烟草花叶病毒(TMV)基因，可以合成一种抗TMV蛋白，叶片对TMV具有抗感染性。烟草是重要的经济作物，由于TMV的感染会导致大幅度减产。研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV的烟草，主要流程如图所示。

(1)科学家首先从绞股蓝细胞中提取抗TMV基因转录的RNA，然后合成目的基因。图中过程①表示______，获得的DNA必须在两侧添加________和______。

(2)过程③构建重组Ti质粒时，必须使用________和________两种工具酶。

(3)由图分析，在过程③构建的重组Ti质粒上应该含有卡那霉素抗性基因作为________，重组Ti质粒导入烟草体细胞的方法是__________________________。

(4)在过程⑤培养基中除含有卡那霉素及植物必需的各种营养成分外，还必须添加________，以保证受体细胞能培养成再生植株。

(5)过程⑥可采取________的方法，检测植株是否合成了抗TMV蛋白。在个体水平的鉴定过程中，可通过________的方法来确定植株是否具有抗性。

解析：(1)利用mRNA获得目的基因的方法是逆转录法，目的基因的两端要分别有启动子和终止子。(3)质粒上的抗性基因常用作标记基因。(5)常用抗原－抗体杂交的方法检测是否合成了特定的蛋白质；常用接种实验从个体水平上检测植株是否具有抗病性。

答案：(1)逆(反)转录　启动子　终止子

(2)限制性核酸内切酶(限制酶)　DNA连接酶

(3)标记基因　农杆菌转化法

(4)植物激素(生长素和细胞分裂素)

(5)抗原—抗体杂交　接种烟草花叶病毒

11．(2019·靖江模拟)许多大肠杆菌的质粒上含有lacZ基因，其编码的产物β－半乳糖苷酶在X－gal和IPTG存在的条件下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。基因工程中常利用该原理从导入质粒的受体细胞中筛选出真正导入重组质粒的细胞，过程如图所示。请据图回答下列问题：

(1)基因工程中，构建基因表达载体的目的是____________________________________________。

(2)限制酶EcoRⅠ的识别序列和切割位点是

—G↓AATTC—，SmaⅠ的识别序列和切割位点是

—CCC↓GGG—。图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是__________，连接过程中需要的基本工具是________。

(3)转化过程中，大肠杆菌应先用________处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。

(4)菌落颜色为白色的是________，原因是________。

(5)菌落③中的目的基因是否表达，可采用的检测办法是________。

解析：(1)基因工程中，构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用。(2)根据限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的识别序列、切割位点和图解判断，图中目的基因被切割下来和质粒连接之前，需在目的基因的右侧连接相应的末端，连接的末端序列是—TTAA，连接过程中需要的基本工具是DNA连接酶。(3)转化过程中，大肠杆菌应先用Ca2＋处理，使其处于能吸收周围DNA的状态。(4)由于lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出β－半乳糖苷酶，故菌落③为白色菌落。(5)可采用抗原—抗体杂交的办法检测菌落③中的目的基因是否表达。

答案：(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在，能遗传给后代，并表达和发挥作用

(2)—TTAA　DNA连接酶

(3)Ca2＋

(4)菌落③　lacZ标记基因区插入外源基因后被破坏，不能表达出β－半乳糖苷酶，故菌落为白色

(5)抗原—抗体杂交