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作业14　重组DNA技术的基本工具
(分值：100分)
第1～4题，每题5分；第5～12题，每题6分，共68分。
题组一　基因工程的概念和工具酶
1．玉米的PEPC酶固定CO2的能力较水稻的强60倍。我国科学家正致力于将玉米的PEPC基因导入水稻中，以提高水稻产量。下列有关该应用技术的叙述，不正确的是(　　)
A．该技术是在DNA水平上进行设计和施工的
B．该技术的操作环境是生物体内
C．该技术的原理是基因重组
D．该技术的优点是定向产生人类需要的生物类型
2．科学家把兔子血红蛋白基因导入大肠杆菌细胞中，在大肠杆菌细胞中合成了兔子的血红蛋白。下列关于这一先进技术的理论依据，不正确的是(　　)
A．所有生物共用一套遗传密码
B．基因能控制蛋白质的合成
C．兔子血红蛋白基因与大肠杆菌的DNA都是由四种脱氧核苷酸构成，都遵循相同的碱基互补配对原则
D．兔子与大肠杆菌有共同的原始祖先
3．据图所示，下列有关工具酶功能的叙述，不正确的是(　　)
A．限制性内切核酸酶可以切断a处
B．DNA聚合酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开
D．DNA连接酶可以连接c处
4．限制酶和DNA连接酶是基因工程的工具酶，下列有关说法正确的是(　　)
A．DNA连接酶能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段上形成磷酸二酯键
B．限制酶只能切割双链DNA片段，不能切割烟草花叶病毒的核酸
C．E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远高于T4 DNA连接酶
D．限制酶主要从原核生物中分离纯化而来，所以也能剪切自身的DNA
5．(2024·珠海高二期中)重组DNA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。下列相关叙述正确的是(　　)
A．限制酶主要是从病毒中分离纯化而来的
B．真核细胞中任意一个DNA片段都能被限制酶切割
C．被SmaⅠ酶切割后的DNA可以用T4 DNA连接酶连接
D．限制酶在外源DNA上切开一个切口暴露出一个游离的磷酸基团
6．甲、乙、丙三种限制酶均识别6个核苷酸序列，下列有关说法错误的是(　　)
A．甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的
B．甲、乙具有相同的黏性末端，可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能
C．DNA连接酶的作用位点是b处
D．切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段
题组二　“分子运输车”——载体
7．下列关于基因工程中载体的叙述，正确的是(　　)
A．载体是基因工程所需的三种工具酶之一
B．载体中必须有抗生素抗性基因
C．必须具有自我复制能力
D．具有一个至多个限制酶切割位点，以便目的基因的插入
8．(2023·秦皇岛高二期末)下列有关基因工程中载体的说法，正确的是(　　)
A．基因工程中使用的载体只有质粒
B．质粒是细胞质中能够自我复制的环状DNA分子
C．噬菌体可以作为动物基因工程的载体
D．天然质粒均可以直接作为载体将目的基因送入受体细胞
9．如表列举了几种限制酶的识别序列及其切割位点(箭头表示相关酶的切割位点)。如图是酶切后产生的几种末端。下列有关说法正确的是(　　)
A．BamHⅠ切割的是氢键，AluⅠ切割的是磷酸二酯键
B．Sau3AⅠ和BamHⅠ切割的序列产生的片段能够相连，连接后的片段还能被Sau3AⅠ切割
C．DNA连接酶能连接②⑤，不能连接②④
D．E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接①③，且二者连接效率相等
10．在噬菌体和宿主漫长的“军备竞赛”中，为抵御噬菌体的入侵，细菌进化出了多种系统进行防御，其中一类为“限制—修饰”系统，如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．该噬菌体侵染细菌的实验能说明噬菌体的遗传物质是DNA
B．细菌A的DNA序列可能不含限制酶的识别序列而使自身DNA得以保护
C．若极少数噬菌体发生了这种防御逃逸，噬菌体的DNA可能被甲基化修饰
D．发生了这种防御逃逸的噬菌体，对治疗具有多药耐药性的致病细菌引起的疾病是不利的
11．下列有关限制性内切核酸酶的叙述，错误的是(　　)
A．用限制酶酶切获得一个外源基因时得到两个切口，有4个磷酸二酯键被断开
B．限制酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大
C．—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端不能用DNA连接酶连接
D．只有用相同的限制酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒
12．如表为常用的限制性内切核酸酶(限制酶)及其识别序列和切割位点，由此推断以下说法，错误的是(　　)
限制酶名称 识别序列和切割位点 限制酶名称 识别序列和切割位点
BamHⅠ KpnⅠ
EcoRⅠ Sau3AⅠ
HindⅡ SmaⅠ
注：Y＝C或T，R＝A或G。
A．限制酶SmaⅠ切割后形成的末端可用T4 DNA连接酶连接
B．Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部
C．BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端
D．一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列
13．(14分)BamHⅠ和BclⅠ是两种限制酶，其识别序列及切割位点如表所示。探究下列问题：
限制酶 BamH Ⅰ Bcl Ⅰ
识别序列及切割位点
(1)限制酶_____________(填“能”或“不能”)切割原核细胞自身的DNA，推测其理由是_______________________________________________________________________________。
(2)若某链状DNA分子中含有两个BamHⅠ的识别序列，该DNA分子将被切成________个片段，共断裂________个磷酸二酯键。
(3)请画出BclⅠ切割后产生的末端。
(4)BamHⅠ和BclⅠ切割后产生的黏性末端______(填“能”或“不能”)被DNA连接酶连接，理由是______________________________________________________________________。
14．(每空3分，共18分)(2021·全国乙，38节选)用重组DNA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。在此过程中要使用多种工具酶，其中4种限制性内切核酸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，题图中________________酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接，题图中_____________________________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)重组DNA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______________；质粒DNA分子上有________________________，便于外源DNA的插入；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_____________________________________________。
答案精析
1．B　[由题意可知，该应用技术为基因工程，是在生物体外进行的操作。]
2．D　[题干表述的是目的基因导入受体细胞并得以表达的过程，目的基因在不同生物细胞中能够表达出相同的蛋白质，说明控制其合成的mRNA上的密码子是共用的，相同的密码子决定相同的氨基酸，A正确；基因通过转录获得mRNA，进而控制蛋白质的合成，B正确；基因通常是有遗传效应的DNA片段，只要是双链DNA都遵循碱基互补配对原则，其组成原料都是四种脱氧核苷酸，C正确；生物之间是否有共同的原始祖先与转基因技术之间没有必然关系，D错误。]
3．D　[限制酶可以切断脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，即a处，A正确；DNA聚合酶可以连接脱氧核苷酸形成磷酸二酯键，即a处，B正确；解旋酶可以使氢键断裂，即b处，C正确；DNA连接酶可以连接DNA片段形成磷酸二酯键，即a处，D错误。]
4．B　[DNA连接酶连接的是两个DNA片段，A错误；限制酶只能切割DNA分子，烟草花叶病毒的核酸是RNA，限制酶不能切割，B正确；E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶，C错误；限制酶主要从原核生物中分离纯化而来，但是不会剪切自身的DNA，D错误。]
5．C　[限制酶主要是从原核生物中分离纯化而来的，A错误；限制酶需要识别特定的核苷酸序列进行切割，并非任意一个DNA片段都能被限制酶切割，B错误；被SmaⅠ酶切割后的DNA片段为平末端，T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端，又可以连接平末端，C正确；限制酶在外源DNA上切开一个切口暴露出两个游离的磷酸基团，D错误。]
6．C　[DNA连接酶可以恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键，而b处是氢键，C错误。]
7．D　[载体是基因工程必需的工具之一，但载体不属于工具酶，A错误；载体中必须有标记基因，但不一定是抗生素抗性基因，B错误；载体应具备自我复制的能力，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制，C错误。]
8．B　[基因工程中常用的载体是质粒，此外还有噬菌体、动植物病毒等，A错误；噬菌体是专门寄生在细菌等微生物体内的病毒，不可以作为动物基因工程的载体，C错误；天然质粒往往不能直接作为载体，要根据不同的目的和需求进行人工改造，D错误。]
9．B　[BamH Ⅰ与Alu Ⅰ切割的均是磷酸二酯键，A错误；BamH Ⅰ切割，Sau3A Ⅰ切割，故二者切割后产生的黏性末端是相同的，因此二者切割后产生的黏性末端能够相连，连接后的片段能被Sau3A Ⅰ 切割，B正确；②⑤的黏性末端相同，②④的黏性末端也相同，因此DNA连接酶能连接②⑤，也能连接②④，C错误；图中①③属于平末端，E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶，D错误。]
10．D　[细菌的限制—修饰作用使侵入的外源DNA被切割，使噬菌体失去繁殖能力，说明了噬菌体的遗传物质是DNA，A正确；发生了这种防御逃逸的噬菌体能侵染细菌，因而可用于治疗具有多药耐药性的致病细菌引起的疾病，D错误。]
11．D　[—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端不同，分别为—CATG和—CTAG，因此不能用DNA连接酶连接，C正确；用不同的限制酶处理含目的基因的DNA片段和质粒，若产生的黏性末端相同，则也能形成重组质粒，D错误。]
12．D　[一种限制酶只能识别特定的脱氧核苷酸序列，并在特定位点切割DNA分子，并非只能识别一种核苷酸序列，如表格中限制酶HindⅡ识别的核苷酸序列不止一种，D错误。]
13．(1)不能　原核细胞DNA中不存在限制酶的识别序列或能被识别的序列被修饰了　(2)3　4　(3)　(4)能　二者切割后产生的黏性末端相同
解析　(2)若某链状DNA分子中含有两个BamHⅠ的识别序列，若用限制酶BamHⅠ识别并切割，则该DNA分子将被切成3个片段，每切割一次会断裂2个磷酸二酯键，共断裂4个磷酸二酯键。
14．(1)EcoRⅠ、PstⅠ　EcoRⅠ、PstⅠ、SmaⅠ和EcoRⅤ　(2)磷酸二酯键　(3)自我复制　一个至多个限制酶的切割位点　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
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，而T4 DNA连接酶来源于T4噬菌体，这两类酶都能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键，但E.coli DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要远远低于T4 DNA连接酶。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，常作为基因工程中的载体，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酶的切割位点，便于外源DNA的插入。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。作业15　目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建
(分值：100分)
第1～6题，每题5分；第7～13题，每题6分，共72分。
题组一　目的基因的筛选与获取
1．下列关于PCR技术的叙述，正确的是(　　)
A．PCR技术建立在对扩增的目的基因序列完全已知的基础上
B．该技术需要解旋酶和耐高温的DNA聚合酶
C．该技术需要一对特异性的引物，要求一对引物的序列是互补的
D．该技术应用DNA半保留复制原理，也需要模板、原料、能量、酶等条件
2．用PCR扩增下面的DNA片段：
5′GACCTGTGGAAGC……CATACGGGATTG3′
3′CTGGACACCTTCG……GTATGCCCTAAC5′
供选择的引物有：
①5′GACCTGTGGAAGC3′
②5′CATACGGGATTG3′
③5′GTATGCCCTAAC3′
④5′CAATCCCGTATG3′
共四种，应选择(　　)
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
3．(2023·邢台高二月考)用PCR技术特异性地拷贝“X基因”，经四轮循环后产物中有五种不同的DNA分子。下列有关叙述错误的是(　　)
A．第一轮循环得到2个DNA分子，即①②各一个
B．第二轮循环得到4个DNA分子，即①②③④各一个
C．第三轮循环得到8个DNA分子，其中有2个是等长的，也就是有2个⑤
D．第四轮循环得到16个DNA分子，其中有4个⑤
4．(2024·福州高二调研)PCR引物的3′端为结合模板DNA的关键碱基，5′端无严格限制，可用于添加限制酶切点等序列。下列叙述正确的是(　　)
A．该图表示PCR循环中的变性环节
B．PCR第四次循环要消耗15对引物
C．耐高温的DNA聚合酶催化相邻的两个游离的脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键
D．用图中引物扩增两个循环后即可获得添加限制酶切点的目的产物
5．RT－PCR是以提取的RNA为模板，经逆转录获得与之互补的DNA(cDNA)序列，再以cDNA序列为模板进行目的片段的扩增，具体过程如图所示。下列有关RT－PCR的叙述，正确的是(　　)
A．过程1需要使用耐高温的DNA聚合酶
B．过程2中的引物B可与mRNA互补配对
C．游离的脱氧核苷酸只能加到引物的5′端
D．RT－PCR可用于对RNA病毒的检测与鉴定
题组二　基因表达载体的构建
6．下列关于基因表达载体的说法，不正确的是(　　)
A．基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤
B．基因表达载体包含启动子、目的基因、终止子、标记基因等
C．终止子位于目的基因的下游，能够终止翻译过程
D．不同的目的基因所需的启动子不一定相同
7．(2023·保定高二阶段考)科学家利用质粒(如图)成功构建了蛛丝蛋白基因的重组质粒，并在家蚕丝腺细胞中获得大量蛛丝蛋白。下列有关说法错误的是(　　)
A．为防止目的基因自身环化，可以用限制酶XbaⅠ和SacⅠ来切割目的基因
B．构建基因表达载体时选用蚕丝蛋白基因的启动子利于基因在家蚕丝腺细胞中表达
C．启动子是DNA聚合酶的识别和结合部位，可以驱动遗传信息的转录
D．基因表达载体中的标记基因可以用来鉴别与选择含有蛛丝蛋白基因的受体细胞
8．(2023·南通高二期中)如图表示pBR322质粒和人生长激素基因所在片段的结构信息，将二者构建的重组质粒导入受体菌并进行筛选。下列有关叙述正确的是(　　)
注：AmpR为氨苄青霉素抗性基因，TetR为四环素抗性基因。
A．可选择的限制酶组合是酶E和酶G
B．所选用的受体菌不能含有AmpR和TetR基因
C．用含氨苄青霉素的培养基就能筛选出含重组质粒的受体菌
D．同时用三种限制酶处理图中质粒，电泳后可得到3个条带
9．当目的基因和质粒都用Hind Ⅲ处理、连接后，目的基因可能正向插入载体，也可能反向插入载体，为判断目的基因的插入方向，可使用限制酶处理，并进行电泳检测(如图)。下列选项中能判断目的基因插入方向的限制酶是(　　)
注：EcoRⅠ、BamHⅠ和Hind Ⅲ的识别序列、切割位点均不同，数字表示相邻两个限制酶切点之间的碱基对数(bp)，质粒全长20 000 bp。
A．Hind Ⅲ B．EcoRⅠ
C．BamHⅠ D．EcoRⅠ和HindⅢ
10．研究人员用如图1中质粒和图2中含目的基因的片段构建重组质粒(图中标注了相关限制酶切割位点)，将重组质粒导入大肠杆菌后进行筛选及PCR鉴定。下列叙述不正确的是(　　)
A．构建重组质粒的过程应选用BclⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶
B．使用DNA连接酶将酶切后的质粒和目的基因片段进行重组
C．能在添加四环素的培养基上生存的一定是含有重组质粒的大肠杆菌
D．利用PCR鉴定含目的基因的大肠杆菌时应选用引物甲和引物丙
11．(2023·焦作高二期末)下列有关PCR的叙述，正确的是(　　)
A．PCR的原理是DNA半保留复制，解旋和复制是同时进行的
B．PCR的过程主要包括变性→延伸→复性，温度逐渐降低
C．PCR技术扩增时，一个DNA分子经过n轮复制共需引物2n对
D．常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物
12．聚合酶链式反应(PCR)是一种用于扩增特定DNA片段的分子生物学技术。下列关于PCR引物的叙述，错误的是(　　)
A．为保证模板链与引物结合的效率，两种引物之间尽量避免存在互补序列
B．为了便于将扩增的DNA片段与载体连接，可在引物的3′端加上限制酶识别序列
C．在两种引物上设计加入不同的限制酶识别序列，主要目的是使目的基因定向插入载体并可避免目的基因自身环化
D．复性所需的温度、时长和延伸所需的温度、时长均与引物有关
13．科研人员想利用发绿色荧光的大肠杆菌来快捷检测出水中的毒物，将毒物诱导型启动子S插入图示质粒的P区，构建基因表达载体前需要利用PCR技术扩增启动子S。据图分析，下列叙述不正确的是(　　)
A．扩增启动子S时，所用引物Ⅰ上最好有限制酶XhoⅠ的识别序列
B．若该重组质粒能在大肠杆菌中稳定遗传，则图示质粒还应有复制原点
C．为了便于筛选，所选用大肠杆菌原本不能具有抗氨苄青霉素的特性
D．启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，两者的结合不受外因影响
14．(14分)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反应中不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是______________________。
(3)含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲基化酶，这两种酶对DNA分子有相同的作用序列，但具有不同的催化功能。甲基化酶可以对DNA序列进行修饰，使限制酶不能对这一序列进行识别和切割。含有某种限制酶的细胞，可以利用限制酶切割外源DNA，但不破坏细胞自身的DNA，其原因可能有：①___________________________________________________；②_____________________________________________________________________________。
(4)利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性(90 ℃以上)、低温复性(50 ℃左右)、适温延伸(72 ℃左右)三个步骤构成一个循环，为使得DNA聚合酶能够重复利用，选用的酶应在__________________________处理后仍然具备催化活性。
15．(14分)某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，同时还含有四环素抗性基因和氨苄青霉素抗性基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如图1所示，请回答下列问题：
(1)将抗盐基因导入烟草细胞内，使烟草植株产生抗盐性状，这种新性状(变异性状)的来源属于____________。
(2)如果将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能________，也不能_____________________________________________。
(3)在构建重组质粒时，应选用__________________两种酶对质粒和含抗盐基因的DNA进行切割，以保证重组DNA序列的唯一性。
(4)如图2表示运用影印培养法(使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法)检测基因表达载体是否导入了农杆菌。
培养基除了含有细菌生长繁殖必需的成分外，培养基A和培养基B分别还含有____________、____________。从检测筛选的结果分析，含有目的基因的是____________(填图2中的数字)菌落中的细菌。
答案精析
1．D　[PCR技术扩增的目的基因序列不一定完全是已知的，A错误；该技术是通过高温来使DNA解旋的，不需要解旋酶，B错误；该技术需要的一对引物，分别能与模板DNA的两条链进行碱基互补配对，其序列不是互补的，C错误。]
2．D　[用PCR扩增DNA片段的过程中，在引物作用下，DNA聚合酶从引物3′端开始延伸DNA链，即DNA的合成方向是从子链的5′端至3′端延伸的，故引物的碱基序列应与每条模板链5′端的一段核苷酸链的碱基序列相同，即应以模板链5′端的一段脱氧核苷酸单链片段作为引物；由题干信息分析可知，5′端的碱基序列是5′GACCTGTGGAAGC和5′CAATCCCGTATG，故对应的引物为①④，D正确。]
3．D　[第四轮循环得到的16个DNA分子中，两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段有24－2×4＝8(个)，即有8个⑤，D错误。]
4．D　[该图表示PCR循环中的复性环节，A错误；PCR第四次循环要消耗8对引物，B错误；耐高温的DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到已有的DNA片段上，C错误。]
5．D　[过程1是由mRNA形成单链DNA的过程，为逆转录，该过程需要逆转录酶，A错误；过程2中的引物B可与cDNA互补配对，而mRNA与cDNA碱基互补配对，则引物B和mRNA除碱基T和U的区别外，其余序列相同，不能互补配对，B错误；游离的脱氧核苷酸只能加到引物的3′端，C错误；利用RT－PCR技术对某些微量RNA病毒进行检测，并可提高检测的灵敏度(因为增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量，因此便于检测)，D正确。]
6．C　[基因表达载体包括启动子、终止子、目的基因、标记基因等，其中启动子位于目的基因的上游，是启动转录的一段DNA片段，终止子位于目的基因的下游，能够终止转录过程，B正确，C错误；不同的目的基因具有不同的核苷酸序列，其启动子也不尽相同，D正确。]
7．C　[启动子是RNA聚合酶的识别和结合部位，C错误。]
8．B　[酶E会破坏质粒上的两种标记基因，为避免切割后DNA片段的自身环化，又保留质粒上的标记基因，切割时应选择的限制酶组合是酶F和酶G，A错误；重组质粒上的TetR基因被破坏，而重组质粒上的AmpR基因能表达，用含氨苄青霉素的培养基筛选出的有导入重组质粒的受体菌和导入普通质粒的受体菌，C错误；据题图可知，因酶E有两个作用位点，同时用三种限制酶处理图中质粒，能将质粒切割成4个DNA片段，电泳后可得到4个条带，D错误。]
9．B　[由题图分析可知，图中质粒用限制酶EcoRⅠ处理，并进行电泳后，正向插入的质粒切割后会出现的DNA片段为：1 000＋2 000＋5 000＝8 000 (bp)和5 000＋4 000＋3 000＝12 000 (bp)，而反向插入的质粒切割后会出现的DNA片段为：1 000＋2 000＋4 000＝7 000 (bp)和5 000＋3 000＋5 000＝13 000 (bp)，因此正向插入和反向插入用限制酶EcoRⅠ处理电泳后得到的DNA片段大小不同，可以判断目的基因的插入方向，B正确。]
10．C　[选择的限制酶应在目的基因两端存在识别位点，但BamH Ⅰ可能使质粒中的两种标记基因都被破坏，因此只能选Bcl Ⅰ和Hind Ⅲ两种限制酶切割，A正确；酶切后的质粒和目的基因片段要用DNA连接酶连接，构建重组载体，B正确；能在添加四环素的培养基上生存的也可能是只含有质粒的大肠杆菌，C错误；PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合，沿相反的方向合成子链，故所用的引物组成为图2中引物甲和引物丙，D正确。]
11．D　[PCR的原理是DNA半保留复制，PCR技术是在较高温度条件下打开双链后进行扩增的，是先解旋后复制，A错误；PCR的过程主要包括高温变性→低温复性→中温延伸，可见该过程中温度不是逐渐降低，B错误；PCR技术扩增时，一个DNA分子经过n轮复制共需引物2n－1对，C错误。]
12．B　[引物自身不应存在互补序列，否则会出现引物与自身配对、引物跟引物配对的情况，降低PCR的效率，A正确；引物引导子链合成的方向是5′端→3′端，因此为了便于扩增的DNA片段与载体连接，需要在引物的5′端加上限制酶识别序列，B错误；为了便于扩增的DNA片段与载体连接，常在两条引物上设计加入不同的限制酶识别序列，主要目的是使目的基因能定向插入表达载体，避免目的基因自身环化，C正确；复性所需的温度、时长和延伸所需的温度、时长均与引物有关，如引物中G与C含量高，需要设定更高的复性和延伸温度，D正确。]
13．D　[启动子S是毒物诱导型启动子，说明RNA聚合酶与启动子的结合受外界因素的影响，D错误。]
14．(1)解旋酶　加热至90 ℃以上　氢键　(2)大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活　(3)①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列　②甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰　(4)90 ℃以上高温
15．(1)基因重组　(2)复制　表达(或合成抗盐基因的mRNA)　(3)SalⅠ和HindⅢ　(4)氨苄青霉素　四环素(或氨苄青霉素和四环素)　4和6作业16　将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定
(分值：100分)
第1～9题，每题6分；第10～11题，每题7分，共68分。
题组一　将目的基因导入受体细胞
1．(2024·广元高二期中)我国科学家在进行抗虫棉的培育过程中独创了“花粉管通道法”，该方法有多种操作方式。如图表示花粉管通道法介导植物基因转移。下列相关说法错误的是(　　)
A．相比于农杆菌转化法，花粉管通道法还适用于玉米等单子叶植物的转基因培育
B．相比于农杆菌转化法，花粉管通道法省去了植物组织培养这一操作
C．花粉管通道法的操作方式还可以用微量注射器将含目的基因的DNA溶液直接注入子房中
D．外源DNA不需要构建基因表达载体，就能借助花粉管通道进入受体细胞并表达
2．(2023·常州高二检测)下列关于将目的基因导入受体细胞的叙述，错误的是(　　)
A．用一定浓度的CaCl2溶液处理大肠杆菌，以改变大肠杆菌细胞的生理状态
B．将目的基因转入微生物细胞常用显微注射技术
C．对于动物来说，受体细胞一般是受精卵
D．通过基因工程大量获得胰岛素时，受体细胞选择酵母菌比大肠杆菌更有优势
题组二　目的基因的检测与鉴定
3．(2024·洛阳高二期中)科学家将苏云金杆菌中的Bt基因(抗虫基因)利用农杆菌转化法导入棉花的愈伤组织细胞，并进行组织培养获得棉花植株。下列相关检测方法与结果的分析错误的是(　　)
A．提取棉花细胞核DNA，利用PCR技术检测Bt基因是否插入T－DNA上
B．提取棉花细胞中的RNA，利用PCR技术检测Bt基因是否转录出了mRNA
C．提取棉花细胞中的蛋白质，利用抗原—抗体杂交技术检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白
D．用棉花的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予棉花抗虫特性以及抗性程度
4．目的基因导入受体细胞后，需要检测目的基因是否可以维持稳定和表达其遗传特性。下列关于目的基因的检测和鉴定的叙述，正确的是(　　)
A．目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是能否转录出mRNA
B．可采用PCR检测目的基因是否转录和翻译
C．可从转基因生物中提取蛋白质来检测目的基因是否翻译成相应蛋白质
D．抗虫、抗病检验用于确定转基因生物是否具备相关性状属于分子水平的检测
题组三　基因工程基本操作程序
5．下列叙述不正确的是(　　)
A．启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游
B．在基因工程的基本步骤中，不需要进行碱基互补配对的是将目的基因导入受体细胞
C．细菌常常用作基因工程的受体细胞，主要原因是繁殖速度快
D．某医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛，可以想象这头牛发生了基因突变
6．科学家将人的生长激素基因与某种细菌(不含抗生素抗性基因)的DNA分子进行重组，并成功地在该细菌中得以表达(如图)。下列相关叙述错误的是(　　)
A．过程①合成人生长激素基因的过程需要用到逆转录酶
B．过程③是将重组质粒溶于缓冲液后与经Ca2＋处理的细菌B混合
C．成功导入了重组质粒的细菌B在含有氨苄青霉素的培养基上不能生长
D．可采用抗原—抗体杂交技术检测工程菌中生长激素基因是否成功表达
7．下列叙述正确的是(　　)
A．欲培育出在肝细胞特异性表达目的基因的转基因小鼠，需将基因表达载体导入小鼠肝细胞
B．PCR扩增目的基因需设计特异性的引物
C．构建基因表达载体需要限制酶和RNA聚合酶
D．通过PCR检测目的基因是否完成表达
8．科研人员利用农杆菌转化法将水稻的耐低磷基因OsPTF转移到大豆植株中，获得转基因大豆。如图为重组Ti质粒上T－DNA的序列结构示意图。下列相关叙述错误的是(　　)
A．通过PCR扩增获得大量OsPTF基因时需要了解该基因的全部序列
B．RNA聚合酶识别到终止子后，会使转录过程停止
C．可通过含除草剂的选择培养基筛选含有目的基因的大豆愈伤组织
D．用图中所示两种限制酶切割重组Ti质粒后，至少得到两条不同长度的片段
9．α1-抗胰蛋白酶缺乏症是北美常见的一种单基因遗传病，患者成年后会出现肺气肿及其他疾病，严重者甚至死亡。利用基因工程技术将控制该酶合成的基因导入羊的受精卵，最终培育出能在乳腺细胞表达人α1-抗胰蛋白酶的转基因羊，从而更容易获得这种酶。下列关于该过程的叙述中，错误的是(　　)
A．载体上绿色荧光蛋白基因(GFP基因)的作用是便于筛选含有目的基因的受体细胞
B．将目的基因导入羊受精卵中，可以使用显微注射技术
C．培养出的转基因羊的所有细胞中都含有该目的基因，故该羊有性生殖产生的后代也都能产生α1-抗胰蛋白酶
D．转基因母羊乳腺细胞中α1-抗胰蛋白酶基因才会得以表达，因此可以从乳汁中提取α1-抗胰蛋白酶
10．如图是利用转基因技术培育新品种植物的部分操作程序，下列相关叙述错误的是(　　)
A．过程①需使用不同的限制酶切割
B．过程②可用T4 DNA连接酶连接
C．过程③需采用农杆菌转化法介导
D．过程④需采用选择性培养基进行筛选
11．(2024·北京海淀区高二期末)双向启动子可同时结合两个RNA聚合酶来驱动下游基因的表达，研究人员构建了如图所示的基因表达载体，以检测双向启动子作用效果。下列分析不正确的是(　　)
A．可用农杆菌转化法将含目的基因的T－DNA导入植物细胞
B．为连入GUS基因，需用SalⅠ和SphⅠ酶切已整合了双向启动子及LUC基因的质粒
C．在培养基中添加潮霉素可筛选出导入T－DNA的植物细胞
D．可通过观察是否出现荧光和蓝色物质确认双向启动子的作用
12．(14分)科学家通过基因工程技术，将苏云金杆菌的Bt抗虫蛋白基因转入到普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其大致过程如图所示。
(1)用Ti质粒作为载体，是因为Ti质粒上有____________，它能将Bt抗虫蛋白基因整合到棉花细胞的____________________上。
(2)将Bt抗虫蛋白基因导入棉花细胞内采用的方法是____________________。将基因表达载体转入农杆菌，首先必须用________处理农杆菌，目的是______________________________。
(3)检测Bt抗虫蛋白基因在抗虫棉中是否成功表达，在分子水平上的检测方法是___________；要确定抗虫棉是否具有抗虫特性，还需要进行____________水平的鉴定。
13．(每空3分，共18分)(2023·山东，25)科研人员构建了可表达J－V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中V5编码序列表达标签短肽V5。
(1)与图甲中启动子结合的酶是__________________。除图甲中标出的结构外，作为载体，质粒还需具备的结构有__________________________________________(答出2个结构即可)。
(2)构建重组质粒后，为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物______________。已知J基因转录的模板链位于b链，由此可知引物F1与图甲中J基因的________(填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。
(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平，结果如图乙所示。其中，出现条带1证明细胞内表达了____________，条带2所检出的蛋白________(填“是”或“不是”)由重组质粒上的J基因表达的。
答案精析
1．D　[花粉管通道法可以直接实现转基因植物的自然生成，相比于农杆菌转化法，花粉管通道法省去了植物组织培养这一操作，B正确；要让目的基因进入受体细胞后能稳定存在并表达和发挥作用，不管采用什么导入方法，都需要构建基因表达载体才能实现，D错误。]
2．B　[将目的基因转入动物细胞常用显微注射技术，将目的基因转入微生物细胞常用Ca2＋处理法，B错误。]
3．A　[提取棉花细胞核DNA，利用PCR技术检测Bt基因是否插入棉花的染色体DNA上，A错误。]
4．C　[目的基因导入受体细胞后，首先要检测转基因生物(染色体)DNA上是否插入了目的基因，这是目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键，A错误；PCR可用于检测目的基因是否转录，检测目的基因是否翻译用抗原—抗体杂交技术，B错误；抗虫、抗病检验用于确定转基因生物是否具备相关性状属于个体生物学水平的鉴定，D错误。]
5．D　[某医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛，这头牛发生了基因重组，D错误。]
6．C　[成功导入了重组质粒的细菌B，因目的基因插入质粒后，破坏了四环素抗性基因，所以在含有四环素的培养基上不能生长，在含氨苄青霉素的培养基上能生长，C错误。]
7．B　[将基因表达载体导入小鼠受精卵以获得转基因小鼠，A错误；构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，C错误；检测目的基因是否完成表达常用抗原—抗体杂交技术，D错误。]
8．A　[通过PCR扩增目的基因时，不需要知道目的基因全部的碱基序列，只需要知道目的基因的部分碱基序列，以便合成引物，A错误；Ti质粒为环状DNA分子，若重组质粒上只含有图中所示的两个限制酶的识别位点，那么用这两种限制酶切割该质粒后，可以得到两条不同长度的片段，若重组质粒上其他位置还有这两种限制酶的识别位点，则可以得到不止两种不同长度的DNA片段，D正确。]
9．C　[转基因羊有性生殖产生的后代会发生性状分离，产生的后代可能没有目的基因，也就不能产生α1-抗胰蛋白酶，C错误。]
10．C　[过程②是目的基因表达载体的构建过程，由题图可知，该过程既要连接黏性末端又要连接平末端，因此该过程中可用T4 DNA连接酶连接，B正确；过程③是将重组质粒导入农杆菌的过程，该过程可以用钙离子处理使农杆菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，C错误。]
11．B　[如果用SphⅠ酶切已整合了双向启动子及LUC基因的质粒，会破坏LUC基因，B错误；Ti质粒的T－DNA能整合到受体细胞的染色体DNA上，图中两个标记基因中潮霉素抗性基因位于T－DNA上，在培养基中添加潮霉素可筛选出导入T－DNA的植物细胞，C正确。]
12．(1)T－DNA　染色体DNA　(2)农杆菌转化法　Ca2＋　使农杆菌细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态　(3)抗原—抗体杂交技术　个体生物学
13．(1)RNA聚合酶　复制原点、标记基因、限制酶切割位点等
(2)F1和R2(或F2和R1)　a链　(3)J－V5融合蛋白　不是
解析　(1)启动子位于基因的上游，是RNA聚合酶识别和结合的部位。作为载体必须具备的条件为要具有限制酶的切割位点；要有标记基因(如抗性基因)，以便于重组DNA分子的筛选；能在宿主细胞中稳定存在并复制；是安全的，对受体细胞无害，而且要易从供体细胞分离出来。图中甲有启动子和终止子等，因此质粒还需具备的结构有复制原点、标记基因、限制酶的切割位点等。(2)据图甲可知，引物F1与R2或F2与R1结合部位包含J基因的碱基序列，因此推测为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行PCR检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物F1和R2或F2和R1。b链是模板链，而根据图上启动子和终止子的位置可知，转录方向是从左向右，对应的模板链方向应该是3′端→5′端，非模板链(a链)是5′端→3′端；考虑到DNA复制的方向是子链的5′端→3′端，引物延伸的方向也是5′端→3′端，所以引物结合的单链延伸方向是3′端→5′端；图中F1是前引物，在左侧，所以其配对的单链是3′端→5′端的b链，故其序列应该与a链相应部分的序列相同。(3)据图乙可知，用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测，均出现条带1，说明条带1是J－V5融合蛋白。抗J蛋白抗体检测出现条带2，抗V5抗体检测不出现条带2，说明条带2所检出的蛋白不是由重组质粒上的J基因表达的。作业17　基因工程的应用
(分值：100分)
第1～11题，每题6分，共66分。
题组一　基因工程在农牧业方面的应用
1．下列说法正确的是(　　)
A．基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒
B．动物基因工程的应用是培育体型巨大、品质优良的珍稀动物
C．基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物
D．科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物体中，以提高氨基酸的含量
2．(2024·晋城高二调研)下列有关基因工程在农牧业方面应用的叙述，错误的是(　　)
A．将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗病植物
B．将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物
C．植物基因工程通常涉及基因工程、植物组织培养等技术
D．将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖不耐受问题
3．SOD是一种抗氧化酶，它能将O转化成H2O2，增强植物的抗逆性。如图为培育农作物新品种的一种方式。下列有关叙述正确的是(　　)
A．过程①可以用动物病毒作为载体
B．从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因，说明该基因工程成功了
C．新品种的获得属于可遗传的变异，可能将抗逆性状遗传给子代
D．基因工程又叫重组DNA技术，所用工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
4．科研人员将野生大豆GsSAMS基因(S－腺苷甲硫氨酸合成酶基因)导入水稻，获得转基因株系，与野生型相比转基因水稻的盐碱胁迫耐受性明显提高。下列有关说法错误的是(　　)
A．推测GsSAMS基因会阻碍植物渗透调节过程相关基因的表达
B．培育转基因水稻的核心工作是过程①构建基因表达载体
C．导入基因表达载体可采用过程②③农杆菌转化法侵染水稻愈伤组织
D．过程④依据植物细胞的全能性原理
题组二　基因工程在医药卫生及食品工业方面的应用
5．基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是(　　)
A．制造能降解石油的“超级细菌”
B．利用乳腺生物反应器生产药物
C．从大肠杆菌细胞内获得干扰素
D．培育青霉菌并从中提取青霉素
6．人抗凝血酶Ⅲ由人体肝细胞产生，具有抗凝血、防血栓的作用。研究人员通过培育山羊乳腺生物反应器大量生产人抗凝血酶Ⅲ。下列相关叙述正确的是(　　)
A．目的基因的上游需连接山羊乳腺中特异表达的基因的启动子
B．在该转基因山羊中，人抗凝血酶Ⅲ基因只存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
C．用显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞来获得转基因动物
D．若用大肠杆菌作为受体细胞也能获得活性高的人抗凝血酶Ⅲ
7．从转基因牛、羊乳汁中提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。如果将药用蛋白基因转入动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，从转基因牛、羊尿液中提取药物比从乳汁中提取药物的更大优越性在于(　　)
A．技术简单
B．膀胱上皮细胞容易表达药用蛋白
C．膀胱上皮细胞全能性较高
D．无论是雌性还是雄性个体，在任何发育时期都可以产生所需药物
8．(2024·西宁高二期中)科学家利用基因工程培育出了能产生乙肝病毒蛋白质的西红柿，被称之为“乙肝疫苗西红柿”。具体操作是：将乙肝抗原基因M导入农杆菌，然后利用农杆菌将M导入西红柿细胞。实验显示小白鼠连续五周吃这样的西红柿，体内产生了抗乙肝病毒的抗体，下列叙述错误的(　　)
A．用PCR技术对M基因进行扩增，需要两种引物
B．含M的重组Ti质粒导入农杆菌之前，需要用Ca2＋处理农杆菌
C．含M的重组Ti质粒进入西红柿细胞中后会插入到西红柿染色体DNA上
D．因为加热会破坏有效蛋白，“乙肝疫苗西红柿”需要生吃
9．(2024·六安高二期中)为使玉米获得抗除草剂性状，科研人员进行了相关操作(如图所示)。含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，其正确表达产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中愈伤组织表面常残留农杆菌，可能会导致未被转化的愈伤组织在含除草剂的培养基中生长。下列叙述正确的是(　　)
A．T－DNA可将基因G转移并整合到农杆菌细胞的染色体DNA上
B．利用无色物质K和氨苄青霉素进行筛选1，可以获得农杆菌的蓝色菌落
C．利用无色物质K和除草剂进行筛选2，更易获得抗除草剂的转基因植株
D．构建基因表达载体时用两种限制酶就可防止酶切产物自身环化
10．如图是科研人员利用乙烯形成酶的反义基因，通过转基因技术获得耐储存的转基因番茄的过程。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．该转基因技术所用的目的基因是乙烯形成酶基因
B．乙烯形成酶的反义基因与乙烯形成酶基因的区别是转录的模板链不同
C．由图可知，过程⑤依据的原理是碱基互补配对原则
D．转基因番茄中乙烯含量低的原因可能是乙烯形成酶基因的翻译过程受阻
11．如图是利用猪唾液腺生产大量高纯度人神经生长因子(hNGF)的流程图，下列相关说法错误的是(　　)
A．人hNGF基因需与唾液淀粉酶基因的启动子等重组后再导入猪成纤维细胞A
B．人hNGF基因导入猪成纤维细胞A可以采用显微注射的方法
C．为确保操作成功，需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂
D．猪唾液腺作为生物反应器具有不受性别限制的特点
12．(22分)如图为利用生物技术获得生物新品种的过程，据图回答下列问题：
(1)在基因工程中，A表示目的基因，如果直接从苏云金杆菌中获得抗虫基因，①过程使用的酶是________________；B表示构建的基因表达载体，其组成除了目的基因外，还必须有启动子、终止子、复制原点以及________________等，其中启动子是________________酶识别和结合的部位。
(2)B→C为转基因绵羊的培育过程，其中②过程常用的方法是________________，使用的绵羊受体细胞为________________，④过程用到的生物技术主要有动物细胞培养和____________。若转基因绵羊可通过分泌的乳汁来生产人类蛋白质，在基因表达载体中，目的基因的首端必须含有__________________________________________，这种转基因动物被称为______________。
(3)B→D为转基因抗虫棉的培育过程，其中③过程常用的方法是________________，若使用的棉花受体细胞为体细胞，⑤表示的生物技术是____________________。要确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，检测目的基因是否转录出了mRNA的方法是________________。
13．(12分)(2022·广东，22)“绿水逶迤去，青山相向开。”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业)为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。回答下列问题：
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对______，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因组合表达库，经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是_____________________________________________________________________，终止子的作用是_________________________________________________________________。
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，出现了生长迟缓的现象，推测其原因可能是__________________________________________________________________________，此外丙酮的积累会伤害细胞，需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术，实现了______________，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术的优势在于_________________________________________，具有广泛的应用前景和良好的社会效益。
答案精析
1．C　[用基因工程培育的抗虫植物能抗虫，不能抗病毒，A错误；基因工程在畜牧业上的应用主要是提高动物生长速率、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物，B错误；基因工程能将一些相关基因导入作物中，可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物，C正确；科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质的相关基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量，D错误。]
2．D　[肠乳糖酶的化学本质是蛋白质，会在消化道中被分解而失效，基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，不能解决人的乳糖不耐受问题，可以将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响，从而解决人的乳糖不耐受问题，D错误。]
3．C　[病毒的寄生具有专一性，所以过程①不能用动物病毒作为载体，A错误；从该农作物新品种的细胞中检测出具有活性的SOD，才能说明该基因工程成功了，B错误；载体不属于工具酶，D错误。]
4．A　[GsSAMS基因会提高植物渗透调节过程相关基因的表达，提高耐盐碱胁迫的能力，A错误。]
5．D　[科学家通过诱变育种方式培育出高产青霉菌株，培养青霉菌并从中提取青霉素。该过程没有采用基因工程技术，不属于基因工程的应用，D符合题意。]
6．A　[培育转基因山羊，一般将目的基因导入山羊的受精卵中，发育成的个体几乎所有细胞均含有人抗凝血酶Ⅲ基因，B错误；用显微注射技术将基因表达载体导入山羊的受精卵来获得转基因动物，C错误；大肠杆菌是原核生物，不具有加工分泌蛋白的内质网和高尔基体，若用大肠杆菌作为受体细胞难以获得活性高的人抗凝血酶Ⅲ，D错误。]
7．D　[利用动物乳腺生物反应器生产药物要受动物性别和发育期的限制，若从尿液中获取药物，则无论是雌性还是雄性个体，在任何发育期都可以产生所需药物，D正确。]
8．C　[质粒上的T－DNA(而非重组Ti质粒)会插入到西红柿染色体DNA上，C错误。]
9．C　[T－DNA可将基因G转移并整合到玉米的愈伤组织细胞的染色体DNA上，农杆菌无染色体，A错误；农杆菌属于原核生物，含有内含子的报告基因不能在原核生物中正确表达，故不会出现农杆菌的蓝色菌落，B错误；构建基因表达载体时，使用两种限制酶，且这两种限制酶切割产生的黏性末端不同，才能有效防止酶切产物自身环化，D错误。]
10．A　[该转基因技术所用的目的基因是乙烯形成酶的反义基因，A错误；乙烯形成酶的反义基因与乙烯形成酶基因都是由α链和β链组成的，区别是转录的模板链相反，使转录出的mRNA能互补配对，形成双链RNA，B正确；过程⑤依据的原理是碱基互补配对原则，乙烯形成酶基因的反义拷贝转录出的反义mRNA与乙烯形成酶基因转录出的mRNA结合，可能会使乙烯形成酶基因的翻译过程受阻，C、D正确。]
11．C　[在相同生理状态下，受体对植入同种生物的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，故不需要对代孕猪C注射适量免疫抑制剂，C错误。]
12．(1)限制酶　标记基因　RNA聚合　(2)显微注射技术　受精卵　胚胎移植　乳腺中特异表达的基因的启动子　乳腺(或乳房)生物反应器　(3)农杆菌转化法　植物组织培养　PCR等技术
13．(1)引物　(2)作为标记基因，筛选含有基因表达载体的受体细胞　终止转录，使转录在需要的地方停下来　(3)二氧化碳等气体用于大量合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长
(4)废物的资源化　不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳
解析　(1)利用PCR技术扩增目标酶基因，首先需要根据目标酶基因两端的碱基序列设计一对引物，引物与模板链结合后，Taq DNA聚合酶才能从引物的3′端延伸子链。(3)重组梭菌大量表达上述酶蛋白时，在这些酶蛋白的作用下，二氧化碳等气体大量用于合成丙酮，而不是用于重组梭菌的生长，所以会导致生长迟缓。(4)根据题意可知，这种生产高附加值化工产品的新技术，以高污染企业排放的二氧化碳等一碳温室气体为原料，实现了废物的资源化，体现了循环经济的特点。从“碳中和”的角度看，该技术生产丙酮的过程不仅不排放二氧化碳，而且还可以消耗工业废气中的二氧化碳，有利于减缓温室效应，并实现较高的经济效益，所以具有广泛的应用前景和良好的社会效益。作业18　蛋白质工程的原理和应用
(分值：100分)
第1～6题，每题5分；第7～12题，每题6分，共66分。
题组一　蛋白质工程
1．下列关于蛋白质工程的说法，错误的是(　　)
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要
B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构
C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现
2．(2023·绵阳高二期末)某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是(　　)
A．构建含目的肽DNA片段的表达载体
B．合成编码多肽P1的DNA片段
C．设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构
D．利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测
3．(2023·唐山高二期末)科学家将胰岛素的第28和29位的氨基酸调换顺序，成功获得了速效胰岛素，生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是(　　)
A．胰岛素 B．胰岛素mRNA
C．胰岛素基因 D．胰岛B细胞
4．蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是(　　)
A．分析蛋白质的三维结构
B．研究蛋白质的氨基酸组成
C．获取编码蛋白质的基因序列信息
D．改造现有蛋白质或制造新的蛋白质
5．近年来，人工智能(AI)算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下列关于AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是(　　)
A．根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构
B．根据蛋白质的空间结构推测其氨基酸序列
C．按照设定的氨基酸序列推测mRNA的碱基序列
D．按照设定的mRNA的碱基序列设计新基因
6．(2023·宿迁高二质检)下列不属于蛋白质工程的成果的是(　　)
A．改造蛋白质类酶的结构，提高其热稳定性
B．生产鼠—人嵌合抗体
C．将干扰素分子中的半胱氨酸替换为丝氨酸
D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素
题组二　蛋白质工程与基因工程的比较
7．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，错误的是(　　)
A．基因工程是一种在体外进行的重组DNA技术
B．通过蛋白质工程可以获得功能更符合人类需求的蛋白质
C．基因工程可以改造出更符合人类需求的新的生物类型和生物产品
D．基因工程和蛋白质工程分别在DNA分子水平和蛋白质分子水平上进行设计和施工
8．(2024·郑州高二期中)下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　　)
A．蛋白质工程技术是基因工程技术的延伸
B．蛋白质工程只能生产自然界中已存在的蛋白质
C．蛋白质工程的设计是按中心法则相反的途径进行的
D．蛋白质工程可对基因进行改造或合成新基因
9．已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L-异亮氨酸变成亮氨酸，261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是(　　)
A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异
B．可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得 Y1 蛋白基因
C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具
D．细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的
10．干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计保存干扰素的生产流程图，据图分析，下列叙述不正确的是(　　)
A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能
B．图中新的干扰素基因必须加上启动子和终止子才能表达
C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构
D．图中各项技术并没有涉及基因工程技术
11．人白细胞介素-2(IL-2)是一种细胞因子，含有3个半胱氨酸，分别位于第58、105、125位，其中58位与105位半胱氨酸之间形成的二硫键对保持IL-2活性起重要作用。用大肠杆菌生产IL-2，为保证产物活性，将IL-2基因中编码125位半胱氨酸的序列突变为编码丝氨酸的序列。下列叙述错误的是(　　)
A．突变的IL-2基因的序列可能发生了碱基的替换
B．天然的IL-2是由白细胞分泌的具有免疫能力的抗体
C．突变的IL-2基因的表达降低了二硫键错配的可能
D．大肠杆菌中IL-2基因的复制和表达遵循中心法则
12．如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体的过程。下列有关说法错误的是(　　)
A．生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程
B．对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构
C．对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现的
D．鼠—人嵌合抗体的使用对人体的副作用减少
13．(16分)赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。某农科所科技人员欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量，以期待培育出高赖氨酸玉米新品种。请回答下列问题：
(1)科技人员先从“提高玉米种子中赖氨酸的含量”这一功能出发，预期构建出________的结构，再推测出相对应目的基因的____________序列，最终合成“M酶”基因。
(2)科技人员获得“M酶”基因后，常利用__________技术在体外将其大量扩增，此过程需要一种特殊的酶是________________________________。
(3)“M酶”基因只有插入______________________________，才能确保“M酶”基因在玉米细胞中稳定遗传。科技人员将“M酶”基因导入玉米细胞中需要借助________的运输。
(4)依据________________________的原理，可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。为了确保育种成功，科技人员需要通过________________________，从个体水平加以鉴定。
14．(18分)(2022·湖南，22节选)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：
(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是__________________________，物质b是__________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是_________________。
(2)PCR技术遵循的基本原理是______________________。
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是__________________________________________。
(4)(6分)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。
______________________________________________________________________________。
答案精析
1．B　[基因的结构决定蛋白质的结构，对蛋白质的结构进行设计改造是通过改造或合成基因来完成的，而不是直接对蛋白质分子进行操作，B错误。]
2．C　[蛋白质工程的过程：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。因此，预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是设计预期的蛋白质结构，即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构，C符合题意。]
3．C　[对天然蛋白质进行改造，是通过对基因的操作来实现的。]
4．D　[分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作，A不符合题意；研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因，这不是蛋白质工程的最终目的，B不符合题意；获取编码蛋白质的基因序列信息实现了对基因的修饰或合成过程，但不是蛋白质工程要达到的最终目的，C不符合题意；改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，从而满足人类的需求，实现对蛋白质的定向改造，这是蛋白质工程的最终目的，D符合题意。]
5．A　[蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质，其中根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构是最难实现的，A符合题意。]
6．D　[将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素是基因工程的成果。]
7．D　[基因工程需要通过体外重组DNA技术和转基因等技术实现，A正确；蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类需求，B正确；通过基因工程能创造出更符合人们需求的新的生物类型和生物产品，C正确；蛋白质工程并不是直接改造蛋白质，而是通过改造某种基因，间接对这种基因控制合成的蛋白质进行改造，故基因工程和蛋白质工程都是在DNA分子水平上进行设计和施工的，D错误。]
8．B　[蛋白质工程可以生产自然界中不存在的蛋白质，B错误。]
9．B　[蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界中没有的蛋白质，A错误；蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。]
10．D　[题图中新的干扰素基因导入受体细胞中表达新干扰素的过程涉及基因工程技术。]
11．B　[由题意可知，对IL-2的改造，只是一个氨基酸发生了改变，应该是发生了碱基的替换，A正确；IL-2是细胞因子，属于免疫活性物质，但不是抗体，B错误。]
12．C　[对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能(或蛋白质功能)，设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现的，C错误。]
13．(1)“M酶”　脱氧核苷酸　(2)PCR　耐高温的DNA聚合酶(或TaqDNA聚合酶)　(3)玉米细胞的染色体DNA中　载体　(4)植物细胞具有全能性　测定玉米种子中赖氨酸的含量
14．(1)氨基酸序列多肽链　mRNA　密码子的简并　(2)DNA半保留复制　(3)种类　提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度改变　(4)设置4组试管，每组分别加入等量的改造后的水蛭素、用酶甲处理过的水蛭蛋白酶解产物、用酶乙处理过的水蛭蛋白酶解产物、天然水蛭素，加入等量的同种动物的新鲜血液，相同条件下观察凝血需要的时间，凝血时间越长，抗凝血活性越高
解析　(3)据图分析，两种蛋白酶水解后水解产物的肽含量变化趋势相同，但是不同蛋白酶水解后水解产物的抗凝血活性差异较大，说明抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度的改变，因此酶解产物的抗凝血活性不同。

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