苏教版 (2019)第一节 基因工程及其技术当堂达标检测题

课后素养落实(十二)　基因工程的基本工具与聚合酶链式反应(PCR)技术

(建议用时：40分钟)

题组一　基因工程及其诞生和发展

1．科学家经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——基因工程。实施该工程的最终目的是(　　)

A．定向提取生物体的DNA分子

B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”

C．在生物体外对DNA分子进行改造

D．定向地改造生物的遗传性状

D　[该题的关键词是“最终目的”，A、B、C三项都是基因工程的技术手段，这些手段的目的是定向改造生物的遗传性状，故选D项。]

2．下列关于基因工程的发展历程的说法错误的是(　　)

A．质粒是一种具有自我复制能力的环状DNA分子

B．美国科学家伯格领导的研究小组完成世界上首次DNA分子体外重组

C．科恩和博耶证明真核生物的基因可以在原核生物中表达

D．基因工程的建立和发展是生物学进步的结果，与其他学科无关

D　[基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等众多学科长足进步的基础上发展而来的。]

题组二　基因工程的基本工具

3．下列有关限制性内切核酸酶的叙述，正确的是(　　)

A．用限制性内切核酸酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，被水解的磷酸二酯键有2个

B．限制性内切核酸酶识别序列越短，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可用DNA连接酶连接

D．只有用相同的限制性内切核酸酶处理含目的基因的片段和质粒，才能形成重组质粒

B　[用限制性内切核酸酶切割一个DNA分子中部，获得一个目的基因时，需要切割目的基因的两侧，因此要断裂4个磷酸二酯键，即被水解的磷酸二酯键有4个，A错误；限制性内切核酸酶识别序列越短，则该序列在DNA中出现的概率就越大，B正确；—CATG↓—和—G↓GATCC—序列被限制酶切出的黏性末端不同，分别为CATG和GATC，不能用DNA连接酶连接，C错误；用不同的限制性内切核酸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，也能形成重组质粒，D错误。]

4．下列关于DNA连接酶作用的叙述，正确的是 (　　)

A．将单个核苷酸加到某个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键

B．将断开的2个DNA片段的骨架连接起来，重新形成磷酸二酯键

C．连接2条DNA链上碱基之间的氢键

D．只能将双链DNA片段互补的黏性末端连接起来，而不能将两者之间的平末端进行连接

B　[DNA连接酶和DNA聚合酶都是催化2个脱氧核苷酸分子之间形成磷酸二酯键。但DNA连接酶是在2个DNA片段之间形成磷酸二酯键，将2个DNA片段连接成重组DNA分子；DNA聚合酶是将单个的核苷酸分子加到已存在的核酸片段上形成磷酸二酯键，合成新的DNA分子。]

5．下列关于载体的叙述中，错误的是(　　)

A．载体与目的基因结合后，实质上就是一个重组DNA分子

B．在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的

C．目前常用的载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等

D．载体具有某些标记基因，便于对其进行切割

D　[用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起，形成的DNA分子为重组DNA分子，A正确；常用的载体有质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等，其中在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行人工改造的，B、C正确；标记基因的作用是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，D错误。]

6．下面是四种不同质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，ampr为氨苄青霉素抗性基因，tetr为四环素抗性基因，箭头表示一种限制性内切核酸酶的酶切位点。若要得到一个能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组DNA的细胞，应选用的质粒是(　　)

C　[A项破坏了复制必需的序列。B项氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因都完好，在四环素培养基上和氨苄青霉素培养基上都能生长。C项氨苄青霉素抗性基因被破坏，四环素抗性基因完好，能在四环素培养基上生长而不能在氨苄青霉素培养基上生长。D项氨苄青霉素抗性基因完好，四环素抗性基因被破坏。]

7．根据图表的内容回答问题：

几种限制酶识别序列切割位点

(1)假设所用的限制酶均能将所识别的位点完全切开，采用EcoRⅠ和PstⅠ酶切含有目的基因的DNA，能得到________种DNA片段。如果将质粒载体和含目的基因的DNA片段只用EcoRⅠ酶切，酶切产物再加入DNA连接酶，其中由两个DNA片段之间连接形成的产物有________________、________________、________________。

(2)为了防止目的基因和质粒表达载体酶切后的末端任意连接，酶切时应该选用的酶是________、________。

[解析]　(1)含目的基因的DNA分子上含有2个EcoR Ⅰ和1个Pst Ⅰ的酶切位点，3个切点全部切开，则形成4种DNA片段。质粒与含目的基因的DNA片段都用EcoRⅠ酶切，目的基因两端和质粒切口处的黏性末端相同，只考虑两个DNA片段相连，则会形成3种连接产物，即质粒与质粒相连、质粒与目的基因相连、目的基因与目的基因相连。(2)为了防止任意连接，可选用EcoRⅠ和SmaⅠ两种酶同时切割。

[答案]　(1)4　质粒载体与质粒载体连接物　目的基因与目的基因连接物　质粒载体与目的基因连接物　(2)EcoRⅠ　SmaⅠ

题组三　PCR技术

8．DNA的复制需要引物，主要原因是(　　)

A．可加快DNA的复制速度

B．引物可与DNA母链通过碱基互补配对结合

C．引物的5′端有助于DNA聚合酶的延伸DNA链

D．DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链

D　[DNA聚合酶不能从5′端开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此，DNA复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。]

9．利用PCR技术从某种生物的基因组DNA中获取目的基因的前提是(　　)

A．有目的基因的DNA片段，作为模板进行复制

B．有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物

C．有足够的脱氧核苷酸作为原料

D．加入足够数量的DNA连接酶进行指数式扩增

B　[利用PCR技术从某种生物的基因组DNA中获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成引物。]

10．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)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)目的基因的获取：从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过逆转录获得cDNA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)，为方便基因与载体相连构建重组质粒，在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶的切割位点。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，步骤3为延伸，这三个步骤组成一轮循环。

(4)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，或者设计的引物不合适，不能与模板碱基配对。因此可采取的改进措施有降低退火温度、重新设计引物等。

[答案]　(1)逆转录　cDNA　(2)限制性内切核酸酶　碱基互补配对　(3)变性　(4)②③

11．对下图所示黏性末端的相关说法错误的是(　　)

A．甲、乙、丙黏性末端是由各自不同的限制性内切核酸酶催化产生的

B．甲、乙具相同的黏性末端，可形成重组DNA分子，但甲、丙之间不能

C．DNA连接酶作用位点在b处，催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键

D．切割甲的限制性内切核酸酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子

C　[甲图表示在G和A之间进行剪切，乙图表示在C和A之间进行剪切，丙图表示在C和T之间进行剪切，因此三者需要不同的限制性内切核酸酶进行剪切；甲和乙的黏性末端相同，能够通过碱基互补配对形成重组DNA分子，但甲和丙不行；DNA连接酶作用的位点是磷酸二酯键，乙图中的a和b分别表示磷酸二酯键和氢键；甲和乙形成的重组DNA分子相应位置的DNA碱基序列为，而甲图表示在G和A之间切割，所以该重组序列不能被切割甲的限制性内切核酸酶识别。]

12．下图所示为限制酶BamH Ⅰ和Bgl Ⅱ的识别序列及切割位点，实验中用BamH Ⅰ切割DNA获得目的基因，用Bgl Ⅱ切割质粒，并将它们拼接得到重组质粒。下列相关叙述正确的是(　　)

A．在酶切过程中，只需要控制好酶的浓度，不需要控制温度等因素

B．经两种酶处理得到的重组质粒不能再被这两种酶所识别

C．质粒经Bgl Ⅱ切割后形成的黏性末端是

D．分别用图中两种限制酶切割，可保证目的基因定向地插入质粒

B　[影响酶促反应的因素有温度、pH、酶浓度、底物浓度、反应时间等，因此酶切过程中，需控制好酶浓度、温度和反应时间等因素，A错误；经两种酶处理得到的重组质粒不能再被这两种酶识别，B正确；质粒经Bgl Ⅱ切割后形成的黏性末端是，C错误；分别用题图中两种限制酶切割目的基因和质粒，由于形成的黏性末端相同，因此并不能保证目的基因定向地插入质粒，D错误。]

13．RT­PCR是将RNA逆转录(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术，可利用此技术获取目的基因，具体过程如图所示，以下说法错误的是(　　)

A．设计扩增目的基因的引物时需考虑表达载体的序列

B．GC含量高的引物在与模板链结合时，需要更高的温度

C．过程Ⅰ需要加入缓冲液、原料、耐高温的DNA聚合酶和引物A等

D．过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，理论上需要2n－1个引物B

C　[设计扩增目的基因的引物时，引物应当可以与表达载体两端的序列进行互补配对。所以设计引物时需考虑表达载体的序列，A正确；GC对之间有三个氢键，GC含量高时稳定性高，所以需要更高的温度，B正确；过程Ⅰ是逆转录过程，所以需要加入缓冲液、原料、逆转录酶和引物A等，C错误；过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，根据DNA的半保留复制可知理论上需要2n－1个引物B，D正确。]

14．目前基因工程所用的质粒载体主要是以天然细菌质粒的各种元件为基础重新组建的人工质粒，pBR322质粒是较早构建的质粒载体，其主要结构如图一所示。

(1)构建人工质粒时要有抗性基因，以便于____________________________。

(2)pBR322分子中有单个EcoRⅠ限制酶作用位点，EcoR Ⅰ只能识别序列—GAATTC—，并只能在G与A之间切割。若在某目的基因的两侧各有1个EcoR Ⅰ的切点，请画出目的基因两侧被限制酶EcoR Ⅰ切割后所形成的黏性末端。_____________________________________________________。

(3)pBR322分子中另有单个的BamH Ⅰ限制酶作用位点，现将经BamH Ⅰ处理后的质粒与用另一种限制酶Bgl Ⅱ处理得到的目的基因，通过DNA连接酶的作用恢复____________键，成功地获得了重组质粒，这说明_________________

____________________________________________________________。

(4)为了检测上述重组质粒是否导入原本无Ampr和Tetr的大肠杆菌，将大肠杆菌在含氨苄青霉素的培养基上培养，得到如图二的菌落。再将灭菌绒布按到培养基上，使绒布面沾上菌落，然后将绒布按到含四环素的培养基上培养，得到如图三的结果(空圈表示与图二对照无菌落的位置)。与图三空圈相对应的图二中的菌落表型是____________________，图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是________。

[解析]　(1)构建人工质粒时要有抗性基因作为标记基因，用于重组DNA的鉴定和筛选或便于鉴别目的基因是否导入受体细胞。(2)EcoR Ⅰ只能识别核酸序列—GAATTC—，并只能在G与A之间切割。根据限制酶的识别序列和切割位点进行解答。(3)DNA连接酶的作用是恢复磷酸二酯键；由题干可知，两种限制酶(BamH Ⅰ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同，这样才能进行相应的碱基互补配对。(4)与图三空圈相对应的图二中的菌落表型是能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素；图三结果显示，多数大肠杆菌导入的是能抗氨苄青霉素和四环素的人工质粒即pBR322质粒。

[答案]　(1)重组DNA的鉴定和筛选(鉴别目的基因是否导入受体细胞)

(2)

(3)磷酸二酯　两种限制酶(BamH Ⅰ和BglⅡ)切割得到的黏性末端相同

(4)能抗氨苄青霉素，但不能抗四环素　pBR322质粒

对限制酶的作用结果分辨不清

15．表1列举了几种限制酶识别序列及其切割位点(箭头表示相关酶的切割位点)。图2是酶切后产生的几种末端。下列说法正确的是(　　)

表1

图2

A．BamH Ⅰ切割的是磷酸二酯键，Alu Ⅰ切割的是氢键

B．能被Sau3A Ⅰ识别的序列，一定也能被BamH Ⅰ识别

C．DNA连接酶能连接②⑤，也能连接②④

D．E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接①③

C　[BamH Ⅰ与Alu Ⅰ切割的均是磷酸二酯键，A错误；BamH Ⅰ识别并切割，Sau3A Ⅰ识别并切割，故BamH Ⅰ能识别的碱基序列，Sau3A Ⅰ一定能识别，但是Sau3A Ⅰ能识别的序列，BamH Ⅰ不一定能识别，B错误；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正确；E.coli DNA连接酶是从大肠杆菌中获得的，只能连接黏性末端，T4 DNA连接酶既可以连接黏性末端也可以连接平末端，而图中①③均属于平末端，只能用T4 DNA连接酶连接，D错误。]