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第61 课时 基因工程的基本工具和基本操作程序
课标要求
1.概述基因工程是在微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发
展起来的。2.阐明重组DNA 技术的三种基本工具。3.阐明基因工程的基
本操作程序。
考情分析
1.基因工程的基本工具
2023·新课标·T6 2021·全国乙·T38 2021·湖
北·T7
2.基因工程的基本操作
程序
2023·全国乙·T38 2023·全国甲·T38 2023·湖
北·T4 2023·广东·T20
2021·广东·T22
考点一 基因工程的基本工具
1．基因工程的概念
2．基因工程的诞生和发展
(1)肺炎链球菌转化实验不仅证明了DNA 是遗传物质，还证明了DNA 可在同种生物不同个
体之间转移。
(2)DNA 双螺旋结构的提出和半保留复制的证明。
(3)中心法则的确立。
(4)遗传密码的破译。
(5)基因转移载体的发现。限制酶、
DNA
连接酶和逆转录酶
的发现为DNA 的切割、连接以
及功能基因的获得创造了条件。
(6)DNA 体外重组的实现。
(7)重组DNA 表达实验的成功。
(8)DNA 测序和合成技术的发明。
1
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(9)PCR 技术的发明。
(10)基因组编辑技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。
3．重组DNA 技术的基本工具
(1)限制性内切核酸酶(简称“限制酶”)
提醒 ①限制酶的识别序列一般由6 个核苷酸组成，少数由4 个、8 个或其他数量的核苷酸
组成。
②限制酶作用的化学键只能是磷酸二酯键。
③在切割含目的基因的DNA 分子时，需用限制酶切割两次此DNA 分子，产生4 个末端。
只有这样才能使目的基因的两端都有可连接的黏性末端或平末端。
(2)DNA 连接酶
(3)载体
2
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判断正误
(1)基因工程是人工操作导致的染色体变异，变异是不定向的( × )
提示 基因工程是人工操作导致的基因重组，变异是定向的。
(2)DNA 连接酶可以连接目的基因与载体的氢键，形成重组DNA( × )
提示 DNA 连接酶可以将双链DNA 片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。
(3)限制性内切核酸酶、DNA 连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具酶( × )
提示 限制性内切核酸酶、DNA 连接酶和质粒是基因工程中常用的三种工具，前两者属于
工具酶，质粒属于载体。
(4)质粒通常采用抗生素合成基因作为标记基因( × )
提示 质粒上的抗生素抗性基因常作为标记基因，便于重组DNA 分子的筛选。
将从苏云金杆菌中获取的Bt 基因转入棉花细胞内培育转基因抗虫棉的过程中，需借助多种
分子工具且经历多个操作步骤。实验人员使用限制酶EcoR Ⅰ和Nhe Ⅰ切割质粒。如图表示
常用的限制酶识别序列和切割位点以及质粒上的限制酶切割位点。请思考以下问题：
(1)请用图示法写出限制酶EcoR Ⅰ和Nhe Ⅰ切割后形成黏性末端的过程。
提示 限制酶EcoR Ⅰ：
限制酶Nhe Ⅰ：
3
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(2)切割图示中的目的基因应选用哪类限制酶？请说明理由。
提示 用限制酶Mun Ⅰ和Spe Ⅰ切割目的基因。限制酶Mun Ⅰ和EcoR Ⅰ切割后形成的黏性
末端相同，限制酶Nhe Ⅰ和Spe Ⅰ切割后形成的黏性末端相同，实验人员使用限制酶
EcoR Ⅰ和Nhe Ⅰ切割质粒，应选用Mun Ⅰ和Spe Ⅰ切割目的基因。
归纳总结 限制酶的选择
(1)不破坏目的基因原则：如图甲中可选择PstⅠ，而不选择SmaⅠ。
(2)保留标记基因、启动子、终止子、复制原点原则：质粒作为载体必须具备标记基因，所
选择的限制酶尽量不要破坏这些结构，如图乙中不选择SmaⅠ。若载体上有两个及以上的标
记基因，则可合理对其中一些标记基因进行酶切破坏，从而达到比一个标记基因更高的筛选
成功率，防止只有一个标记基因时出现的“假阳性”(即未成功导入目的基因的载体也能正
常表达标记基因，造成无效筛选)。
(3)善用“双酶切”，注意方向性：目的基因所在序列和载体上存在多种酶切位点时，一般
需要选择在目的基因所在序列和载体上都存在切割位点的两种不同的限制酶，对目的基因所
在序列和载体进行剪切，即“双酶切法”。其优点和作用是：①防止目的基因环化；②避免
目的基因与载体反向连接，即用DNA 连接酶连接后形成的重组DNA 分子上，目的基因和
载体启动子的方向(或描述为“RNA 聚合酶的移动方向”)必须是相同的，否则目的基因导入
后无法正常表达。如图甲、乙也可选择Pst Ⅰ和EcoR Ⅰ两种限制酶。
(4)巧用“同尾酶”：同尾酶指来源不同，但能产生相同黏性末端的限制酶。当不适合选择
某种限制酶时，可用其同尾酶替换，以获得相同的黏性末端。
考向一 辨析基因工程的基本工具
1．(2021·湖北，7)限制性内切核酸酶EcoR Ⅰ识别并切割
双链DNA，用
EcoR Ⅰ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
答案 C
解析 据图可知，EcoR Ⅰ的酶切位点有6 个碱基对，由于DNA 分子的碱基组成为A、T、
4
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G、C，则某一位点出现该序列的概率为1/4×1/4×1/4×1/4×1/4×1/4＝1/4 096，即4 096 个
碱基对可能出现一个限制酶EcoR Ⅰ的酶切位点，故理论上得到DNA 片段的平均长度(碱基
对)约为4 096，与4 000 最接近，C 符合题意。
2．(2024·连云港高三调研)质粒是基因工程中最常用的载体，质粒有标记基因(如图所示)，
通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转移成功。质粒上箭头表示三种限制酶的酶
切位点。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况不同。如表是外源基因插入
(插入点有a、b、c)后细菌的生长情况。下列有关叙述正确的是( )
项目
细菌在含氨苄青霉素的培养基上生
长情况
细菌在含四环素的培养基上生长
情况
①
能生长
不能生长
②
能生长
能生长
③
不能生长
能生长
A.质粒的复制原点上有RNA 聚合酶的结合位点
B．①②③三种重组后细菌的外源基因插入点①是a，②是c，③是b
C．质粒被一种限制酶切开时，被水解的磷酸二酯键有2 个
D．将外源基因与质粒连接时需用DNA 聚合酶
答案 C
解析 质粒的复制原点上有DNA 聚合酶的结合位点，A 错误；①②③三种重组后细菌的外
源基因插入点①是b，②是c，③是a，B 错误；将外源基因与质粒连接时需用DNA 连接酶，
D 错误。
归纳提升 与DNA 有关的几种酶的比较
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考点二 基因工程的基本操作程序
1．目的基因的筛选与获取
(1)目的基因：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物等
的基因。
(2)筛选合适的目的基因
①从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一。
②利用序列数据库和序列比对工具进行筛选。
(3)目的基因的获取
①人工合成目的基因。
②PCR 获取和扩增目的基因
a．PCR(聚合酶链式反应)：是一项根据DNA
半保留复制
的原理，在体外提供参与DNA 复
制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。
b．PCR 反应的条件：一定的缓冲溶液、DNA 模板、2 种引物、4 种脱氧核苷酸、耐高温的
DNA 聚合酶，以及能自动调控温度的仪器。
c．PCR 扩增的过程
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d．PCR 产物的鉴定：常采用琼脂糖凝胶电泳来鉴定。
归纳提升 PCR 技术和DNA 复制的比较
③通过构建基因文库来获取目的基因。
2．基因表达载体的构建——基因工程的核心
(1)目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时，使目的基因能够
表达和发挥作用。
(2)基因表达载体的组成及作用
(3)构建过程
提醒 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比
项目
启动子
终止子
起始密码子
终止密码子
本质
DNA
DNA
mRNA
mRNA
位置
目的基因上游
目的基因下游
mRNA 首端
mRNA 尾端
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功能
RNA 聚合酶识别
和结合的部位，驱
动基因转录出
mRNA
使转录在所需要的
地方停下来
翻译的起始信号
(编码氨基酸)
翻译的结束信号
(正常情况下，不
编码氨基酸)
3.将目的基因导入受体细胞
生物
种类
植物
动物
微生物
常用
方法
农杆菌转化法、花粉管通
道法
显微注射法
Ca
2 ＋ 处理法
受体
细胞
体细胞或受精卵
受精卵
原核细胞
转化
过程
将目的基因插入Ti 质粒的
T－DNA 中→农杆菌→导
入植物细胞→整合到受体
细胞的染色体DNA 上→
表达
将含有目的基因的表达载
体提纯→取卵(受精卵)→
显微注射→受精卵发育→
获得具有新性状的动物
Ca2＋处理细胞→细胞处于
一种能吸收周围环境中
DNA 分子的生理状态→
基因表达载体导入
辨析 (1)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。此
处“转化”与肺炎链球菌转化实验中的“转化”含义相同，实质都是基因重组。
(2)农杆菌转化法中的两次拼接和两次导入
第一次拼接是将目的基因拼接到Ti 质粒的T－DNA 上，第二次拼接(非人工操作)是指插入
目的基因的T－DNA 拼接到受体细胞的染色体DNA 上；第一次导入是将含目的基因的Ti 质
粒导入农杆菌，第二次导入(非人工操作)是指含目的基因的T－DNA 导入受体细胞。
4．目的基因的检测与鉴定
判断正误
(1)目的基因一定是编码蛋白质的基因( × )
提示 目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。
(2)真核细胞和细菌的DNA 聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR 反应缓冲溶液中一般要添
加Mg2＋( √ )
(3)基因表达载体中的启动子和终止子决定着翻译的开始与结束( × )
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提示 启动子和终止子决定着转录的开始与结束。
(4)Ti 质粒上的T－DNA 可与植物受体细胞的染色体DNA 整合在一起( √ )
(5)为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体( × )
提示 为培育抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时能以受精卵为受体，也能以体细
胞为受体。
(6)检测目的基因是否导入受体细胞可用抗原—抗体杂交技术( × )
提示 检测目的基因是否导入受体细胞的方法是PCR 等技术。
1．Bt 抗虫蛋白基因(简称Bt 基因)是培育转基因抗虫棉较为合适的目的基因，筛选Bt 基因后
可以利用PCR 技术对其进行大量扩增。回答下列问题：
(1)什么是引物？DNA 复制时为什么需要引物？
提示 引物是指一小段能与DNA 母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸。在DNA 扩
增时，DNA 聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从引物的3′端延伸DNA 链，因此复制
DNA 时应加入两种引物。
(2)PCR 扩增Bt 基因需要知道Bt 基因的全部核苷酸序列吗？
提示 不需要，只要知道Bt 基因两端的部分核苷酸序列即可(以便根据这部分序列合成两种
引物)。
(3)为检测Bt 基因在转基因抗虫棉细胞中是否转录，科研人员提取棉花细胞中的总RNA，经
逆转录过程获得总cDNA，通过PCR 技术可在总cDNA 中专一性地扩增出Bt 基因的
cDNA，原因是什么？
提示 引物是依据Bt 毒蛋白基因的一段已知序列设计合成的(或引物能与Bt 基因的cDNA 特
异性结合)。
(4)PCR 扩增过程中的循环图示与规律如图所示，若一个Bt 毒蛋白基因在PCR 中经过n 轮循
环，理论上得到多少个DNA 分子？含引物的DNA 分子多少个？含其中一种引物的DNA 分
子多少个？同时含两种引物的DNA 分子多少个？共需要消耗多少个引物？含不等长脱氧核
苷酸链的DNA 分子多少个？含等长脱氧核苷酸链的DNA 分子多少个？
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提示 经过n 轮循环，得到2n个DNA 分子，含引物的DNA 分子2n个，含其中一种引物的
DNA 分子数(2n－1)个，同时含两种引物的DNA 分子(2n－2)个，共需要消耗(2n＋1－2)个引物。
含不等长脱氧核苷酸链的DNA 分子2n 个，含等长脱氧核苷酸链的DNA 分子 (2n－2n)个。
(5)PCR 扩增Bt 基因的过程中需要解旋酶吗？并说明理由。所需要的DNA 聚合酶应具有什
么特点？
提示 不需要解旋酶，因为PCR 过程中，DNA 双链在高温下即可完成解旋。由于PCR 过程
温度较高，故所需要的DNA 聚合酶应具有耐高温的特点。
2．据图分析抗虫棉的培育过程。
(1)该过程中的目的基因是Bt
基因
，载体是Ti
质粒
。
(2)基因工程中，往往使用两种限制酶切割目的基因，这样做的原因是什么？
提示 为了避免目的基因和载体的自身环化和反向连接。
(3)为了保证目的基因在受体细胞中能正确表达，对目的基因在质粒中的插入位点有什么要
求？
提示 目的基因应插入启动子与终止子之间。
(4)该实例中，导入目的基因的方法是农杆菌转化法。为什么目的基因可以整合到染色体的
DNA 上？
提示 由于Ti 质粒上的T－DNA 可转移到受体细胞且能整合到受体细胞的染色体DNA 上，
而目的基因又插入T－DNA，所以目的基因可以整合到受体细胞的染色体DNA 上。
(5)将目的基因导入受体细胞时，能否仅把目的基因整合到线粒体DNA 或叶绿体DNA 上？
为什么？
提示 一般不能。如果仅把目的基因整合到线粒体DNA 或叶绿体DNA 上，由于细胞分裂
可能导致目的基因丢失，无法稳定遗传。
(6)该实例中，检测目的基因是否成功表达的常见方法有哪些？
提示 抗原—抗体杂交、用棉叶饲喂棉铃虫。
考向二 辨析基因工程的基本操作程序
3．(2023·湖北，4)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建
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的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA 片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表
达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是( )
A．若用Hind Ⅲ酶切，目的基因转录的产物可能不同
B．若用Pvu Ⅰ酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因
C．若用Sph Ⅰ酶切，可通过DNA 凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否
D．若用SphⅠ酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet 的培养基中能形
成菌落
答案 D
解析 若用Hind Ⅲ酶切，目的基因可能正向插入，也可能反向插入，转录的产物可能不同，
A 正确；若用Pvu Ⅰ酶切，重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR)，因此在含Tet(四环
素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因，B 正确；DNA 凝胶电泳技术可以分离出不同大
小的DNA 片段，重组质粒的大小与原质粒不同，能够鉴定重组质粒构建成功与否，C 正确；
Sph Ⅰ的酶切位点位于四环素抗性基因中，若用Sph Ⅰ酶切，重组质粒中含氨苄青霉素抗性
基因(AmpR)，因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落，在
含Tet 的培养基中不能形成菌落，D 错误。
4．(2024·江苏扬州中学高三模拟)土壤农杆菌侵染植物细胞时，Ti 质粒上的T－DNA 片段转
入植物的基因组。利用农杆菌以Ti 质粒作为载体进行转基因，下列相关叙述正确的是( )
A．目的基因应插入T－DNA 片段外，以防止破坏T－DNA
B．用Ca2＋处理农杆菌，以利于其侵染植物细胞
C．Ti 质粒是一种环状DNA 分子，没有双螺旋结构
D．可以用PCR 技术检测外源DNA 是否整合到植物的染色体DNA 上
答案 D
解析 在农杆菌转化法中，需要将目的基因插入到T－DNA 片段上，有利于介导外源DNA
整合到植物的染色体DNA 上，A 错误；农杆菌侵染植物细胞不需要用Ca2＋处理，B 错误；
Ti 质粒是一种环状DNA 分子，是存在于细菌细胞质中的DNA，具有双螺旋结构，C 错误。
1. (选择性必修3 P67)基因工程：按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特
性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
2．(选择性必修3 P71)限制酶能够识别双链
DNA
分子的特定核苷酸序列
，并且使每一条链中
特定部位的磷酸二酯键断开。
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3．(选择性必修3 P72)载体上有特殊的标记基因，便于重组
DNA
分子的筛选
。
4．(选择性必修3 P77)PCR 反应需要在一定的缓冲溶液中才能进行，需提供DNA
模板
、2 种
引物、4 种脱氧核苷酸和耐高温的DNA
聚合酶
。
5．(选择性必修3 P77)真核细胞和细菌的DNA
聚合酶
都需要Mg2＋激活。因此，PCR 反应缓
冲液中一般要添加Mg2＋。引物是一小段能与
DNA
母链的一段碱基序列互补配对的短单链
核酸，引物的作用是使
DNA
聚合酶能够从引物的
3 ′
端开始连接脱氧核苷酸
。
6．(选择性必修3 P80)基因表达载体的构建的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并
且遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体是载体的一种，除
目的基因、标记基因外，还必须含有启动子、终止子等。启动子是RNA
聚合酶
识别和结合
的部位，有了它才能驱动基因转录出
mRNA
，最终表达出人类需要的蛋白质。
7．(选择性必修3 P81)转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达
的过程。
8．(选择性必修3 P81～82)将目的基因导入植物细胞的方法是农杆菌转化法、花粉管通道法；
导入动物细胞的方法是显微注射法；导入微生物细胞的方法是Ca
2 ＋ 处理法。
9．(选择性必修3 P82)目的基因的检测与鉴定：首先是分子水平的检测，包括通过PCR 等技
术检测棉花的染色体DNA 上是否插入了Bt 基因或检测Bt 基因是否转录出了mRNA；从转
基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，检测Bt 基因是否翻译成Bt 抗
虫蛋白等。其次，还需要进行个体生物学水平的鉴定。例如，通过采摘抗虫棉的叶片饲喂棉
铃虫来确定Bt 基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。
10 ．如图为所用载体图谱示意图，图中限制酶的识别序列及切割位点为：Hind
Ⅲ(A↓AGCTT) 、Pvit Ⅱ(CAG↓CTG) 、Kpn Ⅰ(G↓GTACC) 、EcoR Ⅰ(G↓AATTC) 、
Pst Ⅰ(CTGCA↓G)、BamH Ⅰ(G↓GATCC)。为使phb2 基因(该基因序列不含图中限制酶的识
别序列)与载体正确连接，在扩增的phb2 基因两端分别引入P v it Ⅱ
和Eco
R Ⅰ
两种不同限制
酶的识别序列。将经过这两种酶酶切的phb2 基因和载体进行连接时，可选用T4 DNA
连接
酶(填“E.coli DNA 连接酶”或“T4 DNA 连接酶”)。
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课时精练
一、选择题
1．(2024·泉州高三质检)像BclⅠ(－T↓GATCA－)、Bgl Ⅱ(－A↓GATCT－)、MboⅠ(－
↓GATC－)这样，识别序列不同，但能产生相同的黏性末端的一类限制酶被称为同尾酶。如
图表示目的基因及质粒上的酶切位点。选用不同的限制酶对质粒和目的基因进行切割，并用
DNA 连接酶进行连接。下列分析错误的是( )
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选项
切割质粒
切割目的基因
结果分析
A
BclⅠ和BglⅡ
BclⅠ和BglⅡ
形成的重组质粒的碱基排列顺序
不一定相同
B
BclⅠ和BglⅡ
MboⅠ
切割后的质粒不可自我环化，切
割后的目的基因可以自我环化
C
MboⅠ
BclⅠ和BglⅡ
形成的重组质粒可被MboⅠ再次
切开，但可能无法被BclⅠ和
BglⅡ再次切开
D
MboⅠ
MboⅠ
切割后的质粒可以自我环化，切
割后的目的基因也可以自我环化
答案 B
解析 切割质粒和切割目的基因均用BclⅠ和BglⅡ时，切割后产生的黏性末端相同，形成
重组质粒时目的基因可能反向连接，形成的碱基排列顺序不一定相同，A 正确；用BclⅠ和
BglⅡ切割质粒，切割后产生的黏性末端相同，切割后的质粒可能自我环化，B 错误；切割
质粒用MboⅠ，切割目的基因用BclⅠ和Bgl Ⅱ，产生相同的黏性末端，形成的重组质粒中
有Mbo Ⅰ的切割位点，但不一定有Bcl Ⅰ和Bgl Ⅱ的切割位点，因此形成的重组质粒可被
Mbo Ⅰ再次切开，但可能无法被Bcl Ⅰ和Bgl Ⅱ再次切开，C 正确；切割质粒用MboⅠ，切
割目的基因用MboⅠ，切割后的质粒和目的基因均可以自我环化，D 正确。
2．(2023·新课标，6)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3 和酶4)、DNA 连接酶为工具，将
目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表
达载体。限制酶的切割位点如图所示。
下列重组表达载体构建方案合理且效率最高的是( )
A．质粒和目的基因都用酶3 切割，用E.coli DNA 连接酶连接
B．质粒用酶3 切割、目的基因用酶1 切割，用T4 DNA 连接酶连接
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C．质粒和目的基因都用酶1 和酶2 切割，用T4 DNA 连接酶连接
D．质粒和目的基因都用酶2 和酶4 切割，用E.coli DNA 连接酶连接
答案 C
解析 酶3 切割后得到的是平末端，应该用T4 DNA 连接酶连接，A 不符合题意；质粒用酶
3 切割后得到平末端，目的基因用酶1 切割后得到黏性末端，二者不能连接，B 不符合题意；
质粒和目的基因都用酶1 和酶2 切割后得到黏性末端，用T4 DNA 连接酶连接后，还能保证
目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，C 符合题意；若
用酶2 和酶4 切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，连接形成的基因表达
载体缺少标记基因，无法进行后续的筛选，D 不符合题意。
3．(2023·重庆，12)某小组通过PCR(假设引物长度为8 个碱基短于实际长度)获得了含有目
的基因的DNA 片段，并用限制酶进行酶切(下图)，再用所得片段成功构建了基因表达载体。
下列叙述错误的是( )
A．其中一个引物序列为5′－TGCGCAGT－3′
B．步骤①所用的酶是SpeⅠ和CfoⅠ
C．用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了2 个片段
D．酶切片段和载体连接时，可使用E.coli DNA 连接酶或T4 DNA 连接酶
答案 B
解析 由于引物只能引导子链从5′端到3′端延伸，根据碱基互补配对原则，其中一个引
物序列为5′－TGCGCAGT－3′，A 正确；根据三种酶的酶切位点，左侧的黏性末端是使
用NheⅠ切割形成的，右边的黏性末端是用CfoⅠ切割形成的，B 错误；用步骤①的限制酶
NheⅠ和限制酶CfoⅠ对载体(环状DNA)进行酶切，切割之后至少获得了2 个片段，C 正确；
E.coli DNA 连接酶只能连接黏性末端，T4 DNA 连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端，
图中酶切后形成的是黏性末端，酶切片段和载体连接时，可使用E.coli DNA 连接酶或T4
DNA 连接酶，D 正确。
4．(2024·镇江高三二模)转基因植物中标记基因的剔除可有效防止基因污染，剔除常用分离
剔除法和重组剔除法。分离剔除法是在转基因时将目的基因和标记基因分别构建在两个Ti
质粒上，通过共转化得到转基因植物后让其自交得到不含标记基因的转基因个体；重组剔除
法利用Cre/LoxP 重组酶系统，Cre 酶能有效剔除重组载体中含有标记基因的序列，只留下一
个LoxP 位点，具体原理如图。下列说法不正确的是( )
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A．利用分离剔除法时，目的基因和标记基因都应插到Ti 质粒的T－DNA 序列内部
B．分离剔除时目的基因和标记基因插到植物细胞的同源染色体或非同源染色体上均可成功
C．上述重组载体中启动子1 在农杆菌中可发挥作用，而在植物细胞中不能发挥作用
D．经重组剔除后的标记基因，因没有启动子而无法启动基因的转录
答案 C
解析 Ti 质粒的T－DNA 可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA 上，所以利
用分离剔除法时，目的基因和标记基因都应插到Ti 质粒的T－DNA 序列内部，进而成功整
合到受体细胞染色体DNA 上，A 正确；分离剔除时目的基因和标记基因插到植物细胞的同
源染色体或非同源染色体上最终均可获得不含标记基因的转基因个体，即均可成功，B 正确；
重组剔除时，Cre 酶基因应该在植物细胞中表达，故上述重组载体中启动子1 在农杆菌中不
能发挥作用，而在植物细胞中能发挥作用，C 错误；由图可知，经重组剔除后的标记基因没
有启动子，无法启动基因的转录，D 正确。
5．如图是培育抗除草剂玉米的技术路线图，含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确
表达，其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，会导
致未转化的愈伤组织可能在含除草剂的培养基中生长。下列相关叙述正确的是( )
A．过程①中除草剂抗性基因插入T－DNA 中，导致T－DNA 片段失活
B．过程①用两种限制酶就可防止酶切产物自身环化
C．过程②用Ca2＋处理，使农杆菌细胞壁通透性改变，使其处于能吸收周围环境中DNA 分
子的生理状态
D．过程③应在培养基中加入除草剂和物质K
答案 D
解析 过程①中除草剂抗性基因插入T－DNA 中，不会导致T－DNA 片段失活，A 错误；
过程①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，才可以防止酶切产物自
身环化，B 错误；过程③应在培养基中加入除草剂和物质K，除草剂是用来检测目的基因是
否正确表达，物质K 是用来检测目的基因有没有导入植物细胞中，加入除草剂可保留转化
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的愈伤组织和附着农杆菌但未转化的愈伤组织，其中变蓝的为转化的愈伤组织，D 正确。
6．(2024·西安高三一模)我国科学家利用Xba Ⅰ和Sac Ⅰ两种限制酶，并运用农杆菌转化法，
将富含赖氨酸的蛋白质编码基因(含678 bp)导入某植物细胞，再经植物组织培养获得转基因
植株，使赖氨酸的含量比对照组明显提高，如图表示相关培育过程(质粒的其他部位和目的
基因内部均无Xba Ⅰ、Sac Ⅰ、Hind Ⅲ的识别位点)，下列说法不正确的是( )
A．一个内含目的基因的模板DNA 经PCR 扩增4 次，共产生8 个等长DNA 分子
B．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞的常用方法
C．植物组织培养过程中，培养基需添加卡那霉素以便筛选转基因植株
D．使用Sac Ⅰ和Hind Ⅲ切割重组质粒后能得到1 500 bp 左右的片段
答案 C
解析 一个内含目的基因的模板DNA 经PCR 扩增4 次共产生等长的DNA 分子数24－2×4
＝8(个)，A 正确；因为插入植物细胞染色体上的是质粒的T－DNA，而卡那霉素抗性基因
不在此片段上，导入成功的植物细胞对卡那霉素无抗性，C 错误；根据切割目的基因的限制
酶在质粒上的切割位点，可知由于重组质粒上移除1 900 bp 而补充了含678 bp 的目的基因，
加上未移除的822 bp，所以用SacⅠ和Hind Ⅲ切割重组质粒后，可得到822＋678＝1
500(bp)左右的新片段，D 正确。
7．自然界中很少出现蓝色的花，天然蓝色花产生的主要原因是花瓣细胞液泡中花青素在碱
性条件下显蓝色。我国科学家利用链霉菌的靛蓝合成酶基因(idgS)及其激活基因(sfp)构建基
因表达载体(如图)，通过农杆菌转化法导入白玫瑰中，在细胞质基质中形成稳定显色的靛蓝。
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下列相关叙述错误的是( )
A．上述获得蓝色玫瑰的方案中不需要转入能调控液泡pH 的基因
B．将sfp 基因插入Ti 质粒时使用的限制酶是Pme Ⅰ和BamH Ⅰ
C．同时使用Spe Ⅰ和Sac Ⅰ能提高idgS 基因和Ti 质粒的重组效率
D．sfp 和idgS 基因具有各自的启动子，表达是相互独立进行的
答案 B
解析 靛蓝能够稳定显色，不受pH 的影响，故本题方案中不需要转入能调控液泡pH 的基
因，A 正确；将sfp 基因插入Ti 质粒时若使用的限制酶是Pme Ⅰ和BamH Ⅰ，则会将终止子
一同切除，故只能用BamH Ⅰ，B 错误。
8．(2024·莆田高三质检)如图表示利用基因工程生产黄金大米时所构建的基因表达载体，其
中基因Ⅰ和基因Ⅱ是β－胡萝卜素合成所必需的基因，基因Ⅲ表达的蛋白质可使细菌在特殊
培养基上生长。下列分析错误的是( )
A．A 序列是该基因表达载体的复制原点
B．基因Ⅲ的作用是便于筛选该重组质粒
C．β－胡萝卜素是检测基因Ⅰ、基因Ⅱ表达的关键指标之一
D．图中基因插入质粒时需要限制酶和DNA 连接酶
答案 A
解析 由题图可知，每个基因前都存在A 序列，可推测该序列应为启动子序列，启动子是
RNA 聚合酶识别与结合的位点，一个质粒一般只有一个复制原点，A 错误。
9．(2024·南京高三联考)某课题组为得到青蒿素产量高的新品系，使青蒿素合成过程中的某
一关键酶基因fps 在野生青蒿中过量表达，其过程如图所示。下列有关叙述错误的是( )
A．也可用PCR 技术直接扩增RNA 来获取目的基因
B．酶1、酶2 和酶3 作用的化学键都是磷酸二酯键
C．本过程中，可以采用一种、两种甚至四种酶2
D．通过抗原—抗体杂交技术可检测fps 基因是否表达出蛋白质
答案 A
解析 PCR 技术不能直接扩增RNA 来获取目的基因，A 错误；据图可知，酶1 表示逆转录
酶，酶2 表示限制酶，酶3 表示DNA 连接酶，酶1、酶2 和酶3 作用的化学键都是磷酸二酯
键，B 正确；不同的限制酶切割可能产生相同的黏性末端，因此为了成功构建表达载体，可
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以采用一种、两种甚至四种酶2 切割含fps 基因的DNA 片段和质粒a，C 正确。
10．(2024·徐州高三质检)图甲为培育转基因生物时选用的载体，图乙是含有目的基因的一段
DNA 序列，图中标注了相关限制酶的酶切位点。下列叙述错误的是( )
A．若通过PCR 技术提取该目的基因，应该选用引物a 和引物c
B．构建表达载体时可选用BclⅠ和Hind Ⅲ这两种限制酶
C．若将基因表达载体导入大肠杆菌中，需用Ca2＋处理大肠杆菌
D．只利用含四环素的培养基就可以直接筛选出成功导入表达载体的受体细胞
答案 D
解析 根据图甲可知，BamH Ⅰ会导致两种抗性基因都被破坏，所以不宜选用BamH Ⅰ，为
防止目的基因自身环化，可选用Bcl Ⅰ和Hind Ⅲ两种限制酶切割，B 正确；由于选择
Bcl Ⅰ和Hind Ⅲ这两种限制酶，破坏了氨苄青霉素抗性基因，但没有破坏四环素抗性基因，
因此应该先用含四环素的培养基筛选出含有基因表达载体和普通质粒的大肠杆菌，再用含氨
苄青霉素的培养基筛选含重组质粒的大肠杆菌，D 错误。
二、非选择题
11．(2021·全国乙，38)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，上图中 酶切
割后的DNA 片段可以用E.coli DNA 连接酶连接，上图中 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
。
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(4)表达载体含有启动子，启动子是指 。
答案 (1)EcoR Ⅰ、Pst Ⅰ EcoR Ⅰ、Pst Ⅰ、Sma Ⅰ和EcoR Ⅴ (2)磷酸二酯键 (3)自我
复制 一至多个限制酶切割位点 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 (4)位于基因上游的一段有特殊序列结构的DNA 片段，是RNA
聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程
解析 (1)限制酶EcoR Ⅰ和Pst Ⅰ切割形成的是黏性末端，限制酶Sma Ⅰ和EcoR Ⅴ切割形
成的是平末端，E.coli DNA 连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA 片段互补的黏性末端
之间的磷酸二酯键连接起来，而T4 DNA 连接酶来源于T4 噬菌体，可用于连接黏性末端和
平末端，但连接效率较低。因此图中EcoR Ⅰ和Pst Ⅰ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Sma Ⅰ和EcoR Ⅴ
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，常作为基因表达的载体，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，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因便于重组DNA 分子的筛选，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。
(4)启动子是一段有特殊序列结构的DNA 片段，位于基因的上游，它是RNA 聚合酶识别和
结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终表达出人类需要的蛋白质。
12．(2021·福建，21)微生物吸附是重金属废水的处理方法之一。金属硫蛋白(MT)是一类广
泛存在于动植物中的金属结合蛋白，具有吸附重金属的作用。科研人员将枣树的MT 基因导
入大肠杆菌构建工程菌。回答下列问题：
(1)根据枣树的MT cDNA 的核苷酸序列设计了相应的引物(图1 甲)，通过PCR 扩增MT 基因。
已知A 位点和B 位点分别是起始密码子和终止密码子对应的基因位置。选用的引物组合应
为 。
(2)本实验中，PCR 所用的DNA 聚合酶扩增出的MT 基因的末端为平末端。由于载体E 只有
能产生黏性末端的酶切位点，需借助中间载体P 将MT 基因接入载体E。载体P 和载体E 的
酶切位点及相应的酶切序列如图1 乙所示。
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①选用 酶将载体P 切开，再用 (填“T4 DNA”或“E.coli81
DNA”)连接酶将MT 基因与载体P 相连，构成重组载体P′。
②载体P′不具有表达MT 基因的 和 。选用 酶组合
对载体P′和载体E 进行酶切，将切下的MT 基因和载体E 用DNA 连接酶进行连接，将得
到的混合物导入到用 离子处理的大肠杆菌，筛出MT 工程菌。
(3)MT 基因在工程菌的表达量如图2 所示。结果仍无法说明已经成功构建能较强吸附废水中
重金属的MT 工程菌，理由是
。
答案 (1)引物1 和引物4 (2)①EcoR Ⅴ T4 DNA ②启动子 终止子 XhoⅠ和PstⅠ
钙 (3)尚未在个体生物学水平上对MT 工程菌吸附重金属的能力进行鉴定
解析 (1)密码子位于mRNA 上，是决定氨基酸的三个相邻碱基，起始密码子和终止密码子
分别控制翻译的开始和结束，故为保证基因的正常表达，一对引物应分别位于位点A 和位
点B 的两侧，故选择引物1 和引物4。(2)①MT 基因的末端为平末端，故需要用EcoR Ⅴ或
Sma Ⅰ切割载体P，但后续需进一步将重组载体P′和载体E 连接，故需将MT 基因插入
Xho Ⅰ和Pst Ⅰ两个酶切位点之间，故选EcoR Ⅴ将载体P 切开；由于E.coli81 DNA 连接酶
只能连接黏性末端，而T4 DNA 连接酶可以连接平末端，MT 基因的末端为平末端，故需要
用T4 DNA 连接酶将MT 基因与载体P 相连，构成重组载体P′。②由图可知，载体P′不
含有表达MT 基因的启动子和终止子；为避免自身环化和反向连接，可选用两种酶切割两种
载体，据图可知，载体P′和载体E 均含有Xho Ⅰ和Pst Ⅰ酶的识别序列，故可选用限制酶
Xho Ⅰ和Pst Ⅰ进行酶切；将目的基因导入大肠杆菌的方法是钙离子处理法。(3)由于尚未在
个体生物学水平上对MT 工程菌吸附重金属的能力进行鉴定，故即使MT 工程菌的MT 蛋白
相对含量较高，也不能说明已经成功构建能较强吸附废水中重金属的MT 工程菌。
13．科研人员通过转基因技术培育出超量表达P 蛋白的转基因甜玉米。在超量表达P 基因载
体的构建中，含P 基因的DNA 片段以及Ti 质粒的酶切位点如图所示，其中强启动子能驱动
基因的持续转录。请回答下列问题：
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限制酶
识别序列
Cla Ⅰ
5′AT↓CGAT3′
BamH Ⅰ
5′G↓GATCC3′
Hind Ⅲ
5′A↓AGCTT3′
EcoR Ⅰ
5′G↓AATTC3′
Kpn Ⅰ
5′GGTAC↓C3′
Sac Ⅰ
5′GAGCT↓C3′
(1)以RNA 为模板，通过RT—PCR 技术可获取P 基因。进行RT—PCR 时，一般要加入4 种
脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP)而不是脱氧核苷酸，其原因是
，
同时需加入的酶有 。为了特异性扩增P 基因序列，需根据
设计特异性引物。
(2)在构建基因表达载体时，应优先选用的限制酶是 和 ，这样操作不
仅使P 基因在玉米植株中超量表达，还可利用T－DNA 的 特性，最终使P
基因 。
(3)将农杆菌液浸泡过的玉米愈伤组织进行植物组织培养时，培养基中需加入 ，
筛选出的愈伤组织经再分化过程形成丛芽，最终获得转基因玉米植株。
(4)对转基因再生玉米植株进行鉴定时发现，有些植株虽有P 基因，但几乎没有P 蛋白，造
成该现象的原因可能有
。
答案 (1)dNTP 能为子链延伸过程提供能量和原料(或脱氧核苷酸只能作为原料而不能提供
能量) 逆转录酶和耐高温的DNA 聚合酶 P 基因两端的碱基序列 (2)BamH Ⅰ Sac Ⅰ
可转移 整合到玉米细胞染色体DNA 上 (3)潮霉素 (4)基因转化过程中强启动子可能丢失
或断裂，未能真正转化成功；虽然转化成功，但是P 基因保持沉默，不能有效表达
解析 (2)在构建基因表达载体时，要想使P 基因在玉米植株中超量表达，切割目的基因时
需要把强启动子和P 基因连在一起切割下来，因此需要用到BamHⅠ切割，另一种酶可以用
KpnⅠ或者SacⅠ，在质粒中，KpnⅠ识别序列在BamHⅠ识别序列的左侧，终止子在右侧，
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如果用KpnⅠ切割，目的基因和质粒连接后，目的基因不在启动子和终止子之间，将来无法
转录，因此在构建基因表达载体时，应优先选用的限制酶是BamHⅠ和SacⅠ。(3)据图可知，
利用Ti 质粒的T－DNA 可将目的基因(P 基因)转移到玉米细胞的染色体DNA 上，T－DNA 中含
有标记基因潮霉素抗性基因，因此培养基中需加入潮霉素以便筛选转基因愈伤组织。(4)基
因能控制蛋白质的合成，该过程包括转录和翻译。有些植株虽有P 基因，但几乎没有P 蛋白，
造成该现象的原因可能有：基因转化过程中强启动子可能丢失或断裂，未能真正转化成功；
虽然转化成功，但是P 基因保持沉默，不能有效表达等。
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