2020-2021学年高中生物-第3章-基因工程-2-基因工程的基本操作程序作业新人教版选择性必修3.doc

2020-2021学年高中生物 第3章 基因工程 2 基因工程的基本操作程序作业新人教版选择性必修32020-2021学年高中生物 第3章 基因工程 2 基因工程的基本操作程序作业新人教版选择性必修3年级：姓名：- 12 -基因工程的基本操作程序 (20分钟70分)一、选择题(共7小题,每小题5分,共35分)1.下列有关基因工程相关工具的叙述,正确的是()A.限制酶能识别并切割DNA任意序列B.DNA连接酶与DNA聚合酶作用位点不同C.没有与目的基因重组的质粒不可以进入受体细胞D.使用质粒载体可以避免目的基因在受体内被分解【解析】选D。限制酶只能识别DNA上特定序列并切割;DNA连接酶与DNA聚合酶作用位点都是磷酸二酯键;进入受体细胞的有普通质粒和重组质粒;质粒能够在宿主细胞内稳定存在,故将目的基因与质粒重组可以避免目的基因在受体内被分解。2.哪些是基因表达载体的必需组成部分()启动子终止密码子标记基因目的基因终止子A.B.C.D.【解析】选B。启动子位于基因表达载体的首端,有了它才能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需要的蛋白质;终止子相当于一盏红色信号灯,使转录在所需要的地方停止下来;标记基因是为了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;目的基因是表达载体上必须具有的结构。3.某研究所的研究人员将生长激素基因通过质粒介导进入大肠杆菌细胞内,产生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因:A是抗链霉素基因,B是抗氨苄青霉素基因,且目的基因要插入基因B中,而大肠杆菌不带有任何抗性基因。下列叙述正确的是()A.导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒B.RNA聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶C.可用含氨苄青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D.在含氨苄青霉素培养基中不能生长,但在含链霉素培养基中能生长的可能是符合生产要求的大肠杆菌【解析】选D。导入大肠杆菌的质粒可能为重组质粒,也可能为普通质粒,A项错误;构建基因表达载体过程中需要限制酶和DNA连接酶,不需要RNA聚合酶,B项错误;由于目的基因要插入基因B中,即抗氨苄青霉素基因破坏,即工程菌不能抗氨苄青霉素,因此不能用含氨苄青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒,C项错误;据分析可知,在含氨苄青霉素培养基中不能生长,但在含链霉素培养基中能生长的可能是符合生产要求的大肠杆菌,D项正确。4.以下有关基因工程的叙述,正确的是()A.利用PCR技术可以大量扩增目的基因B.目的基因导入受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法C.用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生不同的黏性末端D.利用载体上标记基因的相关特性就可检测出目的基因已导入受体细胞并成功表达【解析】选A。PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术;农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法;用同一种限制酶分别切割载体和目的基因的目的是能够产生相同的黏性末端,便于两者连接;利用载体上标记基因的相关特性可检测出目的基因已导入受体细胞,但不能确定目的基因是否得以表达。5.中美科学家通过改变一种名为NR2B的基因研制出了转基因超级小鼠Hobbie-J,Hobbie-J比普通老鼠更加聪明,大脑运转更加迅速,它能够轻松完成迷宫任务。下列关于Hobbie-J产生过程的描述,错误的是()A.NR2B基因可通过PCR技术进行扩增B.改变后的NR2B基因作为目的基因,可直接注入小鼠受精卵内C.通常采用显微注射技术将重组质粒导入小鼠受精卵内D.可采用PCR等技术检测改变后的NR2B基因是否插入小鼠染色体DNA【解析】选B。PCR技术可在体外大量扩增目的基因,A正确;改变后的NR2B基因作为目的基因,需要与载体结合后才可导入小鼠受精卵内,B错误;将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术,C正确;通过PCR等技术从分子水平检测目的基因是否插入染色体DNA,D正确。6.新型冠状病毒是一种RNA病毒,其基因编码的结构蛋白一共有5种,分别是S蛋白、核衣壳蛋白N、膜蛋白M、小膜蛋白E和血凝素酯酶HE。新型冠状病毒主要通过S蛋白和人类细胞表面受体ACE2蛋白结合,激活细胞内吞并启动病毒复制程序。下列说法错误的是()A.通过药物引起人类ACE2蛋白基因突变,是一个好的防治思路B.S蛋白的结构与功能很可能是疫苗研发与药物开发中必须关注的重点C.新冠肺炎患者确诊可以通过核酸检测和抗体检测来实现,但核酸检测更可信D.如果开发新型冠状病毒“重组病毒载体疫苗”的话,选择病毒载体时“安全性”十分重要【解析】选A。通过药物引起人类ACE2蛋白基因突变,会影响细胞的正常代谢,A错误;新型冠状病毒主要通过S蛋白和人类细胞表面受体ACE2蛋白结合,激活细胞内吞并启动病毒复制程序,了解S蛋白的结构与功能有利于疫苗研发与药物开发,B正确;抗体检测会出现假阳性,用核酸检测更可信,C正确;开发新型冠状病毒“重组病毒载体疫苗”要考虑病毒载体的“安全性”,D正确。【补偿训练】目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性,只有通过鉴定与检测才能知道。下列属于目的基因检测与鉴定的是()检测受体细胞中是否有目的基因检测受体细胞中是否有致病基因检测目的基因是否转录出了mRNA检测目的基因是否翻译成蛋白质A.B.C.D.【解析】选C。检测受体细胞中是否有目的基因,可以利用PCR技术,正确;基因工程中不需要检测受体细胞中是否有致病基因,错误;检测目的基因是否转录出了mRNA,可以利用PCR技术,正确;检测目的基因是否翻译成蛋白质,可以利用抗原-抗体杂交技术,正确。7.如图表示科学家通过基因工程培育抗虫棉时,从苏云金芽孢杆菌中提取抗虫基因“放入”棉花细胞中与棉花的DNA分子结合起来而发挥作用的过程示意图。以下说法正确的是() A.图中是质粒,步骤常需用到限制酶和DNA聚合酶B.图中是含目的基因的重组Ti质粒,步骤是将重组质粒导入棉花细胞C.图中是农杆菌,通过步骤将目的基因导入植物细胞D.剔除培育成功的抗虫棉体内的四环素抗性基因会影响抗虫基因的表达【解析】选C。为质粒,步骤为基因表达载体的构建,常需用到限制酶和DNA连接酶,A错误;图中步骤是将重组质粒导入农杆菌细胞,B错误;图中步骤是将目的基因导入植物细胞,C正确;基因的表达具有独立性,剔除抗虫棉体内的四环素抗性基因不影响抗虫基因的表达,D错误。【补偿训练】番茄叶片受害虫的损伤后,叶肉细胞迅速合成蛋白酶抑制剂,抑制害虫的消化作用。人们尝试将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米,以对付猖獗的玉米螟。如图为培育转基因抗虫玉米的流程图,下列描述正确的是() A.用限制性内切核酸酶切割番茄的DNA得到的产物就是蛋白酶抑制剂基因B.用氯化钙处理玉米受体细胞,有利于含目的基因的重组质粒导入C.重组Ti质粒应有RNA聚合酶识别和结合的部位,以启动蛋白酶抑制剂基因的转录D.若将目的基因导入玉米花粉细胞,通过花药离体培养可获得稳定遗传的转基因玉米【解析】选C。目的基因是用限制性内切核酸酶将DNA酶切后得到的,需筛选;氯化钙用于处理细菌细胞;基因成功表达的前提是能转录和翻译,转录时需RNA聚合酶识别转录的起点才能启动;花药离体培养得到的是玉米的单倍体,需再用秋水仙素处理单倍体,使染色体加倍才能得到稳定遗传的转基因玉米。二、非选择题(共2小题,共35分)8.(15分)已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产,乙种昆虫食用某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此,可将丙种蛋白质基因转入甲种农作物体内,使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。回答下列问题:(1)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中,常需要使用_酶和_酶。(2)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养,筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织,由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗_的危害。(3)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口,则该植株的种子_(填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基因。因为_。【解析】(1)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程中,常需使用限制酶和DNA连接酶。(2)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共同培养,筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组织,由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗乙种昆虫的危害。(3)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口,则该植株的种子不含丙种蛋白质基因,因为基因不能跨细胞转移。答案:(1)限制DNA连接(2)乙种昆虫(3)不含基因不能在体内跨细胞转移9.(20分)人参是一种名贵药材,具有良好的滋补作用。口服-干扰素在慢性乙肝、丙肝及部分肿瘤的治疗中有一定疗效。如图为科研人员制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流程,表示相关的操作,EcoR、BamH为限制酶,它们的识别序列及切割位点如表所示。回答下列问题: (1)步骤中,利用PCR技术扩增干扰素基因时,设计引物序列的主要依据是_。科研人员还在两种引物的一端分别加上_和_序列,以便于后续基因的剪切和连接。(2)过程所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有_,过程中需先用_处理根瘤农杆菌,以便将基因表达载体导入细胞。(3)过程中,科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后,先通过_过程获得DNA,再进行PCR扩增,若最终未能检测出干扰素基因,其可能原因是_。(4)科研人员认为,由转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好,其依据是_。【解析】(1)PCR技术的前提条件是要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。因此,合成引物时主要依据目的基因(干扰素基因)两端的部分核苷酸序列。同时,便于后续的剪切和连接,设计引物时还需加上相关限制酶的识别序列,本题中限制酶EcoR、BamH的识别序列分别是GAATTC、GGATCC。(2)基因表达载体的组成有目的基因、启动子、终止子、复制原点和标记基因等。用原核细胞作为受体细胞时,常用Ca2+(CaCl2)处理,使其成为感受态。(3)从愈伤组织细胞提取RNA后,经反转录获得DNA。对PCR技术获得的较多的DNA片段进行检测筛选,未能检测出干扰素基因,说明在愈伤组织细胞中不含干扰素基因转录形成的RNA,可能是干扰素基因未能导入,也可能是导入的干扰素基因未转录。(4)单纯干扰素只起治疗的作用,而由转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物既有干扰素的治疗作用,又有人参的滋补作用。答案:(1)干扰素基因两端的部分核苷酸序列GAATTCGGATCC(2)复制原点Ca2+(CaCl2)(3)反转录导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录(或干扰素基因未能导入人参愈伤组织细胞)(4)药物既有干扰素治疗的作用,又有人参的滋补作用 (10分钟30分)1.(8分)(不定项)蓝藻拟核DNA上有控制叶绿素合成的chlL基因。某科学家通过构建该种生物缺失chlL基因的变异株,以研究chlL基因对叶绿素合成的控制,技术路线如图所示。下列相关叙述正确的是() A.过程应使用不同的限制性内切核酸酶B.过程都要使用DNA连接酶C.终止密码子是基因表达载体的重要组成部分D.若操作成功,可用含红霉素的培养基筛选出该变异株【解析】选A、B、D。限制性内切核酸酶有特异性,过程要切割的DNA序列不同,故应使用不同的限制性内切核酸酶;DNA连接酶的作用是连接被切开的磷酸二酯键,使chlL基因、红霉素抗性基因与质粒结合;基因表达载体由目的基因、启动子、终止子和标记基因等组成,终止密码子是mRNA上密码子的一种,表示一次翻译的结束;变异株中chlL基因被重组基因替换,重组基因中有红霉素抗性基因,故可用含红霉素的培养基筛选出该变异株。【补偿训练】“X基因”是DNA分子上一个有遗传效应的片段,若要用PCR技术特异性地拷贝“X基因”,需在PCR反应中加入两种引物(注:引物的作用是与模板链形成双链后在DNA聚合酶的作用下就可以继续链的延伸),两种引物及其与模板链的结合位置如图甲所示。经4轮循环后产物中有五种不同的DNA分子,如图乙所示,其中第种DNA分子有() A.8个B.6个C.4个D.2个【解析】选A。由图分析可知:X基因第一次复制得到2个两种DNA分子:和;X基因第二次复制得到4个四种DNA分子:复制得和、复制得和;X基因第三次复制得到8个五种DNA分子:复制得和、复制得和、复制得和、复制得和;X基因第四次复制得到16个五种DNA分子:复制得和、2个复制得2个和2个、2个复制得2个和2个、2个复制得到4个。从上面的推测可知,第四轮循环产物中有8个。【实验探究】2.(22分)如图1表示我国自主研发的转基因抗虫水稻“华恢1号”的主要培育流程,请据图回答: (1)杀虫基因通过,最终在宿主细胞内维持稳定和表达的过程叫做_;其中_(填标号)是转基因抗虫水稻的核心步骤,需要的工具酶是_、_。(2)“华恢1号”的培育过程应用的主要生物技术有_、_。(3)构建重组质粒时,常用Ti质粒作为载体,是因为Ti质粒上具有T-DNA,它能把目的基因整合到受体细胞(植株细胞)中_上。(4)图2是天然土壤农杆菌Ti质粒结构示意图(部分基因及部分限制酶作用位点),组建理想的载体需要对天然的质粒进行改造,据图分析:人工改造质粒时,要使抗虫基因表达,还应插入_,其作用是_。人工改造质粒时,先用限制酶处理,可以去除质粒上的_基因和_基因(填图2质粒上的基因名称),保证重组质粒进入水稻细胞后不会促进细胞的分裂和生长;然后再用限制酶分别切割经过改造的理想质粒和带有抗虫基因的DNA分子,并构成重组Ti质粒,那么成功导入抗虫基因的水稻胚细胞将不能在含_(填抗生素名称)的培养基上生长。【解析】(1)杀虫基因通过,最终在宿主细胞内维持稳定和表达的过程叫做转化;其中过程表示基因表达载体的构建,这是转基因抗虫水稻的核心步骤,需要的工具酶是限制性内切核酸酶(限制酶)、DNA连接酶。(2)分析图解可知,“华恢1号”的培育过程应用的主要生物技术有基因工程技术(转基因技术)、植物组织培养技术。(3)构建重组质粒时,常用Ti质粒作为载体,是因为Ti质粒上具有T-DNA,它能把目的基因整合到受体细胞(植株细胞)中染色体的DNA上。(4)启动子是一段特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,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,最终获得所需要的蛋白质。图中看出,tms基因能够编码吲哚乙酸,tmr基因能够编码细胞分裂素,这两种激素能够促进植物的生长。因此人工改造时用限制酶处理,其目的之一是除去或破坏质粒上的tmr、tms,保证T-DNA进入水稻细胞后不会引起细胞的无限分裂和生长;另外只有一个插入位点,也有利于目的基因(或外源DNA)准确插入。答案:(1)转化限制性内切核酸酶(限制酶)DNA连接酶(2)基因工程技术(转基因技术)植物组织培养技术(3)染色体的DNA(4)启动子为RNA聚合酶提供识别和结合的部位,驱动转录tmstmr四环素【补偿训练】如图是将乙肝表面抗原基因转移到烟草细胞内生产乙肝疫苗的示意图,请据图回答下列问题: (1)过程表示_。为了使目的基因正常表达,其首端必须有启动子,它是_识别和结合的部位。若限制酶切出了平末端,要选择_(填“E.coliDNA连接酶”或“T4DNA连接酶”)进行连接。(2)图中将乙肝表面抗原基因导入烟草细胞的方法称为_。它利用了载体Ti质粒中含有_序列,可以将目的基因整合到宿主细胞的染色体上。(3)图中将乙肝表面抗原基因导入烟草细胞后,生根、长芽的过程中采用了细胞工程的_技术,该技术的原理是_。(4)要检测烟草细胞中乙肝表面抗原基因是否合成出乙肝表面抗原蛋白,采用的方法是_。【解析】(1)据图可知:过程表示基因表达载体的构建,启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,RNA聚合酶与其结合后可以驱动基因的转录。为了使目的基因正常表达,其首端必须有RNA聚合酶识别和结合的部位,即启动子;若限制酶切出了平末端,要选择T4DNA连接酶进行连接。(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,故将乙肝表面抗原基因导入烟草细胞的方法称为农杆菌转化法。它利用了载体Ti质粒中含有T-DNA序列,可以将目的基因整合到宿主细胞的染色体上。(3)图中将乙肝表面抗原基因导入烟草细胞后,采用了植物组织培养技术让其生根、长芽,该技术的原理是植物细胞具有全能性。(4)检测乙肝表面抗原基因是否翻译出乙肝表面抗原蛋白,采用的方法是抗原-抗体杂交法。答案:(1)基因表达载体的构建RNA聚合酶T4DNA连接酶 (2)农杆菌转化法T-DNA(3)植物组织培养植物细胞具有全能性(4)抗原-抗体杂交法【方法规律】围绕“农杆菌转化法”的解题方法围绕运用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞类的题目解题的技巧是“一看、二找、三不定”。一看:一定要看清T-DNA的位置、限制酶的识别序列、运用限制酶后破坏抗性基因的情况。二找:农杆菌转化法中一定存在两次转移、两次筛选,找到它,并分析出影响它的各种因素。三不定:受体细胞不一定是受精卵,也可以是体细胞;导入后的目的基因不一定能成功表达;导入的方法不一定只有农杆菌转化法。