第4章基因工程 题型整合练 细胞工程、基因工程综合（含解析）-《精讲精练》26版高中同步新教材生物浙科版选择性必修3

题型整合练　细胞工程、基因工程综合
1.如图表示应用生物工程技术培育生物新品种的过程,请据图判断,下列叙述正确的是(　　)
A.图中③过程中需要用抗原-抗体杂交技术检测生长激素基因是否转录
B.图中⑤过程需要的培养基中一般含有植物激素和各种营养物质
C.将PrG导入细胞Ⅱ,经检测筛选得到Ⅲ,则Ⅲ的特点是特异性强,灵敏度高
D.图中④过程中要用CaCl2处理棉花受体细胞使其处于感受态
2.金茶花是中国特有的观赏品种,但易得枯萎病。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因,通过下图所示的方法培育出了抗枯萎病的新品种,①~⑤分别代表生物或生物的部分结构。下列相关叙述正确的是(　　)
A.②需插入①的T-DNA片段中,便于整合到金茶花细胞染色体DNA上
B.⑤从培养室取出后直接用流水冲洗掉幼苗根部培养基,再移栽到育苗盘中
C.抗病金茶花植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织的基因型一定相同
D.在⑤幼苗中检测到抗枯萎病基因标志着成功培育新品种
3.杂草是影响水稻产量和品质的主要因素之一,草甘膦是一种高效的有机磷除草剂。抗草甘膦转基因作物与草甘膦配合使用是现代农业中一种重要的杂草治理方式。某科研小组进行了转甘氨酸氧化酶基因的抗草甘膦水稻的培育,培育过程如图所示。
回答下列问题:
(1)在基因的序列优化过程中,科研人员在不改变编码氨基酸序列的前提下,对甘氨酸氧化酶基因原始序列中的碱基进行替换,达到消除富含A、T的序列,提高水稻偏爱密码子使用频率,消除常用的限制性内切核酸酶识别序列的目的。从DNA稳定性的角度分析科研人员消除富含A、T序列的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　;对基因中碱基进行替换,但不会改变编码氨基酸序列的原因是　　　　 　　　　　　　　;消除常用的限制性内切核酸酶识别序列的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)在基因表达载体构建过程中,可以用双酶切甘氨酸氧化酶基因和载体,这样做的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。构建完成后将表达载体转入农杆菌中。
(3)在农杆菌介导的遗传转化过程中,将成熟的水稻种子去壳,用75%的乙醇和0.15%氯化汞消毒,然后用　　　　冲洗种子。得到愈伤组织后,将愈伤组织与农杆菌共培养,目的是　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。之后加入羧苄青霉素,浸泡30 min,羧苄青霉素的作用是　　　　　　　　;自然干燥后,把愈伤组织转入含草甘膦的培养基中,草甘膦的作用是　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。将抗性愈伤组织培养成丛状苗后,在生长素/细胞分裂素的值相对较　　　　的培养基中生根,之后将健壮的幼苗进行移栽。
(4)在T0代转基因植株检测过程中,需提取水稻的DNA。将幼嫩的水稻叶片经过冷冻后再研磨,目的是　　　　　　　　;已知EDTA能抑制DNA酶活性,提取DNA时加入EDTA的作用是　　　　 　　　　　　。
(5)在T4代转基因株系田间试验过程中,在水稻的苗期和分蘖期用剂量分别为0 g/ha、900 g/ha、1 800 g/ha、2 700 g/ha和3 600 g/ha的草甘膦处理。结果发现,与0 g/ha草甘膦处理相比,水稻株系在900 g/ha、1 800 g/ha和2 700 g/ha草甘膦处理时性状没有显著性差异,而在3 600 g/ha草甘膦处理时抽穗期与单株分蘖数有明显的改变。这提示我们抗草甘膦转基因作物与草甘膦配合使用时,要注意什么问题 　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
4.果胶甲酯酶具有催化水解果胶的作用,为获得高产、高纯度的胞外果胶甲酯酶,如图表示某科研小组设计的黑曲霉工程菌的构建和发酵流程图。
回答下列问题:
(1)科研小组从基因数据库中获得果胶甲酯酶基因序列后,通过设计引物扩增出大量果胶甲酯酶基因片段,在扩增过程中提供能量的物质是　　　　　　　　　　　。在构建重组表达载体过程中,果胶甲酯酶基因应插入质粒的　　　　　　　　之间才能进行表达,此过程中加入缓冲液的目的是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　,从而提高构建重组表达载体的成功率。
(2)可提取农杆菌的DNA进行PCR后再通过　　　　　　　　判断重组表达载体是否导入农杆菌。获得转果胶甲酯酶基因的黑曲霉后,通过抗原-抗体杂交技术或检测单位量的转基因黑曲霉　　　　 　　　　　　　　判断高产果胶甲酯酶黑曲霉工程菌是否构建成功。因黑曲霉自身某种蛋白质的物理和化学性质与果胶甲酯酶相似,造成提取产物纯度不高,所以科研小组通过一定的方法将这种蛋白质的基因　　　　,实现获得高纯度的果胶甲酯酶。
(3)获得的黑曲霉工程菌需先进行活化和　　　　培养后才能接种到发酵罐中进行大型发酵,以缩短发酵时间。发酵过程需保持　　　 　　　　　　　　　(至少写两点)、适宜pH、充足的氧气等条件,保证发酵过程不受杂菌污染和菌体能正常生长。发酵结束后将发酵液进行离心处理,取　　　　进行果胶甲酯酶的分离和纯化工作。在分离过程中使用一定浓度的硫酸铵处理发酵液后获得有活性的果胶甲酯酶沉淀物,原因是在一定浓度的硫酸铵条件下　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
5.由M基因编码的M蛋白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,它能在大肠杆菌和动物A的肝细胞中特异性表达。现设计实验如下:
实验一:科研人员将外源DNA片段F插入M基因的特定位置,再通过一定的技术手段获得M基因失活的转基因克隆动物A,流程如图1所示。
实验二:将M基因导入大肠杆菌构建具有吸附重金属作用的工程菌,如图2所示。
图1 图2
(1)在构建含有片段F的重组质粒过程中,用于切割质粒DNA的工具酶能将特定部位的两个核苷酸之间的　　　　　　断开。
(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时,需要定期更换培养液,目的是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)图1中②所使用的技术叫　　　　　　。与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功率　　　。从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞,在形态上表现为细胞体积小,细胞核大,核仁明显,功能上具有　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)鉴定转基因动物:将免疫小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞进行融合,筛选融合杂种细胞,制备抗M蛋白的单克隆抗体,简要写出利用此抗体确定克隆动物A中M基因是否失活的实验思路:　　　　 　　。
(5)根据M cDNA的核苷酸序列设计了相应的引物(图2甲),通过PCR扩增M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　　　　　　　　。实验二中,PCR所用的Taq DNA聚合酶扩增出的M基因的末端为平末端。由于载体E只有能产生黏性末端的限制酶识别位点,需借助中间载体P将M基因接入载体E。载体P和载体E的限制酶识别位点及相应的酶切序列如图2乙所示。
①选用　　　　酶将载体P切开,再用　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
DNA连接酶将M基因与载体P相连,构成重组载体P'。
②由于载体P'不具有表达M基因的　　　　　　　　,故应该选用　　 　　　　酶组合对载体P'和载体E进行酶切,将切下的M基因和载体E用DNA连接酶进行连接,将得到的混合物导入用　　　离子处理的大肠杆菌,筛出M工程菌。
(6)M基因在工程菌的表达量如图3所示。该结果能否说明已经成功构建了具有较强吸附废水中重金属能力的M工程菌,并说明理由:　　　 　　　　　　　　。
图3
答案与分层梯度式解析
1.B　图中①表示基因表达载体的构建,②表示将目的基因导入动物受精卵中,③表示早期胚胎发育和胚胎移植,④表示将目的基因导入植物细胞,⑤表示植物组织培养。图中③过程检测生长激素基因是否转录(检测mRNA),应用核酸分子杂交技术,抗原-抗体杂交技术可检测受体细胞中是否表达出相应的蛋白质,A错误;将PrG导入细胞Ⅱ,经检测筛选得到细胞Ⅲ,细胞Ⅲ经体外培养能产生单克隆抗体,则细胞Ⅲ是既能产生特异性抗体、又能无限增殖的杂交瘤细胞,而灵敏度高是细胞Ⅲ产生的单克隆抗体的特点,C错误;常用CaCl2处理微生物细胞使其处于感受态,图中④过程是通过农杆菌的转化作用,把目的基因整合到植物细胞染色体的DNA上,D错误。
2.A　①为质粒,②为目的基因,目的基因需插入质粒的T-DNA片段中,便于整合到金茶花细胞染色体DNA上,A正确;⑤从培养室取出后,先将培养瓶的瓶口打开,放置一段时间,以提高试管苗对外部环境的适应能力,然后在清水中洗掉幼苗根部培养基,再移栽到育苗盘中,B错误;抗病金茶花植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织的基因型不一定相同,如花粉细胞培养形成的愈伤组织的基因只有体细胞的一半,C错误;在⑤幼苗中检测到抗枯萎病基因标志着目的基因已经成功导入受体细胞,但这不能说明已经成功培育抗枯萎病新品种,还需要检测目的基因是否成功表达并进行个体性状的检测,D错误。
3.答案　(1)基因中A、T含量多,容易发生解旋　一种氨基酸往往对应多种密码子　防止目的基因被农杆菌中的限制酶破坏　(2)防止甘氨酸氧化酶基因(目的基因)和载体自身环化和反向连接　(3)无菌水　让甘氨酸氧化酶基因(目的基因)进入愈伤组织　杀死农杆菌　筛选能表达甘氨酸氧化酶基因的愈伤组织　大　(4)破坏细胞结构　防止DNA被水解　(5)即使是抗草甘膦转基因作物,使用草甘膦时浓度也不能太高
解析　(1)A-T之间有2个氢键,G-C之间有3个氢键,从DNA稳定性的角度分析,消除富含A、T序列的原因是基因中A、T含量多,容易发生解旋。(2)构建基因表达载体时,双酶切的优点:防止目的基因和载体自身环化,保证目的基因正向连接。
4.答案　(1)4种脱氧核苷三磷酸(或dNTP或dATP、dTTP、dGTP、dCTP)　启动子和终止子　为限制性内切核酸酶和DNA连接酶提供适宜的pH(或为酶提供适宜的pH)　(2)琼脂糖凝胶电泳(或凝胶电泳)　单位时间催化水解的果胶量　敲除　(3)扩大化　无菌、营养供给充分、适宜温度　上清液　果胶甲酯酶溶解度低且空间结构不会被破坏
解析　(1)利用PCR技术扩增目的基因片段时,需在PCR反应体系中加入模板、Taq DNA聚合酶、引物、缓冲液等,还需要加入dNTP(作为原料,同时提供能量)。PCR为体外DNA复制,所需环境应与体内DNA复制类似,故加入缓冲液的目的是为限制性内切核酸酶和DNA连接酶提供适宜的pH,以保证相关酶的活性处于较高水平。(2)可提取农杆菌的DNA进行PCR后再通过琼脂糖凝胶电泳(凝胶电泳)分析DNA片段大小等来判断重组表达载体是否导入农杆菌。转基因黑曲霉因含果胶甲酯酶所以能催化水解果胶,故在目的基因的检测与鉴定环节,可通过检测单位量的转基因黑曲霉单位时间催化水解的果胶量来判断高产果胶甲酯酶黑曲霉工程菌是否构建成功。可利用基因敲除的方法将黑曲霉自身与果胶甲酯酶相似的蛋白质的相关基因除去,以提高提取的果胶甲酯酶的纯度。(3)果胶甲酯酶为胞外酶,将发酵液进行离心后,果胶甲酯酶位于上清液中,菌体位于沉淀中。在分离过程中加入物质时需要考虑果胶甲酯酶溶解度和酶的活性。
5.答案　(1)磷酸二酯键　(2)清除代谢产物,防止细胞代谢产生的有毒物质危害细胞,同时给细胞提供足够的营养　(3)胚胎体外培养　低　全能性　(4)取动物A和克隆动物A的肝组织细胞,分别提取蛋白质进行抗原-抗体杂交　(5)引物a和引物d　EcoRⅤ　T4　启动子和终止子　XhoⅠ和PstⅠ　钙　(6)不能说明,因为尚未在个体生物学水平上对M工程菌吸附重金属的能力进行鉴定
解析　(2)在无菌、无毒等适宜环境中进行动物A成纤维细胞的原代和传代培养时,细胞新陈代谢消耗营养物质的同时,会产生有毒物质危害细胞,因此需要定期更换培养液。(3)图1中经②过程产生早期胚胎,因此②所使用的技术为胚胎体外培养;由于动物体细胞分化程度高,表现其全能性困难,因此与胚胎细胞核移植技术相比,体细胞核移植技术的成功率更低;从早期胚胎中分离获得的胚胎干细胞分化程度低,具有全能性。(4)据题意可知,M基因编码的M蛋白能在动物A的肝细胞中特异性表达,抗M蛋白的抗体可以特异性结合M蛋白,若要利用抗M蛋白的抗体确定克隆动物A中M基因是否失活,取动物A和克隆动物A的肝组织细胞,分别提取蛋白质进行抗原-抗体杂交。如果M基因已经失活,则无M蛋白产生,不发生M蛋白与抗M蛋白的抗体的结合。(5)密码子位于mRNA上,起始密码子和终止密码子分别控制翻译的开始和结束,为保证基因的正常表达,须将起始密码子和终止密码子对应的DNA片段扩增出来,所以选用的引物组合应为引物a和引物d。①扩增出的M基因的末端为平末端,故可用EcoRⅤ或SmaⅠ切割载体P,但后续需进一步将重组载体P'和载体E进行酶切,将M基因插入载体E XhoⅠ和PstⅠ识别位点之间,故选EcoRⅤ将载体P切开;M基因的末端为平末端,故需要用T4 DNA连接酶将M基因与载体P相连,构成重组载体P'如下图所示。
②载体P'是重组质粒,不含有表达M基因的启动子和终止子;据图可知,载体P'和载体E均含有XhoⅠ和PstⅠ识别位点,故可选用XhoⅠ和PstⅠ进行酶切。(6)由于尚未在个体生物学水平上对M工程菌吸附重金属的能力进行鉴定,故即使M工程菌的M蛋白相对表达量较高,也无法说明已经成功构建具有较强吸附废水中重金属能力的M工程菌。
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