【增分测评卷】第四章 基因工程 第五章 生物技术的安全与伦理（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

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密 封 线 内 不 要 答 题
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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第四章　基因工程
第五章　生物技术的安全与伦理
全卷满分100分　考试用时90分钟
一、选择题(本大题共20小题,每小题2分,共40分。每小题列出的四个备选项中,只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.限制性内切核酸酶可以在特定的位置将DNA分子剪切开。如图为不同种限制酶识别的序列,箭头所指的是限制酶识别位点,下列叙述错误的是　(　　)
A.能被BamHⅠ识别的序列也一定能被Sau3AⅠ识别
B.一个链状DNA分子被EcoRⅠ切成两个片段时会发生8个氢键的断裂
C.质粒作为基因工程的常用载体,通常会有多种限制性内切核酸酶的识别位点
D.用BamHⅠ切割的目的基因和用Sau3AⅠ切割的质粒无法连接
2.下列关于质粒的存在及本质的叙述,错误的是(　　)
A.一个大肠杆菌可含有多个质粒
B.质粒是一种小型环状分子
C.质粒存在于拟核区
D.质粒的化学本质是DNA
3.DNA提取与PCR扩增等操作是基因工程的基础性工作,下列有关叙述错误的是(　　)
A.从目标生物中提取DNA时,利用了 DNA与其他物质在NaCl溶液和酒精中溶解度的差异
B.PCR扩增中会经多次变性、退火、延伸的循环,单次循环的DNA产生量没有变化
C.PCR扩增说明一些酶可以在细胞外高于60 ℃条件下发挥作用
D.经琼脂糖凝胶电泳后的PCR产物条带位置与DNA片段的长度密切相关
4.科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因,提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力,从而显著提高了植物的光合作用速率。下列叙述错误的是(　　)
A.PCR定点突变技术使Rubisco酶基因发生定向突变　
B.PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
C.一个目的基因复制4次需要在缓冲液中至少加入32个引物
D.PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
5.数字PCR技术是一种核酸分子绝对定量技术,其原理如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.应根据目的基因的一段已知序列设计两种引物
B.PCR每一轮循环包括变性、退火和延伸三个过程
C.PCR结束后有靶分子的反应单位能检测出荧光
D.每个反应单位中都需要加入解旋酶和耐高温的Taq DNA聚合酶
6.通过引物设计运用PCR技术可以实现目的基因的定点突变,如图为基因工程中获取突变基因的过程,其中引物1序列中含有一个碱基T不能与目的基因片段配对,但不影响引物与模板链的整体配对,反应体系中引物1和引物2的5'端分别设计增加限制性内切核酸酶a和限制性内切核酸酶b的识别位点。下列有关叙述正确的是(　　)
A.两种引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因的定向插入
B.在PCR反应体系中还需要加入4种游离核糖核苷酸、解旋酶、Taq DNA聚合酶、ATP等
C.第2轮循环,引物1与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因
D.在第3轮循环结束后,含突变碱基对且两条链等长的DNA占1/8
7.研究人员利用农杆菌将外源基因A导入水稻细胞中,然后通过植物组织培养技术获得了含有外源基因A的第一代水稻植株。如图为重组Ti质粒示意图。下列叙述错误的是(　　)
A.外源基因A必须整合在T-DNA片段内
B.第一代水稻植株中所有细胞都存在外源基因A
C.水稻的组织培养过程中需调整植物激素的浓度和配比
D.用农杆菌侵染时,可先用超声波等轻微损伤外植体
阅读下列材料,回答第8、9题。
材料一　1962年下村修在普林斯顿大学做研究的时候从某种发光水母中分离出绿色荧光蛋白(GFP),GFP在蓝光或紫外光的激发下会发出绿色荧光。
材料二　1992年科学家克隆出了GFP基因,随后马丁·查尔菲成功地让GFP基因在大肠杆菌和线虫中表达。之后,会发光的鼠、猪、猫、兔、蝌蚪、鱼也相继问世。下图是转基因绿色荧光鼠的培育过程。
8.若将GFP基因与目的基因连接起来组成一个融合基因,再将该融合基因转入真核生物细胞内,表达出的蛋白质可被激发出绿色荧光。下列叙述错误的是(　　)
A.构建的“融合基因”无需与其他DNA片段相连,可直接导入受体细胞
B.基因表达载体的制备需利用限制性内切核酸酶和DNA连接酶
C.导入受体细胞内的“融合基因”可视为一个独立的遗传单位
D.利用该技术可以追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布
9.下列关于转基因绿色荧光鼠培育过程的叙述,错误的是(　　)
A.基因表达载体应具有复制能力和表达能力
B.受体细胞应具有良好的全能性表达能力
C.早期胚胎培养的培养液由于含有高温下易失活的有机成分,无需灭菌
D.代孕母鼠身体各系统的发育状况应健康,必要时还需对其进行同期发情处理
10.SARS病毒表面的S蛋白是主要的病毒抗原,在SARS病人康复后的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。研制预防SARS病毒的疫苗简要的操作流程如下,有关叙述正确的是(　　)
A.步骤①所代表的反应过程需要RNA聚合酶
B.步骤③和⑤常用的方法分别是农杆菌转化法和显微注射法
C.④和⑥表达S蛋白的过程,所需ATP均来自线粒体
D.可用抗原-抗体杂交技术检测细胞中是否真正成功表达了病毒S蛋白
11.将马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因Pin-Ⅱ导入杨树细胞,可培育成抗虫杨树。如图表示含目的基因的DNA分子和农杆菌质粒,图中ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Neor表示新霉素抗性基因,箭头表示识别序列完全不同的4种限制酶的识别位点。下列叙述错误的是(　　)
A.目的基因插入质粒的T-DNA上,才能整合到受体细胞染色体中
B.为使目的基因与质粒高效重组,最好选用EcoRⅠ和Tth111Ⅰ
C.成功导入重组质粒的细胞可能会表现为不抗氨苄青霉素、抗新霉素
D.可用抗虫接种实验检测杨树目的基因是否表达
12.动物生物反应器的研究开发重点是动物乳腺反应器,可把人体相关基因导入哺乳动物的卵细胞中,使生出的转基因动物长大后产生的乳汁中含有人类所需要的不同蛋白质。培育作为“生物反应器”的动物涉及的现代生物技术有(　　)
①基因工程　②体外受精　③胚胎移植　④早期胚胎培养
A.①②③　　　B.②③④
C.①③④　　　D.①②③④
13.基因工程在农牧业、食品工业、环境保护、医学方面具有突出贡献,下列有关叙述正确的是(　　)
A.由大肠杆菌工程菌获得人的干扰素后可直接应用
B.用含H1N1病毒碱基序列的DNA探针,可检测发热病人体内是否含H1N1病毒
C.用放射性同位素标记DNA探针的作用是增加探针DNA的分子量
D.利用转基因技术培育的动物,目的基因只存在于特定的细胞中
14.用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时,得到以下电泳图谱,其中1号为DNA标准样(Marker),2~10号为PCR产物;其中2号的模板为野生型植株DNA,3~9号模板为转基因植株的DNA,10号使用蒸馏水代替模板DNA。下列据此做出的分析,错误的是(　　)
A.PCR产物的分子大小在250~500 bp之间
B.3号样品植株导入的目的基因一定能成功表达
C.9号样品对应植株不是所需的转基因植株
D.10号的电泳结果能确定反应体系等对实验结果没有干扰
阅读下列材料,完成第15、16题。
　　为提高转基因抗虫棉的抗虫持久性,可采取如下措施:
①基因策略:提高杀虫基因的表达量、向棉花中转入多种杀虫基因等。例如,早期种植的抗虫棉只转入了一种Bt毒蛋白基因,抗虫机制比较单一;现在经常将两种或两种以上Bt毒蛋白基因同时转入棉花。
②田间策略:主要是为棉铃虫提供庇护所。例如,我国新疆棉区,在转基因棉田周围种植一定面积的非转基因棉花,为棉铃虫提供专门的庇护所;长江、黄河流域棉区多采用将转基因抗虫棉与高粱和玉米等其他棉铃虫寄主作物混作的方式,为棉铃虫提供天然的庇护所。
③国家宏观调控政策:如实施分区种植管理等。
15.关于上述基因策略,下列叙述错误的是(　　)
A.提高Bt毒蛋白基因的表达量,可降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度
B.转入棉花植株的两种Bt毒蛋白基因的遗传不一定遵循基因的自由组合定律
C.若两种Bt毒蛋白基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株,则两种基因互为等位基因
D.转入多种Bt毒蛋白基因能提高抗虫持久性,是因为棉铃虫基因突变频率低且不定向
16.关于上述田间策略,下列叙述错误的是(　　)
A.转基因棉田周围种植非抗虫棉,可降低棉铃虫抗性基因的突变率
B.混作提高抗虫棉的抗虫持久性,体现了物种多样性的重要价值
C.为棉铃虫提供庇护所,可使敏感棉铃虫在种群中维持一定比例
D.为棉铃虫提供庇护所,可使棉铃虫种群抗性基因频率增速放缓
17.草甘膦是一种广谱、内吸、高效的灭生性除草剂,它通过与EPSPS(叶绿体中的一种酶)结合,抑制EPSPS的作用,阻断芳香族氨基酸的合成,从而引起细胞死亡。为了提高普通烟草对草甘膦的抗性,科学家通过转基因的方法将某外源EPSPS基因转入烟草的叶绿体中,使其产生更多的EPSPS,使得转基因烟草对草甘膦的抗性可达5 mmol/L(比野生型烟草高10倍)。下列说法错误的是(　　)
A.利用PCR技术扩增EPSPS基因所需的原料是dCTP、dATP、dGTP、dTTP　
B.可利用农杆菌转化法将EPSPS基因导入叶绿体中
C.EPSPS基因导入成功后,是否赋予了烟草对草甘膦的预期抗性,还需进行鉴定
D.从生物安全角度分析,把基因转入细胞核比转入叶绿体更安全
18.某单基因遗传病患者的家系如图1,研究人员采集了部分家系成员的DNA,对与该病相关基因的特异性片段(长度400 bp,bp代表碱基对)进行PCR扩增,然后用限制性内切核酸酶HhaⅠ对其切割,并进行琼脂糖凝胶电泳分析,结果如图2,下列分析正确的是(　　)
图1
图2
A.Ⅱ-1、Ⅱ-2的致病基因都来自Ⅰ-2
B.该致病基因片段上有HhaⅠ识别位点
C.Ⅲ-2成年后进行产前诊断时可参考胎儿的性别判断其患病概率
D.该致病基因与正常基因相比较,可能是其基因上的碱基对发生了替换
19.蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述,正确的是(　　)
A.不遵循中心法则
B.在分子水平上直接对蛋白质进行改造
C.生产的蛋白质都能在自然界中找到
D.需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
20.现代生物技术造福人类的同时,也可能引起一系列安全和伦理问题,下列说法不恰当的是(　　)
A.中国政府坚持反对生殖性克隆、支持治疗性克隆的立场
B.转基因产品在准予商业化之前都必须经过严格的检测和审批
C.利用基因编辑技术设计试管婴儿,以期获得更健康、聪明、长寿的“完美婴儿”
D.通过改造基因使β-干扰素第17位半胱氨酸改为丝氨酸,生产稳定性更高的干扰素
二、非选择题(本大题共5小题,共60分)
21.(12分)根据基因工程的有关知识,回答下列问题:
(1)限制性内切核酸酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有　　　　　和　　　　　。
(2)下图这种限制性内切核酸酶的识别位点在　　　　　　,形成　　　　个黏性末端。由图可知限制性内切核酸酶识别特点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即　　　　　DNA连接酶和　　 　　DNA连接酶。
(4)限制酶EcoRⅠ来自大肠杆菌却不切割细菌本身的DNA,可能的原因是　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　;用限制酶EcoRⅠ处理烟草花叶病毒的核酸,没有发现产物,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。
22.(12分)Ⅰ.疫苗的研制和快速准确检测技术是应对疫情的有力措施。回答下列问题。
图1
(1)腺病毒是研制疫苗的常用载体,图1是构建含某冠状病毒S蛋白(抗原)基因的重组腺病毒表达载体示意图。
①以病毒作为基因工程的载体,其优点是可以利用病毒具有　　　　的特点,易将目的基因导入受体细胞。图1中构建的腺病毒表达载体需含有S蛋白基因、标记基因、　　　　　 　　　等组件。
②图1中四种限制酶的识别位点和识别序列如表所示,构建腺病毒表达载体时需使用限制酶　　 　　　和　　　　切割腺病毒基因和该冠状病毒的S蛋白基因,选用这两种限制酶切割的主要原因是　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出1点即可)。
限制酶 NcoⅠ SphⅠ NheⅠ BamHⅠ
识别序列和识别位点 C↓CATGG GCATG↓C G↓CTAGC G↓GATCC
(2)临床上常采用RT-PCR技术,对受测者咽拭子取样后进行该冠状病毒核酸检测。RT-PCR是指以病毒的RNA为模板合成cDNA,并对cDNA进行PCR扩增的过程。在此过程中,需要用Taq DNA聚合酶和　　　　酶,其中PCR过程需要　　　　　　　　　　　为原料。
Ⅱ.为了定量测定样品中病毒核酸,常采用实时荧光PCR扩增技术,该技术扩增目的基因时,需额外添加荧光标记探针(每个目的基因结合1分子探针)。当探针完整时,不产生荧光,当探针被Taq DNA聚合酶水解时,R与Q分离,可检测到R发出的荧光,如图2所示。
图2
(3)若样本中含有目的基因,引物和探针与目的基因通过形成　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(化学键)特异性结合。据图2分析,探针的水解发生在PCR过程　　　　阶段。
(4)在荧光定量PCR技术中,Ct值的含义是“每个反应管内的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环数”,据此分析,当样本中初始模板越多,Ct值就　　　　。
(5)若每分子探针水解释放的R基团荧光强度为a,加入模板DNA数为b,则反应体系中荧光信号强度(Rn)与扩增次数(n)之间的关系为:Rn=　　　　。
23.(13分)β-1,3葡聚糖酶可以水解许多病原真菌细胞壁外层的β-1,3葡聚糖和几丁质,降解真菌细胞壁,从而抑制真菌的生长与繁殖。研究人员在植物中克隆到β-1,3葡聚糖酶基因(BG2)并转入苹果主栽品种,以减少苹果真菌病害、实现无公害生产。
(1)BG2的克隆可利用　　　　技术,这需要一小段能与该基因碱基序列互补配对的　　　　　　作为引物,在体外对目的基因进行大量复制,常采用　　　　　　　　来鉴定产物。
(2)下图为利用PATC940(经农杆菌Ti质粒改造获得)构建BG2抗病质粒的过程。图中右下处的酶为　　　　　,人工设计的复合启动子的作用是驱动转录和提高转录活性,它位于目的基因(BG2)的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(填“上游”或“下游”)。XbaⅠ酶切后的末端与SpeⅠ酶切后的末端能连接是因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)研究人员将转入BG2抗病质粒的农杆菌与苹果外植体共培养,以进行遗传转化。目的基因BG2将随着　　　　转移到被侵染的细胞而进入细胞,并随其整合到该细胞的　　　　　　　上。
(4)在完成遗传转化后,培养基中至少要加入两种抗生素,请推测其作用分别是:一种用于　　　　　　,另一种用于　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　,
这样的培养基在微生物学上称为　　　　　　。
(5)需要不断观察和检测转基因苹果植株在田间的生长状态,以确定目的基因是否赋予了苹果植株抗真菌特性以及　　　　　　,这属于　　　　水平的鉴定。
24.(11分)苯丙酮尿症是单基因遗传病,科学家将正常基因D导入该病患者的细胞,以治疗该病。图甲为A、B、C三种质粒,图乙为含有目的基因D的DNA片段,图丙为重组载体的示意图。ampr为氨苄青霉素抗性基因,tetr为四环素抗性基因,lacZ为蓝色显色基因,其表达产物可以将无色化合物X-gal转化成蓝色物质,使菌落呈蓝色。限制酶识别位点后的数字表示距复制起点的距离。回答下列问题:
图甲
图乙
图丙
(1)基因工程操作的核心步骤是　　　　　　　　　　　　　　　。图甲中三种质粒适宜作为载体的是质粒　　　　。与另外两种质粒相比,其作为载体的优点是　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　。
(2)获取目的基因D时,应选择图乙中的　　　　对其所在的DNA进行切割。如果仅知道D基因首尾的部分核苷酸序列,根据D基因已知核苷酸序列合成　　　　,利用PCR扩增目的基因。
(3)将目的基因D和图甲中相应质粒连接后,得到图丙中三种方式。为选出正向连接的重组质粒,使用　　　　对质粒完全酶切后,进行电泳分析。若是正向连接载体,电泳图谱中出现长度为　　　　kb和　　　　kb两条带。
25.(12分)心脏移植是挽救终末期心脏病患者生命唯一有效的手段,然而心脏移植过程中会发生缺血再灌注损伤(IRI),可能导致心脏坏死。研究发现,IRI通过促进Caspase8等一系列凋亡基因的表达,导致细胞凋亡最终引起器官损伤。根据Caspase8基因合成的小干扰RNA(siRNA)可以使Caspase8基因沉默,有效抑制IRI所致的器官损伤。图1是利用猪的心肌细胞开展siRNA作用研究的示意图,图2是此研究可能用到的4种限制酶及其识别位点。回答下列问题:
图1
图2
(1)图1中步骤②构建重组质粒需要使用多种工具酶。常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。图2中　　　　　切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接,图中　　　　　　　　　　　　切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。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　　　　　　　　　。
(2)图1中步骤③将重组质粒导入猪的心肌细胞最常用的方法是　　　　　　。siRNA对应DNA序列在心肌细胞中表达产生siRNA的步骤④称为　　　　。siRNA与RISC组装形成基因沉默复合物,通过抑制基因表达的　　　　过程,使Caspase8基因沉默,从而降低IRI引起的细胞凋亡。
(3)研究人员根据Caspase8基因的碱基序列,设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞,通过测定靶基因Caspase8的mRNA含量来确定最优序列。测定mRNA含量时,需提取心肌细胞的总RNA,经过　　　　过程得到cDNA,再进行PCR扩增,测定PCR产物量,结果如图3所示。据此判断最优序列是　　　　。
图3
(4)与直接将siRNA导入猪的心肌细胞相比,通过重组质粒将siRNA对应的DNA序列导入心肌细胞,其优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出一点)。
(5)选用猪的心肌细胞作受体细胞是因为猪在基因、解剖结构、生理生化和免疫反应等方面与人类极为相似。为了解决心脏移植供体短缺问题,许多科学家正在研究用猪心脏代替人的心脏。你认为将猪心脏移植到人体面临的最大挑战是　　　　　　　　。以下哪些技术,能有效解决这一问题　　　　。
A.细胞融合
B.基因敲除
C.选猿猴细胞为受体细胞
D.转入一些人类特有蛋白基因
答案全解全析
1.D　能被BamHⅠ识别的序列中包含了被Sau3AⅠ识别的序列,A正确;一个链状DNA分子被EcoRⅠ切成两个片段时,4个A-T碱基对间的氢键断裂,每个A-T碱基对有2个氢键,一共发生8个氢键的断裂,B正确;质粒作为基因工程的常用载体,通常会有多种限制性内切核酸酶的识别位点,以便于目的基因的插入,C正确;用BamHⅠ切割的目的基因和用Sau3AⅠ切割的质粒产生的黏性末端是相同的,可以连接,D错误。
2.C　质粒独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外,一个大肠杆菌可含有多个质粒,A正确,C错误;质粒是一种较小的环状DNA分子,B、D正确。
3.B　DNA和其他物质在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,利用这一特点选择适当的盐浓度,可以达到DNA与其他物质分离的目的;DNA钠盐不溶于酒精而某些蛋白质能溶于酒精,利用这一原理,可以进一步分离蛋白质和DNA,A正确。PCR扩增一般需要多次循环,每次循环可以分为变性、退火、延伸三步;单次循环的DNA产生量在理论上为模板DNA片段的2倍,因此单次循环的DNA产生量会有变化,但实际过程中并不是每次扩增所有的模板都会与引物结合,再加上模板又会有损耗,实际的扩增倍数并不到2,B错误。PCR扩增是一种在体外将少量DNA大量复制的技术,DNA在延伸时温度需要控制在72 ℃左右,因此需要耐高温的Taq DNA聚合酶,C正确。PCR扩增后的产物常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定,在凝胶中DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、形状等有关,D正确。
4.C　PCR定点突变技术利用特定序列的引物,使Rubisco酶基因发生定向突变,A正确;PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物,引导子链延伸,B正确;利用PCR技术扩增目的基因,第一次复制需要加入2个引物,第二次复制需要加入4个引物,第三次复制需要加入8个引物,第四次复制需要加入16个引物,则一共至少需要在缓冲液中加入引物2+4+8+16=30(个),C错误;PCR定点突变技术,通过改造基因,达到改造蛋白质的目的,属于蛋白质工程的范畴,D正确。
5.D　引物是根据需要扩增的目的基因的核苷酸序列来设计的,一个引物与目的基因一端的一条DNA模板链互补,另一个引物与目的基因另一端的另一条DNA模板链互补,A正确;由题图信息分析可知,检测荧光并计数,能够得出靶分子起始拷贝数,故PCR结束后有靶分子的反应单位能检测出荧光,C正确;高温使DNA双链氢键断裂,解旋成2条DNA单链,因此不用加入解旋酶,每个反应单位中都需要加入耐高温的Taq DNA聚合酶,D错误。
6.A　两种引物中设计两种限制酶识别位点,可以配合载体的限制酶识别位点,帮助目的基因定向插入载体,A正确;在PCR反应体系中还需要加入4种脱氧核苷三磷酸、Taq DNA聚合酶等,但不需要加入解旋酶和核糖核苷酸,B错误;通过2轮循环后,可以获得以①链为模板合成的②链,在第3轮循环中,引物1能与图中②链结合并且形成两条链等长的突变基因,C错误;在第3轮循环结束后,含突变碱基对且两条链等长的DNA有2个,总DNA分子共8个,所以比例为1/4,D错误。
7.B　Ti质粒的T-DNA片段可以整合到受体细胞的染色体DNA中,故外源基因A必须整合在T-DNA片段内,A正确;第一代水稻植株进行减数分裂时,同源染色体分离,产生的配子细胞可能不含外源基因A,B错误;水稻组织培养过程中需调节植物激素的种类、浓度和配比,以保证愈伤组织再分化并得到完整的植株,C正确。
8.A　构建的“融合基因”需与载体(一般为质粒)一起构建表达载体后才可导入受体细胞,A错误;基因表达载体的制备需利用限制性内切核酸酶(产生相同末端)和DNA连接酶(将目的基因与载体的DNA片段连接起来),B正确;导入受体细胞内的基因表达载体(含有“融合基因”)是一个环状DNA分子,可视为一个独立的遗传单位,C正确;利用该技术可以通过荧光显示位置,追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布,D正确。
9.C　
特点 目的
基因表达载体应具有复制能力和表达能力 保证目的基因能够复制和表达,A正确
受体细胞应具有良好的全能性表达能力 保证受体细胞能够发育为个体,B正确
早期胚胎培养的培养液需灭菌 保证早期胚胎不被杂菌污染,C错误
代孕母鼠身体各系统的发育状况应健康,必要时还需对其进行同期发情处理 保证胚胎移植后能够正常发育,D正确
10.D　步骤①代表以RNA为模板合成DNA的逆转录过程,该过程需要逆转录酶,A错误。将目的基因导入微生物细胞(步骤③)常用CaCl2溶液处理法,将目的基因导入动物细胞(步骤⑤)的常用方法是显微注射法,B错误。大肠杆菌细胞中不含线粒体,④表达S蛋白的过程,所需ATP来自细胞溶胶;⑥表达S蛋白的过程,所需ATP主要来自线粒体,也可来自细胞溶胶,C错误。该目的基因能表达病毒S蛋白,且抗原(病毒S蛋白)能与抗体特异性结合,故可用抗原-抗体杂交技术检测细胞中是否真正成功表达了病毒S蛋白,D正确。
11.B　农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,因此,目的基因插入质粒的T-DNA上,才能整合到受体细胞染色体中,A正确;如果限制酶EcoRⅠ和Tth111Ⅰ同时使用,会破坏质粒中的标记基因Neor,同时会切除复制起点,为使目的基因与质粒高效重组,最好选用EcoRⅠ和PstⅠ,B错误;用EcoRⅠ和PstⅠ切割会破坏氨苄青霉素抗性基因,但不会破坏新霉素抗性基因,因此成功导入重组质粒的细胞可能会表现为不抗氨苄青霉素,但能抗新霉素,C正确;可用抗虫接种实验检测杨树目的基因是否表达,若杨树抗虫基因表达,则会表现出抗虫性,D正确。
12.D　根据题意,利用生物反应器获得人类所需的不同蛋白质,可把人体相关基因导入哺乳动物的卵细胞中,因而需要用到基因工程;将导入人体相关基因的哺乳动物的卵细胞培育成受精卵需要用到体外受精;含有目的基因的受精卵,需经过早期胚胎培养,使之发育为早期胚胎;当胚胎发育到一定阶段,需进行胚胎移植从而获得作为“生物反应器”的动物。
13.B　大肠杆菌细胞中缺少内质网、高尔基体等细胞器,获得人的干扰素后要经过进一步的加工修饰才具有生物活性,A错误;虽然H1N1病毒是RNA病毒,但是可以利用它的RNA经逆转录产生相应的DNA,该DNA与H1N1病毒的RNA可碱基互补配对,所以用含H1N1病毒碱基序列的DNA探针,可检测发热病人体内是否含H1N1病毒,B正确;用放射性同位素标记DNA探针的作用是作为探针的示踪元素,C错误;利用转基因技术培育的动物,受体细胞是受精卵,目的基因存在于转基因动物的所有细胞中,D错误。
14.B　PCR过程中,可以通过设计特定的引物来扩增特定的DNA片段。3~9号是转基因植株,理论上应包含目的基因,结合2号野生型和10号蒸馏水组的结果,推测包含目的基因的片段大小在250~500 bp之间,A正确;3号PCR结果在250~500 bp之间有条带,则3号植株中包含目的基因,但导入的目的基因不一定能成功表达,B错误;9号PCR结果在250~500 bp之间无条带,所以不是所需转基因植株,C正确;10号使用蒸馏水代替模板DNA,PCR结果中无条带,可排除反应体系等对结果的干扰,D正确。
15.C　提高Bt毒蛋白基因表达量,使抗虫蛋白含量增加,可以使更多的棉铃虫被淘汰,从而降低抗虫棉种植区的棉铃虫种群密度,A正确;如果两种Bt毒蛋白基因都转入一条染色体上,则其遗传不遵循自由组合定律,B正确;如果两种Bt毒蛋白基因插入同一个T-DNA并转入棉花植株,则两个基因位于一条染色体上,而等位基因位于一对同源染色体上,故两种基因不是等位基因,C错误;由于棉铃虫基因突变频率低且不定向,转入多种Bt毒蛋白基因可以降低棉铃虫抗Bt毒蛋白的能力,从而提高抗虫持久性,D正确。
16.A　在转基因棉田周围种植非抗虫棉,不影响棉铃虫抗性基因的突变率,A错误;采用将转基因抗虫棉与高粱和玉米等其他棉铃虫寄主作物混作,可以使敏感棉铃虫存活,具有抗性基因的棉铃虫生存空间变小,提高了抗虫棉的抗虫持久性,保护了环境,同时也具有经济价值,所以体现了物种多样性的直接和间接使用价值,B正确。
17.D　利用PCR技术扩增EPSPS基因所需的原料是dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP),A正确;将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法等,B正确;由于叶绿体基因组不会随花粉扩散,有效避免了基因污染,所以从生物安全角度分析,把基因转入叶绿体比转入细胞核更安全,D错误。
18.D　分析图1,Ⅱ-2、Ⅱ-3正常,但是他们的子女中有患者,由此判定该病为隐性遗传病;Ⅲ-1是患者,其父亲Ⅱ-2正常,由此可知该病为常染色体隐性遗传病。分析图1、2可知,Ⅲ-3是患者,400 bp是致病基因所在条带,结合电泳结果可知,Ⅱ-1不含致病基因,A错误;由题意可知,与该病相关基因的特异性片段为400 bp,而致病基因片段经HhaⅠ切割后仍为400 bp,说明该致病基因片段上没有HhaⅠ识别位点,B错误;该病的致病基因在常染色体上,因此胎儿性别不会影响患病概率,C错误;与该病相关基因的特异性片段经HhaⅠ切割后,正常基因片段只有200 bp,而致病基因片段为400 bp,可能是致病基因上的碱基对发生了替换,导致HhaⅠ不能对其进行酶切,D正确。
19.D　蛋白质工程是通过设计和改造编码蛋白质的基因获得特定功能的蛋白质,遵循中心法则,A错误;蛋白质工程是在分子水平上对基因进行设计改造,从而获得特定的蛋白质,B错误;蛋白质工程可以生产出自然界中不存在的蛋白质,C错误。
20.C　设计“完美婴儿”的想法与尊重自然、尊重生命的理念相冲突,会引起一系列安全和伦理问题,C符合题意。
21.答案　(除标注外,每空1分)(1)黏性末端　平末端　(2)A和C之间　2　识别双链DNA上特定的一小段核苷酸序列,并催化其中特定的两个核苷酸之间的磷酸二酯键水解(2分)　(3)E.coli　T4　(4)细菌本身的DNA不具备EcoRⅠ识别的DNA序列(或细菌本身含有EcoRⅠ识别的DNA序列,但被特殊基团修饰)(2分)　EcoRⅠ只能处理双链DNA分子,而烟草花叶病毒的核酸是RNA(2分)
解析　(1)限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并能在特定的位置切割DNA分子,经限制酶切割后能形成两种类型的末端,即平末端和黏性末端。(2)该限制酶能识别的碱基序列是5'-TGGCCA-3',切点在A和C之间,形成2个黏性末端。限制酶识别特点是识别双链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。(3)E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶都能连接黏性末端,T4 DNA连接酶还可以连接平末端。(4)EcoRⅠ来自大肠杆菌却不切割细菌本身的DNA,可能的原因是细菌本身DNA不具备EcoRⅠ识别的DNA序列(或细菌本身含有EcoRⅠ识别的DNA序列,但被特殊基团修饰),所以尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断,并且可以防止外源DNA的入侵;用EcoRⅠ处理烟草花叶病毒的核酸,没有发现产物,理由是EcoRⅠ只能处理双链DNA分子,而烟草花叶病毒的核酸是RNA。
22.答案　(除标注外,每空1分)(1)侵染性　启动子、终止子　NcoⅠ　BamHⅠ　防止腺病毒和目的基因自身环化及目的基因与腺病毒反向连接　(2)逆转录　4种脱氧核苷三磷酸　(3)氢键　延伸　(4)越小(越低)　(5)ab×(2n-1)(2分)
解析　(1)①病毒具有侵染活细胞的特点;基因表达载体包括S蛋白基因(目的基因)、标记基因、启动子、终止子等组件。②S蛋白基因的两端分别是-GGATCC-和-CCATGG-序列,故可选择BamHⅠ和NcoⅠ两种限制酶进行切割;基因工程中双酶切的目的是防止载体自身环化、目的基因自身环化及目的基因与载体反向连接。(2)RT-PCR是指以病毒的RNA为模板合成cDNA,并对cDNA进行PCR扩增的过程,从RNA到cDNA属于逆转录过程,需要逆转录酶的催化,此后cDNA扩增需要Taq DNA聚合酶;PCR是一项体外扩增目的基因的技术,该过程所需的原料是4种脱氧核苷三磷酸。(3)引物与目的基因、探针与目的基因之间可以进行碱基互补配对,该过程中可形成氢键;PCR过程包括多次循环,每个循环分为变性、退火、延伸三个过程,据图可知,探针的水解发生在子链延伸的过程中。(5)由题干信息可知,荧光信号的累积与PCR产物数量完全同步,因此计算时需要减去原来亲代的DNA分子,若每分子探针水解释放的R基团荧光强度为a,加入的模板DNA数为b,反应体系中荧光信号强度(Rn)与扩增次数(n)之间的关系为Rn=ab×(2n-1)。
23.答案　(每空1分)(1)PCR　短单链核酸　琼脂糖凝胶电泳　(2)DNA连接酶　上游　XbaⅠ与SpeⅠ酶切后的黏性末端相同　(3)T-DNA　染色体DNA　(4)杀死农杆菌　成功转化质粒细胞(组织)的筛选(或检测目的基因是否导入受体细胞)　选择培养基　(5)抗性的程度　个体
解析　(1)可利用PCR技术将β-1,3葡聚糖酶基因(BG2)在体外大量克隆。PCR技术扩增目的基因时,需要一小段能与目的基因碱基序列互补配对的短单链核酸作为引物。PCR产物鉴定常用的方法是琼脂糖凝胶电泳,在凝胶中DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小、形状等有关。(2)题图中右下处的酶能构建BG2抗病质粒,将目的基因和质粒连接起来,故该酶为DNA连接酶。人工设计的复合启动子的作用是驱动转录和提高转录活性,应位于目的基因(BG2)的上游。XbaⅠ酶切后的末端与SpeⅠ酶切后的末端能连接(黏性末端能发生碱基互补配对),说明XbaⅠ与SpeⅠ酶切后的黏性末端相同。(3)将外植体与转入BG2抗病质粒的农杆菌共培养的目的是通过农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA将目的基因转移到受体细胞,并整合到受体细胞染色体的DNA上。(4)在完成遗传转化后,需要杀死农杆菌以及检测含有目的基因的质粒是否成功转入受体细胞,因此选择培养基中至少要加入两种抗生素,一种用于杀死农杆菌,另一种用于成功转化质粒细胞(组织)的筛选(或检测目的基因是否导入受体细胞)。(5)转基因苹果植株能产生β-1,3葡聚糖酶,能抑制真菌的生长与繁殖,需要不断观察和检测转基因苹果植株在田间的生长状态,以确定目的基因是否赋予了苹果植株抗真菌特性以及抗性的程度。
24.答案　(除标注外,每空1分)(1)利用表达载体构建重组DNA分子　B　有标记基因,复制起点不会被限制酶切割　(2)PvuⅠ　引物　(3)EcoRⅠ(2分)　1.2(2分)　5.5(2分)
解析　(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤,其中基因工程的核心是利用表达载体构建重组DNA分子;图中质粒A缺少标记基因,质粒C在用和目的基因相同的限制酶切割时,复制起点会被限制酶切割,会影响重组质粒的自主复制,因此,不能作为目的基因运载体。质粒B中含有ampr基因和lacZ基因,用和目的基因相同的限制酶切割时,lacZ基因遭到破坏,但保留了ampr基因,复制起点也不受影响,故选质粒B。(2)分析图乙,目的基因D上有两个PvuⅠ识别位点和一个EcoRⅠ识别位点,而EcoRⅠ酶切会破坏目的基因D的结构,因此应选用PvuⅠ对其所在的DNA进行切割。(3)在目的基因D上存在EcoRⅠ的识别位点,若要选出正向连接的重组质粒,应使用该酶切割重组质粒。依题意和图甲、乙可知,由于目的基因D的长度为4.0 kb,因此用质粒B构建的重组质粒的长度为4.0+2.7=6.7(kb),重组质粒被EcoRⅠ完全切割后,若是正向连接(目的基因D上的EcoRⅠ识别位点与质粒B上的EcoRⅠ识别位点的距离最近),会得到0.2+1.0=1.2(kb)和(2.7+4.0)-1.2=5.5(kb)的两个片段。
25.答案　(除标注外,每空1分)(1) EcoRⅠ、PstⅠ　EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ　磷酸二酯键　(2)显微注射法　转录　翻译　(3)逆转录　序列2　(4)可持续产生siRNA,使靶基因长时间沉默(2分)　(5)免疫排斥反应　B、D
解析　(1)由图2可以看出,EcoRⅠ、PstⅠ这两种限制酶切割出来的是黏性末端,SmaⅠ、EcoRⅤ切割出来的是平末端,E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端,T4 DNA连接酶既可以连接平末端也可连接黏性末端。(2)重组质粒导入动物细胞常用的方法是显微注射法;以siRNA对应DNA序列为模板合成siRNA的过程为转录;以mRNA为模板合成蛋白质的过程是翻译,siRNA与RISC组装形成基因沉默复合物,从而阻止了Caspase8 mRNA与核糖体结合,即阻止了翻译过程。(3)测定mRNA含量时,需提取细胞总RNA,经过逆转录过程得到cDNA,再进行PCR扩增,通过PCR产物的量间接反映细胞中相关基因的mRNA含量;根据图3可知,在序列2作用下,Caspase8基因的mRNA含量最低,表明其抑制效果最好,是最优序列。(5)免疫排斥反应是将猪心脏移植到人体面临的最大挑战,利用基因工程技术将猪与免疫排斥有关的抗原基因敲除,或转入一些人类特有蛋白基因,将猪细胞伪装成人的细胞等能有效解决这一问题。