高中人教版生物选必3同步作业-第3章第3节 基因工程的应用（有解析）

选择性必修三第3章
第3节 基因工程的应用
一、单选题
1．我国科学家将苏云金芽孢杆菌Bt毒蛋白基因转入棉花，培育出抗虫棉。当棉铃虫等害虫食用抗虫棉后，Bt毒蛋白在害虫的肠道中会被特定蛋白酶水解成小的肽段，结合于肠细胞表面特异性受体后，破坏细胞，最终造成害虫死亡。该抗虫棉培育过程运用的变异原理是（ ）
A．基因突变
B．基因重组
C．染色体畸变
D．表观遗传
2．下列关于基因工程成果的概述，错误的是（　　）
A．在医药卫生方面，主要用于诊断、治疗疾病
B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
C．在畜牧养殖业上培育出了体型巨大、品质优良的动物
D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化
3．下列有关基因工程在农牧业方面应用的叙述，错误的是（　　）
A．将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，可解决人的乳糖不耐受问题
B．将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物
C．将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值
D．将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物，可培育出转基因抗病植物
4．科学家已经在牛、山羊等动物乳腺生物反应器中，获得了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要的医药产品，由此还发展了动物膀胱生物反应器等。下列说法错误的是（ ）
A．膀胱生物反应器优于乳腺生物反应器的方面包括不受性别、发育时期等限制
B．乳腺生物反应器需将目的基因与目的基因的启动子等调控组件重组在一起
C．将目的基因导入动物细胞，常用受精卵做受体细胞，采用显微注射技术操作
D．分子水平上，通常采用PCR等技术检测动物的染色体DNA上是否插入了目的基因
5．生物制药是生物技术的综合利用，从生物体、生物组织、细胞和体液中分离出有效成分，制备用于预防、治疗和诊断的产品。如今细胞工程在生物制药工业发挥着不可替代的作用，下列相关关于细胞工程制药的叙述，错误的是（　　）
A．乳腺生物反应器是将药用蛋白基因的表达载体直接导入生物的乳腺细胞中，而后在转基因动物的乳汁中获得人类需要的药用蛋白
B．将能够分泌特异性抗体的B淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合筛选，形成能产生特定抗体的杂交瘤细胞，从而获得单克隆抗体
C．利用植物细胞培养技术获得植物细胞次生代谢物，不会大量破坏植物资源，对于环境保护具有重要意义
D．利用转基因植物也能生产疫苗，以植物作为生物反应器，将携带抗原基因的载体导入受体细胞，在植物体内表达和修饰这类特定抗原，成为具有免疫活性的蛋白质
6．人乳铁蛋白（hLF）是乳汁中一种重要的非血红素铁结合糖蛋白，具有抑菌、抗肿瘤等多种生理功能，被认为是一种极具开发潜力的食品添加剂。某科研团队将人乳铁蛋白（hLF）基因转入到山羊体内，从山羊的乳液中获得hLF，可以解决天然乳铁蛋白资源短缺的问题，下列有关叙述错误的是（ ）
A．可用PCR直接扩增乳铁蛋白的基因转录产物
B．重组载体中人乳铁蛋白基因的启动子是乳腺蛋白基因启动子
C．将目的基因导入山羊受精卵中一般应用的技术是显微注射法
D．检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译常采用抗原—抗体杂交技术
7．在转基因研究工作中，科学家会采取很多方法防止基因污染。例如，我国科学家将来自玉米的α-淀粉酶基因与目的基因一起转入植物中，由于α-淀粉酶基因可以阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播。下列相关叙述错误的是（　　）
A．基因污染可能对生物多样性、生态环境和人体健康造成潜在威胁
B．由于目的基因无法表达，转基因花粉无法伴随着污染生物的增殖而传播
C．若要将目的基因导入植物细胞中，需要用连接酶将目的基因和载体连接
D．玉米中α-淀粉酶基因的获取可通过PCR扩增，也可用化学方法人工合成
8．W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟制备乳腺生物反应器来获得大量W，基本过程如图所示。下列相关叙述正确的是（　　）
A．①过程将W基因和载体拼接在一起可构建成所需要的表达载体
B．②过程通常在显微镜下进行去核、注入等操作
C．该过程培养的山羊所有组织细胞均能分泌W，是因为只有乳腺细胞中含有W基因
D．该山羊的性染色体组成可以是XX或XY
9．研究人员将OsG、EcC、EcG和TSR 四种酶的基因分别与叶绿体转运肽基因连接，构建多基因表达载体（载体部分序列如下图所示），然后利用农杆菌转化法转化水稻，在水稻叶绿体内构建了一条新代谢途径，提高了水稻的产量。下列叙述正确的是（　　）
A．转基因水稻的根细胞内不含有上述四种目的基因
B．可选用含卡那霉素或潮霉素的培养基筛选被转化的水稻细胞
C．图中叶绿体转运肽基因转录时都以 DNA 的同一条单链为模板
D．可用抗原—抗体杂交技术检测叶绿体中是否含有四种酶
10．人干扰素（IFN）是机体免疫细胞产生的一类细胞因子。用白细胞生产干扰素时，每个细胞最多只能产生100～1000个干扰素分子，而用基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产（原理如图），在1～2天内每个菌体能产生20万个干扰素分子。天然的干扰素在体外保存相当困难，如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变为丝氨酸，在一定条件下可以延长保存时间。下列说法正确的是（ ）
A．基因工程核心步骤需要的工具酶有DNA聚合酶、限制酶、DNA连接酶，其作用部位都是磷酸二酯键
B．将重组质粒导入大肠杆菌常用显微注射技术
C．酵母菌或大肠杆菌都可作受体菌，二者生产的干扰素在结构上没有区别
D．为延长保存时间，对干扰素进行改造，需通过改造干扰素基因来实现
二、多选题
11．基因工程在社会生产、生活及科研等方面有着广泛的应用。运用基因工程技术可培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，培养出具有特殊用途的动、植物，还可应用于生产药物和器官等。如图所示为利用基因工程培育出转基因鱼、转基因牛、抗虫棉等的过程。下列相关叙述正确的是（ ）
A．应用①中，药用蛋白基因需与乳腺蛋白基因的启动子共同构建表达载体
B．应用②中，可通过PCR技术检测棉花的染色体DNA上是否插入抗虫基因
C．应用③中，将生长激素基因导入鲤鱼受精卵最常用的方法是农杆菌转化法
D．应用④中，调节因子的作用可能是调控猪的某些器官组织细胞的抗原不表达
12．抗凝血酶Ⅲ是抗凝系统中最重要的成分，它由肝脏合成，为一种多功能的丝氨酸蛋白酶抑制物，可抑制凝血酶生成，具有很强的抗凝活性，临床上可用抗凝血酶Ⅲ来治疗获得性和自发性的深静脉血栓。利用乳腺生物反应器和膀胱生物反应器来生产抗凝血酶Ⅲ使得该药物的价格低廉。下列叙述正确的是（ ）
A．肝脏有严重疾病的人，其血液中抗凝血酶Ⅲ的含量比正常人的低
B．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别和时间的限制
C．制备乳腺生物反应器和膀胱生物反应器均可向受精卵中导入目的基因
D．将乳腺细胞中能表达的任一基因的启动子与目的基因连接来制备乳腺生物反应器
三、非选择题
13．从健康人的血浆中分离提取的人血清白蛋白（HSA）在临床上需求量很大，具有重要的医用价值。下图是通过基因工程技术获取重组HSA示意图，其中报告基因表达的产物能催化无色物质K呈现蓝色。据图回答下列问题：
(1)若要体外获得大量的人血清白蛋白基因，可采用PCR技术。该技术的前提是要根据一段已知目的基因的 设计引物，PCR的原料是 。
(2)过程①中需将植物细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在让T—DNA进入植物细胞；除尽农杆菌后，还须转接到含 的培养基上筛选出转化的植物细胞。
(3)为检测HSA基因的表达情况，可提取受体细胞的蛋白质，用 进行抗原一抗体杂交实验。
(4)科学家培养出一种转基因山羊，其膀胱上皮细胞可以合成人血清白蛋白并分泌到尿液中。其培育方法中将重组质粒通过 法导入山羊的受体细胞时，常选用受精卵作为受体细胞的主要原因是
。人血清白蛋白基因能在山羊膀胱上皮细胞中表达的原因是
。
14．虾青素具有抗氧化和提高免疫力等特点，在医药和食品添加剂等领域都有广泛应用。可通过基因工程改造酵母，进行虾青素生物合成（如图）。回答下列问题。
注：URA3为酵母筛选标记基因，缺失该基因酵母无法合成尿嘧啶；Ampr为氨苄青霉素抗性基因；BglII识别和酶切位点为A↓GATCT，EcoRI识别和酶切位点为G↓AATTC；BamHI识别和酶切位点为G↓GATCC，HindIII识别和酶切位点为A↓AGCTT。
(1)天然虾青素的来源之一是雨生红球藻，但并非其基本生命活动必需的产物，在雨生红球藻体内属于
（填“初生代谢物”或“次生代谢物”）。
(2)科学家欲将雨生红球藻合成虾青素过程中关键酶的基因crtZ通过质粒导入酿酒酵母中表达。为使基因crtZ片段能连接到图中质粒中，应选用限制酶 来处理质粒。
(3)酵母的质粒载体也可以在大肠杆菌中扩增，被称为穿梭载体。一般扩增质粒时，将目的基因片段和质粒的连接产物转化到大肠杆菌DH5α（缺失限制酶）中，与其他大肠杆菌相比，选用该菌的优点是 。转化之前，使用CaCl2等处理大肠杆菌细胞，其目的是使细胞处于 的生理状态。
(4)从大肠杆菌中提取质粒导入酵母，若要筛选含有该质粒的酵母细胞，首先需要使用含有尿嘧啶的培养基培养尿嘧啶合成酶基因缺失型酵母；然后向缺失型酵母转入带有crtZ基因的质粒，涂布在_____（填选项）筛选。
A．含有氨苄青霉素的培养基 B．含有尿嘧啶的培养基 C．不含尿嘧啶的培养基
15．基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展，现在基因工程在动植物育种上有广泛而重要的应用。基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答。
(1)图中 A 是 ，最常用的是 ；在基因工程中，需要在 酶的作用下才能完成剪接过程。
(2)在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤 有 （用图解中序号表示）。（注：获取目的基因方法有人工合成法，例如：以 mRNA 模板逆转录合成 DNA。）
(3)研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是 。
(4)科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体 DNA 上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明 。如果把该基因导入叶绿体DNA 中，将来产生的配子中 （填“一定”或“不一定”）含有抗病基因。
一、单选题
1．【答案】B【解析】抗虫棉培育过程利用了基因工程的手段培育出来的，通过基因工程的手段可以将目的基因转移到目标生物体内，进而实现了对目标生物的定向改造，生产出符合人类需要的目标生物，该过程中实现了基因的转移并在目标生物体内进行了正常的表达，该变异类型属于基因重组，即原有基因的重新组合，即B正确。
2．【答案】A【解析】A、基因工程在医药卫生方面，主要用于生产药物，A错误；
B、基因工程在农业上生产上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物，B正确；
C、基因工程在畜牧养殖业上的表现是培育出体型巨大、品质优良的动物，C正确；
D、基因工程在在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化，D正确。
3．【答案】A【解析】A、将基因工程生产的肠乳糖酶作为药物添加在牛奶中，不能解决人的乳糖不耐受问题，因为肠乳糖酶的化学本质是蛋白质，会在消化道中被分解而失效，A错误；
B、将降解或抵抗某种除草剂的基因作为目的基因导入作物，可培育出转基因抗除草剂作物，这样可以避免除草剂对作物的影响，进而提高产量，B正确；
C、必需氨基酸是人体细胞中不能合成的、只能从外界获取的氨基酸，因此，将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物，可提高植物的营养价值 ，C正确；
D、将某些病毒的抗病基因导入植物中，利用植物组织培养技术，可培育转基因抗病植物，可有效提高栽培作物的产量，D正确。
4．【答案】B【解析】A、雌性动物发育到一定阶段才能产生乳汁，乳腺生物反应器往往受动物生长发育的阶段和性别的限制，而膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制，A正确；
B、构建乳腺生物反应器时，需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起，以保证药用蛋白基因能在乳腺中正常表达，B错误；
C、动物受精卵全能性最高，应用显微注射技术将表达载体导入受精卵来获得转基因动物，C正确；
D、PCR可以扩增目的基因，分子水平上，通常采用PCR等技术检测动物的染色体DNA上是否插入了目的基因，D正确。
5．【答案】A【解析】A、制备乳腺生物反应器时，需将目的基因（药用蛋白基因）与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，然后导入受精卵中，A错误；
B、将能够分泌特异性抗体的B淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合，在进行二次筛选，获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，从而获得单克隆抗体，B正确；
C、植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，利用植物细胞培养技术实现次生代谢物的工厂化生产，可获得大量植物细胞次生代谢物，不会大量破坏植物资源，对于环境保护具有重要意义，C正确；
D、以植物作为生物反应器，将携带抗原基因的载体导入植物的受体细胞，获得转基因植物，该植物能表达和修饰这类特定抗原，成为具有免疫活性的蛋白质，再制成疫苗，D正确。
6．【答案】A【解析】A、不可以直接用PCR扩增mRNA，需将mRNA逆转录成cDNA再进行扩增，A错误；
B、为保证在供体山羊的乳汁中提取到人乳铁蛋白，需要将人乳铁蛋白基因与山羊乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B正确；
C、一般用显微注射法将目的基因导入山羊受精卵中，C正确；
D、为检测人乳铁蛋白基因是否成功翻译成蛋白质，检测方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，若出现相应现象，则表明目的基因已翻译形成蛋白质，D正确。
7．【答案】B【解析】A、基因污染可能对生物多样性、生态环境和人体健康造成潜在威胁，因此在设计基因工程流程时，可将目的基因导入到质基因中，A正确；
B、题目中是通过阻断淀粉储藏使花粉失去活性，因而可以防止转基因花粉的传播，并不是目的基因无法表达，B错误；
C、若要将目的基因转入植物细胞中，需要用连接酶将目的基因和载体连接进而获得目的基因表达载体，C正确；
D、获取目的基因的方法包括PCR技术扩增，也可用化学方法人工合成，因此玉米中α-淀粉酶基因的获取也可采用上述方法，D正确。
8．【答案】B【解析】A、该基因工程实例的目的是获得人体的蛋白质W，所以目的基因就是能表达出W的W基因。要想乳腺细胞表达W基因，需要在构建重组表达载体时，将W基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，故①过程将W基因和载体拼接在一起不一定可构建成所需要的表达载体，A错误；
B、②为核移植，通常在显微镜下进行去核、注入等操作，B正确；
C、该过程培养的山羊只有乳腺细胞能分泌W，是因为只有乳腺细胞中的W基因选择性表达，C错误；
D、该基因工程是用乳腺生物反应器来获得大量W，故该山羊应为雌羊，其性染色体组成应为XX，D错误。
故选B。
9．【答案】D【解析】A、转基因水稻的根细胞内有可能含有上述四种目的基因，A错误；
B、卡那霉素抗性基因不在T-DNA上，应用潮霉素培养基筛选被农杆菌转化的水稻细胞，B错误；
C、四个基因转录时不一定都以DNA的同一条单链为模板，C错误；
D、可用抗原-抗体杂交技术检测是否有相应的蛋白质产生，从而检测四种酶在转基因水稻中的表达情况，D正确。
故选D。
10．【答案】D【解析】A、基因工程核心步骤是基因表达载体的构建，需要的工具酶是限制酶、DNA连接酶，不需要DNA聚合酶，A错误；
B、将重组质粒导入大肠杆菌时，要用Ca2+处理，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B错误；
C、酵母菌是真核生物，大肠杆菌是原核生物，干扰素是糖蛋白，蛋白质的糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的，所以二者生产的干扰素在结构上会存在一定的区别，C错误；
D、为延长保存时间，对干扰素进行改造，可以利用基因工程生产干扰素，所以需通过改造干扰素基因来实现，D正确。
故选D。
二、多选题
11．【答案】ABD【解析】A、因在乳汁中提取药用蛋白，故药用蛋白基因需与乳腺蛋白基因的启动子共同构建表达载体，A正确；
B、若要检测抗虫基因是否插入棉花细胞的染色体DNA上，可用PCR技术进行检测，B正确；
C、将生长激素基因导入鲤鱼受精卵最常用的方法是显微注射法，C错误；
D、调节因子的作用可能是通过调节使猪的某些器官组织细胞中的抗原不表达，以降低免疫排斥反应，D正确。
12．【答案】AB【解析】A、由题意可知，抗凝血酶Ⅲ由肝脏合成，因此肝脏有严重疾病的人，其血液中抗凝血酶Ⅲ比正常人的低，A正确；
B、乳腺生物反应器只能从哺乳期雌性动物的乳汁中获得产物，膀胱生物反应器可以不论动物的性别和是否正处于生殖期，因此用膀胱生物反应器生产抗凝血酶Ⅲ的优势在于不受转基因动物的性别、年龄的限制，B正确；
C、制备乳腺生物反应器和膀胱生物反应器时均需要将目的基因与乳腺细胞或膀胱细胞中特异表达的基因的启动子等控制元件重组在一起，通过显微注射的方法导入受精卵中，不是直接导入目的基因，C错误；
D、制备乳腺生物反应器时是将目的基因与乳腺细胞中能特异表达的基因的启动子连接起来，不是任一基因，D错误。
三、非选择题
13．【答案】(1)核苷酸序列（或脱氧核苷酸的排列顺序） 脱氧核苷酸（或脱氧核糖核苷三磷酸/dNTP）
(2)无色物质K
(3)抗人血清白蛋白的抗体
(4)显微注射 受精卵具有发育的全能性 生物界共用一套遗传密码子
【解析】（1）PCR技术的原理是双链DNA复制，利用PCR技术扩增目的基因时，由于DNA两条链反向平行，DNA聚合酶只能从引物的3'端延伸DNA链，用两种引物才能确保DNA两条链同时扩增，故该技术的前提是要根据一段已知目的基因的核苷酸序列设计引物。PCR是体外对DNA进行复制，其所需的原料是脱氧核糖核苷三磷酸（即dNTP）。
（2）该方法为农杆菌转化法，过程①中需将植物细胞与农杆菌混合后共同培养，旨在通过农杆菌的转化作用，让T-DNA进入植物细胞；由于报告基因表达的产物能催化无色物质K呈现蓝色，所以除尽农杆菌后，还须转接到含无色物质K的培养基上筛选出转化的植物细胞。
（3）为检测HSA基因是否成功表达，可提取受体细胞的蛋白质（相当于抗原，能与特定的抗体结合），用抗人血清白蛋白的抗体进行杂交实验，若呈阳性，则说明HSA基因成功表达。
（4）将重组质粒通过显微注射法导入动物的受体细胞时，常选用受精卵作为受体细胞，主要原因是动物受精卵具有发育的全能性，由于生物界共用一套遗传密码子，所以人血清白蛋白基因能在山羊膀胱上皮细胞中表达出相应的蛋白质。
14．【答案】(1)次生代谢物
(2)EcoR I和BamH I
(3)外源DNA不会被切除，能够提高质粒DNA的产量和质量 一种能吸收周围环境中DNA分子
(4)C
【解析】（1）次生代谢物质是生物体产生的一大类并非生长发育所必需的小分子有机化合物，天然虾青素的来源之一是雨生红球藻，但并非其基本生命活动必需的产物，在雨生红球藻体内属于次生代谢物。
（2）目的基因的两端只有EcoR Ⅰ和Bgl Ⅱ识别序列，目的基因应该用这两种酶切割，为使基因crtZ片段能在受体细胞中表达，应将基因crtZ片段连在启动子和终止子之间，他们之间有Bgl Ⅱ、EcoR I、BamH I和Hind Ⅲ识别序列，但Bgl Ⅱ有一个识别位点在启动子左边，如果使用此酶，有可能会将启动子切除，不能使用此酶，Bgl Ⅱ和BamH I切割后产生的黏性末端相同，为保证目的基因和质粒能连接在一起，应该用EcoR I和BamH I切割质粒。
（3）大肠杆菌DH5α缺失限制酶，不会降解外源DNA，与其他大肠杆菌相比，选用该菌优点是外源DNA不会被切除，能够提高质粒DNA的产量和质量。使用CaCl2等处理大肠杆菌细胞，其目的是使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。
（4）质粒上含有URA3，缺失该基因酵母菌无法合成尿嘧啶，缺失型酵母在无尿嘧啶的培养基上无法生长，导入重组质粒的酵母菌（含有尿嘧啶基因）可以长成菌落，因此要想筛选含有该质粒的酵母细胞，首先需要使用含有尿嘧啶的培养基培养尿嘧啶合成酶基因缺失型酵母；然后向缺失型酵母转入带有crtZ基因的质粒，涂布在不含尿嘧啶的培养基上，能在此培养基上生存的酵母菌说明导入了质粒，C正确，AB错误。
15．【答案】1．(1)运载体 质粒 限制性核酸内切酶和DNA连接酶/DNA连接酶和限制性核酸内切酶
(2)①②④
(3)基因重组
(4)目的基因(抗枯萎病的基因)已表达 不一定
【解析】（1）分析图解，基因工程中需要将目的基因和运载体构建成重组质粒，因此图中A是运载体，最常用的运载体是质粒；图中“剪接”过程需要限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体，还需要DNA连接将目的基因和运载体来接起来。
（2）在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有①获取目的基因、②基因表达载体的构建、④筛选含有重组DNA的受体细胞。
（3）将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，该过程利用了基因工程的技术，而基因工程的原理是基因重组，因此玉米这种变异的来源属于基因重组。
（4）植株具备了抗病性说明已经产生了相应的蛋白质，从而获得新性状，即目的基因已经表达；如果把该基因导入叶绿体DNA中，叶绿体DNA存在于细胞质中，在配子产生过程中并不遵循遗传定律，所以将来产生的配子中不一定含有抗病基因。