《学霸笔记 同步精讲》第3章 第3节 基因工程的应用 -试卷（解析版）高中生物人教版选择性必修3
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第3章 第3节 基因工程的应用 -试卷（解析版）高中生物人教版选择性必修3 |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 468.4KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-19 00:00:00 | ||
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文档简介
第3节 基因工程的应用
基础巩固
1.下列有关基因工程的成果及应用的说法,错误的是( )
A.基因工程可以实现基因在不同种生物之间的转移
B.利用基因工程技术,将人产生胰岛素的基因转入大肠杆菌后,大肠杆菌内表达出的胰岛素与人的胰岛素结构相同
C.在环境保护方面主要用于环境监测和对被污染环境的净化
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产和具有抗逆性的农作物
答案:B
解析:大肠杆菌属于原核生物,没有内质网、高尔基体等结构,故表达出的胰岛素与人的胰岛素结构不同。
2.基因疫苗是将病原微生物的一段基因插入质粒中,然后将重组质粒导入人或动物体内,这段基因编码的产物可以引起机体产生特异性免疫反应。下列叙述正确的是( )
A.基因疫苗导入人体可以表达出抗体,引起免疫反应
B.基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程
C.基因疫苗内含抗原,所以能引起机体产生特异性免疫反应
D.接种疫苗后若感染该病原微生物,则体内记忆细胞会产生大量抗体
答案:B
解析:基因疫苗导入人体可以表达出抗原,在抗原的刺激下机体产生免疫反应。因此基因疫苗引起免疫反应前,目的基因必须经过转录和翻译过程,表达出抗原。接种疫苗后若感染该病原微生物,则体内记忆细胞会迅速增殖、分化产生大量浆细胞,浆细胞产生大量抗体。
3.下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是( )
A.将乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛
B.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,起到较好的治疗效果
C.将胰岛素基因转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌
D.将与植物花青素代谢相关的基因导入植物体细胞,经组织培养获得花色变异植株
答案:B
解析:将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗,该患者只有淋巴细胞含有腺苷酸脱氨酶基因,性原细胞不含该基因,故不能遗传给后代。
4.研究者将苏云金杆菌(Bt)的Cry1Ab基因导入水稻体细胞培育出抗螟虫的克螟稻,克螟稻与普通水稻杂交,子代抗螟虫与不抗螟虫的比例为1∶1。下列有关叙述正确的是( )
A.Cry1Ab基因虽已整合到克螟稻细胞的染色体上,但没有表达
B.获取Cry1Ab基因需使用限制酶和DNA连接酶
C.克螟稻和普通水稻仍然属于同一个物种
D.克螟稻降低了农药的使用量,害虫不会出现耐药性
答案:C
解析:克螟稻能抗螟虫,且克螟稻与普通水稻杂交,子代抗螟虫与不抗螟虫的比例为1∶1,说明Cry1Ab基因已整合到克螟稻细胞的染色体上并成功表达。获取Cry1Ab基因需使用限制酶,但不需要DNA连接酶。克螟稻和普通水稻能够杂交并产生可育后代,所以二者仍然属于同一个物种。基因突变是不定向的,因此害虫也可能会出现耐药性。
5.科学家将编辑基因的分子工具构建到靶向侵染心肌细胞的病毒中,通过尾部静脉注射到成年小鼠体内,成功编辑线粒体DNA。该研究给耳聋、癫痫、肌无力等线粒体遗传病患者带来了希望。下列说法错误的是( )
A.线粒体基因的遗传遵循分离定律和自由组合定律
B.线粒体DNA的突变可能会导致能量代谢障碍
C.侵染心肌细胞的病毒在该研究中作为载体发挥作用
D.若该实验对象为雌鼠,则其后代线粒体DNA未被编辑
答案:A
解析:线粒体基因属于细胞质基因,在遗传时不遵循分离定律和自由组合定律。
6.蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”,有着超强的抗张强度,可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因蜘蛛羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法,错误的是( )
A.将蜘蛛的丝蛋白基因与羊的乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起构建成表达载体
B.将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器
C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛
D.转基因蜘蛛羊产生的生殖细胞中可能含有丝蛋白基因
答案:B
解析:该过程需要将蜘蛛的丝蛋白基因与羊的乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起构建基因表达载体,再通过显微注射导入羊的受精卵中,才可获得乳腺生物反应器。与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛。转基因蜘蛛羊产生的生殖细胞中可能含有丝蛋白基因,因为受精卵增殖分化而形成的原始生殖细胞中含有丝蛋白基因。
7.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用的方法是 。
(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入动物的 中,原因是 。
(3)通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 细胞中特异性表达。
答案:(1)显微注射法
(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达
(3)PCR
(4)膀胱上皮
8.下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程。请据图回答下列有关问题。
(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是,那么在①过程中,应用限制酶 切割质粒,用限制酶 切割抗虫基因。①过程在 (填“体内”或“体外”)进行。
(2)将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培养基上,若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒,反之,则说明没有导入。该培养基从功能方面属于 培养基。
(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是 。
(4)经筛选分析得知该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段,因此可以把它看作是杂合子。理论上该转基因植株自交产生的F1中,具有抗虫特性的植株占总数的 。
(5)⑤过程所用技术称为植物组织培养,从遗传学角度来看,根本原因是根细胞具有 。
答案:(1)Ⅱ Ⅰ(Ⅰ和Ⅱ) 体外
(2)四环素 选择
(3)大量复制目的基因(抗虫基因)
(4)3/4
(5)发育成完整个体所需的全套遗传物质
能力提升
1.利用基因工程手段将Myc和Ras两种癌基因导入小鼠体内,检测转基因小鼠的癌症发病率,结果如下图所示。进一步研究发现,乳腺和唾液腺的癌变率较高。下列说法错误的是( )
A.可用显微注射法将癌基因导入小鼠体内
B.只要有Myc或Ras基因,细胞就会癌变
C.两种癌基因共同作用使细胞更易发生癌变
D.Myc和Ras基因的表达具有组织特异性
答案:B
解析:目的基因导入动物细胞通常用显微注射法。只导入Myc或Ras基因的小鼠癌症发病率远远低于同时导入两种癌基因的小鼠,说明两种癌基因共同作用使细胞更容易发生癌变。乳腺和唾液腺的癌变率较高,说明Myc和Ras基因在乳腺和唾液腺中较容易表达。
2.菊花的紫色和白色性状是由一对等位基因控制的,紫色(R)对白色(r)为显性。下表中的实验方案能达到相应实验目的的是( )
项目 实验方案 实验目的
① 用白花植株与紫花植株杂交 判断紫花植株的基因型
② 将控制开紫花的基因转入其他植物中 改变受体植物花的颜色
③ 将R基因转入大肠杆菌并大量表达紫色蛋白 生产紫色蛋白用作染料
④ 用紫花杂合子的嫩芽组织培养获得纯合子植株 用于育种
A.①② B.①②③
C.②③ D.①②③④
答案:A
解析:根据题意已知白花植株的基因型是rr,紫花植株的基因型是Rr或RR。用白花植株与紫花植株杂交,可用于判断紫花植株的基因型。如果后代全部是紫花,则紫花植株的基因型为RR;如果后代出现了白花,则说明紫花植株是杂合子,基因型为Rr,①符合题意。通过基因工程将控制开紫花的基因转入其他植物中,可改变受体植物花的颜色,②符合题意。通过基因工程将R基因转入大肠杆菌并大量表达紫色蛋白,但是大肠杆菌没有内质网和高尔基体,所以合成的紫色蛋白没有生物活性,必须人工修饰后才能用作染料,③不符合题意。用紫花杂合子的嫩芽组织培养获得的植株仍然是杂合子,④不符合题意。
3.抗菌肽对治疗癌症有一定的作用,下图表示抗菌肽的合成过程。下列相关说法正确的是( )
A.用PCR克隆目的基因不需要DNA解旋酶
B.基因表达载体包含起始密码子和终止密码子
C.用显微注射法将基因表达载体导入受体酵母菌
D.筛选菌种时通过PCR技术检测相关蛋白质
答案:A
解析:利用PCR技术扩增目的基因片段时,不需要解旋酶,而是采用高温使DNA解聚为单链。基因表达载体包括启动子和终止子等,不包括起始密码子和终止密码子。将基因表达载体导入微生物细胞中不使用显微注射法。筛选菌种时,通过PCR等技术检测目的基因或转录出的mRNA。
4.戊型肝炎病毒是一种RNA病毒,其基因组中ORF2基因编码的pORF2蛋白是戊型肝炎病毒的表面抗原。我国科研人员利用基因工程,将编码pORF2蛋白的DNA导入大肠杆菌细胞,最终从大肠杆菌中提取pORF2蛋白并制成疫苗。下列分析正确的是( )
A.利用特定引物对病毒RNA进行PCR扩增即可获得目的基因
B.戊型肝炎病毒与大肠杆菌遗传物质相同,所以能实现基因的重组
C.构建基因表达载体时,需将编码pORF2蛋白的mRNA与启动子连接
D.利用该方法获得的疫苗不会诱发细胞免疫但可以产生记忆细胞
答案:D
解析:需先将病毒的RNA逆转录成DNA,再根据DNA序列设计出特异性的引物对目的基因进行PCR扩增,A项错误。戊型肝炎病毒的遗传物质是RNA,大肠杆菌的遗传物质是DNA,B项错误。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分,要使目的基因在受体细胞中特异性表达,在构建基因表达载体时,需将编码pORF2蛋白的DNA与启动子等调控元件重组在一起,C项错误。该蛋白疫苗不会侵染细胞,不产生细胞免疫,但疫苗属于抗原,会刺激机体产生体液免疫,并产生记忆细胞(记忆B细胞),D项正确。
5.科学家研究发现,一种植物激素——油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后,许多参与农药降解的基因(如P450基因和红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高,在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质,有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下图所示的实验操作,下列有关叙述错误的是( )
A.步骤①用PCR技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指TaqDNA聚合酶;步骤②用到的酶有限制酶和DNA连接酶
B.图中在导入重组质粒之前应用一定浓度的氯化钙溶液处理受体细菌
C.若④⑤中菌落的生长情况相同,说明转基因受体菌无降解农药的能力
D.将重组质粒2导入受体细菌后,在培养基中加入红霉素可将含有目的基因的细胞初步筛选出来
答案:C
解析:若④⑤中菌落的生长情况相同,说明④中农药对受体菌的生长无影响,转基因受体菌具有了降解农药的能力。
6.中国科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理学或医学奖,她研制的抗疟药——青蒿素挽救了数百万人的生命。青蒿素是从黄花蒿中提取的。但是黄花蒿中青蒿素的含量很低,且受地域性种植影响大。通过研究已经弄清了黄花蒿细胞中青蒿素的合成途径(如下图实线方框内所示),并且发现酵母细胞也能够产生青蒿素合成所需的中间产物FPP(如下图虚线方框内所示)。下列有关叙述正确的是( )
A.根据图示代谢过程,科学家在设计培育能生产青蒿素的酵母菌细胞过程中,需要向酵母细胞中导入FPP合成酶基因和ADS酶基因等基因
B.在FPP合成酶基因表达过程中,①是转录过程,需要DNA聚合酶催化
C.检测过程②是否成功一般可采用PCR技术
D.实验发现,酵母细胞导入相关基因后,这些基因能正常表达,但酵母菌合成的青蒿素仍然很少,根据图解分析原因很可能是在酵母细胞中一部分FPP用于合成固醇
答案:D
解析:由题图可知,酵母细胞能合成FPP合成酶,但不能合成ADS酶和CYP71AV1酶,即酵母细胞缺乏ADS酶基因和CYP71AV1酶基因,因此,要培育能产生青蒿素的酵母细胞,需要向酵母细胞中导入ADS酶基因、CYP71AV1酶基因,不需要导入FPP合成酶基因。在FPP合成酶基因表达过程中,①形成了mRNA,是转录过程,该过程需要RNA聚合酶催化DNA转录成RNA。②是翻译过程,常用抗原—抗体杂交法来检测是否已经成功合成了相应蛋白质。由题图可知,由于酵母细胞中部分FPP用于合成固醇,因此将相关基因导入酵母菌后,即使这些基因能正常表达,酵母菌合成的青蒿素仍很少。
7.回答下列有关遗传信息传递与表达的问题。
野生型大肠杆菌(E.coli)具有完整的LacZ基因,该基因编码的β-半乳糖苷酶由α片段和ω片段两部分组成,两部分均存在时可将无色化合物X-gal“切割”成半乳糖和深蓝色的物质5-溴-4-靛蓝,从而使整个菌落变为蓝色。DH5α是基因工程中常用的一种大肠杆菌诱变菌株,对氨苄青霉素敏感,其LacZ基因中编码ω片段的序列仍然保留,但编码α片段的序列缺失。
(1)LacZ基因控制β-半乳糖苷酶合成的过程主要包括 和 两个环节。
(2)某研究小组构建了质粒pXY-1,如图甲所示,该质粒含氨苄青霉素抗性基因AmpR和编码大肠杆菌β-半乳糖苷酶α片段的基因片段LacZ'。图乙显示的则是Nas Ⅰ、Hpa Ⅱ和Kas Ⅰ三种限制酶的识别序列(↓表示切割位点)。若以该质粒作为载体,将外源目的基因(图丙)导入大肠杆菌DH5α菌株,在构建重组质粒时应选用的限制酶是 。此外,还需用到的另一种酶是 。
甲
注:限制酶后数字表示酶切点位置。
乙
丙
(3)若用含有氨苄青霉素和X-gal的固体培养基筛选导入了pXY-1质粒的DH5α大肠杆菌,下列说法正确的是 。
A.没有导入任何质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色
B.导入了pXY-1空载体质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色
C.导入了pXY-1重组质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色
D.导入了pXY-1重组质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为蓝色
(4)现从(3)中的固体培养基平板上挑取一个重组菌落,经扩大培养后提取质粒,分别用不同的限制酶处理并对酶切产物进行琼脂糖凝胶电泳,结果如下表所示。
所用限制酶 所得条带长度
BamHⅠ、ScaⅠ双酶切 1 230 bp、2 770 bp
HpaⅡ、ScaⅠ双酶切 460 bp、1 240 bp、x bp
据此可知,目的基因全长为 bp,在其内部存在 (填限制酶名称)的切割位点,表中字母x代表的数值应为 。
答案:(1)转录 翻译 (2)KasⅠ DNA连接酶 (3)C (4)900 HpaⅡ 2 300
解析:(1)β-半乳糖苷酶为蛋白质,基因控制蛋白质合成的过程主要包括转录和翻译两个环节。(2)由题图乙可知,目的基因两侧有KasⅠ酶识别的位点,故在构建重组质粒时应选用的限制酶是KasⅠ。此外,还需用到 DNA连接酶连接DNA片段。(3)若用含有氨苄青霉素和X-gal的固体培养基筛选含目的基因的受体菌,没有导入任何质粒的DH5α大肠杆菌对氨苄青霉素敏感,不能在该培养基上生长。由于XY-1空载体质粒中含有氨苄青霉素抗性基因AmpR和编码大肠杆菌β-半乳糖苷酶α片段的基因片段LacZ',故导入了pXY-1空载体质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为蓝色。pXY-1重组质粒的氨苄青霉素抗性基因正常,但LacZ'基因因插入目的基因被破坏,故导入了pXY-1重组质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色。(4)由题干可知,质粒长度为3 100 bp,而重组质粒长度为1 230 bp+2 770 bp=4 000 bp,故目的基因全长为4 000 bp-3 100 bp=900 bp。重组质粒经Hpa Ⅱ、ScaⅠ双酶切后得到3个DNA片段,而在质粒中这两种酶均具有一个酶切位点,说明在其目的基因内部存在HpaⅡ的切割位点,表中字母x代表的数值应为4 000-460-1 240=2 300。
9
基础巩固
1.下列有关基因工程的成果及应用的说法,错误的是( )
A.基因工程可以实现基因在不同种生物之间的转移
B.利用基因工程技术,将人产生胰岛素的基因转入大肠杆菌后,大肠杆菌内表达出的胰岛素与人的胰岛素结构相同
C.在环境保护方面主要用于环境监测和对被污染环境的净化
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产和具有抗逆性的农作物
答案:B
解析:大肠杆菌属于原核生物,没有内质网、高尔基体等结构,故表达出的胰岛素与人的胰岛素结构不同。
2.基因疫苗是将病原微生物的一段基因插入质粒中,然后将重组质粒导入人或动物体内,这段基因编码的产物可以引起机体产生特异性免疫反应。下列叙述正确的是( )
A.基因疫苗导入人体可以表达出抗体,引起免疫反应
B.基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程
C.基因疫苗内含抗原,所以能引起机体产生特异性免疫反应
D.接种疫苗后若感染该病原微生物,则体内记忆细胞会产生大量抗体
答案:B
解析:基因疫苗导入人体可以表达出抗原,在抗原的刺激下机体产生免疫反应。因此基因疫苗引起免疫反应前,目的基因必须经过转录和翻译过程,表达出抗原。接种疫苗后若感染该病原微生物,则体内记忆细胞会迅速增殖、分化产生大量浆细胞,浆细胞产生大量抗体。
3.下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是( )
A.将乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛
B.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,起到较好的治疗效果
C.将胰岛素基因转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌
D.将与植物花青素代谢相关的基因导入植物体细胞,经组织培养获得花色变异植株
答案:B
解析:将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗,该患者只有淋巴细胞含有腺苷酸脱氨酶基因,性原细胞不含该基因,故不能遗传给后代。
4.研究者将苏云金杆菌(Bt)的Cry1Ab基因导入水稻体细胞培育出抗螟虫的克螟稻,克螟稻与普通水稻杂交,子代抗螟虫与不抗螟虫的比例为1∶1。下列有关叙述正确的是( )
A.Cry1Ab基因虽已整合到克螟稻细胞的染色体上,但没有表达
B.获取Cry1Ab基因需使用限制酶和DNA连接酶
C.克螟稻和普通水稻仍然属于同一个物种
D.克螟稻降低了农药的使用量,害虫不会出现耐药性
答案:C
解析:克螟稻能抗螟虫,且克螟稻与普通水稻杂交,子代抗螟虫与不抗螟虫的比例为1∶1,说明Cry1Ab基因已整合到克螟稻细胞的染色体上并成功表达。获取Cry1Ab基因需使用限制酶,但不需要DNA连接酶。克螟稻和普通水稻能够杂交并产生可育后代,所以二者仍然属于同一个物种。基因突变是不定向的,因此害虫也可能会出现耐药性。
5.科学家将编辑基因的分子工具构建到靶向侵染心肌细胞的病毒中,通过尾部静脉注射到成年小鼠体内,成功编辑线粒体DNA。该研究给耳聋、癫痫、肌无力等线粒体遗传病患者带来了希望。下列说法错误的是( )
A.线粒体基因的遗传遵循分离定律和自由组合定律
B.线粒体DNA的突变可能会导致能量代谢障碍
C.侵染心肌细胞的病毒在该研究中作为载体发挥作用
D.若该实验对象为雌鼠,则其后代线粒体DNA未被编辑
答案:A
解析:线粒体基因属于细胞质基因,在遗传时不遵循分离定律和自由组合定律。
6.蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”,有着超强的抗张强度,可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因蜘蛛羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法,错误的是( )
A.将蜘蛛的丝蛋白基因与羊的乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起构建成表达载体
B.将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器
C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛
D.转基因蜘蛛羊产生的生殖细胞中可能含有丝蛋白基因
答案:B
解析:该过程需要将蜘蛛的丝蛋白基因与羊的乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起构建基因表达载体,再通过显微注射导入羊的受精卵中,才可获得乳腺生物反应器。与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比,膀胱生物反应器不受性别等限制,受体来源更广泛。转基因蜘蛛羊产生的生殖细胞中可能含有丝蛋白基因,因为受精卵增殖分化而形成的原始生殖细胞中含有丝蛋白基因。
7.继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后,膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答下列问题。
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,常用的方法是 。
(2)进行基因转移时,通常要将外源基因转入动物的 中,原因是 。
(3)通常采用 技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
(4)在研制膀胱生物反应器时,应使外源基因在小鼠的 细胞中特异性表达。
答案:(1)显微注射法
(2)受精卵(或早期胚胎) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性,可使外源基因在相应组织细胞中表达
(3)PCR
(4)膀胱上皮
8.下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程。请据图回答下列有关问题。
(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是,限制酶Ⅱ的识别序列和切点是,那么在①过程中,应用限制酶 切割质粒,用限制酶 切割抗虫基因。①过程在 (填“体内”或“体外”)进行。
(2)将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有 的培养基上,若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒,反之,则说明没有导入。该培养基从功能方面属于 培养基。
(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是 。
(4)经筛选分析得知该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段,因此可以把它看作是杂合子。理论上该转基因植株自交产生的F1中,具有抗虫特性的植株占总数的 。
(5)⑤过程所用技术称为植物组织培养,从遗传学角度来看,根本原因是根细胞具有 。
答案:(1)Ⅱ Ⅰ(Ⅰ和Ⅱ) 体外
(2)四环素 选择
(3)大量复制目的基因(抗虫基因)
(4)3/4
(5)发育成完整个体所需的全套遗传物质
能力提升
1.利用基因工程手段将Myc和Ras两种癌基因导入小鼠体内,检测转基因小鼠的癌症发病率,结果如下图所示。进一步研究发现,乳腺和唾液腺的癌变率较高。下列说法错误的是( )
A.可用显微注射法将癌基因导入小鼠体内
B.只要有Myc或Ras基因,细胞就会癌变
C.两种癌基因共同作用使细胞更易发生癌变
D.Myc和Ras基因的表达具有组织特异性
答案:B
解析:目的基因导入动物细胞通常用显微注射法。只导入Myc或Ras基因的小鼠癌症发病率远远低于同时导入两种癌基因的小鼠,说明两种癌基因共同作用使细胞更容易发生癌变。乳腺和唾液腺的癌变率较高,说明Myc和Ras基因在乳腺和唾液腺中较容易表达。
2.菊花的紫色和白色性状是由一对等位基因控制的,紫色(R)对白色(r)为显性。下表中的实验方案能达到相应实验目的的是( )
项目 实验方案 实验目的
① 用白花植株与紫花植株杂交 判断紫花植株的基因型
② 将控制开紫花的基因转入其他植物中 改变受体植物花的颜色
③ 将R基因转入大肠杆菌并大量表达紫色蛋白 生产紫色蛋白用作染料
④ 用紫花杂合子的嫩芽组织培养获得纯合子植株 用于育种
A.①② B.①②③
C.②③ D.①②③④
答案:A
解析:根据题意已知白花植株的基因型是rr,紫花植株的基因型是Rr或RR。用白花植株与紫花植株杂交,可用于判断紫花植株的基因型。如果后代全部是紫花,则紫花植株的基因型为RR;如果后代出现了白花,则说明紫花植株是杂合子,基因型为Rr,①符合题意。通过基因工程将控制开紫花的基因转入其他植物中,可改变受体植物花的颜色,②符合题意。通过基因工程将R基因转入大肠杆菌并大量表达紫色蛋白,但是大肠杆菌没有内质网和高尔基体,所以合成的紫色蛋白没有生物活性,必须人工修饰后才能用作染料,③不符合题意。用紫花杂合子的嫩芽组织培养获得的植株仍然是杂合子,④不符合题意。
3.抗菌肽对治疗癌症有一定的作用,下图表示抗菌肽的合成过程。下列相关说法正确的是( )
A.用PCR克隆目的基因不需要DNA解旋酶
B.基因表达载体包含起始密码子和终止密码子
C.用显微注射法将基因表达载体导入受体酵母菌
D.筛选菌种时通过PCR技术检测相关蛋白质
答案:A
解析:利用PCR技术扩增目的基因片段时,不需要解旋酶,而是采用高温使DNA解聚为单链。基因表达载体包括启动子和终止子等,不包括起始密码子和终止密码子。将基因表达载体导入微生物细胞中不使用显微注射法。筛选菌种时,通过PCR等技术检测目的基因或转录出的mRNA。
4.戊型肝炎病毒是一种RNA病毒,其基因组中ORF2基因编码的pORF2蛋白是戊型肝炎病毒的表面抗原。我国科研人员利用基因工程,将编码pORF2蛋白的DNA导入大肠杆菌细胞,最终从大肠杆菌中提取pORF2蛋白并制成疫苗。下列分析正确的是( )
A.利用特定引物对病毒RNA进行PCR扩增即可获得目的基因
B.戊型肝炎病毒与大肠杆菌遗传物质相同,所以能实现基因的重组
C.构建基因表达载体时,需将编码pORF2蛋白的mRNA与启动子连接
D.利用该方法获得的疫苗不会诱发细胞免疫但可以产生记忆细胞
答案:D
解析:需先将病毒的RNA逆转录成DNA,再根据DNA序列设计出特异性的引物对目的基因进行PCR扩增,A项错误。戊型肝炎病毒的遗传物质是RNA,大肠杆菌的遗传物质是DNA,B项错误。基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分,要使目的基因在受体细胞中特异性表达,在构建基因表达载体时,需将编码pORF2蛋白的DNA与启动子等调控元件重组在一起,C项错误。该蛋白疫苗不会侵染细胞,不产生细胞免疫,但疫苗属于抗原,会刺激机体产生体液免疫,并产生记忆细胞(记忆B细胞),D项正确。
5.科学家研究发现,一种植物激素——油菜素内酯能促进农药在植物体内的降解和代谢。用油菜素内酯处理后,许多参与农药降解的基因(如P450基因和红霉素抗性基因)的表达和酶活性都得到提高,在这些基因“指导”下合成的蛋白酶能把农药逐渐转化为水溶性物质或低毒甚至无毒物质,有的则被直接排出体外。某课题组进一步进行了如下图所示的实验操作,下列有关叙述错误的是( )
A.步骤①用PCR技术扩增基因时用到的耐高温酶通常是指TaqDNA聚合酶;步骤②用到的酶有限制酶和DNA连接酶
B.图中在导入重组质粒之前应用一定浓度的氯化钙溶液处理受体细菌
C.若④⑤中菌落的生长情况相同,说明转基因受体菌无降解农药的能力
D.将重组质粒2导入受体细菌后,在培养基中加入红霉素可将含有目的基因的细胞初步筛选出来
答案:C
解析:若④⑤中菌落的生长情况相同,说明④中农药对受体菌的生长无影响,转基因受体菌具有了降解农药的能力。
6.中国科学家屠呦呦获2015年诺贝尔生理学或医学奖,她研制的抗疟药——青蒿素挽救了数百万人的生命。青蒿素是从黄花蒿中提取的。但是黄花蒿中青蒿素的含量很低,且受地域性种植影响大。通过研究已经弄清了黄花蒿细胞中青蒿素的合成途径(如下图实线方框内所示),并且发现酵母细胞也能够产生青蒿素合成所需的中间产物FPP(如下图虚线方框内所示)。下列有关叙述正确的是( )
A.根据图示代谢过程,科学家在设计培育能生产青蒿素的酵母菌细胞过程中,需要向酵母细胞中导入FPP合成酶基因和ADS酶基因等基因
B.在FPP合成酶基因表达过程中,①是转录过程,需要DNA聚合酶催化
C.检测过程②是否成功一般可采用PCR技术
D.实验发现,酵母细胞导入相关基因后,这些基因能正常表达,但酵母菌合成的青蒿素仍然很少,根据图解分析原因很可能是在酵母细胞中一部分FPP用于合成固醇
答案:D
解析:由题图可知,酵母细胞能合成FPP合成酶,但不能合成ADS酶和CYP71AV1酶,即酵母细胞缺乏ADS酶基因和CYP71AV1酶基因,因此,要培育能产生青蒿素的酵母细胞,需要向酵母细胞中导入ADS酶基因、CYP71AV1酶基因,不需要导入FPP合成酶基因。在FPP合成酶基因表达过程中,①形成了mRNA,是转录过程,该过程需要RNA聚合酶催化DNA转录成RNA。②是翻译过程,常用抗原—抗体杂交法来检测是否已经成功合成了相应蛋白质。由题图可知,由于酵母细胞中部分FPP用于合成固醇,因此将相关基因导入酵母菌后,即使这些基因能正常表达,酵母菌合成的青蒿素仍很少。
7.回答下列有关遗传信息传递与表达的问题。
野生型大肠杆菌(E.coli)具有完整的LacZ基因,该基因编码的β-半乳糖苷酶由α片段和ω片段两部分组成,两部分均存在时可将无色化合物X-gal“切割”成半乳糖和深蓝色的物质5-溴-4-靛蓝,从而使整个菌落变为蓝色。DH5α是基因工程中常用的一种大肠杆菌诱变菌株,对氨苄青霉素敏感,其LacZ基因中编码ω片段的序列仍然保留,但编码α片段的序列缺失。
(1)LacZ基因控制β-半乳糖苷酶合成的过程主要包括 和 两个环节。
(2)某研究小组构建了质粒pXY-1,如图甲所示,该质粒含氨苄青霉素抗性基因AmpR和编码大肠杆菌β-半乳糖苷酶α片段的基因片段LacZ'。图乙显示的则是Nas Ⅰ、Hpa Ⅱ和Kas Ⅰ三种限制酶的识别序列(↓表示切割位点)。若以该质粒作为载体,将外源目的基因(图丙)导入大肠杆菌DH5α菌株,在构建重组质粒时应选用的限制酶是 。此外,还需用到的另一种酶是 。
甲
注:限制酶后数字表示酶切点位置。
乙
丙
(3)若用含有氨苄青霉素和X-gal的固体培养基筛选导入了pXY-1质粒的DH5α大肠杆菌,下列说法正确的是 。
A.没有导入任何质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色
B.导入了pXY-1空载体质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色
C.导入了pXY-1重组质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色
D.导入了pXY-1重组质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为蓝色
(4)现从(3)中的固体培养基平板上挑取一个重组菌落,经扩大培养后提取质粒,分别用不同的限制酶处理并对酶切产物进行琼脂糖凝胶电泳,结果如下表所示。
所用限制酶 所得条带长度
BamHⅠ、ScaⅠ双酶切 1 230 bp、2 770 bp
HpaⅡ、ScaⅠ双酶切 460 bp、1 240 bp、x bp
据此可知,目的基因全长为 bp,在其内部存在 (填限制酶名称)的切割位点,表中字母x代表的数值应为 。
答案:(1)转录 翻译 (2)KasⅠ DNA连接酶 (3)C (4)900 HpaⅡ 2 300
解析:(1)β-半乳糖苷酶为蛋白质,基因控制蛋白质合成的过程主要包括转录和翻译两个环节。(2)由题图乙可知,目的基因两侧有KasⅠ酶识别的位点,故在构建重组质粒时应选用的限制酶是KasⅠ。此外,还需用到 DNA连接酶连接DNA片段。(3)若用含有氨苄青霉素和X-gal的固体培养基筛选含目的基因的受体菌,没有导入任何质粒的DH5α大肠杆菌对氨苄青霉素敏感,不能在该培养基上生长。由于XY-1空载体质粒中含有氨苄青霉素抗性基因AmpR和编码大肠杆菌β-半乳糖苷酶α片段的基因片段LacZ',故导入了pXY-1空载体质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为蓝色。pXY-1重组质粒的氨苄青霉素抗性基因正常,但LacZ'基因因插入目的基因被破坏,故导入了pXY-1重组质粒的DH5α大肠杆菌可以在该培养基上生长且菌落为白色。(4)由题干可知,质粒长度为3 100 bp,而重组质粒长度为1 230 bp+2 770 bp=4 000 bp,故目的基因全长为4 000 bp-3 100 bp=900 bp。重组质粒经Hpa Ⅱ、ScaⅠ双酶切后得到3个DNA片段,而在质粒中这两种酶均具有一个酶切位点,说明在其目的基因内部存在HpaⅡ的切割位点,表中字母x代表的数值应为4 000-460-1 240=2 300。
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