2019-2020学年高中生物人教版必修2一课三测：第6章第2节　基因工程及其应用

2019-2020学年高中生物人教版必修2一课三测：第6章第2节　基因工程及其应用

第 2 节 基因工程及其应用 记一记 知识图谱 判一判 1.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后，其 DNA 整合 到细菌 DNA 上的过程属于基因工程。(×) 2．限制酶只能用于切割目的基因。(×) 3．可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸，进行构 建抗除草剂的转基因烟草。(×) 4．DNA 连接酶通过形成氢键能将两碱基连接起来。(×) 5．运载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中，使之稳定 存在并表达。 (√) 6．基因工程中的工具酶有限制酶、DNA 连接酶及运载体。(×) 7．在所有的基因工程步骤中都涉及碱基互补配对。(×) 8．将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞，经组织培养可 获得抗病植株。(√) 悟一悟 1.区分工具酶与工具。 基因工程的工具酶有两种——限制酶和 DNA 连接酶；而工具 有三种，除上述两种工具酶外，还包括运载体。 2．区分与 DNA 有关的酶。 (1)参与基因工程的酶有限制酶和 DNA 连接酶。 (2)参与 DNA 复制的酶有 DNA 解旋酶、DNA 聚合酶等。 (3)参与 DNA 水解的酶是 DNA 酶。 3．(1)转基因抗虫植物不会受到害虫的侵害，仍会受到细菌、 真菌或病毒等病原体的侵害，种植过程中需要使用一定量的农药。 (2)转基因抗虫植物与转基因抗病植物不同，植物病症一般是 由细菌或真菌引起的。 感悟体会： 练一练 1.[2019·云南学业水平测试]下列不属于基因工程最基本的工 具是( ) A．基因的“剪刀” B．基因的运载体 C．基因的“针线” D．目的基因 答案：D 2．在基因工程中常作为基因运载体的是( ) A．质粒、线粒体、噬菌体 B．染色体、叶绿体、线粒体 C．质粒、噬菌体、动植物病毒 D．细菌、噬菌体、动植物病毒 解析：质粒、噬菌体和动植物病毒是基因工程中常用的运载 体。 答案：C 3．下列关于基因工程的叙述中，正确的是( ) A．基因工程是细胞水平上的生物工程 B．基因工程的原理属于基因突变 C．基因工程育种的优点之一是目的性强 D．基因工程的产物对人类都是有益的 解析：基因工程是分子水平上的生物工程，A 错误；基因工 程的原理属于基因重组，B 错误；基因工程是按人们的意愿定向 改造生物的性状，因此基因工程育种的优点之一是目的性强，C 正确；基因工程的产物对人类不一定都是有益的，也可能会产生 食品安全问题、生物安全问题和环境安全问题等，D 错误。 答案：C 4．基因工程的操作步骤包括以下几步，正确的操作顺序是 ( ) ①目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③目的基因的检测与鉴定 ④提取目的基因 A．④①②③ B．②④①③ C．③②④① D．③④①② 解析：基因工程的操作步骤：提取目的基因、目的基因与运 载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。 答案：A 知识点一 基因工程的原理 1.基因工程技术引起的生物变异属于( ) A．染色体变异 B．基因突变 C．基因重组 D．不遗传的变异 解析：基因工程又称基因拼接技术或 DNA 重组技术，引起的 生物变异属于基因重组。 答案：C 2．下图为 DNA 分子的某一片段，其中①②③分别表示某种 酶的作用部位，则相应的酶依次为( ) A．DNA 连接酶、限制酶、解旋酶 B．限制酶、解旋酶、DNA 连接酶 C．限制酶、DNA 连接酶、解旋酶 D．解旋酶、限制酶、DNA 连接酶 解析：①处是碱基对之间的氢键，对此处起作用的酶是解旋 酶；②处是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，对此处起作用的 酶是限制酶；③处也表示磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，该 处表示将断开的键连接起来，故对此处起作用的酶是 DNA 连接 酶。 答案：D 知识点二 基因工程的操作应用及安全性 3.下列关于基因表达载体的构建描述错误的是( ) A．基因表达载体的构建是基因工程的核心 B．基因表达载体中应包括目的基因、标记基因等部分 C．目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因 D．构建的基因表达载体都是相同的 解析：基因表达载体可使目的基因在受体细胞中稳定存在， 并且可以在下一代表达和发挥作用，是基因工程的核心，A 正确； 基因表达载体中应含有目的基因和标记基因，B 正确；该过程目 的基因主要指编码蛋白质的结构基因，也可以是一些具有调控作 用的因子，C 正确；由于受体细胞有植物、动物和微生物之分， 以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此基因表达载体的构 建是不完全相同的，D 错误。 答案：D 综合考查基因工程 4.利用某目的基因(图甲)和 P1 噬菌体(图乙)构建重组 DNA。3 种酶(BglⅡ、EcoR Ⅰ和 Sau3A Ⅰ)在目的基因所在片段与 P1 噬菌 体上的切点均如图中箭头所示。下列分析错误的是( ) A．构建重组 DNA 时，可用 Bgl Ⅱ和 Sau3A Ⅰ切割目的基因 所在片段和 P1 噬菌体 B．构建重组 DNA 时，可用 EcoR Ⅰ和 Sau3A Ⅰ切割目的基 因所在片段和 P1 噬菌体 C．图乙中的 P1 噬菌体只用 EcoR Ⅰ切割后，含有 2 个游离 的磷酸基团 D．用 EcoR Ⅰ切割目的基因所在片段和 P1 噬菌体，再用 DNA 连接酶连接，只能产生一种重组 DNA 解析：由题图可知，Bgl Ⅱ、Sau3A Ⅰ及 EcoR Ⅰ三种酶在目 的基因所在片段和 P1 噬菌体上都有切点，故可用 Bgl Ⅱ和 Sau3A Ⅰ或 EcoR Ⅰ和 Sau3A Ⅰ切割目的基因所在片段和 P1 噬菌体；从 图乙知 P1 噬菌体为环状 DNA，只用 EcoR Ⅰ切割后产生两条反向 双螺旋链状 DNA，有 2 个游离的磷酸基团；用 EcoR Ⅰ切割目的 基因所在片段和 P1 噬菌体载体，再用 DNA 连接酶连接，能产生 不止一种重组 DNA。 答案：D 基础达标 一、选择题(每小题 5 分，共 60 分) 1．下列关于 DNA 连接酶的作用叙述正确的是( ) A．可将单个核苷酸加到某个 DNA 片段末端，形成磷酸二酯 键 B．可将断开的两个 DNA 片段的骨架连接起来，重新形成磷 酸二酯键 C．连接两条 DNA 链上碱基之间的氢键 D．只能将双链 DNA 片段互补的末端连接起来，而不能连接 任意两个 DNA 片段 解析：DNA 连接酶只能对双链 DNA 片段互补的末端通过重 新形成磷酸二酯键连接起来，而不能连接任意两个 DNA 片段。 答案：D 2．下列关于基因工程安全性的说法中不正确的是( ) A．转基因作物的基因可通过花粉扩散到它的近亲作物上，可 能出现对农业不利的“超级植物” B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统 的稳定性 C．转基因食品的成分中含新的蛋白质时，这些异种蛋白有可 能引起人食物过敏 D．转基因必须在人为控制下才能完成，自然条件下基因污染 是不增殖和不扩散的 解析：基因工程引起的基因污染，是可以增殖和扩散的。答 案：D 3．科学家已能运用基因工程技术，让奶牛合成并分泌人的抗 体。下列叙述正确的是( ) ①该技术将导致定向变异 ②DNA 连接酶将目的基因与运载 体黏性末端的碱基对连接起来 ③蛋白质的氨基酸序列可为合成 目的基因提供资料 ④受精卵是理想的受体 A．①②③④ B．①②④ C．②③④ D．①③④ 解析：转基因导致的变异属于定向变异。DNA 连接酶连接的 是目的基因和运载体末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键， 而不是碱基对之间的氢键。获取目的基因的方法之一是根据蛋白 质的氨基酸序列推测出核苷酸序列，并通过化学方法人工合成。 基因工程中，对于动物来说，常采用受精卵作为受体。 答案：D 4．下列不属于利用基因工程技术制取药物的是( ) A．从大肠杆菌体内获取白细胞介素 B．从酵母菌体内获得干扰素 C．从青霉菌体内获取青霉素 D．从大肠杆菌体内获取胰岛素 解析：基因工程是使外源基因在受体细胞中表达目的基因产 品的技术，A、B、D 均为外源基因的表达。而青霉菌产生青霉素 是一种正常基因的正常表达，故青霉菌产生的青霉素不属于基因 工程药品。 答案：C 5．科学家在某种植物中找到了抗枯萎的基因，并以质粒为运 载体，采用转基因方法培育了抗枯萎病的金茶花新品种。下列有 关说法正确的是( ) A．基因工程育种只能在同种生物中进行 B．质粒是能自我复制的小型细胞器，因此适合作为运载体 C．抗枯萎基因最终整合到植物的染色体组中，该技术应用的 原理是染色体变异 D．通过该方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子不一定含 抗病基因 解析：传统育种只能在同种生物中进行，基因工程育种可以 将一种生物的基因连接到另一种生物的基因上；质粒是能自我复 制的小型环状的 DNA 分子，不是细胞器；抗枯萎基因最终整合到 植物的染色体组中，该技术属于基因工程技术，应用的原理是基 因重组；抗枯萎基因可能只整合到一对同源染色体中的一条染色 体上，相当于杂合子，因此通过该方法获得的抗病金茶花，将来 产生的配子中不一定含抗病基因。 答案：D 6．科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质 粒 DNA 分子重组，并且在大肠杆菌体内成功表达。图中 a 处为胰 岛素基因与大肠杆菌质粒 DNA 结合的位置，它们彼此能结合的依 据是( ) A．基因自由组合定律 B．半保留复制原则 C．基因分离定律 D．碱基互补配对原则 解析：用限制酶切割人的 DNA 分子，获得胰岛素基因，用同 一种限制酶切割质粒，使它产生相同的黏性末端，它们通过碱基 互补配对形成重组 DNA 分子。 答案：D 7．某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂， 积累于茎叶中，让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而 死亡。下列就该玉米对人类安全性的评论中，不符合生物学原理 的是( ) A．不安全。这种玉米的果实(种子)中也可能含有蛋白酶抑制 剂，使人食用后因无法消化食物而患病 B．不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链进入人 体细胞内，使人体无法消化食物而患病 C．安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白 酶抑制剂对人体很可能无影响 D．安全。人类通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制 剂已被高温破坏，不会影响人的消化 解析：基因是有遗传效应的 DNA 片段，属于大分子有机物， 外源基因进入动物和人体的消化道后会被消化成小分子物质，不 能直接进入动物和人体细胞内，更谈不上通过食物链富集并在细 胞内表达。 答案：B 8．下面关于基因工程应用的说法错误的是( ) A．抗虫基因作物的使用有利于降低生产成本，减少农药对环 境的污染 B．基因工程生产药品具有高效率、低成本的特点 C．转基因食品都经过严格实验，安全性是毋庸置疑的 D．把外源基因转入叶绿体 DNA 中有助于防止基因污染 解析：抗虫基因作物的使用，减少了农药的使用，降低了生 产成本，同时减少了对环境的污染；利用基因工程的方法能够高 效率地生产出高质量、低成本的药品；转基因食品虽然都经过严 格实验，但是可能出现滞后效应或出现新的过敏原；把外源基因 转入叶绿体 DNA 中，有助于防止花粉传播引起的基因污染。 答案：C 9．如图表示 DNA 分子在不同酶的作用下发生的变化，下列 选项中依次表示限制性核酸内切酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶、 解旋酶作用图解的正确顺序是( ) A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③② 解析：①是切割 DNA 分子形成两个黏性末端的过程，需要限 制性核酸内切酶；②是将两个 DNA 片段的黏性末端连接起来的过 程，需要 DNA 连接酶；③是 DNA 分子解旋的过程，需要解旋酶； ④是 DNA 复制的过程，需要 DNA 聚合酶。 答案：C 10．下列有关基因工程的叙述，不正确的是( ) A．基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA 连接酶 B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 C．利用基因工程技术，可以定向地改造生物的遗传性状 D．基因工程的实质是基因重组 解析：基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA 连接酶。一 种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，而并非所有的限制酶 只能识别同一种核苷酸序列。基因工程的实质是基因重组。利用 基因工程技术，可以定向改造生物的遗传性状，获得人类需要的 基因产物或生物新品种。 答案：B 11．如图表示一项重要的生物技术，对图中物质 a、b、c、d 的描述，正确的是( ) A．a 具有多个标记基因和多个限制酶切点，最为常用的是噬 菌体 B．要获得相同的黏性末端，通常用同种 b 切割 a 和 d C．c 连接双链间的氢键，使黏性末端处碱基互补配对 D．重组 DNA 导入受体细胞中即可表达 解析：在基因工程中，最常用的运载体是质粒，其上有标记 基因和限制酶切点，A 错误；通常使用同种限制酶切割目的基因 和运载体，以获得相同的黏性末端，B 正确；c 为 DNA 连接酶， 其作用是使两个 DNA 片段之间形成磷酸二酯键，C 错误；重组 DNA 导入受体细胞后，有可能表达，也可能不表达，需要检测和 鉴定，D 错误。 答案：B 12．如图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程， 下列相关叙述不正确的是( ) A．通过①过程形成重组质粒只需要两种工具 B．②是重组质粒导入受体细胞的过程 C．通过③过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素 基因 D．通过④⑤过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果 解析：①是目的基因与运载体结合的过程，既需要限制酶和 DNA 连接酶，也需要基因的运载体。 答案：A 二、非选择题(每小题 20 分，共 40 分) 13. 豇豆对多种害虫具有抵抗能力的根本原因是豇豆体内具有胰 蛋白酶抑制剂基因(CpT Ⅰ基因)。科学家将 CpT Ⅰ基因转移到水 稻体内后，却发现效果不理想，造成这种现象的主要原因是 CpT Ⅰ 蛋白质的积累量不足。在体外对 CpT Ⅰ基因进行修饰后再转入水 稻体内，CpT Ⅰ蛋白质在水稻中的积累量得到了提高。其修饰和 表达过程如图所示。 请根据以上材料，回答下列问题。 (1)CpT Ⅰ基因是该基因工程中的________基因，“信号肽” 序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是________。在 ①过程中，要使用________酶切开，暴露出________，再用 ________酶连接。 (2)在该基因工程中，供体是________，受体是________。 (3)② 过 程 称 为 ________________________________________________________ ________________。 (4)检测修饰后的 CpT Ⅰ基因是否表达的最好方法是 ____________________________________________________ ____________________。 解析：(1)因科学家是将 CpT Ⅰ基因转移到水稻体内，故 CpT Ⅰ基因为目的基因；“信号肽”序列和“内质网滞留信号”序列 均由脱氧核苷酸组成；因①过程涉及暴露黏性末端，又涉及 DNA 分子重组，故在①过程中先用到限制性核酸内切酶，后用到 DNA 连接酶。(2)在该基因工程中，供体是豇豆细胞，受体是水稻细胞。 (3)因为修饰后的 CpT Ⅰ基因在水稻体内先形成 A，然后再由 A 直 接控制 CpT Ⅰ蛋白质的合成，故②过程为转录。(4)因 CpT Ⅰ蛋白 质对多种害虫具有杀伤力，故检测修饰后的 CpT Ⅰ基因是否表达 的最好办法是让多种害虫食用水稻叶片，观察抗虫效果。 答案：(1)目的 脱氧核苷酸 限制性核酸内切 黏性末端 DNA 连接 (2)豇豆细胞 水稻细胞 (3)转录 (4)让多种农业害虫食用水稻叶片，观察抗虫效果 能力达标 14.为了解基因结构，通常选取一特定长度的线性 DNA 分子， 先用一种限制酶切割，通过电泳技术将单酶水解片段分离，计算 其相对大小；然后再用另一种酶对单酶水解片段再进行降解，分 析其片段大小。下表是某小组进行的相关实验。(bp 表示碱基对) (1)该实验设计主要体现了________原则。 (2)由实验可知，在这段已知序列上，A 酶与 B 酶的识别位点 分别为________个和________个。 (3)根据表中数据，请绘出相应限制酶的酶切位点并注明相关 片段的大小。 (4)已知 BamH Ⅰ与 Bgl Ⅱ的识别序列及切割位点如图所示。 用这两种酶和 DNA 连接酶对一段含有数个 BamH Ⅰ和 Bgl Ⅱ 识别序列的 DNA 分子进行反复地切割、连接操作，若干循环后 AGATCC//TCTAGG 和________序列明显增多。 解析：(1)从题干中提供的信息可以看出，该实验设计主要体 现了对照(单一变量)原则。(2)从表中数据可以看出，已知 DNA 片 段经 A 酶切割后形成 4 个片段，由此可以推测出该线性 DNA 分 子中有 3 个可被 A 酶识别的位点；经 B 酶切割后形成 3 个片段， 由此说明该 DNA 分子中有 2 个可被 B 酶识别的位点。(3)可根据 表中片段的大小来确定 A 酶和 B 酶在该线性 DNA 上的酶切位点。 (4)从题图中可看出两种限制酶的切割位点及它们切割后形成的黏 性末端。比较二者的黏性末端可以发现它们有相同的一部分碱基 序列，再根据已给出的 DNA 片段(AGATCC//TCTAGG)，可进一 步 推 知 所 形 成 的 另 一 种 明 显 增 多 的 DNA 片 段 的 序 列 为 GGATCT//CCTAGA。 答案：(1)对照(单一变量) (2)3 2 (3)如图所示 (4)GGATCT//CCTAGA