2020秋高中生物人教版选修3达标训练：专题11-3基因工程的应用

2020秋高中生物人教版选修3达标训练：专题11-3基因工程的应用

专题 1 基因工程 1.3 基因工程的应用 1．下列关于基因工程成果的概述，不正确的是( ) A．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 解析：基因工程在医药卫生方面的应用，主要是用于生产药物， 基因治疗现在处于临床试验阶段。 答案：A 2．番茄营养丰富，是人们喜爱的蔬菜。普遍番茄细胞中含有多聚 半乳糖醛酸酶的控制基因，控制细胞产生多聚半乳糖醛酸酶，该酶能 破坏细胞壁，使番茄软化，不耐贮藏。科学家通过基因工程将一种抗 多聚半乳糖醛酸酶的基因导入番茄细胞，获得了抗软化番茄。下列关 于培育抗软化番茄的叙述，错误的是( ) A．运载工具可以是质粒 B．受体细胞是番茄细胞 C．目的基因为多聚半乳糖醛酸酶基因 D．目的基因的表达延缓了细胞的软化 解析：根据题干信息可知，运载工具可以是质粒，则抗软化番茄 的培育过程如下：以质粒作为载体，将目的基因(抗多聚半乳糖醛酸酶 基因)与质粒结合形成重组 DNA，利用含重组 DNA 的农杆菌去感染普 通番茄，使目的基因进入普通番茄细胞中的染色体 DNA 上，从而抑制 多聚半乳糖醛酸酶的作用。 答案：C 3．下列不属于基因工程方法生产的药物是( ) A．干扰素 B．白细胞介素 C．青霉素 D．乙肝疫苗 解析：青霉素是青霉菌产生的一种代谢产物，高产青霉素菌株的 获得是通过人工诱变育种实现的。 答案：C 4．近年来基因工程的发展非常迅速，科学家可以用 DNA 探针和 外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗。下列做法不正确的是 ( ) A．用 DNA 探针检测镰刀型细胞贫血症 B．用 DNA 探针检测病毒性肝炎 C．用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症 D．用基因替换的方法治疗 21 三体综合征 解析：基因工程是基因水平上的现代生物技术，21 三体综合征是 染色体异常遗传病，是患者第 21 号染色体比正常人多了一条，无法从 基因水平上治疗。 答案：D 5．植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若从该 植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能 提高后者的耐旱性。 回答下列问题： (1)理论上，基因组文库含有生物的________基因；而 cDNA 文库 含有生物的________基因。 (2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文 库，再从中________出所需的耐旱基因。 (3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物 ________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐 旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的 ________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的________ 是否得到提高。 (4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐 旱 植 株 的 数 量 比 为 3∶1 时 ， 则 可 推 测 该 耐 旱 基 因 整 合 到 了 __________________(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的 两条上”)。 解析：(1)基因文库包括基因组文库和 cDNA 文库，基因组文库包 含生物基因组的全部基因，cDNA 文库是以 mRNA 反转录后构建的， 只含有已经表达的基因(并不是所有基因都会表达)，即部分基因。 (2)从基因文库中获取目的基因需要进行筛选。 (3)要提高植物乙的耐旱性，需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导 入植物乙的体细胞中。要检测目的基因(耐旱基因)是否表达应该用抗原 —抗体杂交法检测目的基因(耐旱基因)的表达产物(即耐旱的相关蛋白 质)；个体水平检测可以通过田间试验，观察检测其耐旱情况。 (4)如果耐旱基因整合到同源染色体的一条上，则转基因植株的基 因型可以用 A_表示(A 表示耐旱基因，_表示另一条染色体上没有相应 的基因)，A_自交后代基因型为 AA∶A_∶__＝1∶2∶1，所以耐旱： 不耐旱＝3∶1，与题意相符；如果耐旱基因整合到同源染色体的两条 上，则子代将全部表现耐旱，不会出现性状分离。 答案：(1)全部 部分 (2)筛选 (3)乙 表达产物 耐旱性 (4)同源染色体的一条上 [A 级 基础巩固] 1．苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测 方法是( ) A．是否有抗生素抗性 B．是否能检测到标记基因 C．是否有相应的性状 D．是否能分离到目的基因 解析：抗虫基因表达出的性状只能是抗虫，不可能有抗生素抗性， A 错误；载体上的标记基因用于筛选、检测目的基因是否导入受体细 胞，B 错误；转基因成功的标志是目的基因在受体细胞内表达，受体 细胞表现出一定的性状，C 正确，D 错误。 答案：C 2．1987 年，美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞 并获得高水平的表达。长成的烟草植株通体光亮，堪称自然界的奇迹。 这一研究成果表明( ) ①萤火虫与烟草的 DNA 结构基本相同 ②萤火虫与烟草共用一 套遗传密码 ③烟草体内合成了荧光素 ④萤火虫和烟草合成蛋白质 的方式基本相同 A．①③ B．②③ C．①④ D．①②③④ 解析：萤火虫与烟草的遗传物质都是双链 DNA，这是完成基因重 组的基础，①正确；自然界的所有生物几乎都共用一套遗传密码，即 无论在高等生物还是低等生物中，相同的密码子决定的氨基酸种类都 相同，②正确；萤火虫的荧光素基因导入烟草细胞使得该植株通体光 亮，可见荧光素基因在该植株中成功表达，③正确；基因的表达包括 转录和翻译，最后合成出蛋白质，④正确。 答案：D 3．下列哪项不是植物基因工程技术的主要应用？( ) A．提高农作物的抗逆性 B．生产某些天然药物 C．改良农作物的品质 D．作器官移植的供体 解析：D 项为动物基因工程技术的重要应用。 答案：D 4．抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是( ) A．抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒 B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性 C．抗病毒转基因植物可以抗害虫 D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异 解析：抗病毒转基因植物只抵抗某些病毒，不是抵抗所有病毒， 也不可以抗虫。基因在传递的过程中，可能会发生变异。 答案：B 5．关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，不正确的是( ) A．基因治疗可以有效地改善患者的生理状况，其操作对象是基因 B．进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵 C．基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因改造 D．基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因 解析：基因治疗是利用基因工程将健康的外源基因导入到有基因 缺陷的细胞中，其操作对象是基因，一般用的受体细胞是淋巴细胞或 者脐带血细胞。 答案：B B 级 能力训练 6．在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为 标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上 生长。下图为获得抗虫棉的技术流程，请据图回答下列问题。 (1)A 过程需要的酶有___________________________________。 (2)B 过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是 _____________________________________________________。 (3)C 过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须 加入_______________________________________________。 (4)如果利用 DNA 分子杂交原理对再生植株进行检测，D 过程应 该用____________________________________________作为探针。 (5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔 遗传规律。 ①将转基因植株与________________杂交，其后代中抗卡那霉素 型与卡那霉素敏感型的数量比为 1∶1。 ②若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏 感型的数量比为__________。 解析：(1)A 过程为目的基因与载体相结合的过程，需要同一种限 制酶和 DNA 连接酶。(2)B 过程为目的基因导入受体细胞过程，目的基 因是否导入受体细胞需检测标记基因，在培养过程中，质粒能进行复 制并能稳定保存。(3)过程中加入卡那霉素对含卡那霉素抗性基因的细 胞进行选择。(4)D 过程用含放射性同位素标记的抗虫基因作探针检验 植株中是否含有抗虫基因。(5)①转基因植株相当于杂合子，与非转基 因植株杂交，后代两种性状个体比例为 1∶1；②转基因植株自交，后 代两种性状个体比例为 3∶1。 答案：(1)限制酶和 DNA 连接酶 (2)具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存 (3)卡那霉素 (4)放射性同位素标记的抗虫基因 (5)①非转基因植株 ②3∶1 B 级 能力训练 7．下列关于植物、动物以及微生物在基因工程的应用方面的叙述， 错误的是( ) A．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能 B．三类生物技术操作中目的基因导入受体细胞的方式不同 C．三类生物技术操作原理相同 D．三类生物技术操作中用到的工具酶相同 解析：除基因工程的第三步“将目的基因导入受体细胞”的方法 不同外，三类生物在基因工程的应用中，从原理、使用工具到操作流 程等基本一致，B、C、D 正确；三类转基因生物都可以用来生产基因 工程药物，A 错误。 答案：A 8．下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是( ) A．抗虫棉——Bt 毒蛋白基因 B．抗病毒转基因烟草——几丁质酶基因 C．抗盐碱和抗旱植物——调节细胞渗透压的基因 D．耐寒的番茄——抗冻基因 解析：抗病毒转基因植物常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制 酶基因。几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用作抗真菌转基因植物 的目的基因，故选项 B 错。 答案：B 9．下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是( ) A．表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞 mRNA 反转录获得 B．表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点 C．借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来 D．启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用 解析：人肝细胞中胰岛素基因不表达，通过人肝细胞 mRNA 反转 录不能得到胰岛素基因，A 错误；基因表达载体的复制原点和启动子 是不同的位点，基因表达载体的复制开始于复制原点，胰岛素基因的 表达开始于启动子，B 错误；抗生素抗性基因可作为基因工程中的标 记基因，可将含有目的基因的受体细胞筛选出来，C 正确；启动子在 基因表达的转录中起作用，终止密码子在基因表达的翻译中起作用，D 错误。 答案：C 10．腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采 用基因治疗的方法是：取出患者的白细胞，进行体外培养时转入正常 ADA 基因，再将这些白细胞注入患者体内，使其免疫功能增强，能正 常生活。下列有关叙述正确的是( ) A．正常 ADA 基因替换了患者的缺陷基因 B．正常 ADA 基因通过控制 ADA 的合成来影响免疫功能 C．正常 ADA 基因可遗传给后代 D．ADA 基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病 解析：基因治疗是将正常的基因导入有基因缺陷的细胞中，正常 的 ADA 基因可以控制合成正常的 ADA 来影响免疫功能；ADA 基因缺 陷症是先天性免疫缺陷病。 答案：B 11．下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述 正确的是( ) A．②的构建需要限制性核酸内切酶和 DNA 聚合酶参与 B．③侵染植物细胞后，重组 Ti 质粒整合到④的染色体上 C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状 D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异 解析：②重组质粒的构建需要限制酶和 DNA 连接酶参与，A 错误； ③侵染植物细胞后，重组 Ti；质粒上的 T－DNA 整合到棉花细胞的染 色体上，B 错误；④的染色体上若含抗虫基因，但不代表该基因就一 定成功表达，因此不能确定⑤是否表现出抗虫性状，C 错误。 答案：D 12.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因 afp 对提高农作物的抗寒 能力有较好的应用价值。如右图所示是获得转基因莴苣的技术流程， 请据图回答下列问题： (1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (2)①过程需要的酶有__________、________。 (3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因 afp 以外，还必须含有 ________、终止子和________，这样才能构成一个完整的基因表达载 体。 (4)如果受体细胞 C1 是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的 ________________上，使目的基因进入受体细胞 C2，并将其插入到受 体细胞C2 中________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达， 形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达， 在分子水平上可用________________法进行检测，如果出现杂交带， 说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。 解析：(1)目的基因的获取可采取直接分离获得也可采用人工合成 方法，人工合成目的基因的常用方法有逆转录法和化学合成法。(2)提 取目的基因需要限制酶，将目的基因与载体结合需要 DNA 连接酶，故 ①过程需要的酶有限制酶和 DNA 连接酶。(3)基因表达载体的构建包 含：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。(4)将目的基因导入植物 细胞常用的方法是农杆菌转化法，将目的基因导入农杆菌的 Ti 质粒的 T－DNA 上，使目的基因进入受体细胞 C2，并将其插入受体细胞 C2 中染色体 DNA 上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成 转基因莴苣。检测目的基因是否翻译成蛋白质，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。 答案：(1)(用逆转录等方法进行)人工合成 (2)限制酶 DNA 连接 酶 (3)启动子 标记基因 (4)Ti 质粒的 T－DNA 染色体 DNA 抗 原—抗体杂交 13．科学家将小麦液泡膜 Na＋/K＋逆向转运蛋白基因(TaNHX2 基 因)转移到水稻细胞内，获得了转基因耐盐水稻新品种。据此回答下列 有关问题： (1)为保证目的基因在水稻细胞中能够表达，运载体上应含有特定 的________(填“复制原点”“启动子”或“标记基因”)。 (2)水稻的转化过程为：将水稻幼胚接种到诱导培养基上，经过脱 分化过程，培养出愈伤组织，然后用________法，将目的基因和相关 功能片段整合到愈伤组织细胞的染色体 DNA 上，最后诱导愈伤组织形 成水稻植株。 (3)为验证外源基因整合到水稻基因组后是否转录，可从转基因植 株的细胞中提取所有 mRNA 并反转录成________，再以反转录产物为 模板，利用 TaNHX2 基因特异引物，通过________方法进行基因扩增。 若以根细胞为材料扩增结果为阳性(有产物生成)，以叶细胞为材料扩增 结果为阴性(无产物生成)，则说明___________________ ______________________________________________________。 (4)将生长至 4 叶期的转基因幼苗转入高浓度的 NaCl 溶液中培养， 进行耐盐试验，用非转基因幼苗作为对照。培养 30 天后观察现象，若 ________________则说明转基因植株获得了耐盐特性。 答案：(1)启动子 (2)农杆菌转化 (3)cDNA(互补 DNA) PCR 目的基因(TaNHX2 基因)仅在根细胞中转录，未在叶细胞中转录(回答 “基因选择性表达”不正确) (4)转基因植株存活率高于非转基因植株 (转基因植株叶片不变黄，非转基因植株叶片变黄，其他答案合理也可) 14．利用动物乳腺生产产品的技术称为动物乳腺反应器技术。该 技术生产的药用蛋白具有表达效率高、成本低、安全性高、易于分离 纯化的优点，可产生乙肝表面抗原及抗凝血酶Ⅲ等医药产品，造福人 类健康。下页图为利用生物技术获得这一生物新品种和抗虫棉的过程， 据图回答下列问题。 (1)在基因工程中，A 表示________，如果直接从苏云金芽孢杆菌 中获得抗虫基因，①过程使用的酶的功能特点是_____________， B 表示_______________________________________________。 (2)在研究过程中，研究人员首先从相关基因组中获取了目的基因， 并采用________技术对目的基因进行了扩增，然后将目的基因与质粒 等载体组合形成了重组载体。在重组载体的构建过程中需要的工具酶 有______________________________________________。 (3)基因表达载体的构建是基因工程的核心，一个完整的基因表达 载体至少包括哪些部分？_______________________________ _____________________________________________________。 (4)将目的基因导入受体细胞的过程中，在③过程中一般是采用 ________；在②过程中一般采用________，受体细胞一般是________。 (5)由于转基因表达产物存在于山羊的乳汁中，检测其体内是否出 现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么？________。 (6)要确定目的基因(抗虫基因)导入棉花细胞后，是否能稳定遗传 并表达，需进行检测和鉴定工作，请写出在个体水平上的鉴定过程： _______________________________________________________ _____________________________________________________。 解析：(1)据图可知，A 是从人的 DNA 分子中获取的合成乙肝表 面抗原或抗凝血酶Ⅲ的基因，或者是从苏云金芽孢杆菌中提取的 Bt 毒 蛋白基因，是基因工程中的目的基因；基因工程的工具有限制酶、DNA 连接酶、载体等，其中限制酶的功能特点是一种限制酶只能识别一种 特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割 DNA 分子；B 是载体和目 的基因重组形成的基因表达载体(重组 DNA 分子)。(2)目的基因的获取 一般有 3 种途径：从基因文库中获取目的基因；利用 PCR 技术扩增目 的基因；通过 DNA 合成仪用化学方法直接人工合成。构建基因表达载 体需要限制酶和 DNA 连接酶。(3)一个完整的基因表达载体至少包括 目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分。(4)目的基因导入受体 细胞的方法因受体细胞的不同而不同，植物细胞通常采用农杆菌转化 法，动物细胞通常采用显微注射技术，微生物细胞通常采用 Ca2＋处理 法。其中动物通常的受体细胞是受精卵。(5)检测目的基因是否已经表 达出相应的蛋白质，通常采用抗原—抗体杂交技术。(6)进行个体生物 学水平的鉴定时，通常采用抗虫或抗病的接种实验。 答案：(1)目的基因 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列， 并在特定的位点上切割 DNA 分子 基因表达载体(重组 DNA 分子) (2)PCR 限制酶、DNA 连接酶 (3)至少包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分 (4)农杆菌转化法 显微注射技术 受精卵 (5)从转基因羊的乳汁中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗 体杂交，若出现杂交带，表明乳汁中出现了抗原蛋白；若没有出现杂 交带，表明乳汁中没有出现抗原蛋白 (6)让害虫食用转基因棉的叶子，观察害虫的存活情况，以确定其 是否具有抗虫性状 15．马铃薯是重要的经济作物，在基因育种方面取得丰硕成果。 (1)马铃薯是双子叶植物，常用________法将目的基因导入马铃薯 的体细胞中。构建好的基因表达载体的基本结构有：目的基因、 ________、________、________、复制原点五部分。 (2)马铃薯易患多种疾病，导致产量下降，基因工程中常用的抗病 基因为____________________________________________ _________________________________________(写一种即可)。 (3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，主要从两个方面进 行设计： ①修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂________，或使靶蛋 白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。 ②引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前________。 (4) 将 目 的 基 因 导 入 受 体 细 胞 后 ， 还 需 对 转 基 因 植 物 进 行 ____________。 解析：(1)马铃薯是双子叶植物，常用农杆菌转化法将目的基因导 入双子叶植物体细胞中，构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、 标记基因、启动子、终止子、复制原点五部分。 (2)基因工程中常用的抗病基因为病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶 基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因等。 (3)①除草剂只能作用于杂草，不能作用于马铃薯，因此需要修饰 除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感(抵抗)，或使靶蛋白过量表 达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。 ②也可以引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前被降解(分解)。 (4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行检测和鉴 定。 答案：(1)农杆菌转化 启动子 终止子 标记基因 (2)病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁 质酶基因(写一种即可) (3)不敏感(抵抗) 被降解(分解) (4)检测和鉴定