2019-2020学年人教版生物选修三课时分层作业2基因工程的基本操作程序

2019-2020学年人教版生物选修三课时分层作业2基因工程的基本操作程序

课时分层作业(二) (建议用时：35 分钟) [基础达标练] 1．有关目的基因和基因文库的叙述，不正确的是( ) A．目的基因可以从自然界中分离，也可以人工合成 B．目的基因主要是指编码蛋白质的基因 C．基因文库就是基因组文库 D．cDNA 文库只包含一种生物的一部分基因 C [目的基因可以从自然界中分离，也可以通过人工合成的方法获取，A 正 确；目的基因主要是指编码蛋白质的基因，B 正确；基因文库分为基因组文库和 部分基因文库，C 错误；cDNA 文库只包含一种生物的一部分基因，D 正确。] 2．利用 PCR 技术从某种生物的基因组 DNA 中获取目的基因的前提是( ) A．有目的基因的 DNA 片段，作为模板进行复制 B．有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物 C．有足够的脱氧核苷酸作为原料 D．加入足够数量的 DNA 连接酶进行指数式扩增 B [利用 PCR 技术从某种生物的基因组 DNA 中获取目的基因的前提是要有 一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成引物。] 3．在基因表达载体的构建中，下列说法不正确的是( ) A．基因表达载体的构建方法不完全相同 B．有了启动子才能驱动基因转录出 mRNA C．终止子的作用是终止翻译过程 D．基因表达载体的结构包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等 C [因为受体细胞有植物、动物、微生物之分，且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方法是不完全相同的，A 正确；启动子是 一段有特殊结构的 DNA 片段，位于基因的首端，是 RNA 聚合酶识别和结合的部 位，能驱动基因转录出 mRNA，最终获得所需要的蛋白质，B 正确；终止子的作 用是使转录在所需要的地方停止，终止密码子的作用是使翻译在所需要的地方停 止，C 错误；基因表达载体包括启动子、终止子、目的基因、标记基因等，D 正 确。] 4．在基因工程的操作过程中，获得重组质粒不需要( ) ①DNA 连接酶 ②限制性核酸内切酶 ③RNA 聚合酶 ④具有标记基因的 质粒 ⑤目的基因 ⑥四种脱氧核苷酸 A．③⑥ B．②④ C．①⑤ D．①②④ A [构建重组质粒时，首先要用限制酶切割含有目的基因的 DNA 片段和载 体，其次需要用 DNA 连接酶将目的基因与载体连接；RNA 聚合酶催化转录过程， 获得重组质粒时不需要 RNA 聚合酶；获得重组质粒时，需要具有标记基因的质粒 作为载体；重组质粒是由目的基因与质粒形成的；四种脱氧核苷酸是合成 DNA 的 原料，获得重组质粒不需要四种脱氧核苷酸。] 5．下列关于 PCR 技术的叙述，正确的是( ) A．PCR 技术建立在对扩增的目的基因序列完全已知的基础上 B．该技术需要解旋酶和热稳定 DNA 聚合酶 C．该技术需要一对特异性的引物，要求一对引物的序列是互补的 D．该技术的原理是 DNA 双链复制原理，需要模板、原料、能量、酶等条件 D [PCR 技术扩增的目的基因序列不一定是已知的，A 项错误；PCR 技术是 通过高温来使 DNA 解旋的，不需要解旋酶，B 项错误；该技术需要的一对引物， 分别能与模板 DNA 的两条链的末端进行碱基配对，其序列不是互补的，C 项错误； PCR 技术的原理是 DNA 双链复制原理，需要模板、原料、酶、能量等条件，D 项正确。] 6．受体细胞不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不相同，下列受体细胞 与目的基因导入方法匹配错误的一项是( ) A．棉花细胞——花粉管通道法 B．大肠杆菌——Ca2＋处理法 C．羊受精卵——农杆菌转化法 D．水稻细胞——基因枪法 C [花粉管通道法是我国科学家独创的一种方法，是一种十分简便经济的方 法，我国的转基因抗虫棉就是用此种方法获得的，A 正确；Ca2＋处理法能使大肠 杆菌细胞的生理状态发生改变，使之处于易于吸收周围环境中 DNA 分子的感受 态，所以将目的基因导入微生物细胞，常采用 Ca2＋处理法，B 正确；农杆菌转化 法的受体细胞一般是双子叶植物和裸子植物，将目的基因导入羊受精卵常用的方 法是显微注射法，C 错误；在自然条件下，农杆菌能感染双子叶植物和裸子植物， 但对大多数单子叶植物没有感染能力，水稻是单子叶植物，可用基因枪法将目的 基因导入水稻细胞，D 正确。] 7．下列关于目的基因导入微生物细胞的叙述中，不正确的是( ) A．常用原核生物作为受体细胞，是因为原核生物繁殖快，且多为单细胞、遗 传物质相对较少 B．受体细胞所处的一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态称为感受态 C．感受态细胞吸收 DNA 分子需要适宜的温度和酸碱度 D．感受态细胞吸收重组表达载体 DNA 分子的液体只要调节为适宜的 pH 即 可，没必要用缓冲液 D [由于原核生物具有繁殖快，且多为单细胞、遗传物质相对较少等特点， 所以早期的基因工程通常都用原核生物作为受体细胞；受体细胞经 Ca2＋处理后， 处于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态，称为感受态；感受态细胞吸收 DNA 分子需要在适宜的温度和酸碱度的缓冲液中完成。] 8．如图表示细胞膜上乙酰胆碱(一种神经递质)受体基因的克隆技术操作过程， 相关分析正确的是 ( ) A．获得该 mRNA 的最佳材料是受精卵 B．完成过程①②必不可少的酶分别是逆转录酶、DNA 聚合酶 C．构建基因表达载体最可能使用的载体是大肠杆菌 D．探针筛选的目的是淘汰被感染的细菌，获得未被感染的细菌 B [由于基因的选择性表达，细胞膜上乙酰胆碱受体基因只在特定的细胞中 表达，所以只能从特定的组织细胞中获取 mRNA，A 错误；过程①表示采用反转 录法获取目的基因，需要逆转录酶；②表示 DNA 的合成过程，需要 DNA 聚合酶 催化，B 正确；基因工程常用的载体是质粒，此外还有λ噬菌体衍生物和动植物病 毒，大肠杆菌一般作为基因工程的受体细胞，C 错误；探针筛选的目的是淘汰未 被感染的细菌，获得被感染的细菌，D 错误。] 9．图甲、乙中的箭头表示三种限制性核酸内切酶的酶切位点，ampr 表示氨苄 青霉素抗性基因，neo 表示新霉素抗性基因。下列叙述正确的是( ) 甲 乙 A．图甲中的质粒用 BamH Ⅰ切割后，含有 4 个游离的磷酸基团 B．在构建重组质粒时，可用 Pst Ⅰ和 BamH Ⅰ切割质粒和外源 DNA C．用 Pst Ⅰ和 Hind Ⅲ切割，可以保证重组 DNA 序列的唯一性 D．导入目的基因的大肠杆菌可在含氨苄青霉素的培养基中生长 C [图甲中的质粒用 BamH Ⅰ切割后，获得一个 DNA 片段，其只含有 2 个 游离的磷酸基团，A 错误；在构建重组质粒时，不能使用 BamH Ⅰ切割外源 DNA， 因为用 BamH Ⅰ切割会破坏目的基因的结构，但可以用 Pst Ⅰ和 Hind Ⅲ切割质粒 和外源 DNA，B 错误；用 Pst Ⅰ和 Hind Ⅲ切割会得到 2 个 DNA 片段，再加入 DNA 连接酶，切开的质粒由于黏性末端不同，不会自身连接，从而保证重组质粒 只能得到一种，即含有目的基因和标记基因 neo 的重组质粒，保证了重组 DNA 序 列的唯一性，C 正确；由于用 Pst Ⅰ切割质粒后，其中的氨苄青霉素抗性基因已被 破坏，所以导入目的基因的大肠杆菌不能在含氨苄青霉素的培养基中生长，D 错 误。] 10．科学家通过基因工程，成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉， 其过程大致如图。 (1)基因工程的核心是_________________________________。 (2)上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用了________法，先要将目的 基因插入农杆菌 Ti 质粒的________中，然后用该农杆菌感染植株细胞，通过 DNA 重组将目的基因插入植株细胞的________上。 (3)目的基因在棉株体内能否成功转录，分子水平上可采用________法检测。 (4)如果把该基因导入叶绿体 DNA 中，将来产生的卵细胞中________(填“一 定”或“不一定”)含有抗虫基因。 [解析] (1)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。 (2)将目的基因导入棉花细胞内使用了农杆菌转化法，先要将目的基因插入农 杆菌 Ti 质粒的 TDNA 中，然后用该农杆菌感染植株细胞，通过 DNA 重组将目的 基因插入植株细胞的染色体上。 (3)目的基因在棉株体内能否成功转录，从分子水平上检测可采用分子杂交法。 (4)由于在产生配子的过程中，细胞质基因是随机分配的，因此产生的配子中 不一定含有抗虫基因。 [答案] (1)基因表达载体的构建 (2)农杆菌转化 TDNA 染色体 (3)分子杂交 (4)不一定 [能力提升练] 11．采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因 羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是 ( ) A．人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目，等于凝血因子氨基酸数目 的 3 倍 B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组 DNA 分子导入羊的受精 卵中 C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细 胞中 D．人凝血因子基因开始转录后，DNA 连接酶以 DNA 分子的一条链为模板合 成 mRNA B [人体细胞是真核细胞，其基因中含有内含子，其碱基对数大于氨基酸数 的三倍；山羊的受精卵中导入人凝血因子基因，长成的山羊每个体细胞中都含有 这种基因；DNA 连接酶是把两条 DNA 链末端之间的缝隙“缝合”起来，而不是 参与转录。基因工程外源基因的导入多采用人工的方法，使体外重组的 DNA 分子 转移到受体细胞，在本题中可采用显微注射法。] 12．基因工程中，需使用特定的酶处理目的基因和质粒，以便构建基因表达 载体。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是 ，限制酶Ⅱ的识 别序列和切点是 。据图分析，下列有关说法正确的是( ) A．该质粒分子由 4 种碱基组成 B．构建该基因表达载体的工具酶是限制酶和耐高温的 DNA 聚合酶 C．本实验应采用 Gene Ⅱ作为载体的标记基因 D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割 D [由两种限制酶的识别序列和切点可知，限制酶Ⅱ可以识别并切割限制酶 Ⅰ的切点，但限制酶Ⅰ不能识别并切割限制酶Ⅱ的切点，故质粒只能用限制酶Ⅰ 切割，以保证保留一个标记基因 Gene Ⅰ，而目的基因应用限制酶Ⅱ切割。质粒是 由 4 种脱氧核苷酸组成的，而非 4 种碱基。构建该基因表达载体的工具酶是限制 酶和 DNA 连接酶。] 13．(2017·全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有， 原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的 RNA 序列的机制。已知在人体 中基因 A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白 A)。回答下列问题： (1)某同学从人的基因组文库中获得了基因 A，以大肠杆菌作为受体细胞却未 得到蛋白 A，其原因是__________________________ _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (2)若用家蚕作为表达基因 A 的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选 用________作为载体，其原因是 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (3)若要高效地获得蛋白 A，可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比，大 肠杆菌具有____________________(答出两点即可)等优点。 (4)若要检测基因 A 是否翻译出蛋白 A，可用的检测物质是______________(填 “蛋白 A 的基因”或“蛋白 A 的抗体”)。 (5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明 DNA 是遗传物质做出了重要贡 献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供 了启示，那么，这一启示是 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 [解析] (1)人为真核生物，从人的基因组文库中获得的基因 A 有内含子，而 受体细胞大肠杆菌是原核生物，原核生物基因中没有内含子，相应的就没有切除 内含子对应的 RNA 序列的机制，故无法表达出蛋白 A。 (2)噬菌体是专一性侵染细菌的病毒，以细菌为宿主细胞，而昆虫病毒侵染的 是昆虫，以昆虫为宿主细胞。家蚕属于昆虫，故应选用昆虫病毒作为载体。 (3)与家蚕相比，大肠杆菌具有繁殖快、容易培养等优点，故要高效地获得蛋 白 A，可选用大肠杆菌作为受体。 (4)检测基因 A 是否翻译出蛋白 A，可用抗原—抗体杂交法。 (5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S 型细菌的 DNA 可以使 R 型细菌 发生转化，说明可调控多糖荚膜产生的基因整合到了 R 型细菌的 DNA 分子中并 成功得以表达。也就是说 DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体并进行 表达，这就为基因工程理论的建立提供了启示。 [答案] (1)基因 A 有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对 应的 RNA 序列不能被切除，无法表达出蛋白 A (2)噬菌体 噬菌体的宿主是细 菌，而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白 A 的抗体 (5)DNA 可以从一种 生物个体转移到另一种生物个体 14．(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆 中制备。下图是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。 (1)为获取 HSA 基因，首先需采集人的血液，提取________合成总 cDNA， 然后以 cDNA 为模板，使用 PCR 技术扩增 HSA 基因。下图中箭头表示一条引物 结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方 向。 (2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体，需要选择的启动子是________(填写字母，单选)。 A．人血细胞启动子 B．水稻胚乳细胞启动子 C．大肠杆菌启动子 D．农杆菌启动子 (3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是 _________________________________________________ _____________________________________________________。 (4)人体合成的初始 HSA 多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活 性。与途径Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取 rHSA 的优势是 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (5)为证明 rHSA 具有医用价值，须确认 rHSA 与________的生物学功能一致。 [解析] (1)要想合成总 cDNA，需要采集人的血液获得总 RNA。由于 DNA 的 复制只能从脱氧核苷酸单链的 5′端向 3′端延伸，因而引物均应结合在 DNA 单 链的 3′端，而 DNA 的两条链反向平行，由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸 单链的位置和方向。(2)若要从水稻胚乳细胞内获得目的产物，需要控制该目的基 因只在水稻胚乳细胞内表达。由题干中的信息“启动子通常具有物种及组织特异 性”可知，此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)酚类物质能吸引农杆菌，因此 在水稻受体细胞中添加该类物质，能吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的 基因的成功转化。(4)途径Ⅰ和Ⅱ的主要区别是途径Ⅰ的受体细胞是真核细胞，途 径Ⅱ的受体细胞是原核细胞。由于人体合成的初始 HSA 多肽需要经膜系统加工形 成正确的空间结构才有生物活性，所以选择途径Ⅰ获取 rHSA 更具有优势。 (5)rHSA 是基因工程的产物，为判断其是否具有医用价值，还需要在个体水平上 进一步确认其与 HAS 的生物学功能是否一致。 [答案] (1)总 RNA(或 mRNA) (2)B (3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化 (4)水稻 是真核生物，具有膜系统，能对初始 rHSA 多肽进行高效加工 (5)HSA 15．如图为利用生物技术获得生物新品种的过程，请据图回答： (1)在基因工程中，A→B 为________技术，利用的原理是________，其中①为 ________过程。 (2)加热至 94℃的目的是使 DNA 中的________键断裂，这一过程在细胞内是 通过________的作用来完成的。 (3)当温度降低时，引物与模板链互补结合，在 DNA 聚合酶的作用下，引物 沿模板链延伸，最终合成两个 DNA 分子，此过程中的原料是________________， 遵循的原则是____________。 (4)目的基因导入绵羊受体细胞常用________法。 (5)B→D 为抗虫棉的培育过程，其中④过程常用的方法是______________，要 确定目的基因(抗虫基因)导入受体细胞后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和 鉴定工作，请写出在个体生物学水平上的鉴定过程： _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________________________________。 [解析] (1)A→B 为体外 DNA 复制过程，即 PCR 技术，与体内 DNA 复制原 理相同，但解旋方式不同，PCR 技术是利用高温变性使 DNA 解旋。(2)94 ℃时 DNA 双链解旋，破坏的是两条链之间的氢键，而在细胞内 DNA 复制时是解旋酶 起解旋作用。(3)PCR 技术与细胞内 DNA 复制过程的原理是相同的，即碱基互补 配对，原料均为 4 种脱氧核苷酸。(4)转基因动物培育中目的基因的导入常用显微 注射法。(5)将目的基因导入植物细胞常用的方法为农杆菌转化法，其优点是能将 外源基因导入受体细胞并整合到受体细胞的染色体 DNA 上；个体生物学水平上的 鉴定是指通过生物体所表现的性状来判断。 [答案] (1)PCR DNA 复制 变性 (2)氢 解旋酶 (3)4 种脱氧核苷酸 碱 基互补配对 (4)显微注射 (5)农杆菌转化法 让害虫吞食转基因棉花的叶子，观 察害虫的存活情况，以确定基因是否表达出所需性状