2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业2　基因工程的基本操作程序

2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业2　基因工程的基本操作程序

限时规范训练(二) 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部分基因 答案 C 解析 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 项正确；目的基因主要是指编码蛋白质的基因，B 项正确；基 因文库分为基因组文库和部分基因文库，C 项错误；cDNA 文库只包 含一种生物的部分基因，D 项正确。 2．在基因表达载体的构建中，下列叙述错误的是( ) 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 答案 C 解析 因为受体细胞有植物、动物、微生物细胞之分，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；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；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；基因表达载体包括启 动子、终止子、目的基因、标记基因等。 3．在将目的基因导入受体细胞的相关操作中，正确的是( ) A．导入植物细胞时均采用农杆菌转化法 B．转基因动物的获得多采用基因枪法 C．大肠杆菌作为受体细胞时通常需要使用钙离子处理 D．导入目的基因的动物受精卵在培养液中发育成转基因动物 答案 C 解析 将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法；显 微注射法是将目的基因导入动物细胞中最为有效的方法，转基因动物 的获得多采用显微注射法；大肠杆菌作为受体细胞时通常需要使用钙 离子处理，使其成为易于吸收 DNA 分子的感受态细胞；导入目的基 因的动物受精卵在培养液中发育成早期胚胎，再经胚胎移植进入母体 子宫内，其在母体子宫内发育成转基因动物。 4．下列关于目的基因的检测与鉴定方法中错误的是( ) A．用显微镜观察染色体的形态和结构，从而检测受体细胞是否导入 了目的基因 B．采用分子杂交技术检测目的基因是否转录出了 mRNA C．用相应的抗体进行抗原—抗体杂交检测目的基因是否翻译成蛋白 质 D．做抗虫或抗病的接种实验检测转基因生物是否具有抗性以及抗性 的程度 答案 A 解析 检测受体细胞是否导入了目的基因，用显微镜观察不到，但可 以利用 DNA 分子杂交技术进行检测；采用分子杂交技术可检测目的 基因是否转录出 mRNA；通过抗原—抗体杂交可检测目的基因是否 翻译成蛋白质；做抗虫或抗病的接种实验可检测转基因生物是否具有 抗性以及抗性的程度。 5．应用转基因技术可生产人类所需要的转基因产品，如利用大肠杆 菌生产人胰岛素。下列能说明人胰岛素基因在受体细胞中得以表达的 是( ) A．在大肠杆菌细胞中检测到人的胰岛素基因 B．在大肠杆菌细胞中检测到人胰岛素基因转录出的 mRNA C．在大肠杆菌的代谢产物中检测到人胰岛素 D．在含有四环素的培养基中培养出大肠杆菌 答案 C 解析 在大肠杆菌细胞中检测到人的胰岛素基因，只能说明胰岛素基 因导入成功，但不一定能成功表达合成胰岛素；在大肠杆菌细胞中检 测到人胰岛素基因转录出的 mRNA，只能说明胰岛素基因转录成功， 但不一定能成功翻译合成胰岛素；人胰岛素基因在大肠杆菌中得以表 达的标志是通过转录和翻译合成人的胰岛素，所以在大肠杆菌的代谢 产物中检测到人胰岛素，说明人胰岛素基因在受体细胞中得以表达； 若基因表达载体上有四环素抗性基因，则在含有四环素的培养基中大 肠杆菌能生存，说明目的基因可能导入受体细胞中，但不一定能合成 胰岛素。 6．下列过程中需要应用分子杂交技术的是( ) ①用 DNA 分子探针诊断疾病 ②重组 DNA 导入受体细胞 ③快速灵敏地检测水中病毒的含量 ④杂交育种 A．①③ B．②③ C．③④ D．①④ 答案 A 解析 将某种致病基因的单链 DNA 用放射性同位素等作标记，以此 作为探针，使探针与病人的 DNA 杂交，如果出现杂交带，则说明含 有该致病基因，有利于疾病的早期诊断；重组 DNA 导入受体细胞的 过程无需进行分子杂交；检测水中病毒的含量时，在该病毒核酸片段 上用放射性同位素等作标记，以此作为探针，若发现探针能与水中的 核酸产生杂交带，则表明水中含有该种病毒，可根据杂交带的多少， 确定病毒的含量；杂交育种的过程中不需要进行分子杂交。 7．多聚酶链式反应是一种体外迅速扩增 DNA 片段的技术。下列有 关叙述不正确的是( ) A．变性过程中破坏的是 DNA 分子内碱基对之间的氢键，也可利用 解旋酶实现 B．复性过程中引物与 DNA 模板链的结合是依据碱基互补配对原则 完成的 C．延伸过程中需要加入 DNA 聚合酶、四种核糖核苷酸 D．与细胞内 DNA 复制相比，PCR 所需酶的最适温度较高 答案 C 解析 PCR 延伸过程中需要加入耐高温 DNA 聚合酶、四种脱氧核糖 核苷酸。 8．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 文库中 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”)。 答案 (1)全部 部分(其他合理答案也可) (2)筛选 (3)乙 表达产物 耐旱性 (4)同源染色体的一条上 解析 (1)基因组文库包含某种生物所有的基因，而 cDNA 文库包含 某种生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某 个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，首先应建立该植物的基 因组文库，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)从植物甲中获得 耐旱基因后，通常采用农杆菌转化法，将该耐旱基因导入植物乙的体 细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。若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表达产物，如 果检测结果为阳性，说明该耐旱基因已经翻译成相应的蛋白质。此后 还需要进行个体生物学水平的检测，即在田间试验中检测植株的耐旱 性是否得到提高。(4)若得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中 耐旱和不耐旱植株的数量比为 3∶1，符合基因的分离定律，可知得 到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因整合到 了同源染色体的一条上。 9．下列有关获取目的基因的叙述，正确的是( ) A．获取目的基因是实施基因工程的第一步，也是基因工程的核心 B．从基因组文库中获取的基因均可在物种间进行交流 C．利用 PCR 技术获取目的基因时需要耐热的解旋酶 D．如果基因比较小，核苷酸序列又已知，可以用化学方法直接人工 合成 答案 D 解析 基因工程的核心为构建基因表达载体，A 项错误；从 cDNA 文库中获取的基因可以进行物种间的基因交流，但从基因组文库中获 取的基因，只有部分可以进行物种间交流，B 项错误；利用 PCR 技 术获取目的基因时，DNA 在高温下变性解旋，无需耐热的解旋酶， C 项错误；如果基因较小，核苷酸序列又已知，可以通过 DNA 合成 仪用化学方法直接人工合成该基因，D 项正确。 10．下列所述方法不能用于检测目的基因是否成功导入或表达的是 ( ) A．显微镜下直接观察受体细胞中是否含有目的基因 B．在含某种抗生素的培养基中培养导入重组质粒的大肠杆菌 C．利用相应的 DNA 探针与受体细胞 DNA 分子进行杂交 D．提取受体细胞蛋白质，利用抗原—抗体特异性反应进行检测 答案 A 解析 分子水平上的检测：①检测转基因生物的 DNA 上是否插入了 目的基因用 DNA 分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了 mRNA 用分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质用抗原 —抗体杂交技术。个体生物学水平上的检测：做抗虫或抗病的接种实 验。质粒上的特殊基因作为标记基因，来检测目的基因是否导入受体 细胞。显微镜下无法观察到基因，因此无法使用显微镜直接观察受体 细胞中是否含有目的基因。 11．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 答案 C 解析 人肝细胞的胰岛素基因没有表达，所以无法通过人肝细胞 mRNA 反转录获得胰岛素基因，A 项错误。表达载体的复制是由复 制原点开始的；启动子是基因的一个组成部分，控制基因表达(转录) 的起始时间和表达的程度，胰岛素基因的表达从启动子开始，启动子 和复制原点是不同的序列；起始密码子和终止密码子在翻译过程中起 作用，B、D 两项错误。用含抗生素抗性基因的质粒作为胰岛素基因 表达载体，可以鉴定受体细胞中是否被导入质粒，从而将含有目的基 因的细胞筛选出来，C 项正确。 12．利用基因工程技术生产羧酸酯酶(carE)制剂的流程如图所示，下 列叙述正确的是( ) A．过程①所需的逆转录酶可取自抗农药马拉硫磷小菜蛾的任一细胞 B．过程②利用 PCR 技术扩增目的基因需使用耐高温的解旋酶和引 物 C．过程③常用 Ca2＋处理大肠杆菌使其成为易于吸收 DNA 分子的感 受态细胞 D．过程④可利用抗原—抗体杂交技术鉴定目的基因是否已导入受体 细胞 答案 C 解析 过程①表示通过反转录法合成目的基因，该过程需要逆转录 酶，逆转录酶一般取自 RNA 病毒，抗农药马拉硫磷小菜蛾体内没有 逆转录酶，A 项错误；过程②利用 PCR 技术扩增目的基因需使用耐 高温的 DNA 聚合酶和引物，B 项错误；过程③常用 Ca2＋处理大肠杆 菌，使其成为易于吸收 DNA 分子的感受态细胞，C 项正确；抗原— 抗体杂交技术用于鉴定目的基因是否成功表达，鉴定目的基因是否已 导入受体细胞常用 DNA 分子杂交技术，D 项错误。 13．下面是将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的 示意图。 请据图回答下列问题： (1)人工合成法获得 A 的两条途径：一是以 A 的 mRNA 为模板，在 ________酶的催化下，合成互补的单链 DNA，然后在________作用 下合成双链 DNA，从而获得所需基因；二是根据目的蛋白质的 ________序列，推测出相应的 mRNA 序列，然后按照碱基互补配对 原则，推测其 DNA 的________序列，再通过化学方法合成所需基因。 (2)利用 PCR 技术扩增 DNA 时，需要在反应体系中添加的有机物质 有________、________、4 种脱氧核苷酸和具有耐热性的 DNA 聚合 酶，扩增过程可以在 PCR 扩增仪中完成。 (3)由 A 和载体 B 拼接形成的 C 通常称为____________。 (4)在基因工程中，常用 Ca2＋处理 D，其目的是____________________ ___________________________________________________________ _____________。 答案 (1)逆转录 DNA 聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸 (2)引物 模板(或目的基因或基因 A) (3)基因表达载体 (4)使大肠杆菌成为感受态细胞，更容易吸收重组 DNA 分子 解析 (1)利用反转录法合成目的基因的过程：以 mRNA 为模板，在 逆转录酶的催化作用下合成单链 DNA，然后在 DNA 聚合酶作用下， 合成双链 DNA 分子，从而获得所需基因。根据蛋白质合成目的基因 的过程：根据目的蛋白质的氨基酸序列，推测相应的 mRNA 序列， 然后按照碱基互补配对原则，推测 DNA 中脱氧核苷酸的序列，通过 化学方法合成所需基因。(2)PCR 过程中需要耐热性 DNA 聚合酶、 原料(4 种脱氧核苷酸)、模板、引物等物质。(3)目的基因和运载体结 合，形成基因表达载体。(4)利用大肠杆菌作为受体细胞时，需要先 用 Ca2＋处理，使之成为感受态细胞，有利于吸收重组 DNA 分子。 14．如图是转基因抗冻番茄培育过程示意图(Ampr 为氨苄青霉素抗性 基因)，其中①～④是该过程中的相关步骤，Ⅰ、Ⅱ表示相关结构或 细胞。请据图作答(题中四种限制酶切割产生的末端不相同)： (1)在构建基因表达载体时，可用一种或多种限制酶进行切割，为了 避免目的基因和载体在酶切后发生任意连接，在此实验中应该选用 ____________分别对含鱼抗冻蛋白基因的 DNA 片段和质粒进行切 割，含目的基因的 DNA 片段和质粒切割后产生的 DNA 片段分别有 ________、________个。 (2)基因工程中核心步骤是________(填序号)，该步骤的目的是 ___________________________________________________________ _。为了使目的基因正常表达，其首端必须有启动子，它是________ 识别和结合的部位。若限制酶切出了平末端，要选择________(填“E· coli DNA 连接酶”或“T4 DNA 连接酶”)进行连接。 (3) 图 中 将 鱼 抗 冻 蛋 白 基 因 导 入 番 茄 细 胞 的 方 法 一 般 为 ____________。该方法用到的 Ti 质粒中含有____________，可以将 目的基因转移至受体细胞并整合到受体细胞中染色体的 DNA 上。 (4)检测番茄植株细胞中鱼抗冻蛋白基因是否成功表达，分子水平上 常采用的方法是________。 答案 (1)PstⅠ、SmaⅠ 4 2 (2)① 使目的基因稳定存在并能遗传下去，使目的基因能够表达及 发挥作用 RNA 聚合酶 T4 DNA 连接酶 (3)农杆菌转化法 T－DNA(或可转移的 DNA) (4)抗原—抗体杂交 解析 (1)在构建基因表达载体时，如果目的基因和载体仅用一种限 制酶切割，获得的末端相同，可能会发生自连或目的基因反向接入载 体的现象。为避免目的基因和载体在酶切后发生任意连接，应选用两 种不同的限制酶切割，分析图中 4 种限制酶的切割位点可知，应选用 PstⅠ和 SmaⅠ对含鱼抗冻蛋白基因的 DNA 片段、质粒进行切割。 含鱼抗冻蛋白基因的 DNA 片段被切割后产生 4 个 DNA 片段，质粒 被切割后产生 2 个 DNA 片段。(2)基因工程中核心步骤是①(基因表 达载体的构建)，该步骤的目的是使目的基因稳定存在并能遗传下去， 使目的基因能够表达及发挥作用。启动子是 RNA 聚合酶识别和结合 的部位。若限制酶切出了平末端，应选择 T4 DNA 连接酶进行连接。 (3)图中将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞的方法一般为农杆菌转化 法。该方法用到的 Ti 质粒中含有 T－DNA(可转移的 DNA)，可以将 目的基因转移至受体细胞并整合到受体细胞中染色体 DNA 上。(4) 检测番茄植株细胞中鱼抗冻蛋白基因是否成功表达，分子水平上常采 用的方法是抗原—抗体杂交。 15．苏云金芽孢杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒蛋白。图 1 表示 3 种限制酶的识别序列与酶切位点，图 2 是转 Bt 毒蛋白基因植物的重 组 DNA 形成过程示意图，图 3 是 Bt 毒蛋白基因进入植物细胞后发 生的两种生物大分子合成的过程。据图回答下列问题。 (1)将图 2 中①用 HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后，反应管中有________ 种 DNA 片段。过程②两片段通过________键相连。 (2)假设图 2 中质粒上限制酶 BamHⅠ的识别序列变成了另一种限制 酶 BclⅠ的识别序列，现用 BclⅠ和 HindⅢ切割质粒，则该图中①还 能选择 BamHⅠ和 HindⅢ进行切割，并获得所需重组质粒吗？并请 说明理由。_______________________________________________ ______________________。 (3)若(2)中假设成立，并成功构建重组质粒，则重组质粒________。 A．既能被 BamHⅠ切开，也能被 HindⅢ切开 B．能被 BamHⅠ切开，但不能被 HindⅢ切开 C．既不能被 BamHⅠ切开，也不能被 HindⅢ切开 D．能被 HindⅢ切开，但不能被 BamHⅠ切开 (4)图 3 中α链是________。不同组织细胞的相同 DNA 进行过程③时 的起始点________(填“都相同”“都不同”或“不完全相同”)，其 原因是____________________________________________________ ___________________________________________________________ _____________。 答案 (1)3 磷酸二酯 (2)能，切割后露出的黏性末端相同 (3)D (4)mRNA 不完全相同 不同组织细胞中基因会进行选择性表达 解析 (1)图 2 中①含有一个 BamHⅠ限制酶的切割位点、一个 Hind Ⅲ限制酶的切割位点，所以用 HindⅢ、BamHⅠ完全酶切，反应管 中有 3 种 DNA 片段；过程②两片段通过磷酸二酯键相连。(2)据图分 析，由于 BamHⅠ和 BclⅠ切割 DNA 后露出的黏性末端相同，故质 粒上原来限制酶 BamHⅠ的识别序列变为限制酶 BclⅠ的识别序列 后，用 BclⅠ和 HindⅢ切割质粒，用 BamHⅠ和 HindⅢ切割目的基 因，仍能获得重组质粒。(3)质粒和目的基因都被 HindⅢ切割，形成 相同的黏性末端，这两个黏性末端连接后还能被 HindⅢ切割；质粒 被 BclⅠ切割后形成的黏性末端是 ，而目的基因被 BamH Ⅰ切割后形成的黏性末端是 ，则形成的重组 DNA 片段是 ，不能被 BamHⅠ切割，也不能被 BclⅠ切割。(4)从 图 3 可知，α链是以 DNA 一条链作为模板进行转录形成的 mRNA； 不同组织细胞的相同 DNA 在转录时起始点不完全相同，原因是基因 的选择性表达。