2019-2020学年高中生物 第一章 基因工程 第二节 基因工程的原理和技术知能演练轻巧夺冠 浙科版选修3

第二节 基因工程的原理和技术 随堂检测1下列关于基因工程技术的叙述，正确的是()A切割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列BPCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应C载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达解析：选D。A项，限制性核酸内切酶大多特异性地识别6个核苷酸序列，但也有少数限制性核酸内切酶能识别4个、5个或8个核苷酸序列。B项，PCR反应中温度周期性变化是为变性、复性和延伸创造条件。另外，耐高温的DNA聚合酶只是在延伸阶段发挥催化作用，变性和复性过程不需要酶的催化。C项，载体质粒上的抗生素抗性基因可作为标记基因，供重组DNA的鉴定和选择，而不是抗生素合成基因。D项，目的基因导入受体细胞后不一定能正常表达。2将ada(腺苷酸脱氨酶基因)通过质粒pET28b导入大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是()A每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒B每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点C每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个adaD每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子解析：选C。大肠杆菌成功表达出腺苷酸脱氨酶，说明这些大肠杆菌都至少含有一个重组质粒，A项正确；作为载体的条件为至少含有一个或多个酶切位点，所以作为载体的质粒至少含有一个限制性核酸内切酶识别位点，B项正确；作为基因表达载体应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因四部分，但并不是每个酶切位点都至少插入一个ada，C项错误；由于这些目的基因成功表达，所以每个ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子，D项正确。3天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是()A提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因BB利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因BC利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞D将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞解析：选A。提取矮牵牛蓝色花的mRNA，逆转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误；目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误；目的基因需要和载体连接后形成重组质粒再导入，而且应该用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。4如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中Pst 、Sma 、EcoR 、Apa 为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是()A图示过程是基因工程的核心步骤B表达载体构建时需要用到限制酶SmaC抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来D除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构解析：选B。图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤。构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制酶Pst、EcoR。抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。5盐害是全球水稻减产的重要原因之一，中国水稻研究所等单位的专家通过农杆菌中的质粒将CMO基因、BADH基因、mtld基因、gutD基因和SAMDC基因5个耐盐基因导入水稻，获得了一批耐盐转基因植株。下列有关耐盐转基因水稻培育的分析正确的是()A该基因工程涉及多个目的基因，多种载体B该基因工程所需的限制性核酸内切酶可能有多种C只要目的基因进入水稻细胞，水稻就会表现出抗盐性状D可通过将水稻种植到有农杆菌的土壤中观察目的基因是否表达解析：选B。该基因工程涉及多个目的基因，但只用到一种载体农杆菌中的质粒；因为涉及到多个目的基因，可能需要多种限制性核酸内切酶进行切割；目的基因导入受体细胞后，经表达成功后才能表现出相应的性状；通过将水稻种植在含盐的土壤中观察目的基因是否表达，以衡量基因工程操作是否成功。61抗胰蛋白酶缺乏症是一种在北美较为常见的单基因遗传病，患者成年后会出现肺气肿及其他疾病，严重者甚至死亡。对于该疾病患者常采用注射人1抗胰蛋白酶来缓解症状。(1)图1表示获取人1抗胰蛋白酶基因的两种方法，请回答下列问题：a过程是在_酶的作用下完成的，该酶的作用特点是_。b过程称为_，该过程需要_酶识别基因的_结构。要确定获得的基因是否是所需的目的基因，可以从分子水平上利用_技术检测。(2)利用转基因技术将控制该酶合成的基因导入羊的受精卵，最终培育出能在乳腺细胞表达人1抗胰蛋白酶的转基因羊，从而更易获得这种酶，简要过程如图2所示。图2获得目的基因后，常利用_技术在体外将其大量扩增。载体上绿色荧光蛋白(GEP)基因作为标记基因其作用是便于_。(3)基因表达载体上除了目的基因，还必须有的组成是_、_、_。答案：(1)限制性核酸内切识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子转录RNA聚合启动子DNA分子杂交(2)PCR筛选含有目的基因的受体细胞(3)启动子终止子标记基因(三者顺序可以颠倒)课时作业一、选择题1基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的4个必要条件是()A目的基因、限制性核酸内切酶、载体、受体细胞B工具酶、目的基因、载体、受体细胞C模板DNA、mRNA、质粒、受体细胞D重组DNA、RNA聚合酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶解析：选B。基因工程的基本工具是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体，前两者统称为工具酶；在实际操作中，载体上插入目的基因形成重组载体，然后导入受体细胞。2苏云金芽孢杆菌的抗虫基因是否已导入棉花细胞，其准确判断方法是下列中的()A是否有抗生素抗性B是否有相应的性状C是否能检测到标记基因D是否能检测到目的基因解析：选D。在基因工程操作中，可以借助于标记基因来检测目的基因是否导入受体细胞，但如果通过DNA分子杂交原理来进行检测的话，还可以直接检测受体细胞有无目的基因。3在已知某小片段基因碱基序列的情况下，获得该基因的最佳方法是()A用mRNA为模板逆转录合成DNAB以4种脱氧核苷酸为原料人工合成C将供体DNA片段转入受体细胞中，再进一步筛选D由蛋白质的氨基酸序列推测mRNA解析：选B。在已知某小片段基因碱基序列的情况下，可以用人工合成法直接利用4种脱氧核苷酸来制备目的基因。4基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，下列不属于这样做的原因的是()A结构简单，多为单细胞B繁殖速度快C遗传物质含量少D性状稳定，变异少解析：选D。常采用微生物作为受体细胞的原因：繁殖速度快，多为单细胞，遗传物质含量少。5正确表示基因操作“五步曲”的是()A目的基因的获得重组DNA导入受体细胞重组DNA的形成筛选含有目的基因的受体细胞目的基因的表达B目的基因的表达目的基因的获得重组DNA的形成重组DNA导入受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞C目的基因的获得重组DNA的形成重组DNA导入受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞目的基因的表达D重组DNA的形成目的基因的获得重组DNA导入受体细胞筛选含有目的基因的受体细胞目的基因的表达解析：选C。基因操作“五步曲”包括：目的基因的获得，重组DNA的形成，重组DNA导入受体细胞，筛选含有目的基因的受体细胞和目的基因的表达。6用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是()A常用相同的限制性内切酶处理目的基因和质粒BDNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒D导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达解析：选B。构建重组DNA是基因工程的核心，而重组质粒形成必需的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。7据图分析，下列有关基因工程的说法，不正确的是()A用酶、同时切割质粒(假设切割完全)，会获得3种长度的DNA片段B用酶、切割质粒和目的基因比只用酶更符合要求C与启动子结合的应该是RNA聚合酶D能够检测到标记基因表达产物的受体细胞中，不一定会有目的基因的表达产物答案：A8中美科学家通过改变一种名为NR2B的基因研制出了转基因超级小鼠HobbieJ，HobbieJ比普通老鼠更加聪明，大脑运转更加迅速，它能够轻松完成迷宫任务。下列关于HobbieJ产生过程的描述，错误的是()ANR2B基因可通过PCR技术进行扩增B改变后的NR2B基因作为目的基因，可直接注入小鼠受精卵内C通常采用显微注射技术将改变后的NR2B基因重组质粒导入小鼠受精卵内D可采用基因探针检测改变后的NR2B基因是否导入小鼠体内解析：选B。PCR技术可在体外大量扩增目的基因，A正确；改变后的NR2B基因作为目的基因，需要与运载体结合后才可导入小鼠受精卵内，B错误；将目的基因导入动物细胞常用显微注射技术，C正确；可采用基因探针检测改变后的NR2B基因是否导入小鼠体内，D正确。二、非选择题9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取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。(2)噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体；噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。(3)大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。(4)常用抗原抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。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10萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。如果荧光素酶存在于植物体内，也可使植物体发光。一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取。但加利福尼亚大学的一个科学小组成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因导入到大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。请你根据已有的知识回答下列有关问题：(1)在此转基因工程中，目的基因是_，具体操作过程中下图所示的粘性末端是由_种限制性核酸内切酶作用产生的。(2)在上述过程中需要多种酶的参与，其中包括限制性核酸内切酶、_等。(3)将此目的基因导入到大肠杆菌体内需要载体的帮助。下列各项不是选取载体时必须考虑的是_。A能够在宿主细胞内复制并稳定保存B具有特定的限制性核酸内切酶切割位点C具有与目的基因相同的碱基片段D具有某些标记基因(4)本实验中将目的基因导入大肠杆菌最常用的载体是_。A质粒B动物病毒C噬菌体D植物病毒(5)在此转基因工程中，将体外重组DNA分子导入大肠杆菌体内，最常用的方法是首先用_处理大肠杆菌，目的是_。(6)目的基因是否表达出相应的蛋白质，最简便的检测方法是通过检测_来确定。解析：(1)由题干信息可知，目的基因是荧光素酶基因。图中粘性末端第1、3相同，第2、4相同，因此是由两种限制性核酸内切酶切割而成的。(2)基因工程操作的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶等。(3)载体必须具备能够在宿主细胞内复制并稳定保存、具多个限制性核酸内切酶切割位点、具标记基因等特点。(4)载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等，其中最常用的是质粒。(5)将目的基因导入受体细胞时，一般用氯化钙处理受体细胞，使之处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(6)检测目的基因是否表达最简便的方法是通过大肠杆菌是否发光来确定。答案：(1)荧光素酶基因两(2)DNA连接酶(3)C(4)A(5)氯化钙增加大肠杆菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入大肠杆菌宿主细胞(6)大肠杆菌是否发光11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：(1)获得A的途径：以A的mRNA为模板，在_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。(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种脱氧核苷三磷酸和耐热性的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_。解析：(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是：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。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合，形成基因表达载体。答案：(1)逆转录酶DNA聚合酶(2)引物目的基因模板(A基因)(3)基因表达载体12图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp 、BamH 、Mbo 、Sma 4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。请回答下列问题：(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由_连接。(2)若用限制酶Sma完全切割图1中DNA片段，产生的末端是_末端，其产物长度为_。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制性核酸内切酶Sma 完全切割，产物中共有_种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制性核酸内切酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制性核酸内切酶是_。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加_的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是_。解析：(1)DNA单链中相邻两个碱基之间通过“脱氧核糖磷酸脱氧核糖”连接。(2)Sma 识别的序列为GGGCCC，切割后会产生平末端；图1所示的DNA分子中含有两个Sma 的识别位点，第一个识别位点在左端534bp序列向右三个碱基对的位置；第二个识别位点在右端658bp序列向左三个碱基对的位置，从这两个位点切割后产生的DNA片段长度分别为5343，79633，6583，即得到的DNA片段长度分别为537bp、790bp和661bp。(3)在杂合子体内含有基因D和基因d，基因D的序列中含有两个识别位点，经过Sma完全切割会产生537bp、790bp和661bp三种不同长度的片段，基因d的序列中含有一个识别位点，经过切割后会产生1 327bp和 661bp两种长度的片段，故杂合子中分离到该基因的DNA片段经过切割后会产生4种不同长度的片段。(4)能够获取目的基因并切开质粒的限制性核酸内切酶有识别序列为GGATCC的BamH 和识别序列为GATC的Mbo ，若使用Mbo 会同时破坏质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，所以要用BamH 来切割目的基因和质粒，切割后保留了完整的抗生素B抗性基因，便于筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。因为目的基因和载体是用同种限制性核酸内切酶切割的，目的基因两端的末端和质粒切割后的两个末端都能进行互补，可能出现目的基因反向连接在载体上的情况，导致基因D不能正确表达。答案：(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamH 抗生素B同种限制性核酸内切酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接9