2019-2020学年高中生物 第一章 基因工程 第一节 基因工程概述 第2课时 基因工程的实施过程知能演练轻巧夺冠 苏教版选修3

第2课时 基因工程的实施过程随堂检测 知识点一获取目的基因1图中甲、乙表示从细菌细胞中获取目的基因的两种方法，以下说法中错误的是()A甲方法可建立该细菌的基因组文库B乙方法可建立该细菌的cDNA文库C甲方法要以脱氧核苷酸为原料D乙方法需要逆转录酶参与解析：选C。甲方法是以细菌中的DNA为基础，用限制酶进行切割，它包括了细胞所有的基因，可以建立基因组文库，并且可以从中选出所需的目的基因，不需要模板和原料。而乙方法是用逆转录的方法人工合成目的基因，它只能得到生物的部分基因，基因中只有编码区，所以组成的是该细菌的cDNA文库。 知识点二构建基因表达载体2在基因表达载体的构建中，下列说法正确的是()A一个表达载体的组成只包括启动子、终止子B只有存在启动子才能驱动基因转录出mRNAC基因表达载体的构建是在生物体的细胞内完成的D终止密码子的作用是使转录在所需要的地方停止解析：选B。基因表达载体的构建是基因工程的核心内容，一个表达载体的组成，除了目的基因外，还有启动子、终止子和标记基因等，A错误；启动子在基因的首端，它是RNA聚合酶的结合位点，能控制转录的开始，B正确；基因表达载体的构建是在生物体的细胞外完成的，C错误；终止子在基因的尾端，它控制着转录的结束，而终止密码子是存在于mRNA上的，D错误。3如图所示，若用两种识别切割序列完全不同的限制酶E和F从基因组DNA上切下目的基因，并将之取代质粒pZHZ1(3.7 kb，1 kb1 000对碱基)上相应的EF区域 (0.2 kb)，那么所形成的重组质粒pZHZ2()A既能被限制酶E也能被限制酶F切开B能被限制酶E但不能被限制酶F切开C既不能被限制酶E也不能被限制酶F切开D能被限制酶F但不能被限制酶E切开解析：选A。由于限制酶具有特异性，同种限制酶切割形成的黏性末端相同，因此由题意可知，限制酶E和F分别切割目的基因和质粒后，目的基因上的两个黏性末端与质粒上的两个黏性末端分别完全相同，因此形成重组质粒后，仍然具有这两种酶的识别序列，所以既能被限制酶E也能被限制酶F切开，故选A。 知识点三目的基因导入受体细胞4我国上海研究所合成一种具有镇痛作用而又不会使病人上瘾的药物脑啡呔多糖(类似人类中的糖蛋白)。如要采用基因工程和发酵技术让微生物来生产有生物活性的脑啡呔多糖，应选哪种微生物为受体细胞()A大肠杆菌 B大肠杆菌质粒 CT4 噬菌体 D酵母菌答案：D 知识点四目的基因的检测与鉴定5人们常用DNA进行亲子鉴定，其原理是：从被测试者的血滴或口腔上皮提取DNA，用限制性核酸内切酶将DNA样本切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特别的DNA“探针”去寻找特定的目的基因。DNA“探针”与相应的基因凝聚在一起，然后，利用特别的染料在X光下，便会显示由DNA“探针”凝聚于一起的黑色条码，被测试者这种肉眼可见的条码很特别，一半与母亲的吻合，一半与父亲的吻合，反复几次上述过程，每一种“探针”用于寻找DNA的不同部位形成的独特的条码，用几组不同的“探针”，可得到超过99.9%的父系分辨率。请问DNA“探针”是指()A某一个完整的目的基因B目的基因片段的特定DNAC与目的基因相同的特定双链DNAD与目的基因互补的特定单链DNA答案：D6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课时作业一、选择题1下列属于获取目的基因的方法的是()利用mRNA反转录形成从基因文库中提取从受体细胞中提取利用PCR技术利用DNA转录人工合成A BC D解析：选D。获取目的基因的方法包括从基因文库中获取目的基因、利用PCR技术扩增目的基因和利用DNA合成仪用化学方法直接人工合成。目的基因属于外源基因，不能从受体细胞中提取，利用DNA转录合成的是RNA，不是目的基因。2如图为基因工程的部分过程示意图，甲丁代表各不同阶段参与的成分。根据图中的资料，下列叙述正确的是()A甲可以是细菌的质粒B乙是某种激素分子C丙可以是植物的RNA分子D丁为抗体分子解析：选A。甲、乙、丙、丁分别为质粒、限制酶、目的基因、DNA连接酶。3下列不属于基因表达载体构建过程的是()A用一定的限制性核酸内切酶切割质粒露出黏性末端B用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因露出黏性末端C将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处D将重组DNA导入受体细胞中进行扩增解析：选D。用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因和载体露出相同的黏性末端，便于目的基因和载体的连接，还可能用其他限制性核酸内切酶切割载体以便插入启动子和终止子。4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。5水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly、Ser构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是()A促使目的基因导入宿主细胞中B促使目的基因在宿主细胞中复制C使目的基因容易被检测出来D使目的基因容易成功表达解析：选C。控制该蛋白质的基因为标记基因，便于对目的基因是否导入受体细胞进行检测。6下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是()A基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济有效B显微注射法是转基因动物中采用最多的方法C大肠杆菌最常用的转化方法是使细胞的生理状态发生改变D农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法解析：选A。不同生物目的基因导入的方法不同，每种方法都有利有弊。目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济有效；基因枪法成本较高；目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；大肠杆菌细胞最常用的转化方法就是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化过程。7科学家已经把人的干扰素基因导入家蚕细胞中，并得到高效的表达。此句中的“表达”的含义是指()A家蚕细胞中检测到人干扰素基因的mRNAB家蚕细胞中检测到人干扰素基因C人干扰素基因在家蚕细胞中进行了转录和翻译D家蚕细胞中提取到人干扰素蛋白解析：选D。家蚕细胞中检测到人干扰素基因的mRNA，说明人的干扰素基因完成了转录，A项错误；家蚕细胞中检测到人干扰素基因，说明人的干扰素基因已经成功导入家蚕细胞中，B项错误；人干扰素基因在家蚕细胞中进行了转录和翻译，产生的是人的干扰素蛋白的前体，还需进一步加工，才能得到人的干扰素蛋白，C项错误；家蚕细胞中提取到人干扰素蛋白，说明人的干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，得到了相应基因的表达产物，D项正确。8抗菌肽对治疗癌症有一定作用，如图表示抗菌肽的合成过程。下列相关说法正确的是()A用PCR技术克隆目的基因不需要DNA解旋酶B基因表达载体包含起始密码子和终止密码子C用显微注射法导入基因表达载体D筛选菌种时用基因探针检测相关蛋白质解析：选A。PCR技术中采用高温变性使DNA解旋，因此用PCR技术克隆目的基因不需要DNA解旋酶，A正确；基因表达载体包含启动子和终止子，而起始密码子和终止密码子在mRNA上，B错误；将基因表达载体导入酵母菌细胞时应用感受态细胞法，C错误；筛选菌种时用基因探针检测相关基因或mRNA，不能用基因探针检测蛋白质，D错误。9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。10某研究小组为了研制预防H7N9禽流感病毒的疫苗，开展了前期研究工作。其简要的操作流程如下图。下列有关叙述错误的是()A步骤所代表的过程是逆转录B步骤需使用限制酶和DNA连接酶C步骤可用CaCl2处理大肠杆菌，使其从感受态恢复到常态D检验Q蛋白的免疫反应特性，可用Q蛋白与禽流感康复的鸡的血清进行抗原抗体特异性反应实验解析：选C。步骤用CaCl2处理大肠杆菌，使其从常态转为感受态。11DNA探针是利用放射性同位素等标记的特定DNA片段。当DNA探针与待测的非标记单链DNA(或RNA)按碱基顺序互补结合时，形成标记DNADNA(或标记DNARNA)的双链杂交分子，可检测杂交反应结果。用某人的胰岛素基因制成DNA探针，能与之形成杂交分子的是()该人胰岛A细胞中的DNA该人胰岛B细胞中的mRNA该人胰岛A细胞中的mRNA该人肝细胞中的DNAA BC D解析：选C。DNA单链能与其互补链及其转录产生的mRNA分子互补配对而形成杂交分子；人体细胞中都有胰岛素基因，但此基因只有在胰岛B细胞中才能得到表达。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过程需使用RNA聚合酶B过程需使用解旋酶和PCR获取目的基因C过程使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备D过程可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞解析：选D。A项，过程是通过逆转录获取DNA，逆转录过程需要用到逆转录酶。B项，过程指的是从cDNA文库中获取目的基因，不需要利用PCR技术，也用不到解旋酶。C项，过程中使用的感受态细胞要用CaCl2溶液制备，而不是用NaCl溶液制备。D项，过程鉴定目的基因是否已经导入受体细胞，可以用标记的目的基因为探针来检测受体细胞中是否存在目的基因，即利用DNA分子杂交鉴定。二、非选择题13金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过_获得_用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的_位点。设计引物时需要避免引物之间形成_，而造成引物自连。(3)图中步骤1代表_，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏_的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但_的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有_(填序号：升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。解析：(1)PCR技术可在体外对DNA进行扩增，模板可以是mRNA经过逆转录获得的cDNA。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)时，需在引物中增加适当的限制性核酸内切酶的识别序列，便于目的基因与质粒的连接。为了避免引物自连，设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对。(3)根据PCR的过程可知，图中步骤1为变性，步骤2为退火(复性)，步骤3为延伸，这三个步骤构成一个循环。(4)退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，过高的退火温度会破坏引物与模板的碱基配对。因G、C之间的氢键数多于A、T之间的氢键数，故GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能的原因是退火温度过高使扩增效率降低，也可能是未按照目的基因两端的核苷酸序列来设计引物，因此可以采取的措施是降低退火温度、重新设计引物等。答案：(1)逆转录cDNA(2)限制性核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板GC含量高(5)14科学家将鼠体内的能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中发现了胰岛素的前体物质胰岛素原。其过程如下图所示。请据图回答下列问题：(1)图中2、5、3、7表示通过从供体细胞的DNA中直接分离基因，获得_的过程。(2)图中3代表_，在它的作用下将目的基因和质粒切成黏性末端。(3)经9_的作用将7、6“缝合”形成8重组DNA分子。8往往含有_基因，以便将来检测。(4)图中10表示将重组DNA分子导入_的过程。(5)如在大肠杆菌细胞内发现了胰岛素原，说明成功导入了_，并使之完成了表达过程。解析：(1)图中的2、5、3、7过程是为了获取目的基因。(2)获取目的基因需要用限制酶对DNA进行切割。(3)将目的基因和运载体质粒连接起来构成重组质粒的过程中需要DNA连接酶。8中含有标记基因，便于初步筛选。(4)重组质粒要导入到受体细胞中，在该工程中是导入到了大肠杆菌体内，常用氯化钙处理得到感受态的大肠杆菌，图中10代表了该过程。(5)如果在大肠杆菌细胞内发现了胰岛素原，说明成功导入了目的基因，并且表达成功。答案：(1)目的基因(2)限制酶(限制性核酸内切酶)(3)DNA连接酶标记(4)受体细胞(5)目的基因15下图是从酵母菌中获取某植物需要的控制某种酶合成的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：(1)图中cDNA文库_(填“大于”“小于”或“等于”)基因组文库。(2)过程提取的DNA需要_的切割，B过程是_。(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用_扩增的方法，其原理是_。(4)目的基因获取之后，需要进行_。(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是_，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是_，可以用_技术进行检测。答案：(1)小于(2)限制酶逆转录(3)PCR技术DNA复制(4)基因表达载体的构建(5)农杆菌转化法目的基因是否整合到植物细胞的染色体上DNA分子杂交16补充正常凝血因子F8可以治疗甲型血友病，因此可以利用转基因技术人工生产F8。某种大肠杆菌的质粒中含有半乳糖苷酶片段序列，大肠杆菌的DNA分子中则含有半乳糖酶片段序列，由于天然大肠杆菌同时具备这两种片段序列，可以使培养基中含有Xgal底物转变成蓝色产物，当缺少任意一个或片段序列，Xgal底物不能转变成蓝色产物。Hind、EcoR、BamH分别为三种限制性核酸内切酶，下图中箭头所指为三种限制酶的切点。请据图回答下列问题：(1)应选用的限制性核酸内切酶是_，选择的依据是_。(2)限制酶作用的化学键是_。(3)控制F8的基因也可以通过人体细胞相应的mRNA来合成，该合成的过程称为_。将经转基因技术处理过的质粒导入大肠杆菌后，再将大肠杆菌接种到含有Xgal底物的培养基培养一段时间后，培养基中出现较多的蓝色菌落，这是因为_。解析：(1)分析题图，目的基因和质粒上都有EcoR的酶切位点，并且能把片段序列切开，作为筛选标记，故符合条件的是EcoR酶，切断片段序列后，不能生成蓝色为重组DNA分子的筛选提供标记。(2)限制酶作用的是DNA分子中两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)由mRNA合成DNA的过程是逆转录。出现较多的蓝色说明成功的重组质粒不多，是因为同一种限制酶作用的目的基因、质粒具有相同的黏性末端，因此会出现质粒的自我环化的空载现象，空载质粒含有完整的、片段序列，能利用培养基中的Xgal底物产生蓝色产物。答案：(1)EcoR切断片段序列，为重组DNA分子的筛选提供标记(2)磷酸二酯键(3)逆转录(反转录)同一种限制酶作用的目的基因、质粒具有相同的黏性末端，因此会出现质粒的自我环化的空载现象，空载质粒含有完整的、片段序列，能利用培养基中的Xgal底物产生蓝色产物11