高三一轮复习 基因工程及其应用.doc

第2节 基因工程及其应用课标要求1. 了解基因工程的基本原理和基本步骤；2. 能够体会基因工程在工、农业、医药、食品的应用；3. 关注转基因生物和转基因食品的安全性；4. 比较多种育种方法的优缺点及应用推广。知识网络体系1基因工程的基本原理：基因工程也叫基因拼接技术或DNA重组技术，即按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰和改造，然后放到另外一种生物细胞中，定向改造生物的遗传性状。所以基因工程也是一种基因重组。2基因工程的基本工具a.基因的“剪刀”：限制性内切酶。特点：一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。作用对象：磷酸二酯键。结果：产生黏性末端。b.基因的“针线”：DNA连接酶，能够将脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口“缝合”起来。c.基因的运载体：运载体必须具备的三个条件：在宿主细胞中能保存下来并能大量复制。有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有标记基因，以便进行筛选。 种类：一类是细菌质粒；另一类是噬菌体和某些病毒。使用目的：一是将目的基因运送到宿主细胞中；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。3基因工程的基本步骤：提取目的基因：一是用鸟枪法直接分离基因；二是用人工合成的方法：即反转录法或根据已知的氨基酸序列合成DNA。目的基因与运载体结合：一般用同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子。目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒浸染细胞的方法。目的基因的检测和表达：检测是根据受体细胞是否具有某些标记基因所控制的性状来判断；表达是根据受体细胞是否表现出目的基因所控制的性状。4基因工程的应用和转基因食品的安全性经典例题剖析例1DNA测序工作中，需要将某些限制性内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点。这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶Hind，BamH I和二者的混合物分别降解一个4kb(1kb即1千个碱基对)大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示：据此分析，这两种限制性内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是以下哪一组?A、Hindl个，BamHI 2个 B、Hind2个，BamHI 3个 C、Hind2个，BamHI 1个 D、HindIII和BamHI各有2个解析:如果不能从上图直观体会,则可以画一直线图加深理解：4kb 18 1.0 0.3 0.9答案：例2一长度为1000碱基对(bp)的DNA分子，用限制性核酸内切酶Eco R1酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，用Kpnl单独酶切得到400 bp和600 bp两种长度的DNA分子，用EcoRl、Kpnl同时酶切后得到200bp和600bp两种长度的DNA分子。该DNA分子的酶切图谱正确的是：解析：解题首先要从题干的条件中去思考：用限制性核酸内切酶Eco R1酶切后得到的DNA分子仍是1000 bp，这就是突破口。答案：例3基因工程中，需用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶I的识别序列和切点是GGATCC一，限制酶II的识别序列和切点是一GATC一。根据图示,判断下列操作正确的是： A质粒用限制酶I切割，目的基因用限制酶II切割 B质粒用限制酶II切割，目的基因用限制酶I切割 C目的基因和质粒均用限制酶I切割 D目的基因和质粒均用限制酶II切割解析：重组是将目的基因连接到质粒分子上去，因此质粒上的切口应该能够嵌进目的基因。A答案：例培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kan）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。侵染抗虫基因含kan质粒重组质粒土壤农杆菌含重组质粒土壤农杆菌 A构建导入 B培养选择转基因抗虫植株再生植株愈伤组织离体棉花叶片组织 C诱导选择分化 D检测请据图回答：（1）A过程需要的酶有_。（2）B过程及其结果体现了质粒作为运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）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。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。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_。若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占%。解析：标记基因在基因工程中的作用主要是检测重组质粒是否进入受体细胞内，因此在重组过程中并非被目的基因所取代，既然转基因植株表现出相应抗性，说明其是显性。答案：（1）限制性核酸内切酶和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）非转基因植株 3：1 100例对种植转基因农作物利弊有激烈的争论，假设正方认为种植转基因农作物对人类是有利的，反方认为种植转基因农作物是有潜在风险的。下列观点中支持正方的是A转基因农作物会产生毒性蛋白或过敏蛋白B转基因农作物的扩散会威胁生物的多样性C推广种植抗虫棉可减少农药使用对环境的污染D抗虫基因通过基因漂移而造成“基因污染”答案：基础练习检测一、单项选择题：1.基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是 ( )A目的基因 限制酶 运载体 受体细胞B重组DNA RNA聚合酶 限制酶 连接酶C工具酶 目的基因 运载体 受体细胞D模板DNA mRNA 质粒 受体细胞2.在DNA测序工作中，需要将某些限制性核酸内切酶的限制位点在DNA上定位，使其成为DNA分子中的物理参照点，这项工作叫做“限制酶图谱的构建”。假设有以下一项实验：用限制酶Hind、BamHI和二者的混合物分别降解一个4 kb(1 kb即1千个碱基对)大小的线性DNA分子，降解产物分别进行凝胶电泳，在电场的作用下，降解产物分开，如下图所示。据此分析，这两种限制性核酸内切酶在该DNA分子上的限制位点数目是 ( )AHind 1个，BamHI 2个 BHind 2个，BamHI 3个CHind 2个，BamHI 1个 DHind 和BamHI各有2个3.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.使目的基因容易被检测出来 C.促使目的基因在宿主细胞中复制 D.使目的基因容易成功表达 4碱基互补配对发生在下列哪些生理过程或生物技术中 ( )种子的萌发 病毒的增殖过程 细菌的二分裂过程 目的基因与运载体的结合DNA探针的使用 分泌蛋白的加工和运输A B C D5下列有关基因工程技术的正确叙述是 ( )A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体B所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达6人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成，通过转基因技术，可以使人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是( ) A大肠杆菌 BT4噬菌体 C酵母菌 D质粒DNA7下列各项与蛋白质结构多样性无关的是 ( )A氨基酸的种类、数目、排列顺序 B构成蛋白质的多肽链的数目 C构成蛋白质的肽链的空间结构 D氨基酸至少含一个氨基和一个羧基8在已知序列信息的情况下，获取目的基因的最方便方法是( )A化学合成法 B基因组文库法CCDNA文库法 D聚合酶链反应9有关基因工程的叙述正确的是( )A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用B.重组质粒的形成在细胞内完成C.质粒都可作运载体D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料10基因工程常用的受体细胞有( )大肠杆菌 枯草杆菌 支原体 动植物细胞A B C D11构建基因组DNA文库时，首先要分离细胞的 ( )A、染色体DNA B、线粒体DNA C、总mRNA D、tRNA12就分子结构而论，质粒是( )A环状双链DNA分子 B环状单链DNA分于C环状单链RNA分子 D线状双链DNA分子13若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环保上的重要意义是( )A减少氮肥的使用量，降低生产成本 B减少氮肥的使用量，节约能源C避免氮肥过多引起环境污染 D改良土壤结构14治疗白化病、苯丙酮尿症等人类遗传病的根本途径是 ( )A口服化学药物 B注射化学药物C采用基因疗法替换致病基因 D利用辐射或药物诱发致病基因突变15在基因诊断技术中，所用的探针DNA分子中必须存在一定量的放射性同位素，后者的作用是 A为形成杂交的DNA分子提供能量 B引起探针DNA产生不定向的基因突变C作为探针DNA的示踪元素 D增加探针DNA的分子量16基因工程生产胰岛素的主要原因是 ( ) A工艺简单，容易操作 B生产量大，价格较低C所生产的胰岛素可以用于口服 D.所生产的胰岛素疗效大大提高17用于鉴定转化干细胞是否含重组DNA的最常用方法是( )A抗药性选择 B分于杂交选择 CRNA反转录 D免疫学方法18蛋白质工程的基本操作程序正确是 ( )蛋白质分子结构合成 DNA合成 mRNA合成 蛋白质的预期功能根据氨基酸的序列推出脱氧核苷酸的序列A BC D 19、已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是( ) A3 B4 C9 D1220当前医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，则基因工程药物与蛋白质工程药物的区别是 ( ) A都与天然产物完全相同 B都与天然产物不相同 C基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物不相同 D基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同 二、多项选择题：21一个基因表达载体的构建应包括( )A目的基因 B启动子 C终止子 D标记基因22抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是( )A病毒外壳蛋白基因 B几丁质酶基因C抗毒素合成基因 D病毒的复制酶基因23关于蛋白质工程的说法正确的是 ( )A蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构C蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子D蛋白质工程又称为第二代基因工程24不同生物之间能进行转基因并能获得基因产物，其理论依据有( )A组成这些生物的DNA分子的空间结构和化学成分一致B组成这些生物的DNA分子都遵循碱基互补配对原则C这些生物在基因表达时共用一套遗传密码子D这些生物的基因结构都是相同的25用现代生物技术培育生物新品种，其优越性在于 ( )A克隆技术可以快速繁殖优良形状的家畜B现代转基因生物技术可以迅速改变生物的基因组成C现代生物技术可以迅速使新品种形成群落D现代生物技术可以克服远源杂交不亲和的障碍三、非选择题：26限制性内切酶的识别序列和切点是GGATCC，限制性内切酶的识别序列和切点是GATC。在质粒上有酶的一个切点，在目的基因的两侧各有一个酶的切点。（1）请画出质粒被限制酶切割后所形成的黏性末端。（2分）（2）请画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。（2分）（3）在DNA连接酶作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接？为什么？（2分）27试设计实验用DNA探针测定目的基因中的核苷酸序列。 实验原理：利用DNA分子杂交技术，使已知DNA分子链与未知DNA分子链杂交，根据碱 基互补配对原则确定DNA的碱基序列。 实验步骤： (1)用_切取要测定的目的基因。 (2)用_使_扩增。 (3)用不同的DNA的探针与_杂交，记录杂交区段的DNA碱基序列，最后分析出_的碱基序列。 (4)逆转录酶也常被用于基因工程，其存在于_(填生物)中,催化以_为模板合成DNA的过程。 (5)预测分析：若DNA探针上DNA碱基序列为ATTAGGCA，则检测 出的目的基因碱基序列为_。（2分）28在植物基因工程中，用土壤农杆菌中的Ti质粒作为运载体，把目的基因重组入Ti质粒上的T-DNA片段中，再将重组的T-DNA插入植物细胞的染色体DNA中。（1）科学家在进行上述基因操作时，要用同一种分别切割质粒和目的基因，质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过而黏合。（2）将携带抗除草剂基因的重组Ti质粒导入二倍体油菜细胞，经培养、筛选获得一株有抗除草剂特性的转基因植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的T-DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，在该转基因植株自交F1代中，仍具有抗除草剂特性的植株占总数的，原因 。（3）种植上述转基因油菜，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”。如果把目的基因导入叶绿体DNA中，就可以避免“基因污染”，原因是:。29利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二阶段，将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物。第三阶段，将人的基因转入活的动物体，饲养这些动物，从乳汁或尿液中提取药物。（1）将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是基因能控制。（2）人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子都具有双螺旋结构，都是由四种 构成，基因中碱基配对的规律都是 。（3）人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经过 和 两个步骤。在翻译中需要的模板是，原料是 ，直接能源是 ，搬运工兼装配工是，将氨基酸通过肽键连接成蛋白质的场所是 ，“翻译”可理解为将由个“字母”组成的核酸“语言”翻译成由个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看在翻译中充任着“译员”。(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。如果将药物蛋白基因移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用转基因牛羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的动物都可生产药物。（2分）30豇豆对多种害虫具有抗虫能力，根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI基因)。科学家将其转移到水稻体内后，却发现效果不佳，主要原因是CpTI蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行了修饰后，CpTI蛋白质在水稻中的积累量就得到了提高。修饰和表达过程如下图所示。请根据以上材料，回答下列问题：(1)CpTI基因是该基因工程中的_基因，“信号肽”序列及“内质网滞留信号”序列的基本单位是_，在过程中，首先要用_酶切割，暴露出_，再用_连接。(2)在该基因工程中，供体细胞是_，受体细胞是_。(3)过程称为_。(4)检测修饰后的CpTI基因是否表达的最好方法是_。（2分）31对番茄的研究中发现，番茄叶片被害虫损伤后，叶上的细胞壁释放出一种类激素因子，这种物质通过细胞组织扩散到茎和其他叶片上，启动了蛋白酶抑制剂的基因，开始高效合成蛋白酶抑制剂，并在茎叶中迅速积累，以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，因此害虫取食后，就会因无法消化食物而被杀死。人们尝试着将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米，让玉米获得与番茄相似的抗虫性状，以对付异常猖獗的玉米螟(一种玉米害虫)。试分析回答下列问题：番茄的蛋白酶抑制剂是在茎叶细胞的_处合成的。番茄受害虫侵袭后，能及时做出一系列反应，最终杀死害虫，保护自身安全，这说明植物也具有_。将番茄的蛋白酶抑制基因成功地导人玉米内，使玉米形成新的性状，从可遗传的变异来源上看这种变异属于_。有人对食用这种转基因玉米的安全性感到担忧。你认为这种担忧有道理吗?试以已学过的知识进行简要的分析说明。（2分）_。32下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图回答：（1）过程必需的酶是_酶，过程必需的酶是_酶。（2）若A中共有a个碱基对，其中鸟嘌呤有b个，则过程连续进行4次，至少需要提供胸腺嘧啶_个。（3）为使过程更易进行，可用_（药剂）处理D，使它成为感受态细胞。（4）能否利用人的皮肤细胞来完成过程?_，为什么? _。（5）图中的B起到_作用,它应该符合的条件为_，能起到这种作用的有_。图中的D是基因工程中的_细胞。参考答案一、单项选择题：本部分包括20题，每题2分，共计40分。每题只有一个选项最符合题意。题号12345678910答案CABACCDDDD题号11121314151617181920答案AACCCBBCCC二、多项选择题：本部分包括5题，每题3分，共计15分。每题有不止一个选项符合题意。每题全选对者得3分，其他情况不得分。题号2122232425答案ABCDADACDABCABD三、非选择题：本部分包括5题，共计65分。26、（1）（2）（3）可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）27(1)限制酶 (2)PCR技术 目的基因 (3)目的基因 目的基因 (5) (4)RNA病毒 mRNA28.（1）限制性内切酶，碱基互补配对 （2）3/4，雌雄配子各有1/2含抗除草剂基因；受精时，雌雄配子随机结合 （3）叶绿体遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来29、（1）蛋白质的合成 （2）脱氧核苷酸 AT，GC；（3）转录 翻译 信使RNA 氨基酸 ATP 转运RNA 核糖体 4 20 转运RNA (4)雌、雄30(1)目的 脱氧核苷酸 限制 相同的黏性末端 DNA连接酶 (2) 豇豆细胞 水稻细胞 (3)转录 (4)让多种害虫食用水稻叶片 31(1)核糖体 (2)免疫功能 (3)基因重组 (4)有道理。这种转基因玉米的果实(种子)中也可能含有蛋白酶抑制剂，食用后可能抑制人体消化酶的活性，使人无法对食物进行消化而出现病患。无必要。这种转基因玉米的蛋白酶抑制剂主要集中在茎叶中，而人类食用的是其果实(种子)加工而成的食品，因此不会影响人体对食物的消化。 (或其他合理答案，有一项分析即可) 32、（1）逆转录 解旋 （2）15（ab） （3）Ca2+（4）不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达（或未转录），不能形成胰岛素mRNA （5）分子运输车 能在宿主细胞中自我复制、 具有标记基因、具有多个限制酶的切点 、 对受体细胞无害 质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒 受体