2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业3　基因工程的应用

2019-2020学年人教版生物选修三同步导学作业3　基因工程的应用

限时规范训练(三) 1．我国转基因抗虫棉是在棉花细胞中转入 Bt 毒蛋白基因培育出来 的，它对棉铃虫具有较强的抗性。下列叙述错误的是( ) A．Bt 毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离的 B．Bt 毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中 C．培育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验 D．用 DNA 聚合酶连接经切割的 Bt 毒蛋白基因和载体 答案 D 解析 Bt 毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因； Bt 毒蛋白基因可借助花粉管通道进入棉花细胞中(花粉管通道法)；培 育的转基因棉花植株需要做抗虫的接种实验，以确定转基因棉花植株 的抗性及抗性程度；切割得到的 Bt 毒蛋白基因和载体的连接是靠 DNA 连接酶来完成的。 2．我国已能自行生产乙肝疫苗等基因工程药物，乙肝疫苗的生产方 法是( ) A．在受体细胞内大量增殖乙肝病毒 B．在液体培养基中大量增殖乙肝病毒 C．将乙肝病毒的全部基因导入受体细胞并表达 D．将乙肝病毒的表面抗原基因导入受体细胞并表达 答案 D 解析 疫苗具有抗原性，乙肝病毒的抗原性由蛋白质外壳决定，所以 生产乙肝疫苗利用的是乙肝病毒的蛋白质外壳。生产乙肝疫苗的方法 是：获取乙肝病毒表面抗原基因，导入受体细胞，使受体细胞表达乙 肝病毒表面抗原。 3．下列关于基因工程应用的叙述正确的是( ) A．基因治疗能治愈所有遗传病 B．基因诊断的基本原理是 DNA 分子杂交 C．一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D．利用基因工程生产乙肝疫苗时，目的基因存在于人体 B 淋巴细胞 的 DNA 中 答案 B 解析 基因治疗不能治愈所有遗传病；基因诊断又称 DNA 诊断，即 在 DNA 分子水平上分析检测某一基因，从而对疾病作出判断，利用 的原理是 DNA 分子杂交；基因探针是用放射性同位素(或荧光分子) 标记的含有目的基因的 DNA 片段，一种基因探针只能检测水体中的 一种或一类病毒；利用基因工程生产乙肝疫苗是通过构建含有乙肝病 毒表面抗原基因的重组质粒，然后导入相应的宿主细胞(如酵母菌细 胞)，生产乙肝病毒表面抗原蛋白。 4．下列关于基因工程相关知识的叙述，正确的是( ) A．在基因工程操作中为了获得重组质粒，必须用相同的限制酶切割， 露出的黏性末端可以不相同 B．若要生产转基因抗病水稻，可将目的基因先导入大肠杆菌中，再 转入水稻细胞中 C．如要提高作物中某种氨基酸的含量，可以导入控制合成含有该种 氨基酸比较多的蛋白质的基因 D．基因治疗主要是对具有缺陷的体细胞进行全面修复 答案 C 解析 获得重组质粒，必须要求有相同的黏性末端或平末端，使用的 限制酶可以不同。转基因技术操作过程中，必须通过重组载体才能将 目的基因导入受体细胞。基因治疗并不能修复缺陷基因。 5．基因治疗是指( ) A．把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 B．对有缺陷的基因进行修复，从而使其恢复正常，达到治疗疾病的 目的 C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢 复正常 D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的 答案 A 解析 基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产 物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的，细胞中的缺陷基因并未修复， 而是和正常基因同时存在。 6．将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新置入大肠杆 菌的细胞内，通过发酵就能大量生产人生长激素。下列叙述正确的是 ( ) A．发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初级代谢产物 B．大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传 C．大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤与尿嘧啶含量相等 D．生长激素基因在转录时需要限制酶和 DNA 连接酶 答案 B 解析 人生长激素不是大肠杆菌生长和繁殖所必需的物质，因此其不 是大肠杆菌的初级代谢产物，A 项错误；可遗传的变异包括基因突变、 基因重组和染色体变异，利用基因工程技术使大肠杆菌获得的能产生 人生长激素的变异属于基因重组，B 项正确；大肠杆菌质粒是小型环 状 DNA 分子，不含尿嘧啶，C 项错误；生长激素基因在转录时需要 RNA 聚合酶，D 项错误。 7．将甜菜碱、海藻糖等有机小分子的合成基因转入烟草细胞中，会 使烟草的抗旱性增强。下列关于这类转基因烟草及其培育过程的叙 述，错误的是( ) A．细胞中甜菜碱等有机小分子的合成量增加 B．细胞液渗透压增大，避免细胞过度失水 C．将抗旱基因导入烟草细胞中常用农杆菌转化法 D．在干旱条件下筛选出成功导入抗旱基因的烟草细胞 答案 D 解析 将甜菜碱、海藻糖等有机小分子的合成基因转入烟草细胞后， 细胞中甜菜碱等有机小分子的合成量增加，会使烟草细胞液的渗透压 升高，避免细胞过度失水，因此会使烟草的抗旱性增强；将目的基因 导入植物细胞常用农杆菌转化法；在干旱条件下可以筛选出成功导入 抗旱基因的烟草植株，但并不能筛选出成功导入抗旱基因的烟草细 胞。 8．B 基因存在于水稻基因组中，其仅在体细胞(2n)和精子中正常表 达，但在卵细胞中不转录。为研究 B 基因表达对卵细胞的影响，设 计了如下实验。 据图回答下列问题： (1)B 基因在水稻卵细胞中不转录，推测其可能的原因是卵细胞中 ________(单选)。 A．含 B 基因的染色体缺失 B．DNA 聚合酶失活 C．B 基因发生基因突变 D．B 基因的启动子无法启动转录 (2)从水稻体细胞或________中提取总 RNA，构建________文库，进 而获得 B 基因编码蛋白的序列。将该序列与 Luc 基因(表达的荧光素 酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两 种蛋白质各自的功能)，然后构建重组表达载体。 (3)在过程①②转化筛选时，过程________中 T－DNA 整合到受体细 胞染色体 DNA 上，过程________在培养基中应加入卡那霉素。 (4)获得转基因植株过程中，以下鉴定筛选方式正确的是________(多 选)。 A．将随机断裂的 B 基因片段制备成探针进行 DNA 分子杂交 B．以 Luc 基因为模板设计探针进行 DNA 分子杂交 C．以 B 基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的 mRNA 杂交 D．检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光 (5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚，观察到细胞内仅含一个染 色体组，判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的，而一般情况下水 稻卵细胞在未受精时不进行发育，由此表明____________________。 答案 (1)D (2)精子 cDNA (3)② ① (4)BCD (5)B 基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚 解析 (1)通过题干信息可知，B 基因可以存在于体细胞和精子中， 说明含 B 基因的染色体未缺失，也没有发生基因突变，A、C 两项错 误；基因表达过程中的转录需要 RNA 聚合酶，而不是 DNA 聚合酶， B 项错误；B 基因在卵细胞中不能转录，可能是 B 基因的启动子在卵 细胞中不能启动转录，D 项正确。(2)通过题干信息可知，水稻的体 细胞和精子中 B 基因可表达，故可从水稻的体细胞和精子中提取 RNA。通过逆转录产生 DNA，从而构建 cDNA 文库，进而获得 B 基 因编码蛋白的序列。(3)图示中过程①表示筛选含有目的基因的重组 质粒的农杆菌，图示中质粒上含有卡那霉素抗性基因和潮霉素抗性基 因，如果选择培养基中加入的是卡那霉素，起作用的是卡那霉素抗性 基因。过程②表示将筛选出的含有重组质粒的农杆菌的 T－DNA 整 合到水稻细胞染色体 DNA 上。(4)获得转基因植株的过程中，鉴定筛 选方式有：①DNA 分子杂交技术，即以 Luc 基因为模板设计探针进 行 DNA 分子杂交，A 项错误、B 项正确；②用标记的目的基因作探 针与 mRNA 杂交，即以 B 基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从 卵细胞中提取的 mRNA 杂交，C 项正确；③检测目的基因是否翻译 成蛋白质，通过(2)可知 B 基因与 Luc 基因连接形成 B－Luc 融合基 因，即可通过 Luc 基因表达，检测加入荧光素的卵细胞中是否发出 荧光，D 项正确；故选 BCD 三项。(5)从转基因植株未成熟种子中分 离出胚，观察到细胞内仅含有一个染色体组，推断该胚是由未受精的 卵细胞发育形成的，而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发 育，由此表明 B 基因表达能使卵细胞不经受精作用直接发育成胚。 9．采用基因工程技术可培育出含人凝血因子基因的转基因羊，但是 人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述，正确的是 ( ) A．人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目小于凝血因子氨基酸数目 的 3 倍 B．在该转基因羊中，人凝血因子基因也会存在于成熟的红细胞中 C．人凝血因子基因开始转录后，在 DNA 连接酶的作用下合成 mRNA D．科学家将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一 起，制成乳腺生物反应器 答案 D 解析 人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子氨基酸 数目的 3 倍，A 项错误；由于羊的成熟的红细胞中没有细胞核和细胞 器，所以人的凝血因子基因不会存在于该转基因羊的成熟红细胞中， B 项错误；人凝血因子基因转录过程中，所需要的酶是 RNA 聚合酶， C 项错误。 10．近年诞生的具有划时代意义的 CRISPR/Cas9 基因编辑技术可简 单、准确地进行基因定点编辑，其原理是由一条单链向导 RNA 引导 核酸内切酶 Cas9 到一个特定的基因位点进行切割，通过设计向导 RNA 中 20 个碱基的识别序列，可人为选择 DNA 上的目标位点进行 切割(见下图)。下列相关叙述错误的是( ) A．Cas9 蛋白由相应基因指导在核糖体中合成 B．向导 RNA 中的双链区遵循碱基配对原则 C．向导 RNA 可在逆转录酶催化下合成 D．若α链剪切点附近序列为……TCCAGAATC……，则相应的识别 序列为……UCCAGAAUC…… 答案 C 解析 蛋白质的合成是由基因控制的，在核糖体中以 mRNA 为模板 合成蛋白质，A 项正确；向导 RNA 双链中碱基的配对需要遵循碱基 互补配对原则，B 项正确；逆转录酶催化的反应是以 RNA 为模板， 合 成 相 应 的 DNA ， C 项 错 误 ； 若 α 链 剪 切 点 附 近 序 列 为 ……TCCAGAATC…… ， 则 其 对 应 链 的 序 列 为 ……AGGTCTTAG……，则根据碱基互补配对原则，Cas9 识别序列 为……UCCAGAAUC……，D 项正确。 11．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种 蛋白质。生产流程为甲生物的蛋白质→mRNA ――→① 目的基因――→② 与质粒重组――→③ 导入乙生物的细胞――→④ 获得甲生物的蛋白质。下 列说法正确的是( ) A．①过程需要的酶是逆转录酶，原料是 A、U、G、C 4 种核苷酸 B．②过程中要用限制酶切割质粒和目的基因，再用 DNA 连接酶将 目的基因与质粒连接在一起 C．如果受体细胞是动物细胞，③过程可以用农杆菌转化法 D．④过程不需要核糖核苷酸 答案 B 解析 ①过程表示以 mRNA 为模板逆转录合成 DNA 的过程，需要 逆转录酶的参与，原料是 4 种游离的脱氧核苷酸，A 项错误；②过程 表示基因表达载体的构建过程，要先用限制酶切割质粒和目的基因， 再用 DNA 连接酶把目的基因和质粒连接成重组质粒，B 项正确；将 目的基因导入动物细胞最常用且最有效的方法是显微注射法，农杆菌 转化法用于将目的基因导入植物细胞，C 项错误；④过程包括转录和 翻译，转录所用的原料包括 4 种核糖核苷酸，D 项错误。 12．科学家利用转基因技术成功培育出一头转入了赖氨酸基因的转基 因牛，从其乳汁中可获得大量的赖氨酸。以下相关叙述中，正确的是 ( ) A．基因表达载体的受体细胞的性染色体组成可以是 XX，也可以是 XY B．将赖氨酸基因导入牛的卵细胞中，通过组织培养也能形成转基因 牛 C．人们只在转基因牛的乳汁中才能获取赖氨酸，是因为只在转基因 牛的乳腺细胞中才有赖氨酸基因 D．运用基因工程技术让牛合成大量的赖氨酸，该技术将导致定向变 异 答案 D 解析 根据题干信息可知，从转基因牛的乳汁中可获得大量的赖氨 酸，这说明基因表达载体的受体细胞的性染色体组成应为 XX，A 项 错误；在基因工程中，常将目的基因导入动物的受精卵中，若将目的 基因导入卵细胞中，通过组织培养不能形成完整的个体，B 项错误； 由于将赖氨酸基因导入哺乳动物的受精卵中，因此转基因动物的体细 胞中都有赖氨酸基因，但是该基因只在乳腺细胞中表达，C 项错误； 基因工程是人为地将目的基因导入受体细胞，定向地改造生物的性 状，D 项正确。 13．干扰素是抗病毒的特效药，它是一种糖蛋白，现在某基因公司用 如图所示方法生产干扰素。请回答下列相关问题。 (1)从人的淋巴细胞中提取出__________，使它同质粒相结合，然后 导入酵母菌体内。 (2)科学家成功地把人的干扰素基因插入烟草的 DNA 分子上，使烟草 获得了抗病毒的能力，试分析： ①人的基因能移入植物体内，其物质基础是____________________。 ②烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了________。烟草植 株产生这种新性状(变异性状)的来源属于________。 ③要检测干扰素基因是否进入了烟草细胞，可采用的方法是 ________________；若要检测干扰素基因是否表达出干扰素，可采用 ____________的方法。 答案 (1)干扰素基因 (2)①它们的 DNA 结构基本相同 ②干扰素 基因重组 ③DNA 分 子杂交技术 抗原—抗体杂交 解析 (1)通过基因工程构建“工程菌”的方法：从人的淋巴细胞中 提取出干扰素基因，使它与质粒结合形成重组质粒，然后将重组质粒 导入酵母菌中，通过相应的检测与鉴定方法得到成功转入了重组质粒 的酵母菌，再通过培养这种酵母菌，使之合成大量的干扰素。(2)基 因工程的理论基础：不同生物的 DNA 结构基本相同，不同生物间能 进行基因的移接。基因工程的原理是基因重组。若要检测干扰素基因 是否进入了烟草细胞，可采用的方法是 DNA 分子杂交技术。若要检 测干扰素基因是否表达出干扰素，可采用抗原—抗体杂交的方法。 14．青蒿素是治疗疟疾的重要药物。研究人员已经弄清了青蒿细胞中 青蒿素的合成途径(如图中实线方框内所示)，并且发现酵母细胞也能 够产生合成青蒿素的中间产物 FPP(如图中虚线方框内所示)。结合所 学知识回答下列问题： (1)疟疾俗称“打摆子”，是由疟原虫引起的疾病。当疟原虫寄生在 人体中时，会引起人的免疫反应，使________细胞产生淋巴因子。同 时 B 细胞在淋巴因子的作用下增殖分化成________细胞，产生抗体。 (2)根据图示代谢过程，科学家在培育能产生青蒿素的酵母细胞过程 中，要向________中导入的基因是________，具体操作中可利用 ____________技术检测转基因生物的 DNA 上是否插入目的基因。 (3)构建基因表达载体时，用不同类型的______________________切 割 DNA 后，可能产生________末端，也可能产生________末端。 (4)实验发现，酵母细胞中导入相关基因后，该基因能正常表达，但 酵母细胞合成的青蒿素仍很少，根据图解分析，原因可能是 ______________________________。 答案 (1)T 浆 (2)酵母细胞 ADS 酶基因 DNA 分子杂交 (3)限制性核酸内切酶(或限制酶) 黏性 平 (4)酵母细胞中部分 FPP 用于合成固醇 解析 (1)当疟原虫寄生在人体中时，它作为抗原会引起人的免疫反 应，使 T 细胞产生淋巴因子。同时 B 细胞在淋巴因子的作用下增殖 分化成浆细胞，产生抗体。(2)培育能产生青蒿素的酵母细胞的过程 属于基因工程，酵母细胞为受体细胞，向酵母细胞中导入的基因为目 的基因，即 ADS 酶基因，具体操作中可利用 DNA 分子杂交技术检 测转基因生物的 DNA 上是否插入目的基因。(3)构建基因表达载体 时，用不同类型的限制酶切割 DNA 后，可能产生黏性末端，也可能 产生平末端。(4)由题图可知，可能是因为酵母细胞中部分 FPP 用于 合成固醇，因此将相关基因导入酵母细胞后，即使该基因能正常表达， 酵母细胞合成的青蒿素仍很少。 15．医学研究发现，番茄红素具有一定的抗癌效果，其合成、转化途 径如图 1 所示。由于普通番茄合成的番茄红素易发生转化，科学家设 计了一种重组 DNA(质粒三)，它能转录出双链 RNA(发卡)，番茄细 胞可以识别侵入的双链 RNA 并将该双链 RNA 及具有相同序列的单 链 RNA 一起降解，提高了果实中番茄红素的含量(图 2)。请分析回 答下列问题： (1) 转 录 出 “ 发 卡 ” 的 DNA 片 段 实 际 上 是 两 个 反 向 连 接 的 ______________ 基 因 ， 由 于 “ 发 卡 ” 阻 止 了 其 在 细 胞 内 的 ________(填“转录”或“翻译”)过程，所以提高了果实中番茄红素 的含量。 (2)为保证第二个目的基因片段反向连接，处理已开环质粒二所用的 两种限制酶是________和________。 (3)科学家发现，培育成功的转基因番茄植株对光能的利用能力有所 下 降 ， 据 图 1 推 测 可 能 的 原 因 是 ________________________________。为解决此问题，可以按照乳腺 生物反应器的原理，在转录出“发卡”的 DNA 片段前面加入只在果 实中发挥作用的________。 (4)去磷酸化是去掉黏性末端最外侧游离的磷酸基团。对已开环的质 粒二两端去磷酸化的主要目的是阻止其________。 答案 (1)番茄红素环化酶 翻译 (2)Ecl BamHⅠ (3)胡萝卜素、叶黄素合成受阻，光反应减弱 启动子 (4)自身成环(或自身环化) 解析 (1)重组 DNA(质粒三)能转录出双链 RNA(发卡)，从而提高果 实中番茄红素的含量，根据题干信息和图 1 可知，其阻止了番茄红素 环化酶的翻译过程，所以转录出“发卡”的 DNA 片段实际上是两个 反向连接的番茄红素环化酶基因。(2)图 2 中，目的基因的两侧存在 限制酶 Ecl、BamHⅠ切点，所以为保证第二个目的基因片段反向连 接，处理已开环质粒二所用的两种限制酶是 Ecl 和 BamHⅠ。(3)转 基因番茄植株对光能的利用能力有所下降，据图 1 推测可能的原因是 转基因番茄细胞中因缺乏番茄红素环化酶，胡萝卜素、叶黄素合成受 阻，光反应减弱。要使目的基因只在果实中发挥作用，可以在目的基 因两侧加上只在果实中发挥作用的启动子。(4)对已开环的质粒二两 端去磷酸化的主要目的是阻止其自身成环(环化)。