【生物】2020届 一轮复习 人教版 基因工程 作业

【生物】2020届 一轮复习 人教版 基因工程 作业

‎2020届 一轮复习 人教版 基因工程 作业 ‎1．(2019·山西晋中调研)为增加菊花的花色类型，研究者从其他植物的cDNA文库中提取出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花细胞中。图3从上到下依次表示EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ和Sau‎3A Ⅰ三种限制酶的识别序列与切割位点。请分析回答：‎ ‎(1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是DNA双链复制。‎ ‎(2)图2所示质粒被BamH_Ⅰ和EcoR_Ⅰ切割获得的产物可与图1所示基因C连接，理由是BamH_Ⅰ和Sau‎3A_Ⅰ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端。‎ ‎(3)经BamH Ⅰ处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无启动子和终止子，导致基因C不能转录。‎ ‎(4)在添加四环素的固体培养基上，不能(填“能”或“不能”)筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落，原因是含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有四环素抗性基因，在含四环素的培养基上均能生长。‎ 解析：(1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是DNA双链复制。(2)据图3可知，由于BamH Ⅰ和Sau‎3A Ⅰ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端，因此图2所示质粒被BamH Ⅰ和EcoR Ⅰ切割获得的产物可与图1所示基因C连接。(3)据图可知，经BamH Ⅰ 处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无启动子和终止子，导致基因C不能转录。(4)由于含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有四环素抗性基因，在含四环素的培养基上均能生长，所以在添加四环素的固体培养基上，不能筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落。‎ ‎2．(2019·湖北八校联考)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，请回答：‎ ‎(1)利用过程①的方法构建的基因文库是部分基因文库(填“基因组文库”或“部分基因文库”)。‎ ‎(2)过程②中常需要使用限制酶和DNA连接酶，既能连接黏性末端又能连接平末端的DNA连接酶是T4DNA连接酶。‎ ‎(3)为使过程①获取的目的基因在番茄细胞中能够表达，在构建表达载体时，需在目的基因的两端加入启动子、终止子。‎ ‎(4)将重组质粒导入农杆菌，并通过农杆菌的转化作用，可以将目的基因导入番茄体细胞中的染色体DNA上，其原理是目的基因随农杆菌中Ti质粒上的T－DNA转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体DNA上。‎ ‎(5)要确认抗冻基因是否在转基因番茄植株中正确表达，应检测转基因番茄植株中该基因的表达产物是否呈阳性。‎ 解析：(1)用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段，是部分基因文库。(2)既能连接黏性末端又能连接平末端的DNA连接酶是T4‎ DNA连接酶。(3)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子和终止子。(4)因为农杆菌Ti质粒上的T－DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体DNA上，如果将目的基因插入到T－DNA质粒上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入植物细胞，并将其整合到受体细胞的染色体DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。(5)检测目的基因是否表达，可从转基因生物中提取基因的表达产物，即蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交，若呈阳性，表明目的基因已成功表达。‎ ‎3．(2019·广东五校联考)由腊梅凝集素基因控制合成的某种蛋白质能与蚜虫肠道黏膜上的受体结合，从而抑制蚜虫吸收营养物质。通过基因工程将腊梅凝集素基因转入烟草，可增强其抗蚜虫的能力。请回答下列问题：‎ ‎(1)在逆转录酶的作用下，能以腊梅凝集素基因产生的mRNA作为模板按照碱基互补配对原则获得cDNA片段，以获取腊梅凝集素基因片段。为使腊梅凝集素基因在烟草细胞中高效表达，需要把目的基因片段插入表达载体的启动子、终止子之间。‎ ‎(2)将表达载体导入烟草细胞最常用的方法是农杆菌转化法，在该过程中需添加酚类物质，目的是吸引农杆菌感染烟草细胞。腊梅凝集素基因的遗传特性能在烟草体内维持和表达的关键是目的基因插入到了烟草细胞的染色体DNA上。‎ ‎(3)将转基因烟草幼苗与非转基因烟草幼苗隔区种植，并接种等量的蚜虫，一定时间后用样方法统计蚜虫的种群密度，若转基因烟草幼苗区的蚜虫密度显著低于非转基因烟草幼苗区，则说明转基因烟草具有抗蚜虫能力。‎ 解析：‎ ‎(1)根据题意，在该基因工程中，可在逆转录酶的作用下，以腊梅凝集素基因产生的mRNA作为模板按照碱基互补配对原则获得cDNA片段，以获取腊梅凝集素基因片段(目的基因)。为使腊梅凝集素基因在烟草细胞中高效表达，需要把目的基因片段插入表达载体的启动子、终止子之间，其中启动子的功能是启动目的基因的转录过程，终止子的功能是终止目的基因的转录过程。(2)将基因表达载体导入植物(烟草)细胞最常用的方法是农杆菌转化法；在该过程中需添加酚类物质，目的是吸引农杆菌感染烟草细胞。腊梅凝集素基因的遗传特性能在烟草体内维持和表达的关键是目的基因插入到了烟草细胞的染色体DNA上，随染色体DNA的复制而复制。(3)调查植物和活动能力弱、活动范围小的动物的种群密度常用样方法，因此将转基因烟草幼苗与非转基因烟草幼苗隔区种植，并接种等量的蚜虫，一定时间后用样方法统计蚜虫的种群密度；若转基因烟草幼苗区的蚜虫密度显著低于非转基因烟草幼苗区，则说明转基因烟草具有抗蚜虫能力。‎ ‎4．(2019·辽宁沈阳检测)下图为通过基因工程培育抗虫植物的过程，据图分析回答相关问题：‎ ‎(1)抗虫基因获取的常用方法有：从基因文库中获取，利用PCR技术扩增，也可以用化学方法直接人工合成。‎ ‎(2)①过程需要的酶有限制酶和DNA连接酶。构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在和表达，并且能够遗传给下一代。‎ ‎(3)图中将目的基因导入植物细胞的方法是农杆菌转化法。可以用DNA分子杂交技术检测抗虫基因是否导入了植物细胞。‎ ‎(4)②过程体现了植物细胞具有全能性。若此抗虫基因为Bt毒蛋白基因，则其成功表达所体现的中心法则为：Bt毒蛋白基因Bt毒蛋白mRNABt毒蛋白。‎ 解析：(1)抗虫基因获取的常用方法：从基因文库中获取，利用PCR技术扩增，或用化学方法直接人工合成。(2)①为基因表达载体的构建，构建过程中需要限制酶与DNA连接酶。构建基因表达载体的目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在和表达，并且能够遗传给下一代。(3)土壤农杆菌易侵染植物细胞，故一般用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。可以用DNA分子杂交技术检测抗虫基因是否导入了植物细胞。(4)②‎ 为通过植物组织培养技术培育抗虫植株的过程，体现了植物细胞具有全能性。若此抗虫基因为Bt毒蛋白基因，则其成功表达所体现的中心法则为Bt毒蛋白基因Bt毒蛋白mRNABt毒蛋白。‎ ‎5．(2019·广东深圳调研)据报道，美国科研人员通过基因转移技术，从根本上治愈了实验小鼠所患的Ⅰ型糖尿病，这种技术把选定的X基因输入胰腺，这些基因随后得到整合并促使消化系统和其他类型的细胞制造胰岛素，请回答下列问题。‎ ‎(1)在基因工程中，X基因称为目的基因。利用PCR技术扩增X基因时，需要在反应体系中添加的有机物质是引物、模板DNA,4种三磷酸脱氧核糖核苷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程在PCR扩增仪中完成。‎ ‎(2)将X基因导入小鼠体内之前，需要操作的核心步骤是基因表达载体的构建，此步骤最常用的运载工具是质粒，所需要的酶是限制酶和DNA连接酶。‎ ‎(3)X基因的检测可从分子水平和个体水平两方面进行，在分子水平上通常采用DNA分子杂交技术检测X基因是否导入受体细胞，在个体水平上应检测实验小鼠所患的Ⅰ型糖尿病是否被根治。‎ 解析：(1)根据题意分析，研究人员通过基因转移技术，将选定的X基因输入胰腺，说明X基因是目的基因；利用PCR技术扩增目的基因时，需要在反应体系中添加的有机物质有引物、模板DNA、4种三磷酸脱氧核糖核苷酸等，还需要耐热性的DNA聚合酶。(2)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，该过程常用的运载体是质粒，需要先用限制酶切割目的基因和质粒，然后用DNA连接酶将目的基因和质粒连接起来。(3)在分子水平上检测X基因是否导入受体细胞，可以利用DNA分子杂交技术；根据题干信息可知，X基因导入胰腺细胞后，可以治愈实验小鼠所患的Ⅰ型糖尿病，因此在个体水平上检测X基因是否导入受体细胞，应该检测实验小鼠所患的Ⅰ型糖尿病是否被根治。‎ ‎6．(2019·山东德州质检)pBR322是一个由普通质粒经过人工添加许多限制酶识别序列而构建的重要质粒，有万能质粒之称，如图是pBR322的结构示意图(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。下表表示几种限制酶识别序列及其切割位点。回答下列问题：‎ 限制酶 BamH Ⅰ Pst Ⅰ EcoR Ⅰ Sau‎3A Ⅰ Hind Ⅲ 识别序 列及切 割位点 ATCC CCTA CCAC CACC ATTC CTTA TC CT GCTT TTCG ‎ ‎　(1)质粒是基因工程中常用的工具，其作用是作为载体，将目的基因送入细胞。人工构建pBR322过程中需要的酶是限制酶和DNA连接酶。‎ ‎(2)为扩增目的基因可采用PCR技术，该技术利用了DNA双链复制原理，该技术的前提是需要根据一段已知的目的基因核苷酸序列合成引物。‎ ‎(3)由表可知，经Sau‎3A Ⅰ酶切割得到的目的基因可以与被BamH_Ⅰ酶切割的pBR322连接成重组质粒，原因是两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端。将切割后的目的基因与pBR322质粒混合，加入相应酶反应后，用得到的混合物直接转化处于感受态的大肠杆菌，感受态是指细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。‎ ‎(4)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，应在筛选平板培养基中添加氨苄青霉素 ‎，平板上长出的菌落，需要进一步鉴定才能筛选出含有目的基因的大肠杆菌的单菌落，原因是平板上长出的菌落有的含有质粒，有的含有重组质粒。‎ 解析：(1)质粒是载体中最重要的一种，存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细菌拟核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在基因工程中，质粒的作用是作为载体，将目的基因送入细胞。人工构建pBR322过程中需要的酶是限制酶和DNA连接酶，其中限制酶的作用是切割目的基因和质粒，而DNA连接酶则把切割后的目的基因与质粒连接在一起。(2)PCR全称为多聚酶链式反应，是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术。该技术利用了DNA双链复制的原理，该技术的前提是需要根据一段已知的目的基因核苷酸序列合成引物，还需要模板DNA、四种脱氧核苷酸、热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。(3)据表可知，Sau‎3A Ⅰ、BamH Ⅰ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端，所以经Sau‎3A Ⅰ酶切割得到的目的基因可以与被BamH Ⅰ酶切割的pBR322连接成重组质粒。感受态是指细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(4)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌，根据质粒上的抗性基因可知应在筛选平板培养基中添加氨苄青霉素，而切割时限制酶BamH Ⅰ破坏了四环素抗性基因，故不能选择在平板培养基中添加四环素来筛选转入了质粒的大肠杆菌，平板上长出的菌落，需要进一步鉴定才能筛选出含有目的基因的大肠杆菌的单菌落，原因是平板上长出的菌落有的含有质粒，有的含有重组质粒。‎ ‎7．(2019·河北衡水中学模拟)转基因抗虫棉是人们应用较早的基因重组技术推广项目，目前转基因技术有了新的改进，如下图所示，请根据所学知识回答：‎ ‎(1)图中转基因过程应选择的限制酶是EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ，基因工程所用DNA连接酶有两类，其中只能连接黏性末端的是E·coliDNA连接酶，启动子的作用是与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动基因的转录过程。‎ ‎(2)图中需要进行离体组织培养的过程是①和③(用标号)。由棉株1获得单倍体苗的途径为花粉通过诱导首先形成愈伤组织进而再分化为试管苗。植物组织培养的原理是细胞具有全能性。‎ ‎(3)若要确定目的基因(抗虫基因已导入受体细胞)是否成功表达可在分子水平上采用抗原—抗体杂交技术检测，在个体生物学水平上鉴定是进行抗虫接种试验。‎ ‎(4)种植该转基因植物时，为避免它所携带的抗虫基因通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”，则应把抗虫基因导入到叶肉细胞的线粒体或叶绿体DNA中。‎ 解析：(1)载体和含有目的基因的外源DNA中均含有限制酶EcoR Ⅰ、Sam Ⅰ和BamH Ⅰ的切割位点，但限制酶Sam Ⅰ的切割位点位于目的基因上，不能用该酶进行切割，因此切割获取目的基因时应选择限制酶EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ；基因工程所用DNA连接酶有两类：E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中只能连接黏性末端的是E·coliDNA连接酶；启动子是RNA聚合酶的识别和结合位点。(2)图中需要进行离体组织培养的是①花药离体培养和③受体细胞培养成棉株2；由棉株1获得单倍体苗的途径为：花粉通过诱导首先脱分化形成愈伤组织，进而再分化为试管苗；植物组织培养的原理是植物体细胞具有生长发育成一个完整植株的能力，称为细胞的全能性。(3)抗虫基因已导入受体细胞，而要继续确定目的基因是否成功表达，即检测是否翻译成蛋白质，在分子水平上采用抗原—抗体杂交技术；因导入的是抗虫基因，故在个体生物学水平上鉴定是进行抗虫接种试验。(4)为避免抗虫基因通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”，则应把抗虫基因导入到叶肉细胞的叶绿体(或线粒体)DNA中，因叶绿体(或线粒体)遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递。 ‎ ‎8．(2019·广西北海一模)凝乳酶是奶酪生产中的关键性酶，研究人员运用基因工程技术，将编码该酶的基因转移到了微生物细胞中并使之表达。下图是基因工程中获取目的基因和构建重组质粒过程，请回答有关问题：‎ ‎(1)科学家已经测出该酶的氨基酸序列，因此可以通过化学合成方法来获取目的基因，获得目的基因后，常利用PCR技术在体外将其大量扩增；分析上图可知，构建重组DNA分子(如图所示)最好选用BamH_Ⅰ和Pst_Ⅰ限制酶，理由是提高重组DNA分子的比例(防止自身的黏性末端连接和防止目的基因与载体反向连接)。‎ ‎(2)工业化生产过程中，最初多采用重组大肠杆菌或芽孢杆菌生产凝乳酶，将目的基因导入大肠杆菌或芽孢杆菌前所做的处理方法是Ca2＋处理细胞，使之成为感受态细胞。现在生产凝乳酶多采用重组毛霉或重组的酵母菌，毛霉或酵母菌作为受体细胞的优势是含有的内质网和高尔基体可对蛋白质进行加工和修饰。‎ ‎(3)研究发现，如果将该凝乳酶的第20位和24位氨基酸改变为半胱氨酸，其催化能力将提高2倍，科学家可以生产上述高效凝乳酶的现代生物工程技术是蛋白质工程。该生物工程技术的实质是基因工程的延伸(或在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程)。‎ ‎(4)转基因技术和细胞工程在动植物中都有广泛应用，但是，胚胎工程只是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术。‎ ‎(5)生态工程是实现循环经济最重要的手段之一，请写出它遵循的基本原理系统学和工程学原理、物种多样性原理等(至少答两项)。‎ 解析：‎ ‎(1)由于已经测出该酶的氨基酸序列，故可推测出相应的RNA和DNA的序列，因此可以通过化学合成方法来获取目的基因；据图分析，构建重组DNA分子最好选用BamH Ⅰ和Pst Ⅰ限制酶，这样可以提高重组DNA分子的比例(防止自身的黏性末端连接和防止目的基因与载体反向连接)。(2)若受体细胞是大肠杆菌或芽孢杆菌等微生物细胞，将目的基因导入前常用Ca2＋处理细胞，使之成为感受态细胞；毛霉或酵母菌为真核微生物，含有内质网和高尔基体，可对蛋白进行加工和修饰，因此重组毛霉或酵母菌较重组大肠杆菌或芽孢杆菌更具优势。(3)蛋白质工程是指通过分析想要的蛋白质的功能，预测蛋白质应有的结构，然后根据蛋白质的结构逆向推测控制该蛋白质合成的基因的碱基组成及排列顺序，最后将改造后的目的基因导入受体细胞，从而转录翻译得出目的蛋白。因此，科学家可以生产高效凝乳酶的现代生物工程技术是蛋白质工程，该生物工程技术对蛋白质结构的设计和改造，必须通过基因来完成，其实质是基因工程的延伸。(4)胚胎工程只是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术。(5)生态工程遵循的基本原理有系统学和工程学原理、物种多样性原理等。‎ ‎9．(2019·山西太原一模)基因疗法所涉及的基因工程技术主要有三种，包括病毒载体、基因(编辑)和细胞改造。请回答：‎ ‎(1)第一种是将目的基因通过载体送入目标细胞让其发挥作用。该技术用来传递基因的载体多是病毒类载体，因为它们能将基因整合进宿主的DNA分子。经过基因改造后，这些作为载体的病毒具有将目的基因转移到宿主细胞中且无毒性(或载体无法增殖或无感染性)的特点。‎ ‎(2)第二种是直接通过基因(编辑)技术修复目标细胞的缺陷基因。基因(编辑)技术可以达到添加基因、消除基因或者矫正缺陷基因的效果。‎ ‎(3)第三种则是从患者体内提取细胞在体外进行修改然后再重新输回患者体内发挥作用。例如，对造血干细胞进行基因工程改造让其制造内源性的凝血因子，从理论上说能持续缓解血友病症状，而不需使用输凝血酶(或输血小板或输凝血因子)治疗。基因治疗进入了一个兼具安全性和有效性的时代。但你认为这个领域中的问题是载体的遗传毒性(或者基因编辑的脱靶效应或者基因递送和编辑的效率低或者有临床益处的水平低)。‎ 解析：(1)将目的基因通过载体送入目标细胞让其发挥作用是基因工程中最常用的技术手段，该技术常用病毒类载体传递基因，主要是因为某些病毒能将基因整合进宿主细胞的DNA分子，这些作为载体的病毒和转入的目的基因对宿主细胞无毒性。(2)直接通过基因(编辑)技术修复目标细胞的缺陷基因，可以达到添加基因、消除基因或者矫正缺陷基因的效果，这是我们常用的基因治疗技术。(3)对造血干细胞进行基因工程改造让其制造内源性的凝血因子，从理论上说能持续缓解血友病症状，而不需输凝血酶或输血小板或输凝血因子治疗。在目前阶段，基因治疗这个领域中关键需要考虑的是载体的遗传毒性、基因编辑的脱靶效应、基因递送和编辑的效率低或者有临床益处的水平低等问题。‎ ‎10．(2019·辽宁省五校协作体联考)白细胞介素是一类淋巴因子。研究人员将人白细胞介素的基因导入到酵母细胞中，使其分泌出有活性的白细胞介素。‎ ‎(1)为增加白细胞介素基因的数量，可使用PCR技术，但前提是必须知道基因的部分序列，目的是设计引物。‎ ‎(2)在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用Ca2＋‎ 处理酵母菌，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。在表达过程中，启动子需与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动转录过程。‎ ‎(3)在体液免疫过程中，白细胞介素是由T淋巴细胞分泌的，为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母细胞作为受体细胞，可能原因是细菌细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器。‎ ‎(4)在分泌型表达载体和白细胞介素基因所在的DNA分子上均有多个限制酶的酶切位点，图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoR Ⅰ和EcoR52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中。‎ 解析：(1)基因工程中，扩增目的基因利用的是PCR技术，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便设计引物。(2)在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用Ca2＋处理酵母菌，使酵母菌细胞处于感受态，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。在表达过程中，启动子需与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动转录过程。(3)在体液免疫过程中，白细胞介素是由T淋巴细胞分泌的；由于细菌属于原核生物，细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器，因此为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母细胞作为受体细胞。(4)图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoR Ⅰ和EcoR52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中。‎