【生物】2020届一轮复习人教版选修3第十单元第35讲基因工程作业

【生物】2020届一轮复习人教版选修3第十单元第35讲基因工程作业

配套课时作业 ‎1.(2018·山东聊城一模)屠呦呦因发现青蒿素治疗疟疾的新疗法而获得诺贝尔奖。寄生于人体细胞内的疟原虫是疟疾的病原体。科学家通过紫外线处理大量青蒿幼苗后，偶然发现一株高产高效植株，进行基因测序发现该植株控制青蒿素合成相关的一种关键酶的基因发生了突变。‎ ‎(1)如果用高产青蒿关键酶基因的mRNA反转录产生的cDNA片段与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群叫做青蒿的________；获得的cDNA与青蒿细胞中该基因碱基序列________(填“相同”或“不同”)。在提取RNA时需要向提取液中添加RNA酶抑制剂，其目的是________________。‎ ‎(2)将获得的突变基因导入普通青蒿之前，先构建基因表达载体，图1、2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答：‎ 用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒时不能使用SmaⅠ切割，原因是____________________________________________________。构建重组质粒时，在其目的基因前需要添加特定的启动子，启动子的作用是____________________________________。‎ ‎(3)基因表达载体导入组织细胞后，要通过植物组织培养技术培育出青蒿幼苗，该技术的关键步骤是______________。鉴定该基因工程是否成功还要进行________实验，但是不能直接在培养基上培养疟原虫观察，其原因是____________________________________。‎ 答案　(1)cDNA文库(或部分基因文库)　不同　防止RNA的降解 ‎(2)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因　RNA聚合酶识别和结合位点，驱动基因转录出mRNA ‎(3)脱分化和再分化　接种　疟原虫营寄生生活 解析　‎ ‎(1)用高产青蒿关键酶基因的mRNA反转录产生的cDNA片段与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群叫做青蒿的cDNA文库或部分基因文库。由关键酶基因转录形成的mRNA没有与关键酶基因的非编码区和内含子对应的片段，所以获得的cDNA与青蒿细胞中该基因碱基序列不同。为防止RNA的降解，在提取RNA时，需要向提取液中添加RNA酶抑制剂。‎ ‎(2)题图显示，质粒的抗生素抗性基因和目的基因中均存在SmaⅠ的识别位点。若使用SmaⅠ切割质粒和外源DNA，则会破坏质粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因，因此构建重组质粒时不能使用SmaⅠ切割。启动子是RNA聚合酶识别和结合位点，驱动基因转录出mRNA。‎ ‎(3)植物组织培养技术的关键步骤是脱分化和再分化。鉴定该基因工程是否成功还要进行接种实验，但是不能直接在培养基上培养疟原虫观察，其原因是疟原虫营寄生生活。‎ ‎2．下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列问题。‎ ‎(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制酶________切割质粒，用限制酶________切割抗虫基因。①过程在________(填“体内”或“体外”)进行。‎ ‎(2)通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有________的培养基上，若大肠杆菌能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。‎ ‎(3)重组质粒导入大肠杆菌的目的是____________。‎ ‎(4)⑤过程所用技术称为________，从遗传学角度来看，根本原因是根细胞具有____________。‎ 答案　(1)Ⅱ　Ⅰ(Ⅰ和Ⅱ)　体外 ‎(2)四环素 ‎(3)大量复制目的基因(抗虫基因)‎ ‎(4)植物组织培养　发育成完整个体的全部遗传物质 解析　(1)由图中目的基因片段两端的碱基序列可知，限制酶Ⅰ可以切割目的基因两端，限制酶Ⅱ能切割右端，故用酶Ⅰ(Ⅰ和Ⅱ)切割可以获得目的基因，质粒上的两个酶切位点，分别在两个抗性基因上，用酶Ⅰ切割，两个抗性基因全被破坏，用酶Ⅱ切割可保留一个四环素抗性基因。‎ ‎(2)根据重组质粒与普通质粒上抗性基因的种类可知，如果成功导入质粒，则大肠杆菌可以在含四环素的培养基上生长，否则死亡，则该选择培养基中应该添加四环素。‎ ‎(4)⑤是将携带抗虫基因的根细胞培养成植株的过程，该过程为植物组织培养，该技术的理论基础是植物细胞具有全能性，其根本原因是植物细胞具有发育成完整个体的全部遗传物质。‎ ‎3．(2018·广东佛山二模)油菜籽中蛋白质和油脂的相对含量与酶1和酶2对共同底物丙酮酸的竞争有关。酶1促进蛋白质的合成，酶2促进油脂的合成。通过生物工程技术对油菜进行改造，以得到含有基因A的油菜，流程图如下。请据图作答：‎ ‎(1)上述改造过程中运用的生物工程技术是______________。‎ ‎(2)通过__________、__________或人工化学合成等方法，都可获取目的基因A。过程①中的处理方法为__________。‎ ‎(3)过程④中要防止杂菌污染的原因是_____________________。通过过程④得到的油菜植株中，所有细胞________(填“一定”“不一定”或“一定不”)含有基因A。‎ ‎(4)已知转录时基因A的模板链与酶1基因的模板链互补。相对普通油菜，含基因A的油菜籽粒油脂含量显著提高，请分析其机理：____________________________________________________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)基因工程、植物组织培养 ‎(2)从基因文库中获取　利用PCR技术扩增　Ca2＋处理法 ‎(3)杂菌会竞争培养基中的营养物质，还可能产生有毒有害物质　不一定 ‎(4)基因A转录的mRNA与酶1基因转录的mRNA互补，阻碍了酶1基因的mRNA翻译，降低了酶1含量，酶2对丙酮酸的竞争增强，促进了油脂合成 解析　(1)分析图可知，把外源基因A导入了油菜细胞，用到了基因工程技术。要把油菜的下胚轴细胞培养成油菜植株，还需要植物组织培养技术。‎ ‎(2)基因工程技术首先要获取目的基因，目前最常用的方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增，如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以用化学方法直接人工合成。将基因导入大肠杆菌细胞时，需要用Ca2＋处理法，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这样可以提高目的基因的导入率。‎ ‎(3)过程④是愈伤组织再分化形成植物体的过程，在此过程中，需要防止杂菌污染，否则杂菌会竞争培养基中的营养物质，还可能产生有毒有害物质，导致油菜幼苗的生长发育受到影响。将目的基因导入受体细胞时，不是所有的细胞都能成功导入目的基因，因此所有细胞不一定含有基因A。‎ ‎(4)已知转录时基因A的模板链与酶1基因的模板链互补，所以基因A转录的mRNA与酶1基因转录的mRNA互补，阻碍了酶1基因的mRNA翻译，降低了酶1含量，酶2对丙酮酸的竞争增强，促进了油脂合成，因此相对普通油菜，含基因A的油菜籽粒油脂含量显著提高。‎ ‎4．PCR技术是分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA的半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图所示)，在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。‎ ‎(1)PCR的全称是________，94 ℃高温使DNA双链打开，这一步是打开________键，称为________。而这一过程在细胞内是通过________酶实现的。‎ ‎(2)当温度降低时，引物与模板________端结合，在________的作用下，DNA单链沿模板延伸，此过程中原料是________，遵循的原则是________。‎ ‎(3)PCR技术的必要条件除模板、原料、ATP、酶以外，至少还需要三个条件，即液体环境、适宜的________和________，前者由PCR仪自动调控，后者则靠________来维持。‎ ‎(4)DNA的复制需要引物，其主要原因是__________________。引物的实质是________，若将1个DNA分子拷贝10次，则需要在缓冲溶液中至少加入________个引物。‎ 答案　(1)多聚酶链式反应　氢　变性　解旋 ‎(2)3′　热稳定DNA聚合酶　四种脱氧核苷酸　碱基互补配对 ‎(3)温度　pH　缓冲液 ‎(4)DNA的复制不能从头开始，DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链　单链RNA或者单链DNA分子　211－2‎ 解析　打开DNA双链需破坏碱基对间的氢键；引物的游离端为5′端，即合成DNA时从新链的5′→3′端延伸，故引物需与模板的3′端结合；PCR所用液体环境需保障适宜的温度和pH，其pH可借助缓冲液维持；DNA复制不能从头开始，DNA聚合酶只能从引物的3′端延伸DNA链，故必须提供引物。引物的实质是单链RNA或者单链DNA分子。在DNA分子扩增时，需要2种引物，由于新合成的链都需要引物作为复制的起点，故所需的引物数目等于新合成的DNA链的数目，即2×210－2＝211－2。‎ ‎5．(2019·河南濮阳模拟)中国科研人员首次将与Fib－H基因类似的人工丝蛋白基因，导入到被敲除Fib－H　基因的蚕卵体内，意味着对蚕卵的基因改造获得成功。当它们长大后，吐出的丝中就含有人工合成丝蛋白。通过这种技术还可以让家蚕在吐丝的同时，按照实际需要吐出其他蛋白。含有人工合成丝蛋白的蚕茧，能发出绿色荧光，比正常的蚕茧更加轻薄。请回答下列问题：‎ ‎(1)获得人工合成蚕蛋白是通过________工程，对________进行改造，最终合成人工丝蛋白，以满足人类生产和生活的需求。与基因工程相比较，蛋白质工程产物具备的特点是______________________。基因敲除是一种特殊的基因重组技术，即将外源目的基因导入细胞从而干扰该细胞内某一基因的功能。将目的基因导入家蚕卵细胞的方法是________，此处蚕卵是指蚕的________。‎ ‎(2)将人工丝蛋白基因导入蚕卵体内之前，需要进行的核心步骤是____________，其目的是使该基因在蚕卵中__________________，并且可以遗传给下一代，同时，使其能够表达和发挥作用。‎ ‎(3)绿色荧光蛋白基因可以作为________，用于鉴别和筛选蚕卵中是否含有人工丝蛋白基因。‎ 答案　(1)蛋白质　蚕丝蛋白基因　可以生产自然界不存在的蛋白质　显微注射法　受精卵 ‎(2)构建基因表达载体　稳定存在 ‎(3)标记基因 解析　(1)蛋白质工程的概念：“指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求”。将目的基因导入动物细胞常用的方法——显微注射法，受体细胞为受精卵。‎ ‎(2)基因工程的核心步骤即构建基因表达载体，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使目的基因能够表达和发挥作用。‎ ‎(3)绿色荧光蛋白基因可以作为标记基因，用于鉴别和筛选蚕卵中是否含有人工丝蛋白基因。‎ ‎6．(2018·黑龙江大庆一中期末)镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β－肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。回答下列问题：‎ ‎(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的_____________________________________序列发生改变。‎ ‎(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。此操作________(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程，理由是该操作______________________。‎ ‎(3)用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的________，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和________酶的作用下，构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。‎ ‎(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行________________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。‎ 答案　(1)碱基(或脱氧核苷酸)‎ ‎(2)不属于　没有对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质 ‎(3)mRNA(或RNA)　逆转录　DNA连接 ‎(4)蛋白质　抗原—抗体 解析　(1)编码血红蛋白的基因中碱基对的替换导致编码的氨基酸种类改变。‎ ‎(2)蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成，实现对现有蛋白质的改造或制造新蛋白质。将正常的血红蛋白基因导入患者的造血干细胞中，并没有进行基因修饰或基因合成来实现对现有蛋白质的改造或制造新蛋白质，不属于蛋白质工程。‎ ‎(3)因血红蛋白基因只在早期红细胞中表达，所以可从其中提取mRNA，以mRNA为模板，在逆转录酶的作用下，反转录合成cDNA。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。‎ ‎(4)目的基因是否表达可以通过从受体菌中提取蛋白质，进行抗原—抗体杂交实验加以判断。‎ ‎7．(2019·河北衡水中学月考)请回答利用农杆菌转化法培育转基因植物的相关问题：‎ ‎(1)培育转基因植物过程的核心步骤是________，其目的是使目的基因在受体细胞中________，并且可以通过复制遗传给下一代，同时，使目的基因表达和发挥作用。‎ ‎(2)构建基因表达载体时，可利用DNA连接酶连接被限制酶切开的________键。基因表达载体的组成部分包括启动子、终止子、目的基因、________、复制原点等。‎ ‎(3)组成基因表达载体的单位是________。基因表达载体中的启动子是________识别和结合的部位，这种结合完成后才能驱动目的基因通过________(填过程)合成mRNA。‎ ‎(4)用两种限制酶XbaⅠ和SacⅠ(两种酶切出的黏性末端不同)切割某DNA，获得含目的基因的片段。若利用该片段构建基因表达载体，应选用的Ti质粒是如图中的________。‎ 注：图中箭头所指的位置是限制酶识别和切割的位点。‎ 答案　(1)基因表达载体的构建　稳定存在 ‎(2)磷酸二酯　标记基因 ‎(3)脱氧核苷酸　RNA聚合酶　转录　(4)甲 解析　(1)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建；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，并且可以通过复制遗传给下一代，同时使目的基因表达和发挥作用。‎ ‎(2)DNA连接酶的作用是在DNA片段之间形成磷酸二酯键。基因表达载体的组成包括启动子、目的基因、标记基因和终止子等。‎ ‎(3)基因表达载体的本质是DNA，其基本组成单位是脱氧核苷酸。基因表达载体中的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，这种结合完成后才能驱动目的基因通过转录合成mRNA。‎ ‎(4)用两种限制酶XbaⅠ和SacⅠ(两种酶切出的黏性末端不同)切割某DNA，获得含目的基因的片段。甲Ti质粒中含有限制酶XbaⅠ和SacⅠ的切割位点，且用这两种酶切割可将目的基因插入TDNA中，甲正确。‎ ‎8．(2017·全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：‎ ‎(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是________________________。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是____________________。‎ ‎(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是 ‎_________________________________________________________。‎ ‎(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是 ‎___________________________________________(答出两点即可)。‎ ‎(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是________________________。‎ ‎(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_________________________________________________________。‎ 答案　(1)嫩叶比老叶生命活动旺盛，mRNA含量高，且嫩叶组织细胞易破碎　防止RNA降解 ‎(2)在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA ‎(3)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子 ‎(4)磷酸二酯键 ‎(5)目的基因的转录或翻译异常 解析　(1)与老叶相比，嫩叶组织细胞生命活动旺盛，mRNA含量高，且易破碎，容易提取到几丁质酶的mRNA。提取RNA时，提取液中添加RNA酶抑制剂可防止RNA被RNA酶催化降解。‎ ‎(2)以mRNA为模板，按照碱基互补配对原则，在逆转录酶的作用下，通过逆转录(反转录)可以获得cDNA。‎ ‎(3)因该目的基因是通过逆转录形成的，无表达所需的启动子，也无在受体细胞内进行复制所需的复制原点等，所以在受体细胞内不能稳定存在和表达，也不能遗传下去。‎ ‎(4)构建基因表达载体时，DNA连接酶能催化目的基因和质粒载体这两个DNA片段之间形成磷酸二酯键。‎ ‎(5)转基因植株的基因组中含有几丁质酶基因，但该植株抗真菌的能力并没有提高，可能是由于转录或翻译异常，即几丁质酶基因未能正常表达。‎