2019秋 金版学案 生物·选修3（人教版）练习：专题1 1-2基因工程的基本操作程序 14页

专题 1 基因工程 1.2 基因工程的基本操作程序 1．基因工程技术也称 DNA 重组技术，其实施必须具备的 4 个必 要条件是( ) A．目的基因、限制酶、载体、受体细胞 B．工具酶、目的基因、载体、受体细胞 C．模板 DNA、mRNA、质粒、受体细胞 D．重组 DNA、RNA 聚合酶、限制酶、DNA 连接酶 解析：基因工程的基本工具是限制酶、DNA 连接酶和载体，前两 者统称为工具酶；在实际操作中，载体上插入目的基因形成重组载体， 然后导入受体细胞。 答案：B 2．在已知某目的基因的一段核苷酸序列的情况下，要在短时间内 大量获取该目的基因，最简便的方法是( ) A．化学合成法 B．基因组文库法 C．cDNA 文库法 D．利用 PCR 技术扩增 解析：利用 PCR 技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基 因的核苷酸序列，根据这一序列合成引物，进而在一定条件下利用 DNA 双链复制的原理，将目的基因的核苷酸序列不断地加以复制。通 过这一技术，可以在短时间内大量扩增目的基因。 答案：D 3．将目的基因导入玉米茎尖分生区细胞和小鼠受精卵，应分别采 用的方法是( ) A．显微注射技术 农杆菌转化法 B．基因枪法 花粉管通道法 C．农杆菌转化法 显微注射技术 D．基因枪法 显微注射技术 解析：玉米是单子叶植物，对单子叶植物来说，常用的方法是基 因枪法；对于动物细胞来说，常用的方法是显微注射技术。 答案：D 4．检测转基因生物染色体 DNA 上是否插入了目的基因的常用方 法是( ) A．DNA 分子杂交技术 B．荧光分子标记技术 C．放射性同位素标记技术 D．显微注射技术 解析：检测目的基因常采用 DNA 分子杂交技术，即在含有目的基 因的 DNA 片段上用放射性同位素等进行标记，以此作为探针，并使探 针与基因组 DNA 杂交，若显示出杂交带，则表明目的基因已插入染色 体 DNA 中。 答案：A 5．下图为基因表达载体的模式图，有关说法错误的是( ) A．构建基因表达载体需要用到限制酶和 DNA 连接酶 B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别 C．图中启动子位于基因的首端，是 RNA 聚合酶识别和结合的部 位 D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中 是否导入了目的基因 解析：构建基因表达载体需要用到限制酶和 DNA 连接酶，A 正确； 不同基因表达载体上的酶切位点和标记基因都有可能不同，B 错误； 启动子位于基因的首端，是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，C 正确； 抗生素抗性基因的作用就是作为标记基因，用于检测受体细胞中是否 导入了目的基因，D 正确。 答案：B 6．(2016·海南卷)基因工程又称为 DNA 重组技术，回答相关问题： (1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，即________和 从________中分离。 (2)利用某植物的成熟叶片为材料，同时构建 cDNA 文库和基因组 文库，两个文库相比，cDNA 文库中含有的基因数目比基因组文库中 的少，其原因是_______________________________________ _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (3)在基因表达载体中，启动子是________聚合酶识别并结合的部 位。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生 物是________。 (4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基 因的金属颗粒有________和________颗粒。 解析：本题主要考查目的基因的获取方法、基因表达载体的构建 方法、目的基因导入植物细胞的方法。 (1)在基因工程中，获取目的基因主要有两大途径，既可在核苷酸 序列已知的情况下人工合成，也可用限制酶对生物材料的 DNA 切割， 再选取。 (2)cDNA 文库是由 mRNA 反转录获得的，其中只含有叶细胞已转 录(或已表达)的基因，而基因组文库中含有该植物的全部基因。 (3)在基因表达载体中，启动子是 RNA 聚合酶识别并结合的部位。 若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞，最常用的原核生物是 大肠杆菌。 (4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时，常用的携带目的基 因的金属颗粒有金粉和钨粉颗粒。 答案：(1)人工合成 生物材料 (2)cDNA 文库中只含有叶细胞已转录(或已表达)的基因，而基因组 文库中含有该植物的全部基因 (3)RNA 大肠杆菌(或细菌) (4)金粉 钨粉 A 级 基础巩固 1．下列不属于获取目的基因的方法是( ) A．利用 DNA 连接酶复制目的基因 B．反转录法 C．从基因文库中获取目的基因 D．利用 PCR 技术扩增目的基因 解析：对目的基因(DNA 片段)进行复制需利用 DNA 聚合酶而不是 DNA 连接酶。 答案：A 2．下列关于基因表达载体构建的相关叙述，不正确的是( ) A．需要限制酶和 DNA 连接酶 B．必须在细胞内进行 C．抗生素抗性基因可作为标记基因 D．启动子位于目的基因的首端 解析：基因表达载体的构建是指目的基因与载体结合，在此过程 中需用同一种限制酶切割目的基因与载体，用 DNA 连接酶将互补的末 端连接起来；基因表达载体的构建是在细胞外进行的；基因表达载体 包括启动子(位于基因首端使转录开始)、终止子、目的基因和标记基因。 答案：B 3．下列不可能作为基因工程受体细胞的是( ) A．动物的受精卵细胞 B．人的神经细胞 C．大肠杆菌细胞 D．酵母菌细胞 解析：动植物的受精卵细胞均可作为基因工程的受体细胞，以培 育成转基因动植物；大肠杆菌细胞和酵母菌细胞是人们最常利用的受 体细胞，它们具有很强的繁殖能力，是生产某些药品的良好实验材料。 人的神经细胞高度分化，已失去分裂能力，不能作为基因工程的受体 细胞。 答案：B 4．基因工程的正确操作步骤是( ) ①目的基因与运载体相结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③检 测目的基因的表达 ④提取目的基因 A．③④②① B．②④①③ C．④①②③ D．③④①② 解析：基因工程的基本操作步骤主要包括四步： (1)目的基因的获取，即④提取目的基因。 (2)基因表达载体的构建，即①使目的基因与运载体结合。 (3)将目的基因导入受体细胞，即②。 (4)目的基因的检测与表达，即③检测目的基因的表达。 答案：C 5．某研究所的研究人员将生长激素基因通过质粒介导进入大肠杆 菌细胞内，来表达产生生长激素。已知质粒中存在两个抗性基因：A 是抗链霉素基因，B 是抗氨苄青霉素基因，且目的基因要插入到基因 B 中，而大肠杆菌不带有任何抗性基因。下列叙述正确的是( ) A．导入大肠杆菌的质粒一定为重组质粒 B．RNA 聚合酶是构建该重组质粒必需的工具酶 C．可用含氨苄青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质 粒 D．在含氨苄青霉素培养基中不能生长，但在含链霉素培养基中能 生长的可能是符合生产要求的大肠杆菌 解析：导入大肠杆菌的质粒可能为重组质粒，也可能为普通质粒， A 项错误；构建基因表达载体过程中需要限制酶和 DNA 连接酶，不需 要 RNA 聚合酶，B 项错误；由于目的基因要插入到基因 B 中，即抗氨 苄青霉素基因破坏，即工程菌不能抗氨苄青霉素，因此不能用含氨苄 青霉素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒，C 项错误；据 分析可知，在含氨苄青霉素培养基中不能生长，但在含链霉素培养基 中能生长的可能是符合生产要求的大肠杆菌，D 项正确。 答案：D B 级 能力训练 6．科学家通过基因工程，成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株—— 抗虫棉，其过程大致如图。 (1)基因工程的核心是__________________________________。 (2)上述过程中，将目的基因导入棉花细胞内使用了________法， 先要将目的基因插入农杆菌 Ti 质粒的________中，然后用该农杆菌感 染植株细胞，通过 DNA 重组将目的基因插入植株细胞的________上。 (3)目的基因在棉株体内能否成功转录，分子水平上可采用 ________方法检测。 (4)如果把该基因导入叶绿体 DNA 中，将来产生的卵细胞中 ________(填“一定”或“不一定”)含有抗虫基因。 解析：(1)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。 (2)将目的基因导入棉花细胞内使用了农杆菌转化法，先要将目的 基因插入农杆菌 Ti 质粒的 TDNA 中，然后用该农杆菌感染植株细胞， 通过 DNA 重组将目的基因插入植株细胞的染色体上。 (3)目的基因在棉株体内能否成功转录，从分子水平上检测可采用 分子杂交法。 (4)由于在产生配子的过程中，细胞质基因是随机分配的，因此产 生的配子中不一定含有抗虫基因。 答案：(1)基因表达载体的构建 (2)农杆菌转化 TDNA 染色体 (3)分子杂交 (4)不一定 [B 级 能力训练] 7．如图表示一项重要生物技术的关键步骤，X 是获得外源基因并 能够表达的细胞。下列说法不正确的是( ) A．X 是能合成胰岛素的细菌细胞 B．质粒通常有多个标记基因和多个限制酶切点 C．基因与运载体的重组只需要 DNA 连接酶 D．该细菌的性状被定向改造 解析：X 是含有胰岛素基因的细菌细胞分裂形成的，含有胰岛素 基因，因此能合成胰岛素，A 项正确；质粒通常有多个标记基因和多 个限制酶切点，这样便于目的基因的插入和筛选含有重组 DNA 的细 胞，B 项正确；基因与运载体的重组除了需要 DNA 连接酶，还需要限 制酶，C 项错误；基因工程能定向改造生物的性状，该细菌是采用基 因工程技术培育形成的，因此其性状已被定向改造，D 项正确。 答案：C 8．在基因工程操作技术中，为保证目的基因更好地导入受体细胞， 有时需要用 Ca2＋处理。下列有关叙述，正确的是( ) A．显微注射法中要用 Ca2＋处理动物受精卵 B．花粉管通道法中要用 Ca2＋处理植物体细胞 C．农杆菌转化法中要用 Ca2＋处理植物细胞 D．农杆菌转化法中要用 Ca2＋处理农杆菌细胞 解析：用 Ca2＋处理原核细胞，会增大细胞壁的通透性，使细胞处 于一种能吸收周围环境中 DNA 分子的生理状态，即感受态。在农杆菌 转化法中，需要把构建好的重组载体(重组 Ti 质粒)先导入原核细胞 ——农杆菌细胞中，此时需要用 Ca2＋处理，然后再把含重组 Ti 质粒的 农杆菌导入植物细胞。 答案：D 9．为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因 C(图 1)，拟将其与质粒(图 2)重组，再借助农杆菌导入菊花中。 下列操作与实验目的不符的是( ) A．用限制性核酸内切酶 EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒 B．用含 C 基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将 C 基因导入细胞 C．在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞 D．用 DNA 分子杂交方法检测 C 基因是否整合到菊花染色体上 解析：目的基因 C 和质粒都有可被 EcoRⅠ切割的酶切位点，另 外需要 DNA 连接酶将切好的目的基因和质粒连接起来，A 项正确；愈 伤组织全能性较高，是理想的植物受体细胞，将目的基因导入植物受 体细胞的方法通常为农杆菌转化法，B 项正确；质粒中含有潮霉素抗 性基因，因此选择培养基中应该加入潮霉素，C 项错误；使用 DNA 分 子杂交方法可检测目的基因是否整合到受体染色体上，D 项正确。 答案：C 10．已知甲种农作物因受到乙种昆虫危害而减产，乙种昆虫食用 某种原核生物分泌的丙种蛋白质后死亡。因此，可将丙种蛋白质基因 转入到甲种农作物体内，使甲种农作物获得抗乙种昆虫危害的能力。 回答下列问题： (1)为了获得丙种蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸序列的 基 础 上 ， 推 测 出 丙 种 蛋 白 质 的 ________ 序 列 ， 据 此 可 利 用 ________________方法合成目的基因。获得丙种蛋白质的基因还可用 ________和________方法。 (2)在利用上述丙种蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的过程 中，常需要使用________酶和________酶。 (3)将含有重组质粒的农杆菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛 选出含有丙种蛋白质的愈伤组织，由该愈伤组织培养成的再生植株可 抵抗________的危害。 (4)若用含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤 口，则该植株的种子________(填“含有”或“不含”)丙种蛋白质基 因。 解析：(1)为了获得丙中蛋白质的基因，在已知丙种蛋白质氨基酸 序列的基础上，推测出控制丙中蛋白质的基因的核苷酸序列，据此可 利用化学方法合成目的基因。获得丙中蛋白质的基因还可用基因文库、 PCR 方法。(2)在利用上述丙中蛋白质基因和质粒载体构建重组质粒的 过程中，常需使用限制酶和 DNA 连接酶。(3)将含有重组质粒的农杆 菌与甲种农作物的愈伤组织共培养，筛选出含有丙种蛋白质的愈伤组 织，由该愈伤组织培养成的再生植株可抵抗乙种昆虫的危害。(4)若用 含有重组质粒的农杆菌直接感染甲种农作物植株叶片伤口，则该植株 的种子不含丙种蛋白质基因，因为基因不能跨细胞转移。 答案：(1)基因的核苷酸 化学 基因文库 PCR (2)限制 DNA 连接 (3)乙种昆虫 (4)不含 11．农杆菌是一种在土壤中生活的微生物，能在自然条件下感染 植物，因而在植物基因工程中得到了广泛的运用。如图为农杆菌转化 法的示意图，试回答下列问题： (1)一般情况下农杆菌不能感染的植物是________，利用农杆菌自 然条件下感染植物的特点，能__________________________ ___________________________________________________。 具体原理是在农杆菌的 Ti 质粒上存在 TDNA 片段，它具有可转 移至受体细胞并整合到受体细胞________上的特点，因此只要将携带 外源基因的 DNA 片段插入到________(部位)即可。 (2)根据 TDNA 这一转移特点，推测该 DNA 片段上可能含有控制 ________(酶)合成的基因。 (3)图中 c 过程中，能促进农杆菌向植物细胞转移的物质是 ________类化合物。 (4)植物基因工程中将目的基因导入受体细胞时，除了农杆菌转化 法之外，还可采取_________________________________________ _______________________________________(至少写出两种)。 解析：(1)一般农杆菌不能感染单子叶植物，可感染双子叶植物和 裸子植物。利用其感染性，可将目的基因导入植物细胞。真正可转移 至受体细胞并整合到受体细胞染色体 DNA 上的是农杆菌的 TDNA 片 段，因此目的基因必须插入到该部位才能成功。(2)根据 TDNA 这一转 移特点，可以推测该 DNA 片段能控制合成 DNA 连接酶、限制酶，以 实现与双子叶植物细胞染色体 DNA 的整合。(3)植物细胞受伤后可产 生酚类物质，促进农杆菌向植物细胞转移。(4)植物基因工程中将目的 基因导入受体细胞时，除了农杆菌转化法之外，还有基因枪法和花粉 管通道法等。 答案：(1)单子叶植物 将目的基因导入植物细胞 染色体的 DNA TDNA 片段 (2)DNA 连接酶、限制酶 (3)酚 (4)基因枪法、花粉管 通道法 12．中国科学家成功将人肝再生增强因子(hALR)的基因导入羊的 乳腺上皮细胞中，再利用核移植技术培育出了转基因克隆羊，其乳汁 含有 hALR，请回答下列问题： (1)从人的肝细胞中获取所有 mRNA，并以此为模板反转录产生多 种 DNA 片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，该受体菌群体叫 作人的________文库，从该文库中获得 hALR 基因，这样获得的基因 与人的肝细胞中的 hALR 基因相比________(填“有”或“没有”)区 别。 (2)得到 hALR 基因后，若要较快地得到大量的 hALR 基因，一般 采 用 PCR 技 术 扩 增 ， 扩 增 过 程 包 括 ： 目 的 基 因 解 旋 为 单 链 、 ________________、在________酶作用下延伸，如此重复循环，如下 图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框 内标出另一条引物的位置及扩增方向。 (3)目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是转基因生物的 DNA 上是否_____________________________________________。 (4)人的 hALR 基因能够在羊乳腺细胞表达出相同的 hALR，说明 所有生物____________________________________________。 解析：(1)以 mRNA 为模板，通过逆转录方法产生多种 cDNA 片段， 与载体连接后储存在一个受体菌群中，该受体菌群体叫作 cDNA(部分 DNA)文库；从部分基因文库中获取的 DNA 没有启动子、内含子和终 止子等，因此这样获得的基因与人的肝细胞中的 hALR 基因相比有区 别。 (2)PCR 技术扩增过程包括：目的基因解旋为单链、引物与单链相 应互补序列结合、在热稳定 DNA 聚合酶作用下延伸，如此重复循环， 由于 DNA 分子的两条链是反向平行的，且延伸总是从 3′－5′，若图中 箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，则另一条引物的位置 及扩增方向。如图所示： (3)目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是转基因生物的 DNA 上是否插入了目的基因。 (4)由于生物共用一套遗传密码子，因此人的 hALR 基因能够在羊 乳腺细胞表达出相同的 hALR。 答案：(1)cDNA(部分 DNA) 有 (2)引物与单链相应互补序列结合 Taq(热稳定 DNA 聚合或 DNA 聚合) (3)插入了目的基因 (4)共用一套密码子 13．样品 DNA 经 PCR 技术扩增，可以获取大量 DNA 分子克隆。 在试管中进行 DNA 的人工复制（如图）。在很短的时间内，将 DNA 扩增几百万倍甚至几十亿倍，使试验室所需的遗产物质不再受限于活 的生物体。据图回答下列问题： (1)PCR 技术的原理是_________________________，图中 A 过程 表示________________________________。 (2)某样品 DNA 中共含 3 000 个碱基对，碱基数量满足：（A+T）: （G+C）=1:2，现欲得到 100 个与样品相同的 DNA，至少需要向试管 中加入________个腺嘌呤脱氧核苷酸。 (3)A 过程也称为 DNA 的变性，此过程在温度高达 90~95℃时才能 完成，说明 DNA 分子具有__________性。利用 PCR 技术获取目的基 因的前提是____________________________。 (4)由图中信息分析可知，催化 C 过程的酶是______________，它 与正常细胞里的酶的区别是______________________________。 解析：(1)PCR 技术是利用 DNA 双链半保留复制，将基因的核苷 酸序列不断地加以复制，使其数量呈指数形式增加。PCR 技术包含 DNA 受热变性解链、引物与单链相应互补序列结合、延伸三个过程。 （2）已知某 DNA 中（A+T）:(C+G)=1:2，则 A 共有 3 000×2× 6 1 =1 000 （个），故通过 PCR 技术得到 100 个相同的 DNA 共需要添加 A（1001） ×1 000=99 000（个）。(3)利用 PCR 技术获取目的基因的前提是要有一 段已知目的基因的核苷酸序列。以便根据这一序列合成引物。(4)催化 C过程的酶是热稳定DNA聚合酶，其与正常细胞里的酶相比能耐高温。 答案：（1）DNA 双链的半保留复制 DNA 解旋 （2）99 000 （3）热稳定 要有已知目的基因的核苷酸序列 （4）热稳定 DNA 聚合酶 能耐高温