2020秋高中生物人教版选修3达标训练：专题11-2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