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  • 2021-09-24 发布

2019-2020学年高中生物人教版必修2一课三测:第6章第2节 基因工程及其应用

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第 2 节 基因工程及其应用 记一记 知识图谱 判一判 1.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后,其 DNA 整合 到细菌 DNA 上的过程属于基因工程。(×) 2.限制酶只能用于切割目的基因。(×) 3.可用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸,进行构 建抗除草剂的转基因烟草。(×) 4.DNA 连接酶通过形成氢键能将两碱基连接起来。(×) 5.运载体的作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定 存在并表达。 (√) 6.基因工程中的工具酶有限制酶、DNA 连接酶及运载体。(×) 7.在所有的基因工程步骤中都涉及碱基互补配对。(×) 8.将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞,经组织培养可 获得抗病植株。(√) 悟一悟 1.区分工具酶与工具。 基因工程的工具酶有两种——限制酶和 DNA 连接酶;而工具 有三种,除上述两种工具酶外,还包括运载体。 2.区分与 DNA 有关的酶。 (1)参与基因工程的酶有限制酶和 DNA 连接酶。 (2)参与 DNA 复制的酶有 DNA 解旋酶、DNA 聚合酶等。 (3)参与 DNA 水解的酶是 DNA 酶。 3.(1)转基因抗虫植物不会受到害虫的侵害,仍会受到细菌、 真菌或病毒等病原体的侵害,种植过程中需要使用一定量的农药。 (2)转基因抗虫植物与转基因抗病植物不同,植物病症一般是 由细菌或真菌引起的。 感悟体会: 练一练 1.[2019·云南学业水平测试]下列不属于基因工程最基本的工 具是( ) A.基因的“剪刀” B.基因的运载体 C.基因的“针线” D.目的基因 答案:D 2.在基因工程中常作为基因运载体的是( ) A.质粒、线粒体、噬菌体 B.染色体、叶绿体、线粒体 C.质粒、噬菌体、动植物病毒 D.细菌、噬菌体、动植物病毒 解析:质粒、噬菌体和动植物病毒是基因工程中常用的运载 体。 答案:C 3.下列关于基因工程的叙述中,正确的是( ) A.基因工程是细胞水平上的生物工程 B.基因工程的原理属于基因突变 C.基因工程育种的优点之一是目的性强 D.基因工程的产物对人类都是有益的 解析:基因工程是分子水平上的生物工程,A 错误;基因工 程的原理属于基因重组,B 错误;基因工程是按人们的意愿定向 改造生物的性状,因此基因工程育种的优点之一是目的性强,C 正确;基因工程的产物对人类不一定都是有益的,也可能会产生 食品安全问题、生物安全问题和环境安全问题等,D 错误。 答案:C 4.基因工程的操作步骤包括以下几步,正确的操作顺序是 ( ) ①目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③目的基因的检测与鉴定 ④提取目的基因 A.④①②③ B.②④①③ C.③②④① D.③④①② 解析:基因工程的操作步骤:提取目的基因、目的基因与运 载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。 答案:A 知识点一 基因工程的原理 1.基因工程技术引起的生物变异属于( ) A.染色体变异 B.基因突变 C.基因重组 D.不遗传的变异 解析:基因工程又称基因拼接技术或 DNA 重组技术,引起的 生物变异属于基因重组。 答案:C 2.下图为 DNA 分子的某一片段,其中①②③分别表示某种 酶的作用部位,则相应的酶依次为( ) A.DNA 连接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、DNA 连接酶 C.限制酶、DNA 连接酶、解旋酶 D.解旋酶、限制酶、DNA 连接酶 解析:①处是碱基对之间的氢键,对此处起作用的酶是解旋 酶;②处是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键,对此处起作用的 酶是限制酶;③处也表示磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键,该 处表示将断开的键连接起来,故对此处起作用的酶是 DNA 连接 酶。 答案:D 知识点二 基因工程的操作应用及安全性 3.下列关于基因表达载体的构建描述错误的是( ) A.基因表达载体的构建是基因工程的核心 B.基因表达载体中应包括目的基因、标记基因等部分 C.目的基因主要是指编码蛋白质的结构基因 D.构建的基因表达载体都是相同的 解析:基因表达载体可使目的基因在受体细胞中稳定存在, 并且可以在下一代表达和发挥作用,是基因工程的核心,A 正确; 基因表达载体中应含有目的基因和标记基因,B 正确;该过程目 的基因主要指编码蛋白质的结构基因,也可以是一些具有调控作 用的因子,C 正确;由于受体细胞有植物、动物和微生物之分, 以及目的基因导入受体细胞的方法不同,因此基因表达载体的构 建是不完全相同的,D 错误。 答案:D 综合考查基因工程 4.利用某目的基因(图甲)和 P1 噬菌体(图乙)构建重组 DNA。3 种酶(BglⅡ、EcoR Ⅰ和 Sau3A Ⅰ)在目的基因所在片段与 P1 噬菌 体上的切点均如图中箭头所示。下列分析错误的是( ) A.构建重组 DNA 时,可用 Bgl Ⅱ和 Sau3A Ⅰ切割目的基因 所在片段和 P1 噬菌体 B.构建重组 DNA 时,可用 EcoR Ⅰ和 Sau3A Ⅰ切割目的基 因所在片段和 P1 噬菌体 C.图乙中的 P1 噬菌体只用 EcoR Ⅰ切割后,含有 2 个游离 的磷酸基团 D.用 EcoR Ⅰ切割目的基因所在片段和 P1 噬菌体,再用 DNA 连接酶连接,只能产生一种重组 DNA 解析:由题图可知,Bgl Ⅱ、Sau3A Ⅰ及 EcoR Ⅰ三种酶在目 的基因所在片段和 P1 噬菌体上都有切点,故可用 Bgl Ⅱ和 Sau3A Ⅰ或 EcoR Ⅰ和 Sau3A Ⅰ切割目的基因所在片段和 P1 噬菌体;从 图乙知 P1 噬菌体为环状 DNA,只用 EcoR Ⅰ切割后产生两条反向 双螺旋链状 DNA,有 2 个游离的磷酸基团;用 EcoR Ⅰ切割目的 基因所在片段和 P1 噬菌体载体,再用 DNA 连接酶连接,能产生 不止一种重组 DNA。 答案:D 基础达标 一、选择题(每小题 5 分,共 60 分) 1.下列关于 DNA 连接酶的作用叙述正确的是( ) A.可将单个核苷酸加到某个 DNA 片段末端,形成磷酸二酯 键 B.可将断开的两个 DNA 片段的骨架连接起来,重新形成磷 酸二酯键 C.连接两条 DNA 链上碱基之间的氢键 D.只能将双链 DNA 片段互补的末端连接起来,而不能连接 任意两个 DNA 片段 解析:DNA 连接酶只能对双链 DNA 片段互补的末端通过重 新形成磷酸二酯键连接起来,而不能连接任意两个 DNA 片段。 答案:D 2.下列关于基因工程安全性的说法中不正确的是( ) A.转基因作物的基因可通过花粉扩散到它的近亲作物上,可 能出现对农业不利的“超级植物” B.杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因,可能破坏生态系统 的稳定性 C.转基因食品的成分中含新的蛋白质时,这些异种蛋白有可 能引起人食物过敏 D.转基因必须在人为控制下才能完成,自然条件下基因污染 是不增殖和不扩散的 解析:基因工程引起的基因污染,是可以增殖和扩散的。答 案:D 3.科学家已能运用基因工程技术,让奶牛合成并分泌人的抗 体。下列叙述正确的是( ) ①该技术将导致定向变异 ②DNA 连接酶将目的基因与运载 体黏性末端的碱基对连接起来 ③蛋白质的氨基酸序列可为合成 目的基因提供资料 ④受精卵是理想的受体 A.①②③④ B.①②④ C.②③④ D.①③④ 解析:转基因导致的变异属于定向变异。DNA 连接酶连接的 是目的基因和运载体末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键, 而不是碱基对之间的氢键。获取目的基因的方法之一是根据蛋白 质的氨基酸序列推测出核苷酸序列,并通过化学方法人工合成。 基因工程中,对于动物来说,常采用受精卵作为受体。 答案:D 4.下列不属于利用基因工程技术制取药物的是( ) A.从大肠杆菌体内获取白细胞介素 B.从酵母菌体内获得干扰素 C.从青霉菌体内获取青霉素 D.从大肠杆菌体内获取胰岛素 解析:基因工程是使外源基因在受体细胞中表达目的基因产 品的技术,A、B、D 均为外源基因的表达。而青霉菌产生青霉素 是一种正常基因的正常表达,故青霉菌产生的青霉素不属于基因 工程药品。 答案:C 5.科学家在某种植物中找到了抗枯萎的基因,并以质粒为运 载体,采用转基因方法培育了抗枯萎病的金茶花新品种。下列有 关说法正确的是( ) A.基因工程育种只能在同种生物中进行 B.质粒是能自我复制的小型细胞器,因此适合作为运载体 C.抗枯萎基因最终整合到植物的染色体组中,该技术应用的 原理是染色体变异 D.通过该方法获得的抗病金茶花,将来产生的配子不一定含 抗病基因 解析:传统育种只能在同种生物中进行,基因工程育种可以 将一种生物的基因连接到另一种生物的基因上;质粒是能自我复 制的小型环状的 DNA 分子,不是细胞器;抗枯萎基因最终整合到 植物的染色体组中,该技术属于基因工程技术,应用的原理是基 因重组;抗枯萎基因可能只整合到一对同源染色体中的一条染色 体上,相当于杂合子,因此通过该方法获得的抗病金茶花,将来 产生的配子中不一定含抗病基因。 答案:D 6.科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质 粒 DNA 分子重组,并且在大肠杆菌体内成功表达。图中 a 处为胰 岛素基因与大肠杆菌质粒 DNA 结合的位置,它们彼此能结合的依 据是( ) A.基因自由组合定律 B.半保留复制原则 C.基因分离定律 D.碱基互补配对原则 解析:用限制酶切割人的 DNA 分子,获得胰岛素基因,用同 一种限制酶切割质粒,使它产生相同的黏性末端,它们通过碱基 互补配对形成重组 DNA 分子。 答案:D 7.某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂, 积累于茎叶中,让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而 死亡。下列就该玉米对人类安全性的评论中,不符合生物学原理 的是( ) A.不安全。这种玉米的果实(种子)中也可能含有蛋白酶抑制 剂,使人食用后因无法消化食物而患病 B.不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链进入人 体细胞内,使人体无法消化食物而患病 C.安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异,玉米的蛋白 酶抑制剂对人体很可能无影响 D.安全。人类通常食用煮熟的玉米食品,玉米的蛋白酶抑制 剂已被高温破坏,不会影响人的消化 解析:基因是有遗传效应的 DNA 片段,属于大分子有机物, 外源基因进入动物和人体的消化道后会被消化成小分子物质,不 能直接进入动物和人体细胞内,更谈不上通过食物链富集并在细 胞内表达。 答案:B 8.下面关于基因工程应用的说法错误的是( ) A.抗虫基因作物的使用有利于降低生产成本,减少农药对环 境的污染 B.基因工程生产药品具有高效率、低成本的特点 C.转基因食品都经过严格实验,安全性是毋庸置疑的 D.把外源基因转入叶绿体 DNA 中有助于防止基因污染 解析:抗虫基因作物的使用,减少了农药的使用,降低了生 产成本,同时减少了对环境的污染;利用基因工程的方法能够高 效率地生产出高质量、低成本的药品;转基因食品虽然都经过严 格实验,但是可能出现滞后效应或出现新的过敏原;把外源基因 转入叶绿体 DNA 中,有助于防止花粉传播引起的基因污染。 答案:C 9.如图表示 DNA 分子在不同酶的作用下发生的变化,下列 选项中依次表示限制性核酸内切酶、DNA 聚合酶、DNA 连接酶、 解旋酶作用图解的正确顺序是( ) A.①②③④ B.①②④③ C.①④②③ D.①④③② 解析:①是切割 DNA 分子形成两个黏性末端的过程,需要限 制性核酸内切酶;②是将两个 DNA 片段的黏性末端连接起来的过 程,需要 DNA 连接酶;③是 DNA 分子解旋的过程,需要解旋酶; ④是 DNA 复制的过程,需要 DNA 聚合酶。 答案:C 10.下列有关基因工程的叙述,不正确的是( ) A.基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA 连接酶 B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 C.利用基因工程技术,可以定向地改造生物的遗传性状 D.基因工程的实质是基因重组 解析:基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA 连接酶。一 种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,而并非所有的限制酶 只能识别同一种核苷酸序列。基因工程的实质是基因重组。利用 基因工程技术,可以定向改造生物的遗传性状,获得人类需要的 基因产物或生物新品种。 答案:B 11.如图表示一项重要的生物技术,对图中物质 a、b、c、d 的描述,正确的是( ) A.a 具有多个标记基因和多个限制酶切点,最为常用的是噬 菌体 B.要获得相同的黏性末端,通常用同种 b 切割 a 和 d C.c 连接双链间的氢键,使黏性末端处碱基互补配对 D.重组 DNA 导入受体细胞中即可表达 解析:在基因工程中,最常用的运载体是质粒,其上有标记 基因和限制酶切点,A 错误;通常使用同种限制酶切割目的基因 和运载体,以获得相同的黏性末端,B 正确;c 为 DNA 连接酶, 其作用是使两个 DNA 片段之间形成磷酸二酯键,C 错误;重组 DNA 导入受体细胞后,有可能表达,也可能不表达,需要检测和 鉴定,D 错误。 答案:B 12.如图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程, 下列相关叙述不正确的是( ) A.通过①过程形成重组质粒只需要两种工具 B.②是重组质粒导入受体细胞的过程 C.通过③过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素 基因 D.通过④⑤过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果 解析:①是目的基因与运载体结合的过程,既需要限制酶和 DNA 连接酶,也需要基因的运载体。 答案:A 二、非选择题(每小题 20 分,共 40 分) 13. 豇豆对多种害虫具有抵抗能力的根本原因是豇豆体内具有胰 蛋白酶抑制剂基因(CpT Ⅰ基因)。科学家将 CpT Ⅰ基因转移到水 稻体内后,却发现效果不理想,造成这种现象的主要原因是 CpT Ⅰ 蛋白质的积累量不足。在体外对 CpT Ⅰ基因进行修饰后再转入水 稻体内,CpT Ⅰ蛋白质在水稻中的积累量得到了提高。其修饰和 表达过程如图所示。 请根据以上材料,回答下列问题。 (1)CpT Ⅰ基因是该基因工程中的________基因,“信号肽” 序列及“内质网滞留信号”序列的基本组成单位是________。在 ①过程中,要使用________酶切开,暴露出________,再用 ________酶连接。 (2)在该基因工程中,供体是________,受体是________。 (3)② 过 程 称 为 ________________________________________________________ ________________。 (4)检测修饰后的 CpT Ⅰ基因是否表达的最好方法是 ____________________________________________________ ____________________。 解析:(1)因科学家是将 CpT Ⅰ基因转移到水稻体内,故 CpT Ⅰ基因为目的基因;“信号肽”序列和“内质网滞留信号”序列 均由脱氧核苷酸组成;因①过程涉及暴露黏性末端,又涉及 DNA 分子重组,故在①过程中先用到限制性核酸内切酶,后用到 DNA 连接酶。(2)在该基因工程中,供体是豇豆细胞,受体是水稻细胞。 (3)因为修饰后的 CpT Ⅰ基因在水稻体内先形成 A,然后再由 A 直 接控制 CpT Ⅰ蛋白质的合成,故②过程为转录。(4)因 CpT Ⅰ蛋白 质对多种害虫具有杀伤力,故检测修饰后的 CpT Ⅰ基因是否表达 的最好办法是让多种害虫食用水稻叶片,观察抗虫效果。 答案:(1)目的 脱氧核苷酸 限制性核酸内切 黏性末端 DNA 连接 (2)豇豆细胞 水稻细胞 (3)转录 (4)让多种农业害虫食用水稻叶片,观察抗虫效果 能力达标 14.为了解基因结构,通常选取一特定长度的线性 DNA 分子, 先用一种限制酶切割,通过电泳技术将单酶水解片段分离,计算 其相对大小;然后再用另一种酶对单酶水解片段再进行降解,分 析其片段大小。下表是某小组进行的相关实验。(bp 表示碱基对) (1)该实验设计主要体现了________原则。 (2)由实验可知,在这段已知序列上,A 酶与 B 酶的识别位点 分别为________个和________个。 (3)根据表中数据,请绘出相应限制酶的酶切位点并注明相关 片段的大小。 (4)已知 BamH Ⅰ与 Bgl Ⅱ的识别序列及切割位点如图所示。 用这两种酶和 DNA 连接酶对一段含有数个 BamH Ⅰ和 Bgl Ⅱ 识别序列的 DNA 分子进行反复地切割、连接操作,若干循环后 AGATCC//TCTAGG 和________序列明显增多。 解析:(1)从题干中提供的信息可以看出,该实验设计主要体 现了对照(单一变量)原则。(2)从表中数据可以看出,已知 DNA 片 段经 A 酶切割后形成 4 个片段,由此可以推测出该线性 DNA 分 子中有 3 个可被 A 酶识别的位点;经 B 酶切割后形成 3 个片段, 由此说明该 DNA 分子中有 2 个可被 B 酶识别的位点。(3)可根据 表中片段的大小来确定 A 酶和 B 酶在该线性 DNA 上的酶切位点。 (4)从题图中可看出两种限制酶的切割位点及它们切割后形成的黏 性末端。比较二者的黏性末端可以发现它们有相同的一部分碱基 序列,再根据已给出的 DNA 片段(AGATCC//TCTAGG),可进一 步 推 知 所 形 成 的 另 一 种 明 显 增 多 的 DNA 片 段 的 序 列 为 GGATCT//CCTAGA。 答案:(1)对照(单一变量) (2)3 2 (3)如图所示 (4)GGATCT//CCTAGA

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