人教版生物高中选修3课时素养评价1-3基因工程的应用

课时素养评价三基因工程的应用(45分钟100分)一、选择题(共4小题,每小题5分,共20分)1.有关基因工程的成果及应用的说法不正确的是 ()①用基因工程方法能培育抗虫植物和抗病毒植物②基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育体型巨大、品质优良的动物③目前基因治疗已广泛应用于临床实践④基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物A.①②B.③④C.②③D.②④【解析】选C。用基因工程方法能培育抗虫植物和抗病毒植物,①正确;基因工程在畜牧业上应用的主要目的是提高动物生长速度、改善畜产品品质、生产药物等,而不是为了培育体型巨大的个体,②错误;目前,基因治疗处于初期临床试验阶段,③错误;基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物,④正确。2.利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示,下列叙述正确的是 ()A.过程①需使用的原料是四种核糖核苷酸B.过程②需使用解旋酶和PCR获取目的基因C.过程③使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备D.过程④可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞【解析】选D。过程①是以mRNA为模板合成DNA的过程,即逆转录过程,需要使用的原料是四种游离的脱氧核苷酸,A项错误;过程②表示利用PCR技术,扩增目的基因,在此过程中,不需要解旋酶,是通过控制温度来达到解旋的目的,B项错误;利用CaCl2处理大肠杆菌,使之成为感受态细胞,C项错误;检测目的基因是否成功导入受体细胞的DNA上,可以采用DNA分子杂交技术,D项正确。3.基因疫苗由病毒核酸的一段无毒序列制成,由编码能引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成。下列叙述错误的是 ()A.被导入细胞后,能与宿主染色体整合B.接种后若感染此病原微生物,则体内记忆细胞会产生大量抗体C.基因疫苗引起免疫反应前必须经过转录和翻译的过程D.将疫苗基因转移到植物细胞内,可以生产可食用疫苗【解析】选B。病毒感染宿主细胞后,其基因可以高效地整合到宿主染色体中,因此可以在宿主细胞内持续稳定地表达外源基因,A项正确;接种疫苗后人体产生针对该病原体的特异性免疫,若感染此病原微生物,则体内记忆细胞会迅速增殖分化成浆细胞,浆细胞产生大量抗体,B项错误;疫苗中的病毒基因片段能编码引起保护性免疫反应的病原体抗原,其化学本质是蛋白质,所以基因疫苗引起免疫反应前经过转录和翻译的过程,C项正确;将疫苗基因转移到水果和西红柿等植物细胞内,可以生产可食用疫苗,D项正确。4.基因编辑是对生物体基因组特定目标DNA单链进行修饰的一种基因工程技术。该技术的实施离不开Cas9的酶和向导RNA(gRNA),gRNA能将Cas9引导到特定的DNA序列上进行切割。下列有关叙述错误的是 ()A.Cas9发挥切割作用要受温度、pH的影响B.Cas9能切断磷酸和脱氧核糖之间的连接C.编辑不同基因所选用的gRNA碱基序列相同D.gRNA通过与DNA进行碱基互补配对发挥作用【解析】选C。酶的活性受温度、pH的影响,所以Cas9发挥切割作用要受温度、pH的影响,A正确;限制酶的作用部位是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键,Cas9能切断磷酸和脱氧核糖之间的连接,B正确;一般来说,在使用基因编辑工具对不同基因进行编辑时,应使用Cas9和不同的向导RNA进行基因的相关编辑,C错误;向导RNA中的识别序列可与目标DNA单链特定区域进行碱基互补配对,D正确。二、非选择题(共6小题,共80分)5.(10分)(2020·福州高二检测)为探究SHH基因与角化囊肿发生的相关性,科研人员利用SHH基因的非模板链转录合成的RNA作为探针,进行分子杂交实验,以检测SHH基因在角化囊肿中的表达情况。其基本流程如图(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因;LacZ基因被SHH基因插入后不表达)。请回答:(1)重组载体中SHH基因转录合成RNA探针时,(填“需要”或“不需要”)启动子。

(2)步骤②中,用Ca2+处理大肠杆菌,使之成为细胞,然后导入重组载体。实验中,用添加氨苄青霉素的培养基培养大肠杆菌,未导入质粒的细菌将会死亡,原因是这些细菌不含有基因。

(3)能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成蓝色菌落,易于识别。根据上述原理可以初步判断(填“蓝色”或“白色”)菌落中的大肠杆菌为重组菌。

(4)将制备的探针加入角化囊肿切片中,探针将与形成杂交带,进而判断SHH基因的转录情况。

【解析】(1)启动子是RNA聚合酶的识别位点,任何基因的表达(转录)均需要启动子。(2)大肠杆菌细胞用Ca2+处理后就成为感受态细胞;能在添加氨苄青霉素的培养基上生存的细菌含有氨苄青霉素抗性基因,没有氨苄青霉素抗性基因的细菌将会死亡。(3)能表达LacZ基因的大肠杆菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成蓝色菌落,而重组菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表达,重组菌在含有IPTG和Xgal的培养基上会形成白色菌落。(4)判断SHH基因的转录情况,也就是判断SHH基因是否转录出mRNA。答案:(1)需要(2)感受态Ampr(或氨苄青霉素抗性或抗性)(3)白色(4)SHH转录的mRNA(只写mRNA不对)6.(10分)(2020·莆田高二检测)基因表达载体的构建是基因工程的核心。图1为限制酶EcoRⅠ的识别序列,图2表示目的基因及限制酶切点,图3表示目的基因上的DNA片段,图4表示质粒。请回答下列问题:(1)若用图1所示的限制酶EcoRⅠ切割外源DNA,就其特异性而言,切开的是之间相连的化学键。

(2)图3为目的基因中的某一片段,下列有关叙述正确的是(多选)。

A.若图中的ACT能决定一个氨基酸,则ACT可称为一个密码子B.DNA聚合酶和DNA连接酶都可作用于②处,解旋酶作用于①处C.若只用这个片段中的3个碱基对,排列出的DNA片段有64种D.就游离的磷酸基而言,该片段与重组质粒相比多了2个游离的磷酸基(3)若利用PCR技术扩增目的基因的数量,由图2可知,A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取作为引物(DNA复制子链的延伸方向为5′→3′)。该DNA分子在PCR仪中经过4次循环后会产生等长的目的基因片段个。

(4)为了使目的基因和质粒定向连接并且有利于受体细胞的筛选,提高重组效率,应该选择的限制酶是。

(5)如果大肠杆菌是受体细胞,则其体内应不含基因,以利于筛选出含重组质粒的受体菌。

【解析】(1)DNA分子的一条多核苷酸链中,两个脱氧核苷酸之间以磷酸基团和五碳糖相连。由题目可知,EcoRⅠ识别的DNA序列只有G和A,故切开的是鸟嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸之间相连的化学键。(2)密码子是mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基,若图中的ACT能决定一个氨基酸,则其对应的密码子是UGA,A错误;DNA聚合酶和DNA连接酶都可作用于②磷酸二酯键处,解旋酶作用于①氢键处,B正确;若只用这片段中的3个碱基对,可以排列出3×2×1=6种片段,C错误;就游离的磷酸基而言,该片段有2个游离的磷酸基,而重组质粒不含游离的磷酸基,因此该片段与重组质粒相比多了2个游离的磷酸基,D正确。故选B、D。(3)若利用PCR技术扩增目的基因的数量,由图2可知,DNA复制只能从5′到3′,因此构建前利用PCR技术扩增目的基因时,A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取B和C作为引物。该DNA分子在PCR仪中经过4次循环后会产生基因片段16个,其中等长的目的基因片段8个。(4)为了使目的基因和质粒定向连接并且有利于受体细胞的筛选,提高重组效率,四环素抗性基因没有被破坏,应该选择的限制酶是PstⅠ、EcoRⅠ。(5)如果大肠杆菌是受体细胞,则其体内应不含抗四环素基因,以利于筛选出含重组质粒的受体菌。答案:(1)鸟嘌呤脱氧核苷酸和腺嘌呤脱氧核苷酸(2)B、D(3)B和C8(4)PstⅠ、EcoRⅠ(5)抗四环素7.(10分)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列问题:(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和。

(2)①过程需要的酶有、。

(3)如果受体细胞C1是土壤农杆菌,则将目的基因导入它的上,使目的基因进入受体细胞C2,并将其插入受体细胞C2中上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣,经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达,在分子水平上可用法进行检测,如果出现杂交带,说明目的基因已经表达蛋白质产品,转基因莴苣培育成功。

(4)基因工程的应用除了以上之外还有很多,如用转基因动物作器官移植的供体,其主要优点是避免反应。

【解题关键】解答本题需关注以下两点:(1)图示信息:过程①表示基因表达载体的构建;“受体细胞C1”表示土壤农杆菌细胞;“受体细胞C2(2)关键信息:将目的基因导入植物受体细胞最常用的方法是土壤农杆菌转化法。【解析】(1)目的基因的获取可采取直接分离的方法,也可以采用人工方法合成,人工合成目的基因的常用方法有反转录法和化学合成法。(2)提取目的基因需限制酶,将目的基因与载体结合需DNA连接酶,故①过程需要的酶有限制酶和DNA连接酶。(3)将目的基因导入植物受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法,将目的基因导入它的Ti质粒的TDNA上,使目的基因进入受体细胞C2,并将其插入受体细胞C2中染色体DNA上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,形成转基因莴苣。检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。(4)基因工程的应用还有很多,如用转基因动物作器官移植的供体,其主要优点是避免免疫排斥反应。答案:(1)(用反转录等方法进行)人工合成(2)限制酶DNA连接酶(3)Ti质粒的TDNA染色体DNA抗原—抗体杂交(4)免疫排斥8.(16分)(2018·天津高考)甲型流感病毒为RNA病毒,易引起流感大规模流行。我国科学家在2017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环节如下。(1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒RNA为模板,逆转录成对应DNA后,利用技术扩增,并将其中某些基因(不包括表面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的,因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。

(2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊tRNA的基因,其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的进行分子杂交鉴定,筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞。

(3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,并在补加的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。特殊tRNA基因转录时,识别其启动子的酶是(单选)。

A.病毒的DNA聚合酶B.宿主的DNA聚合酶C.病毒的RNA聚合酶D.宿主的RNA聚合酶(4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具有侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起免疫,增强免疫保护效果。

【解析】本题考查基因工程中目的基因的扩增、将目的基因导入受体细胞等知识。(1)PCR技术是扩增目的基因的有效手段;根据题意,若个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列,则翻译提前终止,故不能合成完整长度的多肽(或蛋白质),不能形成子代病毒。(2)目的基因需要跟载体结合才能导入宿主细胞;取目的基因的单链制成分子探针,提取宿主细胞内的总RNA,若该基因成功表达,则能与探针通过碱基配对形成杂交区域,从而进行分子水平的判断。(3)读题可知,(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,需要在培养基中补充非天然氨基酸(Uaa)才能翻译出改造病毒基因的完整蛋白;特殊tRNA基因转录时,识别启动子,启动转录过程的是宿主的RNA聚合酶。(4)上述子代病毒能侵染宿主细胞,与不具有侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起细胞免疫。答案:(1)PCR多肽(或蛋白质)(2)载体总RNA(3)非天然氨基酸(Uaa)D(4)细胞9.(16分)基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞,以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病,以达到治疗的目的。干扰素基因缺失的小鼠不能产生成熟淋巴细胞,科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对干扰素基因缺失的小鼠进行了基因治疗,请回答:(1)为使干扰素基因在小鼠细胞中高效表达,需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入基因表达载体的和之间。

(2)将干扰素基因导入ES细胞的方法是,采用技术可以鉴定目的基因是否插入受体细胞染色体DNA分子上,再将能正常表达干扰素的细胞转入小鼠体内,这种治疗方法称为。导入ES细胞而不是导入上皮细胞是因为ES细胞在功能上具有。

(3)干扰素基因缺失的小鼠易患某种细菌导致的肺炎,引起这种现象的原因是小鼠缺少成熟的淋巴细胞,降低了小鼠免疫系统的功能。

(4)用于基因治疗的基因有三类,一类是把正常基因导入有基因缺陷的细胞中,以表达出正常性状来治疗,第二类是反义基因,即通过产生的mRNA分子与病变基因产生的进行互补结合,来阻断非正常蛋白质的合成;第三类是编码可以杀死癌细胞的蛋白酶基因。

【解析】(1)基因表达载体包括启动子、终止子、目的基因和标记基因。启动子位于目的基因的首端,终止子位于目的基因的尾端。因此,为使干扰素基因在小鼠细胞中高效表达,需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入基因表达载体的启动子和终止子之间。(2)在基因工程中,受体细胞是动物细胞,因此将干扰素基因导入ES细胞的方法是显微注射技术。检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因的方法是DNA分子杂交技术;将能正常表达干扰素的细胞转入小鼠体内,这种治疗方法称为体外基因治疗;ES细胞在功能上具有发育的全能性。(3)小鼠缺少成熟的淋巴细胞,降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)反义基因,即通过产生的mRNA分子,与病变基因产生的mRNA进行互补,来阻止合成非正常蛋白质。答案:(1)启动子终止子(2)显微注射技术DNA分子杂交体外基因治疗发育的全能性(3)防卫(4)mRNA10.(18分)(2020·天津高二检测)铝在土壤中常以铝酸盐的形式存在,可造成土壤酸化而影响植物生长。铝能抑制植物根尖细胞的分裂,破坏根组织。某植物甲的根毛细胞的细胞膜上存在苹果酸通道蛋白(ALMT),该通道蛋白能将苹果酸转运到细胞外来缓解铝毒。可将控制ALMT的基因导入不耐铝的植物中,最终获得耐铝植物。请回答下列问题:(1)下表是运载体上出现的几种限制酶的识别序列及切割位点。用表中的限制酶切割DNA后能形成相同黏性末端的是。

限制酶EcoRⅠBamHⅠHindⅢXhoⅠNdeⅠSalⅠ识别序列和切割位点G↓AATTCG↓GATCCA↓AGCTTC↓TCGAGCA↓TATGG↓TCGAC(2)欲获得ALMT基因的cDNA,科研人员从细胞中获取总mRNA,在相应酶作用下获得多种cDNA,再利用ALMT基因制作出特异性,通过PCR方法得到ALMT基因的cDNA。

(3)启动子是识别并结合的位点,能调控目的基因的表达。ALMT基因的启动子有两种类型,其中α启动子能使ALMT基因在酸性土壤的诱导下表达,β启动子能使ALMT基因高效表达而无须酸性诱导。在获得转ALMT基因耐铝植物时应使用启动子,不使用另外一种启动子的原因是

。

(4)科研人员采用农杆菌转化法,首先将ALMT基因导入植物细胞并整合到受体细胞染色体的DNA上,再通过技术成功获得了耐铝植株。若将一株耐铝植株与普通植株杂交,得到的后代中耐铝植株∶普通植株约为3∶1,则可判断这株耐铝植株细胞至少转入了个ALMT基因,转入的基因在染色体上的位置关系是;若使这株耐铝植株自交,后代中耐铝植株∶普通植株约为。

【解析】(1)