人教版生物高中選修3課時素養(yǎng)評價1-3基因工程的應(yīng)用

課時素養(yǎng)評價三基因工程的應(yīng)用(45分鐘100分)一、選擇題(共4小題,每小題5分,共20分)1.有關(guān)基因工程的成果及應(yīng)用的說法不正確的是 ()①用基因工程方法能培育抗蟲植物和抗病毒植物②基因工程在畜牧業(yè)上應(yīng)用的主要目的是培育體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動物③目前基因治療已廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐④基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗逆性的農(nóng)作物A.①②B.③④C.②③D.②④【解析】選C。用基因工程方法能培育抗蟲植物和抗病毒植物,①正確;基因工程在畜牧業(yè)上應(yīng)用的主要目的是提高動物生長速度、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)藥物等,而不是為了培育體型巨大的個體,②錯誤;目前,基因治療處于初期臨床試驗階段,③錯誤;基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗逆性的農(nóng)作物,④正確。2.利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶(CarE)制劑的流程如圖所示,下列敘述正確的是 ()A.過程①需使用的原料是四種核糖核苷酸B.過程②需使用解旋酶和PCR獲取目的基因C.過程③使用的感受態(tài)細(xì)胞可用NaCl溶液制備D.過程④可利用DNA分子雜交鑒定目的基因是否已導(dǎo)入受體細(xì)胞【解析】選D。過程①是以mRNA為模板合成DNA的過程,即逆轉(zhuǎn)錄過程,需要使用的原料是四種游離的脫氧核苷酸,A項錯誤;過程②表示利用PCR技術(shù),擴(kuò)增目的基因,在此過程中,不需要解旋酶,是通過控制溫度來達(dá)到解旋的目的,B項錯誤;利用CaCl2處理大腸桿菌,使之成為感受態(tài)細(xì)胞,C項錯誤;檢測目的基因是否成功導(dǎo)入受體細(xì)胞的DNA上,可以采用DNA分子雜交技術(shù),D項正確。3.基因疫苗由病毒核酸的一段無毒序列制成,由編碼能引起保護(hù)性免疫反應(yīng)的病原體抗原的基因片段和載體構(gòu)建而成。下列敘述錯誤的是 ()A.被導(dǎo)入細(xì)胞后,能與宿主染色體整合B.接種后若感染此病原微生物,則體內(nèi)記憶細(xì)胞會產(chǎn)生大量抗體C.基因疫苗引起免疫反應(yīng)前必須經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程D.將疫苗基因轉(zhuǎn)移到植物細(xì)胞內(nèi),可以生產(chǎn)可食用疫苗【解析】選B。病毒感染宿主細(xì)胞后,其基因可以高效地整合到宿主染色體中,因此可以在宿主細(xì)胞內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定地表達(dá)外源基因,A項正確;接種疫苗后人體產(chǎn)生針對該病原體的特異性免疫,若感染此病原微生物,則體內(nèi)記憶細(xì)胞會迅速增殖分化成漿細(xì)胞,漿細(xì)胞產(chǎn)生大量抗體,B項錯誤;疫苗中的病毒基因片段能編碼引起保護(hù)性免疫反應(yīng)的病原體抗原,其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),所以基因疫苗引起免疫反應(yīng)前經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程,C項正確;將疫苗基因轉(zhuǎn)移到水果和西紅柿等植物細(xì)胞內(nèi),可以生產(chǎn)可食用疫苗,D項正確。4.基因編輯是對生物體基因組特定目標(biāo)DNA單鏈進(jìn)行修飾的一種基因工程技術(shù)。該技術(shù)的實(shí)施離不開Cas9的酶和向?qū)NA(gRNA),gRNA能將Cas9引導(dǎo)到特定的DNA序列上進(jìn)行切割。下列有關(guān)敘述錯誤的是 ()A.Cas9發(fā)揮切割作用要受溫度、pH的影響B(tài).Cas9能切斷磷酸和脫氧核糖之間的連接C.編輯不同基因所選用的gRNA堿基序列相同D.gRNA通過與DNA進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對發(fā)揮作用【解析】選C。酶的活性受溫度、pH的影響,所以Cas9發(fā)揮切割作用要受溫度、pH的影響,A正確;限制酶的作用部位是磷酸和脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵,Cas9能切斷磷酸和脫氧核糖之間的連接,B正確;一般來說,在使用基因編輯工具對不同基因進(jìn)行編輯時,應(yīng)使用Cas9和不同的向?qū)NA進(jìn)行基因的相關(guān)編輯,C錯誤;向?qū)NA中的識別序列可與目標(biāo)DNA單鏈特定區(qū)域進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對,D正確。二、非選擇題(共6小題,共80分)5.(10分)(2020·福州高二檢測)為探究SHH基因與角化囊腫發(fā)生的相關(guān)性,科研人員利用SHH基因的非模板鏈轉(zhuǎn)錄合成的RNA作為探針,進(jìn)行分子雜交實(shí)驗,以檢測SHH基因在角化囊腫中的表達(dá)情況。其基本流程如圖(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因;LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá))。請回答:(1)重組載體中SHH基因轉(zhuǎn)錄合成RNA探針時,(填“需要”或“不需要”)啟動子。

(2)步驟②中,用Ca2+處理大腸桿菌,使之成為細(xì)胞,然后導(dǎo)入重組載體。實(shí)驗中,用添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌,未導(dǎo)入質(zhì)粒的細(xì)菌將會死亡,原因是這些細(xì)菌不含有基因。

(3)能表達(dá)LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和Xgal的培養(yǎng)基上會形成藍(lán)色菌落,易于識別。根據(jù)上述原理可以初步判斷(填“藍(lán)色”或“白色”)菌落中的大腸桿菌為重組菌。

(4)將制備的探針加入角化囊腫切片中,探針將與形成雜交帶,進(jìn)而判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況。

【解析】(1)啟動子是RNA聚合酶的識別位點(diǎn),任何基因的表達(dá)(轉(zhuǎn)錄)均需要啟動子。(2)大腸桿菌細(xì)胞用Ca2+處理后就成為感受態(tài)細(xì)胞;能在添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生存的細(xì)菌含有氨芐青霉素抗性基因,沒有氨芐青霉素抗性基因的細(xì)菌將會死亡。(3)能表達(dá)LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和Xgal的培養(yǎng)基上會形成藍(lán)色菌落,而重組菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá),重組菌在含有IPTG和Xgal的培養(yǎng)基上會形成白色菌落。(4)判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況,也就是判斷SHH基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA。答案:(1)需要(2)感受態(tài)Ampr(或氨芐青霉素抗性或抗性)(3)白色(4)SHH轉(zhuǎn)錄的mRNA(只寫mRNA不對)6.(10分)(2020·莆田高二檢測)基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。圖1為限制酶EcoRⅠ的識別序列,圖2表示目的基因及限制酶切點(diǎn),圖3表示目的基因上的DNA片段,圖4表示質(zhì)粒。請回答下列問題:(1)若用圖1所示的限制酶EcoRⅠ切割外源DNA,就其特異性而言,切開的是之間相連的化學(xué)鍵。

(2)圖3為目的基因中的某一片段,下列有關(guān)敘述正確的是(多選)。

A.若圖中的ACT能決定一個氨基酸,則ACT可稱為一個密碼子B.DNA聚合酶和DNA連接酶都可作用于②處,解旋酶作用于①處C.若只用這個片段中的3個堿基對,排列出的DNA片段有64種D.就游離的磷酸基而言,該片段與重組質(zhì)粒相比多了2個游離的磷酸基(3)若利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的數(shù)量,由圖2可知,A、B、C、D四種單鏈DNA片段中應(yīng)選取作為引物(DNA復(fù)制子鏈的延伸方向為5′→3′)。該DNA分子在PCR儀中經(jīng)過4次循環(huán)后會產(chǎn)生等長的目的基因片段個。

(4)為了使目的基因和質(zhì)粒定向連接并且有利于受體細(xì)胞的篩選,提高重組效率,應(yīng)該選擇的限制酶是。

(5)如果大腸桿菌是受體細(xì)胞,則其體內(nèi)應(yīng)不含基因,以利于篩選出含重組質(zhì)粒的受體菌。

【解析】(1)DNA分子的一條多核苷酸鏈中,兩個脫氧核苷酸之間以磷酸基團(tuán)和五碳糖相連。由題目可知,EcoRⅠ識別的DNA序列只有G和A,故切開的是鳥嘌呤脫氧核苷酸和腺嘌呤脫氧核苷酸之間相連的化學(xué)鍵。(2)密碼子是mRNA上決定一個氨基酸的3個相鄰的堿基,若圖中的ACT能決定一個氨基酸,則其對應(yīng)的密碼子是UGA,A錯誤;DNA聚合酶和DNA連接酶都可作用于②磷酸二酯鍵處,解旋酶作用于①氫鍵處,B正確;若只用這片段中的3個堿基對,可以排列出3×2×1=6種片段,C錯誤;就游離的磷酸基而言,該片段有2個游離的磷酸基,而重組質(zhì)粒不含游離的磷酸基,因此該片段與重組質(zhì)粒相比多了2個游離的磷酸基,D正確。故選B、D。(3)若利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的數(shù)量,由圖2可知,DNA復(fù)制只能從5′到3′,因此構(gòu)建前利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因時,A、B、C、D四種單鏈DNA片段中應(yīng)選取B和C作為引物。該DNA分子在PCR儀中經(jīng)過4次循環(huán)后會產(chǎn)生基因片段16個,其中等長的目的基因片段8個。(4)為了使目的基因和質(zhì)粒定向連接并且有利于受體細(xì)胞的篩選,提高重組效率,四環(huán)素抗性基因沒有被破壞,應(yīng)該選擇的限制酶是PstⅠ、EcoRⅠ。(5)如果大腸桿菌是受體細(xì)胞,則其體內(nèi)應(yīng)不含抗四環(huán)素基因,以利于篩選出含重組質(zhì)粒的受體菌。答案:(1)鳥嘌呤脫氧核苷酸和腺嘌呤脫氧核苷酸(2)B、D(3)B和C8(4)PstⅠ、EcoRⅠ(5)抗四環(huán)素7.(10分)在某些深海魚中發(fā)現(xiàn)的抗凍蛋白基因afp對提高農(nóng)作物的抗寒能力有較好的應(yīng)用價值。如圖所示是獲得轉(zhuǎn)基因萵苣的技術(shù)流程,請據(jù)圖回答下列問題:(1)獲取目的基因的主要途徑包括從自然界已有的物種中分離和。

(2)①過程需要的酶有、。

(3)如果受體細(xì)胞C1是土壤農(nóng)桿菌,則將目的基因?qū)胨纳?使目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞C2,并將其插入受體細(xì)胞C2中上,使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá),形成轉(zhuǎn)基因萵苣,經(jīng)②過程獲得的轉(zhuǎn)基因萵苣中的目的基因是否表達(dá),在分子水平上可用法進(jìn)行檢測,如果出現(xiàn)雜交帶,說明目的基因已經(jīng)表達(dá)蛋白質(zhì)產(chǎn)品,轉(zhuǎn)基因萵苣培育成功。

(4)基因工程的應(yīng)用除了以上之外還有很多,如用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,其主要優(yōu)點(diǎn)是避免反應(yīng)。

【解題關(guān)鍵】解答本題需關(guān)注以下兩點(diǎn):(1)圖示信息:過程①表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建;“受體細(xì)胞C1”表示土壤農(nóng)桿菌細(xì)胞;“受體細(xì)胞C2(2)關(guān)鍵信息:將目的基因?qū)胫参锸荏w細(xì)胞最常用的方法是土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法?！窘馕觥?1)目的基因的獲取可采取直接分離的方法,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轉(zhuǎn)錄法和化學(xué)合成法。(2)提取目的基因需限制酶,將目的基因與載體結(jié)合需DNA連接酶,故①過程需要的酶有限制酶和DNA連接酶。(3)將目的基因?qū)胫参锸荏w細(xì)胞最常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,將目的基因?qū)胨腡i質(zhì)粒的TDNA上,使目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞C2,并將其插入受體細(xì)胞C2中染色體DNA上,使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達(dá),形成轉(zhuǎn)基因萵苣。檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì),用相應(yīng)的抗體進(jìn)行抗原—抗體雜交。(4)基因工程的應(yīng)用還有很多,如用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體,其主要優(yōu)點(diǎn)是避免免疫排斥反應(yīng)。答案:(1)(用反轉(zhuǎn)錄等方法進(jìn)行)人工合成(2)限制酶DNA連接酶(3)Ti質(zhì)粒的TDNA染色體DNA抗原—抗體雜交(4)免疫排斥8.(16分)(2018·天津高考)甲型流感病毒為RNA病毒,易引起流感大規(guī)模流行。我國科學(xué)家在2017年發(fā)明了一種制備該病毒活疫苗的新方法,主要環(huán)節(jié)如下。(1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主細(xì)胞內(nèi)的增殖能力。以病毒RNA為模板,逆轉(zhuǎn)錄成對應(yīng)DNA后,利用技術(shù)擴(kuò)增,并將其中某些基因(不包括表面抗原基因)內(nèi)個別編碼氨基酸的序列替換成編碼終止密碼子的序列。與改造前的基因相比,改造后的基因表達(dá)時不能合成完整長度的,因此不能產(chǎn)生子代病毒。將該改造基因、表面抗原等其他基因分別構(gòu)建重組質(zhì)粒,并保存。

(2)構(gòu)建適合改造病毒增殖的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。設(shè)計合成一種特殊tRNA的基因,其產(chǎn)物的反密碼子能與(1)中的終止密碼子配對結(jié)合,并可攜帶一個非天然氨基酸(Uaa)。將該基因與連接后導(dǎo)入宿主細(xì)胞。提取宿主細(xì)胞的進(jìn)行分子雜交鑒定,篩選獲得成功表達(dá)上述tRNA的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞。

(3)利用轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞制備疫苗。將(1)中的重組質(zhì)粒導(dǎo)入(2)中的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞,并在補(bǔ)加的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng),則該宿主細(xì)胞能利用上述特殊tRNA,翻譯出改造病毒基因的完整蛋白,產(chǎn)生大量子代病毒,用于制備疫苗。特殊tRNA基因轉(zhuǎn)錄時,識別其啟動子的酶是(單選)。

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細(xì)胞中增殖,沒有致病性,因此不經(jīng)滅活或減毒即可制成疫苗。與不具有侵染性的流感病毒滅活疫苗相比,該病毒活疫苗的優(yōu)勢之一是可引起免疫,增強(qiáng)免疫保護(hù)效果。

【解析】本題考查基因工程中目的基因的擴(kuò)增、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞等知識。(1)PCR技術(shù)是擴(kuò)增目的基因的有效手段;根據(jù)題意,若個別編碼氨基酸的序列替換成編碼終止密碼子的序列,則翻譯提前終止,故不能合成完整長度的多肽(或蛋白質(zhì)),不能形成子代病毒。(2)目的基因需要跟載體結(jié)合才能導(dǎo)入宿主細(xì)胞;取目的基因的單鏈制成分子探針,提取宿主細(xì)胞內(nèi)的總RNA,若該基因成功表達(dá),則能與探針通過堿基配對形成雜交區(qū)域,從而進(jìn)行分子水平的判斷。(3)讀題可知,(1)中的重組質(zhì)粒導(dǎo)入(2)中的轉(zhuǎn)基因宿主細(xì)胞,需要在培養(yǎng)基中補(bǔ)充非天然氨基酸(Uaa)才能翻譯出改造病毒基因的完整蛋白;特殊tRNA基因轉(zhuǎn)錄時,識別啟動子,啟動轉(zhuǎn)錄過程的是宿主的RNA聚合酶。(4)上述子代病毒能侵染宿主細(xì)胞,與不具有侵染性的流感病毒滅活疫苗相比,該病毒活疫苗的優(yōu)勢之一是可引起細(xì)胞免疫。答案:(1)PCR多肽(或蛋白質(zhì))(2)載體總RNA(3)非天然氨基酸(Uaa)D(4)細(xì)胞9.(16分)基因治療是指將外源正?；?qū)氚屑?xì)胞,以糾正或補(bǔ)償因基因缺陷和異常引起的疾病,以達(dá)到治療的目的。干擾素基因缺失的小鼠不能產(chǎn)生成熟淋巴細(xì)胞,科研人員利用胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)對干擾素基因缺失的小鼠進(jìn)行了基因治療,請回答:(1)為使干擾素基因在小鼠細(xì)胞中高效表達(dá),需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入基因表達(dá)載體的和之間。

(2)將干擾素基因?qū)隕S細(xì)胞的方法是,采用技術(shù)可以鑒定目的基因是否插入受體細(xì)胞染色體DNA分子上,再將能正常表達(dá)干擾素的細(xì)胞轉(zhuǎn)入小鼠體內(nèi),這種治療方法稱為。導(dǎo)入ES細(xì)胞而不是導(dǎo)入上皮細(xì)胞是因為ES細(xì)胞在功能上具有。

(3)干擾素基因缺失的小鼠易患某種細(xì)菌導(dǎo)致的肺炎,引起這種現(xiàn)象的原因是小鼠缺少成熟的淋巴細(xì)胞,降低了小鼠免疫系統(tǒng)的功能。

(4)用于基因治療的基因有三類,一類是把正?；?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中,以表達(dá)出正常性狀來治療,第二類是反義基因,即通過產(chǎn)生的mRNA分子與病變基因產(chǎn)生的進(jìn)行互補(bǔ)結(jié)合,來阻斷非正常蛋白質(zhì)的合成;第三類是編碼可以殺死癌細(xì)胞的蛋白酶基因。

【解析】(1)基因表達(dá)載體包括啟動子、終止子、目的基因和標(biāo)記基因。啟動子位于目的基因的首端,終止子位于目的基因的尾端。因此,為使干擾素基因在小鼠細(xì)胞中高效表達(dá),需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入基因表達(dá)載體的啟動子和終止子之間。(2)在基因工程中,受體細(xì)胞是動物細(xì)胞,因此將干擾素基因?qū)隕S細(xì)胞的方法是顯微注射技術(shù)。檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的DNA是否插入目的基因的方法是DNA分子雜交技術(shù);將能正常表達(dá)干擾素的細(xì)胞轉(zhuǎn)入小鼠體內(nèi),這種治療方法稱為體外基因治療;ES細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的全能性。(3)小鼠缺少成熟的淋巴細(xì)胞,降低了患者免疫系統(tǒng)的防衛(wèi)功能。(4)反義基因,即通過產(chǎn)生的mRNA分子,與病變基因產(chǎn)生的mRNA進(jìn)行互補(bǔ),來阻止合成非正常蛋白質(zhì)。答案:(1)啟動子終止子(2)顯微注射技術(shù)DNA分子雜交體外基因治療發(fā)育的全能性(3)防衛(wèi)(4)mRNA10.(18分)(2020·天津高二檢測)鋁在土壤中常以鋁酸鹽的形式存在,可造成土壤酸化而影響植物生長。鋁能抑制植物根尖細(xì)胞的分裂,破壞根組織。某植物甲的根毛細(xì)胞的細(xì)胞膜上存在蘋果酸通道蛋白(ALMT),該通道蛋白能將蘋果酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外來緩解鋁毒?？蓪⒖刂艫LMT的基因?qū)氩荒弯X的植物中,最終獲得耐鋁植物。請回答下列問題:(1)下表是運(yùn)載體上出現(xiàn)的幾種限制酶的識別序列及切割位點(diǎn)。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識別序列和切割位點(diǎn)G↓AATTCG↓GATCCA↓AGCTTC↓TCGAGCA↓TATGG↓TCGAC(2)欲獲得ALMT基因的cDNA,科研人員從細(xì)胞中獲取總mRNA,在相應(yīng)酶作用下獲得多種cDNA,再利用ALMT基因制作出特異性,通過PCR方法得到ALMT基因的cDNA。

(3)啟動子是識別并結(jié)合的位點(diǎn),能調(diào)控目的基因的表達(dá)。ALMT基因的啟動子有兩種類型,其中α啟動子能使ALMT基因在酸性土壤的誘導(dǎo)下表達(dá),β啟動子能使ALMT基因高效表達(dá)而無須酸性誘導(dǎo)。在獲得轉(zhuǎn)ALMT基因耐鋁植物時應(yīng)使用啟動子,不使用另外一種啟動子的原因是

。

(4)科研人員采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,首先將ALMT基因?qū)胫参锛?xì)胞并整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上,再通過技術(shù)成功獲得了耐鋁植株。若將一株耐鋁植株與普通植株雜交,得到的后代中耐鋁植株∶普通植株約為3∶1,則可判斷這株耐鋁植株細(xì)胞至少轉(zhuǎn)入了個ALMT基因,轉(zhuǎn)入的基因在染色體上的位置關(guān)系是;若使這株耐鋁植株自交,后代中耐鋁植株∶普通植株約為。

【解析】(1)