2019-2020年高中生物 1.2基因工程的原理和技術同步練習（含解析）浙科版選修3.doc

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2019-2020年高中生物 1.2基因工程的原理和技術同步練習（含解析）浙科版選修3 目標導航　1.簡述基因工程的原理。2.描述基因工程操作的幾個步驟。3.舉例說出篩選含有目的基因的受體細胞的原理。 一、基因工程的基本原理 1．基本原理：讓人們感興趣的基因(____________)在____________中穩(wěn)定和高效表達。 2．基因工程的基本要素：多種________、____________、____________和____________等。 二、基因工程的基本操作步驟 1．獲得目的基因 (1)目的基因：人們所____________，如人的胰島素基因、植物的抗病基因等。 (2)獲取方法 ①如果目的基因的序列是已知的，可用____________合成目的基因，或者用_____(PCR)擴增目的基因。 ②如果目的基因的核苷酸序列是未知的，可以從__________中獲取。 2．形成重組DNA分子 用________的限制性核酸內切酶分別切割目的基因和載體DNA(如質粒)，使其產生相同的____________，然后用____________將兩者連接在一起，形成____________。 3．將重組DNA分子導入受體細胞 (1)常用的受體細胞：____________、枯草桿菌、__________和動植物細胞等。 (2)導入方法舉例：用質粒作為載體，宿主細胞應該選擇____________，用____________處理大腸桿菌，增加其細胞壁的____________，使含有目的基因的重組質粒進入大腸桿菌宿主細胞。 4．篩選含有目的基因的受體細胞 (1)篩選原因：不是所有細胞都接納了________________。 (2)篩選方法舉例：由于質粒上有抗生素抗性基因如________________，所以含有這種重組質粒的受體細胞能夠在________的培養(yǎng)基中生長，而沒有接納重組DNA分子的細胞則不能在這種培養(yǎng)基上生長。經過培養(yǎng)，____________能夠和質粒一起在宿主細胞內大量______。 5．目的基因的表達：目的基因在____________中表達，產生人們需要的____________。 知識點一　獲得目的基因的方法 1．下列屬于獲得目的基因方法的是(　　) ①利用mRNA反轉錄形成　②從基因文庫中提取?、蹚氖荏w細胞中提取?、芾肞CR技術　⑤利用DNA轉錄 ⑥人工合成 A．①②③⑤ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②④⑥ 2．下列屬于PCR技術所需條件的是(　　) ①單鏈的核苷酸序列引物?、谀康幕蛩诘腄NA片段 ③脫氧核苷酸　④核糖核苷酸?、軩NA連接酶?、轉NA聚合酶?、逥NA限制酶 A．①②③⑤ B．①②③⑥ C．①②③⑤⑦ D．①②④⑤⑦ 知識點二　形成重組DNA分子和導入受體細胞 3．要想將目的基因插入作為載體的質粒中，在操作中應選用(　　) A．DNA連接酶 B．同一種限制性核酸內切酶和DNA連接酶 C．限制性核酸內切酶 D．不同的限制性核酸內切酶和DNA連接酶 4．將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過質粒pET28b導入大腸桿菌并成功表達腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯誤的是(　　) A．每個大腸桿菌細胞至少含一個重組質粒 B．每個重組質粒至少含一個限制性核酸內切酸識別位點 C．每個限制性核酸內切酶識別位點至少插入一個ada D．每個插入的ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子 知識點三　篩選含有目的基因的受體細胞和目的基因的表達 5．在用基因工程技術構建抗除草劑的轉基因煙草過程中，下列操作錯誤的是(　　) A．用限制性核酸內切酶切割煙草花葉病毒的核酸 B．用DNA連接酶連接經切割的抗除草劑基因和載體 C．將重組DNA分子導入煙草原生質體 D．用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉基因煙草細胞 知識點四　基因工程的全過程 6．回答有關基因工程的問題： (1)構建基因工程表達載體時，用不同類型的限制酶切割DNA后，可能產生粘性末端，也可能產生________末端。若要在限制酶切割目的基因和質粒后使其直接進行連接，則應選擇能使二者產生______(相同、不同)粘性末端的限制酶。 (2)利用大腸桿菌生產人胰島素時，構建的重組DNA含有人胰島素基因及其啟動子等，其中啟動子的作用是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 在用表達載體轉化大腸桿菌時，常用________處理大腸桿菌，以利于表達載體進入；為了檢測胰島素基因是否轉錄出了mRNA，可用標記的胰島素基因片段作探針與mRNA雜交，該雜交技術稱為__________________。為了檢測胰島素基因轉錄的mRNA是否翻譯成________，常用抗原—抗體雜交技術。 (3)如果要將某目的基因通過農桿菌轉化法導入植物細胞，先要將目的基因插入農桿菌Ti質粒的________中，然后用該農桿菌感染植物細胞，通過DNA重組將目的基因插入植物細胞的________________上。 基礎落實 1．人們常選用的細菌質粒分子往往帶有一個抗菌素抗性基因，該抗性基因的主要作用是(　　) A．提高受體細胞在自然環(huán)境中的耐藥性 B．對目的基因是否導入進行檢測 C．增加質粒分子的分子量 D．便于與外源基因連接 2．下列獲取目的基因的方法中需要模板鏈的是(　　) ①從基因文庫中獲取目的基因?、诶肞CR技術擴增目的基因?、鄯崔D錄法?、芡ㄟ^DNA合成儀利用化學方法人工合成目的基因 A．①②③④ B．①②③ C．②③④ D．②③ 3．正確表示基因操作“五步曲”的是(　　) A．目的基因的獲得→重組DNA導入受體細胞→重組DNA的形成→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 B．目的基因的表達→目的基因的獲得→重組DNA的形成→重組DNA導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞 C．目的基因的獲得→重組DNA的形成→重組DNA導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 D．重組DNA的形成→目的基因的獲得→重組DNA導入受體細胞→篩選含有目的基因的受體細胞→目的基因的表達 4．下列有關基因工程技術的正確敘述是(　　) A．重組DNA技術所用的工具酶是限制酶、連接酶、載體 B．為育成抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體細胞 C．選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌繁殖快 D．只要目的基因進入了受體細胞就能成功表達 5．用基因工程技術可使大腸桿菌合成人的蛋白質。下列敘述不正確的是(　　) A．常用相同的限制性核酸內切酶處理目的基因和質粒 B．DNA連接酶和RNA聚合酶是構建重組質粒必需的工具酶 C．可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導入了重組質粒 D．導入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達 6．利用外源基因在受體細胞中表達，可生產人類所需要的產品。下列能說明目的基因完成了在受體細胞中表達的是(　　) A．棉花二倍體細胞中檢測到細菌的抗蟲基因 B．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及mRNA C．山羊乳腺細胞中檢測到人生長素DNA序列 D．酵母菌細胞中提取到人干擾素蛋白 能力提升 7．質粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細菌體內，某細菌質粒上的標記基因如圖所示，通過標記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉移成功。外源基因插入的位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同，如圖所示外源基因在質粒中可插入的位置有a、b、c點。某同學根據(jù)實驗現(xiàn)象對其插入的位點進行分析，其中分析正確的是(　　) 實驗現(xiàn)象 實驗推論 在含青霉素培養(yǎng) 基上的生長情況 在含四環(huán)素培養(yǎng) 基上的生長情況 目的基因 插入的位置 A 能生長 能生長 a B 不能生長 能生長 b C 能生長 不能生長 c D 不能生長 不能生長 c 8.科學家通過基因工程的方法，能使馬鈴薯塊莖含有人奶蛋白。以下有關該基因工程的敘述，錯誤的是(　　) A．采用反轉錄的方法可得到目的基因 B．基因的某些非編碼區(qū)對于目的基因在塊莖中的表達是不可缺少的 C．馬鈴薯的葉肉細胞可作為受體細胞 D．用不同種限制酶分別處理質粒和含目的基因的DNA，可產生相同的粘性末端而形成重組DNA分子 9．如圖表示基因工程中獲取水稻某目的基因的不同方法。相關敘述中正確的是(　　) A．這三種方法都用到酶，都是在體外進行 B．①②③堿基對的排列順序均相同 C．①②③片段均不含內含子，但含非編碼區(qū) D．方法a不遵循中心法則 10．人們試圖利用基因工程的方法，用乙種生物生產甲種生物的一種蛋白質。生產流程是：甲生物的蛋白質的mRNA目的基因與質粒DNA重組導入乙細胞獲得甲生物的蛋白質，下列說法正確的是(　　) A．①過程需要的酶是反轉錄酶，原料是A、U、G、C B．②要用限制酶切斷質粒DNA，再用DNA連接酶將目的基因與質粒連接在一起 C．如果受體細胞是細菌，可以選用枯草桿菌、炭疽桿菌等 D．④過程中用的原料不含有A、U、G、C 11.以重組DNA技術為核心的基因工程正在改變著人類的生活。請回答下列問題： (1)獲得目的基因的方法通常包括__________________和________________。 (2)切割和連接DNA分子所使用的酶分別是________________和____________。 (3)運送目的基因進入受體細胞的載體一般選用病毒或________，后者的形狀成_______。 (4)由于重組DNA分子成功導入受體細胞的頻率________，所以在轉化后通常需要進行_______操作。 (5)將人胰島素基因分別導入大腸桿菌與酵母菌，從兩者中生產的胰島素在功能和________序列上是相同的。 綜合拓展 12．回答下列有關基因工程的問題： (1)基因工程中使用的限制酶，其特點是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 下圖四種質粒含有E1和E2兩種限制酶的識別，Apr表示抗青霉素的抗性基因，Tcr表示抗四環(huán)素的抗性基因。 (2)將兩端用E1切開的Tcr基因與用E1切開的質粒X－1混合連接，連接后獲得的質粒類型有________________。(可多選) A．X－1 B．X－2 C．X－3 D．X－4 (3)若將上圖所示X－1、X－2、X－3、X－4四種質粒導入大腸桿菌，然后分別涂布在含有青霉素或四環(huán)素的兩種培養(yǎng)基上。在這兩種培養(yǎng)基上均不能生長的大腸桿菌細胞類型有________________、________________。 (4)如果X－1用E1酶切，產生850對堿基和3 550對堿基兩種片段：那么質粒X－2(Tcr基因的長度為1 200對堿基)用E2酶切后的片段長度為________對堿基。 (5)若將外源的Tcr基因兩端用E2切開，再與用E2切開的X－1混合鏈接，并導入大腸桿菌細胞，結果顯示，含X－4的細胞數(shù)與含X－1的細胞數(shù)之比為1∶3，增大DNA連接酶用量能否提高上述比值？________。原因是 ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________。 第2課時　基因工程的原理和技術 答案 知識清單 一、1.目的基因　宿主細胞　2.工具酶　目的基因　載體　宿主細胞 二、1.(1)需要的基因　(2)①化學方法　聚合酶鏈式反應?、诨蛭膸臁?.相同　粘性末端　DNA連接酶　重組DNA分子　3.(1)大腸桿菌　酵母菌　(2)大腸桿菌　氯化鈣　通透性　4.(1)重組DNA分子　(2)四環(huán)素抗性基因　四環(huán)素　目的基因　擴增　5.宿主細胞　功能物質 對點訓練 1．D　[目的基因應該是從供體細胞中提取，導入受體細胞中，而不能從受體細胞中提取，所以③不是獲取目的基因的方法；利用DNA轉錄出來的是RNA，但目的基因是DNA，所以不能用DNA轉錄來獲取目的基因，⑤不正確。] 思路導引　思考獲取目的基因的方法→對照選項逐一排查判斷→得出正確答案。 知識鏈接　獲得目的基因的方法 (1)從基因文庫中獲得 (2)人工合成目的基因 ①已知核苷酸序列的較小基因，直接利用DNA合成儀，用化學方法合成，不需要模板。 ②反轉錄法：利用已知的mRNA為模板，反轉錄獲取目的基因。 (3)利用PCR技術擴增目的基因 ①原理：利用DNA雙鏈復制的原理，在體外將基因的核苷酸序列不斷地加以復制，使其數(shù)量成指數(shù)方式增加。 ②過程：如圖所示 a．從上圖中可以看出利用設計的特異性引物對基因文庫進行PCR擴增，提取出了相應的目的基因，而不是對基因文庫進行簡單、全面地復制。 b．由于DNA聚合酶不能從頭合成DNA，只能從3′端延伸DNA鏈，故目的基因的擴增需要引物。引物是一小段單鏈DNA或RNA。加入引物后，DNA聚合酶能從引物的3′端開始延伸DNA鏈。 2．B　[PCR技術的條件有：模板(即已知序列的DNA片段)、原料(即四種脫氧核苷酸)、酶(耐高溫的DNA聚合酶)和ATP，至于引物，是根據(jù)模板合成的一小段單鏈DNA或RNA。] 思路導引　了解PCR為體外復制DNA片段的核酸技術→對比與DNA體內復制的異同→確定PCR技術所需的條件。 歸納提升　PCR技術擴增目的基因與DNA復制的比較 PCR技術 DNA復制 相 同 點 原理 堿基互補配對 原料 四種脫氧核苷酸 條件 模板、ATP、酶 不 同 點 解旋方式 DNA在高溫 下變性解旋 解旋酶催化 場所 體外復制 主要在細胞核內 酶 熱穩(wěn)定的DNA 聚合酶(Taq酶) 細胞內含有的DNA聚合酶 結果 在短時間內形成 大量的DNA片段 形成整個DNA分子 3.B　[用同一種限制酶切取目的基因和質粒，才能使目的基因和質粒產生相同的粘性末端，然后再用DNA連接酶將目的基因和質粒連接起來。] 思路導引　構建重組質粒一個是需要“切”，一個是需要“接”。要順利的“接”必須要有相同的粘性末端方可。 知識鏈接　重組DNA分子的構建 (1)目的基因是指編碼蛋白質的結構基因，沒有啟動子，若只將目的基因導入受體細胞中無法轉錄。 (2)目的基因的表達需要調控序列，因而用做載體的質粒插入目的基因時須有啟動子，插入后須有終止子。 (3)目的基因是否導入受體細胞中需要有篩選標記——標記基因。 因此，一個重組DNA分子的組成至少應該包括：啟動子、終止子、目的基因、標記基因。 4．C　[大腸桿菌成功表達出腺苷酸脫氨酶，說明這些大腸桿菌都至少含有一個重組質粒，A項正確；作為載體的條件為至少含有一個或多個酶切位點，所以作為載體的質粒至少含有一個限制性核酸內切酶識別位點，B項正確；作為重組DNA分子應包括目的基因、啟動子、終止子、標記基因四部分，但并不是每個酶切位點都至少插入一個ada，C項錯誤；由于這些目的基因成功表達，所以每個ada至少表達一個腺苷酸脫氨酶分子，D項正確。] 思路導引　本題考查基因工程的應用，意在考查考生對知識的理解能力、綜合運用能力。 知識拓展　(1)受體細胞不同導入的方法不同 生物種類 植物細胞 動物細胞 微生物細胞 常用方法 農桿菌轉化法 顯微注射法 Ca2＋處理法 受體細胞 受精卵或體細胞 受精卵 原核細胞 轉化過程 重組DNA分子→農桿菌→導入植物細胞→整合到受體細胞的DNA→表達 重組DNA分子提純→取卵(受精卵)→顯微注射→受精卵發(fā)育→獲得具有新性狀的動物 Ca2＋處理細胞→感受態(tài)細胞→重組DNA分子與感受態(tài)細胞混合→感受態(tài)細胞吸收DNA分子 特別提醒　目前導入植物細胞的方法還有花粉管通道法和基因槍法。 (2)目的基因導入受體細胞的結果 上圖中發(fā)生②與發(fā)生①相比，②會使目的基因的遺傳特性得以穩(wěn)定維持和表達，原因是在進行細胞分裂時，細胞核上的DNA經復制后平均分配到兩個子細胞中，保證了親子代遺傳性狀的穩(wěn)定性，而①細胞分裂時，細胞質是不均分的，子細胞不一定含有目的基因。 5．A　[基因工程的一般過程：①用限制性核酸內切酶切割含目的基因的DNA分子(除草劑基因)和載體(質粒)；②用DNA連接酶連接切割好的目的基因和載體；③重組DNA分子導入受體細胞，因為是植物可以說是原生質體；④用相應的試劑和病原體篩選轉基因細胞；⑤用植物組織培養(yǎng)技術篩選抗體除草劑的轉基因煙草(表達)。] 思路導引　思考：限制酶識別的是DNA，還是RNA？基因工程的操作過程怎樣？ 知識鏈接　篩選含有目的基因的受體細胞 (1)原理：質粒上有抗生素的抗性基因。 (2)方法：利用選擇培養(yǎng)基篩選。 (3)舉例 6．(1)平　相同　(2)RNA聚合酶識別和結合的位點，有了它才能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需要的蛋白質　Ca2＋　DNA分子雜交技術　人胰島素 (3)T－DNA　染色體的DNA 解析　(1)限制酶能識別特定的DNA序列，并在特定位點上切割DNA，形成粘性末端或平末端；要使目的基因和質粒直接進行連接，應使用同一種限制酶進行切割，使二者產生相同的粘性末端。(2)啟動子為DNA序列，其具有RNA聚合酶結合位點，能啟動轉錄，合成RNA；將重組DNA分子導入大腸桿菌時，常用Ca2＋處理；檢測目的基因時，常用分子雜交技術檢測目的基因或相應的mRNA，或采用抗原—抗體雜交技術鑒定相應的蛋白質。(3)用農桿菌轉化法將目的基因導入植物細胞時，首先將目的基因導入農桿菌Ti質粒的T－DNA中，再利用農桿菌侵染植物細胞，通過DNA重組將目的基因插入植物細胞的染色體的DNA上。 知識鏈接　基因工程的圖解舉例 (1)抗蟲棉的培育過程 (2)利用基因工程技術生產凝乳酶的過程 課后作業(yè) 1．B　[重組DNA必須具有標記基因，其目的就是為了鑒別受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。] 2．D　[PCR利用的是DNA雙鏈復制原理，即將雙鏈DNA之間的氫鍵打開，變成單鏈DNA，作為聚合反應的模板鏈。反轉錄法則是以目的基因轉錄成的信使RNA為模板，在反轉錄酶的作用下，先反轉錄形成互補的單鏈DNA，再合成雙鏈DNA。①④則不需要模板。] 3．C　[基因操作“五步曲”包括：目的基因的獲得，重組DNA的形成，重組DNA導入受體細胞，篩選含有目的基因的受體細胞和目的基因的表達。] 4．C　[A項中的載體不是酶；B項中的受體細胞常用受精卵，但有時也可用植物體細胞；D項中，目的基因進入受體細胞并不一定能成功表達。] 5．B　[基因工程中限制性核酸內切酶和DNA連接酶是構建重組質粒必需的工具酶。質粒作為載體必須具有標記基因，導入的目的基因不一定能成功表達，還要進行修飾或者其他處理。] 6．D　[基因的表達是指基因使遺傳信息以一定的方式反映到蛋白質的分子結構上這一過程，即必須獲得相應的蛋白質才能說明基因完成了表達。只有D得到了蛋白質。] 7．B　[若質粒上插入的位置在c點，那么抗四環(huán)素基因和抗青霉素基因都沒有被破壞，導入該重組質粒的細菌在含青霉素的培養(yǎng)基和在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上均能生長。] 8．D　[采用反轉錄的方法得到目的基因的過程是以目的基因轉錄成的信使RNA為模板，反轉錄成互補的單鏈DNA，然后在酶的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需要的目的基因。由于信使RNA中沒有與內含子相對應的部分，所以采用反轉錄的方法得到的目的基因不存在內含子?；蚍蔷幋a區(qū)對于基因的表達具有調控作用。植物細胞的全能性很容易得到表達，所以轉基因植物培育過程中的受體細胞可以是植物的體細胞。限制酶具有專一性，只有用同一種限制酶處理才能獲得相同的粘性末端，才能夠形成重組DNA分子。] 9．A　[由圖示可知a為反轉錄法獲得目的基因，用到反轉錄酶；b為直接從生物體獲得目的基因，用到限制酶；c為用PCR技術擴增獲取目的基因，用到Taq酶，且三種方法均在生物體外進行，故A正確。因水稻為真核生物，所以②中含內含子，但方法a獲得的目的基因內無內含子序列，所以B、C錯誤。方法a遵循中心法則，D錯誤。] 10．B　[①過程是反轉錄，利用反轉錄酶合成DNA片段，所需要的原料含有A、T、G、C；②是目的基因與質粒DNA重組階段，需要限制酶切斷質粒DNA，再用DNA連接酶將目的基因與質粒連接在一起；③如果受體細胞是細菌，則不應該用致病菌，而炭疽桿菌是致病菌；④過程是基因的表達過程，原料中含有A、U、G、C。] 11．(1)從基因文庫提取　酶切獲取(從染色體DNA分離/從生物細胞分離) (2)限制性核酸內切酶(限制酶)　DNA連接酶 (3)質粒　小型環(huán)狀(雙鏈環(huán)狀、環(huán)狀) (4)低　篩選　(5)氨基酸 解析　(1)獲取目的基因的方法可以歸納為兩種：一是從供體生物中提取或從基因文庫中提??；二是人工合成。(2)基因工程中的工具酶有切割DNA分子的限制性核酸內切酶和連接DNA分子的DNA連接酶。(3)載體一般常用質粒、噬菌體和動植物病毒，其中質粒最為常用，是很小的環(huán)狀DNA分子。(4)重組DNA分子導入受體細胞頻率較低，所以要利用表達載體上的標記基因進行篩選。(5)由于所有生物共用一套密碼子，所以基因工程中表達的蛋白質與自然狀態(tài)蛋白質的氨基酸序列是相同的。 12．(1)特異性地識別和切割DNA　(2)ABC　(3)無質粒細胞　含X－3的細胞　(4)4 750　(5)不能　DNA連接酶對DNA片段沒有選擇性；兩段DNA末端相同 解析　(1)限制酶的功能及特點是：特異性地識別核苷酸序列并在特定位點將磷酸二酯鍵斷開；(2)用E1酶切得的Tcr基因，X－1質粒的粘性末端均相同，所以混合后會出現(xiàn)X－1、X－2、X－3三種不同的連接方式；(3)質粒X－3上無抗生素抗性基因，所以導入該質粒的大腸桿菌及無質粒導入的大腸桿菌場合被抗生素殺死。 (4)質粒X－1被E1酶切割后產生的一長一短兩種片段，即圖中，Apr片段為850對堿基，剩余部分為3 550對堿基。E2酶切X－2只產一種片段，其長度為3 550對堿基＋Tcr的1 200對堿基＝4 750對堿基。 (5)由于E2酶切割質粒X－1與切割Tcr基因產生的粘性末端相同，且DNA連接酶的連接作用無選擇性，所以增大DNA連接酶的用量，不會改變連接比值。