高中生物專題1基因工程單元練習(xí)課件新人教選修310251233

單元形成性評價(jià)(一)(專題1)(60分鐘100分)一、選擇題(共8小題,每小題2分,共16分)1.(2021·南京高二檢測)下列關(guān)于基因工程技術(shù)的敘述,正確的是 (

)A.切割質(zhì)粒的限制性核酸內(nèi)切酶均可特異性地識別6個核苷酸序列B.PCR反應(yīng)中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應(yīng)C.載體質(zhì)粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標(biāo)記基因D.抗蟲基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá)【解析】選D。不同的限制酶識別特定的核苷酸,但不一定是6個核苷酸,A錯誤;PCR技術(shù)采用不同的溫度是為了變性、復(fù)性和延伸,B錯誤;載體質(zhì)粒通常采用抗生素抗性基因作為篩選標(biāo)記基因,C錯誤;抗蟲基因即使成功地插入到植物細(xì)胞染色體上也未必能正常表達(dá),因此還需要進(jìn)行目的基因的檢測和鑒定,D正確。2.基因工程中,需使用特定的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒,便于重組和篩選。已知限制酶Ⅰ的識別序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—,限制酶Ⅱ的識別序列和切點(diǎn)是—↓GATC—。根據(jù)圖示判斷下列操作正確的是(

)A.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶Ⅱ切割B.目的基因和質(zhì)粒均用限制酶Ⅰ切割C.質(zhì)粒用限制酶Ⅰ切割,目的基因用限制酶Ⅱ切割D.質(zhì)粒用限制酶Ⅱ切割,目的基因用限制酶Ⅰ切割【解析】選C。限制酶Ⅱ也能將限制酶Ⅰ識別序列切割,而限制酶Ⅰ不能將限制酶Ⅱ的識別序列切割。獲得目的基因需將目的基因兩端切割,所以用限制酶Ⅱ切割;切割質(zhì)粒只能切出一個切口,所以用限制酶Ⅰ切割。3.對如圖所示黏性末端的說法錯誤的是 (

)A.甲、乙、丙黏性末端是由不同的限制性核酸內(nèi)切酶切割產(chǎn)生的B.甲、乙具有相同的黏性末端,可形成重組DNA分子,但甲、丙之間不能C.DNA連接酶和DNA聚合酶作用形成的化學(xué)鍵不同D.切割甲的限制性核酸內(nèi)切酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子【解析】選C。甲、乙、丙黏性末端不完全相同,說明其是由不同的限制性核酸內(nèi)切酶切割產(chǎn)生的,選項(xiàng)A正確。甲、乙的黏性末端露出來的堿基是互補(bǔ)配對的,所以可形成重組DNA分子,但甲、丙的黏性末端露出來的堿基不能配對,它們不能形成重組DNA分子,選項(xiàng)B正確。DNA連接酶和DNA聚合酶都能催化磷酸基團(tuán)和脫氧核糖之間形成磷酸二酯鍵,選項(xiàng)C錯誤。甲的限制性核酸內(nèi)切酶識別的是GAATT堿基序列,在GA之間切割;乙的限制性核酸內(nèi)切酶識別的是CAATT堿基序列,在CA之間切割;由甲、乙片段形成的重組DNA分子中沒有切割甲的限制酶切割位點(diǎn),所以切割甲的限制性核酸內(nèi)切酶不能識別由甲、乙片段形成的重組DNA分子,選項(xiàng)D正確。

【補(bǔ)償訓(xùn)練】圖1為某種質(zhì)粒簡圖,圖2表示某外源DNA上的目的基因,小箭頭所指分別為限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ、BamHⅠ、HindⅢ的酶切位點(diǎn)。下列有關(guān)敘述錯誤的是 (

)A.在基因工程中若只用一種限制酶完成對質(zhì)粒和外源DNA的切割,則可選EcoRⅠB.如果將一個外源DNA分子和一個質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切后,再用DNA連接酶連接,形成一個含有目的基因的重組DNA,此重組DNA中EcoRⅠ酶切位點(diǎn)有1個C.為了防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化,酶切時(shí)可使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理D.圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)EcoRⅠ切割后,含有2個游離的磷酸基團(tuán)【解析】選B。目的基因兩端都含有EcoRⅠ限制酶的切割位點(diǎn),質(zhì)粒上也含有EcoRⅠ限制酶的切割位點(diǎn),因此在基因工程中若只用一種限制酶完成對質(zhì)粒和外源DNA的切割,則可選EcoRⅠ,選項(xiàng)A正確;若將一個外源DNA分子和一個質(zhì)粒分別用EcoRⅠ酶切后再用DNA連接酶連接,則形成的重組DNA中,目的基因兩端應(yīng)各含1個EcoRⅠ酶切位點(diǎn),即重組DNA中EcoRⅠ酶切位點(diǎn)有2個,選項(xiàng)B錯誤;為了防止質(zhì)粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化,酶切時(shí)可使用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時(shí)處理,選項(xiàng)C正確;圖1所示的質(zhì)粒上只有一個EcoRⅠ限制酶切割位點(diǎn),因此圖1所示的質(zhì)粒分子經(jīng)EcoRⅠ切割后,含有2個游離的磷酸基團(tuán),選項(xiàng)D正確。4.如圖表示蛋白質(zhì)工程的操作過程,相關(guān)說法不正確的是 (

)A.蛋白質(zhì)工程中對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的了解是非常關(guān)鍵的工作B.蛋白質(zhì)工程是完全擺脫基因工程技術(shù)的一項(xiàng)全新的生物工程技術(shù)C.a、b過程分別是轉(zhuǎn)錄、翻譯D.蛋白質(zhì)工程中可能構(gòu)建出一種全新的基因【解題關(guān)鍵】解答本題需關(guān)注以下兩點(diǎn):(1)圖示信息:從右向左的箭頭所指流程表示蛋白質(zhì)工程,從左向右的箭頭所指流程表示中心法則。(2)關(guān)鍵信息:明確蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別和聯(lián)系?！窘馕觥窟xB。蛋白質(zhì)工程中了解蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)如蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、氨基酸的排列順序等,對于合成或改造基因至關(guān)重要,選項(xiàng)A正確;蛋白質(zhì)工程的進(jìn)行離不開基因工程,對蛋白質(zhì)的改造是通過對基因的改造來完成的,選項(xiàng)B錯誤;圖中過程a表示由DNA合成mRNA的轉(zhuǎn)錄過程、過程b表示由mRNA控制合成蛋白質(zhì)的翻譯過程,選項(xiàng)C正確;蛋白質(zhì)工程中可根據(jù)已經(jīng)明確的蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序構(gòu)建出一種全新的基因,選項(xiàng)D正確。

【互動探究】(1)過程a、b分別需要哪種原料?提示:過程a需要的原料是核糖核苷酸;過程b需要的原料是氨基酸。(2)由圖示的氨基酸序列合成的DNA序列是否是唯一的?為什么?提示:不唯一,可能有多種。原因是密碼子具有簡并性,即一種氨基酸可能有多個密碼子。5.(2021·合肥高二檢測)蘇云金芽孢桿菌殺蟲晶體蛋白(Bt)與豇豆胰蛋白酶抑制劑(CpTI)殺蟲機(jī)理不同。在轉(zhuǎn)Bt基因作物種植區(qū),發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲種群抗性基因頻率顯著上升?？茖W(xué)家嘗試用轉(zhuǎn)雙基因煙草對2齡幼蟲進(jìn)行多代抗性篩選。以下敘述錯誤的是 (

)A.利用DNA分子雜交技術(shù)不能檢測煙草植株的抗蟲性狀B.單基因抗性篩選與雙基因抗性篩選導(dǎo)致棉鈴蟲種群基因庫不同C.種植轉(zhuǎn)雙基因煙草可避免棉鈴蟲產(chǎn)生抗性基因D.轉(zhuǎn)基因植物的培育和種植應(yīng)考慮可能造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)【解析】選C。利用DNA分子雜交技術(shù)可以檢測目的基因,但是不能檢測煙草植株的抗蟲性狀,A正確;單基因抗性篩選與雙基因抗性篩選導(dǎo)致棉鈴蟲種群基因庫不同,B正確;棉鈴蟲產(chǎn)生抗性基因是自然產(chǎn)生的,而種植轉(zhuǎn)雙基因煙草可淘汰該基因控制的性狀,C錯誤;轉(zhuǎn)基因植物的培育和種植應(yīng)考慮可能造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),以防產(chǎn)生不必要的后果,D正確。6.當(dāng)前醫(yī)學(xué)上,蛋白質(zhì)工程藥物正逐步取代第一代基因工程藥物,則基因工程藥物與蛋白質(zhì)工程藥物相比較,正確的是 (

)A.都與天然產(chǎn)物完全相同B.基因工程藥物與天然產(chǎn)物相同,蛋白質(zhì)工程藥物常與天然產(chǎn)物不相同C.都與天然產(chǎn)物不相同D.基因工程藥物與天然產(chǎn)物不相同,蛋白質(zhì)工程藥物常與天然產(chǎn)物相同【解析】選B?；蚬こ淌菍⑼庠椿?qū)肓硪簧矬w內(nèi),并使之表達(dá),體現(xiàn)人類所需的性狀,或者獲取所需的產(chǎn)品,因此,基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),所以基因工程藥物常與天然產(chǎn)物相同。蛋白質(zhì)工程從分子水平對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計(jì),通過對相應(yīng)的基因進(jìn)行修飾加工甚至人工進(jìn)行基因合成,從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造,或制造一種新的蛋白質(zhì)以滿足人類生產(chǎn)和生活需求,因此,蛋白質(zhì)工程產(chǎn)物常與天然產(chǎn)物不相同,選項(xiàng)B正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法不正確的是 (

)A.蛋白質(zhì)工程能將人抗體某些區(qū)段替代鼠抗體的區(qū)段,降低鼠抗體的抗原性B.蛋白質(zhì)工程可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、堿變性等加以改變C.理論上通過對關(guān)鍵氨基酸的轉(zhuǎn)換與增刪是進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的唯一方法D.蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要【解析】選C。蛋白質(zhì)工程的類型主要有兩種:一是基因合成,即完全按照人的意志設(shè)計(jì)合成新的蛋白質(zhì);二是基因修飾,即在已有的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上,只進(jìn)行局部的改造,通過造成一個或幾個堿基定位突變,以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的目的。A、B兩選項(xiàng)中的目標(biāo)通過基因修飾即可實(shí)現(xiàn)。7.(2021·南京高二檢測)如圖是利用基因工程培育抗蟲植物的示意圖。以下相關(guān)敘述正確的是 (

)A.②的構(gòu)建需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA聚合酶參與B.③侵染植物細(xì)胞后,重組Ti質(zhì)粒整合到④的染色體上C.④的染色體上若含抗蟲基因,則⑤就表現(xiàn)出抗蟲性狀D.⑤只要表現(xiàn)出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異【解析】選D。構(gòu)建載體需要限制酶和DNA連接酶,A錯誤;③侵染植物細(xì)胞后,重組Ti質(zhì)粒上的T-DNA不是整合到染色體上,而是整合到DNA分子上,B錯誤;染色體上含有目的基因,但目的基因也可能不能轉(zhuǎn)錄或者不能翻譯,或者表達(dá)的蛋白質(zhì)不具有生物活性,C錯誤;植株表現(xiàn)出抗蟲性狀,說明含有目的基因,屬于基因重組,為可遺傳變異,D正確。8.21世紀(jì)被認(rèn)為是生物的世紀(jì),目前基因芯片可以在很短的時(shí)間內(nèi)觀察病變的細(xì)胞,并分析出數(shù)種由于基因突變而引起的疾病。下列與基因芯片有關(guān)的敘述中,不正確的是 (

)A.利用基因芯片可以進(jìn)行基因鑒定B.基因芯片可以用于遺傳病的檢測,而基因治療可用于遺傳病的治療C.基因芯片可以改造變異基因D.基因芯片技術(shù)能識別堿基序列【解析】選C?；蛐酒蛇M(jìn)行基因鑒定,A正確;根據(jù)題干信息“基因芯片可以在很短時(shí)間內(nèi)觀察病變細(xì)胞,并分析出數(shù)種由于基因突變而引起的疾病”可知,基因芯片可以檢測變異基因,B正確;基因芯片可以檢測變異基因,但不能改造變異基因,C錯誤;基因芯片技術(shù)能識別堿基序列,D正確。

【補(bǔ)償訓(xùn)練】化學(xué)降解法是一種傳統(tǒng)的測定DNA堿基序列的方法。特定化學(xué)試劑的處理能使DNA單鏈在某種特定堿基處斷開,且每條鏈只在一處斷開;利用凝膠電泳可將不同長度的DNA片段彼此分離,通過放射自顯影可使帶標(biāo)記的DNA片段在X光底片上顯現(xiàn)出相應(yīng)譜帶。如圖為測定已標(biāo)記后的DNA片段中胞嘧啶位置的過程示意圖。下列敘述正確的是 (

)A.使用特定化學(xué)試劑的作用是破壞堿基之間的氫鍵B.此過程需解旋酶、限制性核酸內(nèi)切酶和DNA聚合酶的參與C.測定此DNA片段中鳥嘌呤位置時(shí),X光底片上會顯現(xiàn)2種不同長度的譜帶D.從理論上分析,按圖中模式操作兩次即可測定出DNA片段的全部堿基順序【解析】選C。DNA單鏈在某種特定堿基處斷開,表示磷酸與脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵斷開,而非氫鍵,選項(xiàng)A錯誤;此過程中在從DNA分子中獲得單鏈時(shí)需用到解旋酶,使DNA單鏈在特定堿基處斷裂,需要的是限制性核酸內(nèi)切酶,接下來放射自顯影等,沒有用到DNA聚合酶,選項(xiàng)B錯誤;在此DNA單鏈片段上,鳥嘌呤只有兩個位置,所以僅能形成4種不同長度的DNA片段,其中帶標(biāo)記的僅有2種,因此在X光底片上顯示的不同長度譜帶為2種,選項(xiàng)C正確;DNA中含有四種堿基,每次操作可測定一種堿基的位置,所以按圖中模式需操作四次才可測定出DNA片段全部的堿基順序,選項(xiàng)D錯誤。二、非選擇題(共9小題,共84分)9.(9分)乳腺炎和口蹄疫分別是由細(xì)菌和病毒引起的危害奶牛養(yǎng)殖業(yè)的兩種嚴(yán)重疾病。研究者利用生物技術(shù)培育出轉(zhuǎn)乳鐵蛋白肽(抗細(xì)菌)和人干擾素(抗病毒)基因的雙轉(zhuǎn)基因奶牛品種。圖1為基因表達(dá)載體,圖2為培育流程。請據(jù)圖回答問題:(1)基因表達(dá)過程包括____________,圖1中一般能同時(shí)表達(dá)的基因是____________。新霉素抗性基因的作用是____________。

(2)圖2中研究者可利用____________技術(shù)篩選出干擾素基因成功表達(dá)的胚胎進(jìn)行移植。

(3)若利用PCR技術(shù)增加目的基因的數(shù)量,由圖3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5'→3')。若該基因復(fù)制2次,則共需要這兩種引物各____________個;PCR程序中“適溫延伸”中的適溫是____________酶的最適溫度。

【解析】(1)基因表達(dá)過程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯,據(jù)圖可知,干擾素基因與新霉素抗性基因均位于相同的啟動子和終止子之間,可同時(shí)轉(zhuǎn)錄。新霉素抗性基因的作用是便于篩選出含有目的基因的細(xì)胞。(2)圖2可利用抗原—抗體雜交技術(shù)篩選干擾素基因成功表達(dá)的胚胎。(3)若利用PCR技術(shù)增加目的基因的數(shù)量,由圖3可知,DNA復(fù)制只能從5'到3',因此利用PCR技術(shù)擴(kuò)增干擾素基因時(shí),A、B、C、D四種單鏈DNA片段中應(yīng)選取B和C作為引物。若該基因復(fù)制2次,則共需要這兩種引物各3個;PCR程序中“適溫延伸”中的適溫是Taq(耐高溫的DNA聚合)酶的最適溫度。答案:(1)轉(zhuǎn)錄和翻譯干擾素基因和新霉素抗性基因便于篩選出含有目的基因的細(xì)胞(2)抗原—抗體雜交(3)B和C

3

Taq(耐高溫的DNA聚合)10.(9分)海洋石油污染正引起廣泛關(guān)注。利用基因工程菌進(jìn)行生物降解具有巨大的應(yīng)用潛力。P450是石油降解的關(guān)鍵酶,用SalⅠ和NdeⅠ聯(lián)合酶切獲得的P450基因,與甲圖所示的質(zhì)粒pCom8重組,導(dǎo)入土著石油降解菌種Y9,獲得了基因工程菌。甲圖中mel是黑色素合成基因,其表達(dá)能使白色的菌落變成黑色,aacCl是慶大霉素(一種抗生素)抗性基因,限制酶NdeⅠ、XhoⅠ和SspⅠ在原質(zhì)粒上均只有一個酶切位點(diǎn),數(shù)字表示酶切位點(diǎn)間的堿基對數(shù),乙圖表示幾種限制酶的識別序列和切割位點(diǎn)。(1)構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí),需要使用限制酶和__________酶。乙圖所示的幾種限制酶中,切割目的基因產(chǎn)生平末端的是____________。

(2)質(zhì)粒pCom8需用限制酶__________作用后,才能與P450基因形成重組質(zhì)粒。為了便于重組質(zhì)粒的導(dǎo)入,常使用________處理Y9細(xì)胞,使其成為感受態(tài)細(xì)胞。若對重組質(zhì)粒再次使用SalⅠ和NdeⅠ聯(lián)合酶切割,可獲得__________個DNA片段。

(3)經(jīng)測定原質(zhì)粒為7.6kb(1kb為1000個堿基對),重組質(zhì)粒經(jīng)NdeⅠ、SspⅠ聯(lián)合酶切后獲得了6.0kb和1.2kb的兩個片段,則目的基因的長度為__________kb。

(4)由于重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞的成功率很低,所以需要經(jīng)過篩選才能獲得工程菌。操作的大致思路是:第一步,配制培養(yǎng)基。除表中的成分外,還必須添加瓊脂和__________。

第二步,將待檢菌液接種在第一步配制的培養(yǎng)基上。第三步,選擇________色菌落擴(kuò)大培養(yǎng)即可獲得所需的工程菌。

蛋白胨酵母浸膏NaClKClMgCl2H2OpH20g5.0g0.5g0.2g1.0g1000mL7.0【解析】(1)構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí),需要使用限制酶將質(zhì)粒和目的基因切出相同的黏性末端并用DNA連接酶將目的基因和質(zhì)粒連接在一起。由圖可知,乙圖所示的幾種限制酶中,切割目的基因產(chǎn)生平末端的是SspⅠ。(2)根據(jù)題干信息已知,切割P450基因的限制酶是SalⅠ和NdeⅠ聯(lián)合酶,而甲圖質(zhì)粒上沒有SalⅠ酶的酶切位點(diǎn),所以切割質(zhì)粒時(shí)可用乙圖中的XhoⅠ酶代替,二者作用后可形成相同的黏性末端。所以質(zhì)粒pCom8需用限制酶NdeⅠ、XhoⅠ作用后,再與目的基因在DNA連接酶的作用下形成重組質(zhì)粒。為了便于重組質(zhì)粒的導(dǎo)入,常使用Ca2+處理Y9細(xì)胞,使其成為感受態(tài)細(xì)胞。若對重組質(zhì)粒再次使用SalⅠ和NdeⅠ聯(lián)合酶切割,由于只有NdeⅠ酶可識別其切割位點(diǎn),所以可獲得1個線性DNA片段。(3)據(jù)圖分析,用NdeⅠ、XhoⅠ切割質(zhì)粒后質(zhì)粒的長度部位7.6-1.8=5.8kb,而重組質(zhì)粒長度=6.0+1.2=7.2kb,因此目的基因的長度=7.2-5.8=1.4kb。(4)重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞的成功率很低,大多數(shù)質(zhì)粒是空白質(zhì)粒,沒有目的基因,因此需要經(jīng)過篩選才能獲得工程菌:第一步,配制培養(yǎng)基,表格中的成分有碳源、氮源、水和無機(jī)鹽,由于重組質(zhì)粒上含有標(biāo)記基因,且選擇培養(yǎng)基是固體培養(yǎng)基,因此培養(yǎng)基中還必須添加瓊脂和慶大霉素。第二步,將待檢菌液用稀釋涂布平板法接種在第一步配制的培養(yǎng)基上。第三步,甲圖中mel是黑色素合成基因,其表達(dá)能使白色的菌落變成黑色,而該基因已經(jīng)被限制酶切割和破壞了,因此應(yīng)該選擇白色菌落擴(kuò)大培養(yǎng)即可獲得所需的工程菌。答案:(1)DNA連接SspⅠ(2)NdeⅠ、XhoⅠ

Ca2+

1(3)1.4(4)慶大霉素白11.(9分)幾丁質(zhì)是許多真菌細(xì)胞壁的重要成分,自然界有些植物能產(chǎn)生幾丁質(zhì)酶催化幾丁質(zhì)水解從而抵抗真菌感染。通過基因工程將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入沒有抗性的植物體內(nèi),可增強(qiáng)其抗真菌的能力。如圖表示為獲取幾丁質(zhì)酶基因而建立cDNA文庫的過程。(1)圖示以mRNA為材料通過__________法獲得cDNA,該方法依據(jù)的原理是__________,通過這種方法獲得的基因中缺乏____________和__________結(jié)構(gòu),導(dǎo)致將其直接導(dǎo)入受體細(xì)胞中不能復(fù)制和表達(dá)。

(2)與選用老葉相比,選用嫩葉更易提取到mRNA,原因是__________,且提取RNA時(shí),提取液中需添加RNA酶抑制劑,其目的是__________。

(3)將從cDNA文庫中獲得的幾丁質(zhì)酶基因和質(zhì)粒載體用__________酶和DNA連接酶處理后連接起來,構(gòu)建基因表達(dá)載體,DNA連接酶催化形成的化學(xué)鍵是__________。

【解析】(1)構(gòu)建cDNA文庫時(shí),以mRNA通過反轉(zhuǎn)錄法依據(jù)堿基互補(bǔ)配對原理合成DNA,通過反轉(zhuǎn)錄合成的基因中無啟動子、終止子、復(fù)制原點(diǎn)等結(jié)構(gòu),導(dǎo)致將其直接導(dǎo)入受體細(xì)胞中不能復(fù)制和表達(dá)。(2)嫩葉組織細(xì)胞易破碎,更易提取到mRNA,且提取RNA時(shí),添加RNA酶抑制劑可以防止RNA降解。(3)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),需要用限制酶和DNA連接酶進(jìn)行處理,限制酶破壞磷酸二酯鍵,DNA連接酶催化磷酸二酯鍵形成。答案:(1)反轉(zhuǎn)錄堿基互補(bǔ)配對復(fù)制原點(diǎn)啟動子(2)嫩葉組織細(xì)胞易破碎防止RNA降解(3)限制磷酸二酯鍵12.(11分)現(xiàn)代基因編輯CRISPR/Cas9技術(shù)可以對生物的DNA序列進(jìn)行定點(diǎn)切割。將編碼Cas9酶和SgRNA的基因作為外源基因構(gòu)建基因表達(dá)載體后,導(dǎo)入受體細(xì)胞,可將細(xì)胞內(nèi)某個基因定向敲除,其作用機(jī)理如圖所示。請回答問題。(1)SgRNA與Cas9酶是一個功能復(fù)合體。如圖所示,SgRNA有引導(dǎo)作用,與A基因中部分序列堿基互補(bǔ)配對,Cas9酶在配對區(qū)域定點(diǎn)切割,導(dǎo)致A基因發(fā)生堿基對__________,基因喪失功能。SgRNA與Cas9酶的聯(lián)合作用類似于__________酶的作用。如果要獲得基因敲除動物個體,應(yīng)以__________作為受體細(xì)胞,用__________法導(dǎo)入CRISPR/Cas9基因表達(dá)載體。

(2)研究人員擔(dān)心基因編輯發(fā)生“脫靶效應(yīng)”,導(dǎo)致其他非目標(biāo)基因發(fā)生突變,我國科學(xué)家對此進(jìn)行了檢測。在小鼠受精卵分裂為兩個細(xì)胞時(shí),向其中一個細(xì)胞注入基因編輯工具,之后將此胚胎移植入母鼠子宮,待其發(fā)育到14天時(shí),將胚胎取出,把胚胎的細(xì)胞全部分散開,分成基因編輯細(xì)胞后代和非基因編輯細(xì)胞后代兩個細(xì)胞群,分別提取DNA,測序、比對。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRISPR/Cas9技術(shù)的脫靶率很低,而另一類單堿基突變系統(tǒng)的基因編輯技術(shù)脫靶率極高。①用同一受精卵分裂形成的兩個細(xì)胞作為處理對象和對照,優(yōu)點(diǎn)是______。

②利用二細(xì)胞胚胎分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞DNA作為測序?qū)ο?而不是將實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞和對照組細(xì)胞DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增后測序,原因是_____________。

③為方便將基因編輯細(xì)胞后代和非基因編輯細(xì)胞后代分開,可在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)_____________________________。

(3)基因編輯的“脫靶效應(yīng)”可能對被編輯個體帶來什么不良影響?________。

【解析】(1)SgRNA與Cas9酶是一個功能復(fù)合體。如圖所示,SgRNA有引導(dǎo)作用,與A基因中部分序列堿基互補(bǔ)配對,Cas9酶在配對區(qū)域定點(diǎn)切割,導(dǎo)致A基因發(fā)生堿基對缺失,基因喪失功能。SgRNA與Cas9酶的聯(lián)合作用類似于限制酶的作用。如果要獲得基因敲除動物個體,應(yīng)以受精卵作為受體細(xì)胞,用顯微注射法導(dǎo)入CRISPR/Cas9基因表達(dá)載體。(2)①用同一受精卵分裂形成的兩個細(xì)胞作為處理對象和對照,優(yōu)點(diǎn)是這兩個細(xì)胞的基因序列相同,避免因?qū)嶒?yàn)組和對照組細(xì)胞原有的基因序列差異掩蓋“脫靶效應(yīng)”。②利用二細(xì)胞胚胎分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞DNA作為測序?qū)ο?而不是將實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞和對照組細(xì)胞DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增后測序,原因是PCR擴(kuò)增會產(chǎn)生較多的復(fù)制錯誤,掩蓋“脫靶效應(yīng)”。③為方便將基因編輯細(xì)胞后代和非基因編輯細(xì)胞后代分開,可在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí)利用某種熒光蛋白基因作為標(biāo)記基因。(3)基因編輯的“脫靶效應(yīng)”可能對被編輯個體帶來的不良影響是如果脫靶效應(yīng)發(fā)生在原癌基因,可能導(dǎo)致細(xì)胞癌變。答案:(1)缺失限制受精卵顯微注射(2)①這兩個細(xì)胞的基因序列相同,避免因?qū)嶒?yàn)組和對照組細(xì)胞原有的基因序列差異掩蓋“脫靶效應(yīng)”②PCR擴(kuò)增會產(chǎn)生較多的復(fù)制錯誤,掩蓋“脫靶效應(yīng)”③利用某種熒光蛋白基因作為標(biāo)記基因(3)如果脫靶效應(yīng)發(fā)生在原癌基因,可能導(dǎo)致細(xì)胞癌變13.(11分)(2021·濟(jì)寧高二檢測)接種乙肝疫苗是預(yù)防乙肝病毒感染的最有效方法,乙肝疫苗的研制先后經(jīng)歷了血源性疫苗和基因工程疫苗階段。血源性乙肝疫苗是取用乙肝病毒感染者的血液,用高速離心法提純血液中的乙肝病毒,之后再將其滅活,制成乙肝疫苗,其過程具有一定的感染風(fēng)險(xiǎn)。如圖所示為乙肝基因工程疫苗的生產(chǎn)和使用過程。根據(jù)所學(xué)知識,請回答下列問題:(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以從基因文庫中獲得。基因文庫包括________和________。

(2)過程①最好選用的限制酶組合是________,請說出你的選擇理由:______。

(3)重組質(zhì)粒中,啟動子與復(fù)制原點(diǎn)的化學(xué)本質(zhì)________________(填“相同”或“不同”),啟動子的作用是__________________________________________。

(4)圖中過程②常需要用________處理,使大腸桿菌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為感受態(tài)細(xì)胞,由圖中過程③可知,該目的基因的具體功能是______________________。

(5)用基因工程疫苗接種比血源性疫苗更安全,試從疫苗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)解釋其原因。___________________________________________________________。

【解析】(1)基因文庫包括基因組文庫和部分基因文庫(cDNA文庫),基因組文庫包含了一種生物的全部基因,而部分基因文庫只包含了一種生物的一部分基因。(2)根據(jù)圖解可知,含有目的基因的外源DNA和運(yùn)載體上都有限制酶BamHⅠ、EcoRⅠ和EcoRⅤ的識別序列和切割位點(diǎn),用EcoRⅤ切割會破壞目的基因,因此圖中過程①有兩種限制酶選擇方案,它們分別是只用BamHⅠ或同時(shí)用EcoRⅠ和BamHⅠ,其中同時(shí)用EcoRⅠ和BamHⅠ可以保持目的基因的完整性,同時(shí)防止目的基因和質(zhì)粒發(fā)生自身環(huán)化。(3)啟動子與復(fù)制原點(diǎn)的化學(xué)本質(zhì)相同,都是DNA片段。啟動子的作用是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄形成mRNA。(4)將目的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞,需要先用Ca2+處理,使大腸桿菌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為感受態(tài)細(xì)胞,從過程③可知,該目的基因的具體功能是控制病毒蛋白質(zhì)外殼的合成。(5)用基因工程疫苗接種比血源性疫苗更安全,原因是該疫苗不具有遺傳物質(zhì)(DNA、病毒的DNA),不會出現(xiàn)病毒的增殖和感染。答案:(1)基因組文庫cDNA文庫(2)BamHⅠ和EcoRⅠ可以保持目的基因的完整性,同時(shí)防止目的基因和質(zhì)粒發(fā)生自身環(huán)化(3)相同是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄形成mRNA(4)Ca2+指導(dǎo)合成乙肝病毒外殼蛋白(5)研制血源性疫苗需滅活破壞乙肝病毒的核酸結(jié)構(gòu),滅活不成功則會導(dǎo)致接種者患病,而基因工程疫苗不含核酸,其中起作用的是蛋白質(zhì),不會引發(fā)病毒的增殖和感染14.(8分)(2021·鄭州高二檢測)圖1表示某質(zhì)粒載體,圖2表示植物甲的抗旱基因,該基因兩端分別包括EcoRⅠ、BamHⅠ在內(nèi)的多種限制酶的酶切位點(diǎn)。據(jù)圖回答下列問題:(1)目前獲取目的基因的常用方法有:①從________________中獲取目的基因;②利用________擴(kuò)增目的基因。

(2)若目的基因和質(zhì)粒載體分別用EcoRⅠ酶切,酶切產(chǎn)物用DNA連接酶處理后,兩兩連接的產(chǎn)物有______________種類型。將上述連接產(chǎn)物導(dǎo)入無任何抗藥性的宿主細(xì)胞中,再將這些宿主細(xì)胞接種到含四環(huán)素的培養(yǎng)基中,能正常生長的宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物是_________________________________。實(shí)驗(yàn)中,為了防止目的基因和質(zhì)粒載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接,酶切時(shí)因選用的酶是________________________。

(3)為大量培養(yǎng)抗旱新品種植物,將基因表達(dá)載體構(gòu)建完成后一般不直接導(dǎo)入農(nóng)桿菌,而是先將其轉(zhuǎn)入處于________的大腸桿菌中,導(dǎo)入大腸桿菌的目的是__________________________________________。

【解析】(1)目前獲取目的基因的常用方法有:從基因文庫中獲取、利用PCR技術(shù)擴(kuò)增。(2)將含有抗旱基因的DNA與該質(zhì)粒表達(dá)載體分別用EcoRⅠ酶切,酶切產(chǎn)物用DNA連接酶處理后,兩兩連接的產(chǎn)物有3種,即含有耐旱基因的DNA與含有耐旱基因的DNA連接、質(zhì)粒與質(zhì)粒連接、含有耐旱基因的DNA與質(zhì)粒連接。由圖可知,構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),四環(huán)素抗性基因會被破壞,因此將上述連接產(chǎn)物導(dǎo)入無任何抗藥性的宿主細(xì)胞后,將這些宿主細(xì)胞接種到含四環(huán)素的培養(yǎng)基中,能正常生長的宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物是載體-載體連接物(或質(zhì)粒-質(zhì)粒連接物)。酶切時(shí)應(yīng)選用限制酶EcoRⅠ和BamHⅠ,形成不同的黏性末端,這樣可以防止目的基因和質(zhì)粒表達(dá)載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接。(3)為大量培養(yǎng)抗旱新品種植物,將基因表達(dá)載體構(gòu)建完成后一般不直接導(dǎo)入農(nóng)桿菌,而是先將其轉(zhuǎn)入處于感受態(tài)的大腸桿菌中,目的是獲取大量重組質(zhì)粒。答案:(1)基因文庫PCR技術(shù)

(2)3載體-載體連接物(或質(zhì)粒-質(zhì)粒連接物)

EcoRⅠ和BamHⅠ(3)感受態(tài)獲取大量重組質(zhì)粒15.(9分)凡是具有抗原性、接種于機(jī)體可產(chǎn)生特異性免疫、可抵抗傳染病的發(fā)生和流行的物質(zhì)均可稱為疫苗。如圖是三代乙肝疫苗的生產(chǎn)原理示意圖,回答下列問題:(1)目前臨床使用的乙肝疫苗是第二代疫苗。圖中外衣殼蛋白基因A的大量擴(kuò)增可通過__________技術(shù),需要用到的一種重要酶是____________和__________種引物。構(gòu)建含基因A的重組質(zhì)粒需要用到的工具酶是_______________。

(2)據(jù)信息和所學(xué)知識分析:第一代疫苗基本被淘汰的原因是_________。

(3)結(jié)合圖中第二代、第三代疫苗的化學(xué)本質(zhì),分析推測哪一代疫苗有利于運(yùn)輸及其原因:________________________________。

(4)外源DNA進(jìn)入機(jī)體后,如果整合到人體基因組中可能會引起__________和____________發(fā)生突變而導(dǎo)致機(jī)體癌變,這也是第三代疫苗可能存在的安全隱患,目前正在研究中。

【解析】(1)目的基因大量擴(kuò)增可通過PCR技術(shù),該過程需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶。由于DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩條鏈反向平行,因此擴(kuò)增過程需要兩種引物。構(gòu)建基因表達(dá)載體需要用到的工具酶是限制酶和DNA連接酶。(2)第一代疫苗用的是減毒或滅活的病毒,病毒有可能恢復(fù)致病性或引起血源性疾病。(3)從圖中分析,第三代疫苗要比第二代疫苗更有利于運(yùn)輸,因?yàn)榈谌呙绫举|(zhì)是DNA,第二代疫苗本質(zhì)是蛋白質(zhì),DNA的穩(wěn)定性比蛋白質(zhì)高。(4)細(xì)胞癌變的原因是原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變。答案:(1)PCR熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq酶)兩限制酶與DNA連接酶(2)有引起血源性疾病的嫌疑(或病毒有可能恢復(fù)致病性)(3)第三代疫苗更有利于運(yùn)輸,因?yàn)榈谌呙绲谋举|(zhì)是DNA,第二代疫苗的本質(zhì)是蛋白質(zhì),DNA穩(wěn)定性比蛋白質(zhì)高(4)原癌基因抑癌基因16.(9分)(2021·日照高二檢測)瘦素是肥胖基因(OB基因)的產(chǎn)物,具有抑制攝食、調(diào)節(jié)脂肪沉積與能量代謝的功能。瘦素的作用除與肥胖有關(guān)外,對多種生理過程都有調(diào)節(jié)作用。研究人員通過體外克隆人瘦素蛋白基因,構(gòu)建了重組人瘦素蛋白基因表達(dá)載體,成功表達(dá)了人重組瘦素蛋白。請回答下列問題:(1)研究人員從高表達(dá)瘦素的人白色脂肪組織中提取mRNA,通過__________獲得cDNA后,再利用PCR技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)增。擴(kuò)增前需要根據(jù)_________________設(shè)計(jì)一對引物。PCR體系中需要加入的酶是________________________。

(2)用不同限制酶對擴(kuò)增得到的OB基因和質(zhì)粒POV3進(jìn)行雙酶切,然后構(gòu)建輸卵管特異性表達(dá)載體POV3-OB。與單酶切相比,雙酶切法可以保證_____________________?；虮磉_(dá)載體POV3-OB中需使用雞卵清蛋白基因的啟動子,原因是_________________________。

(3)將POV3-OB常通過______________法導(dǎo)入雞受精卵中;孵化后獲得轉(zhuǎn)基因雞,收集轉(zhuǎn)基因雞的雞蛋,通過____________________法檢測OB基因是否表達(dá)。

【解析】(1)利用mRNA獲得cDNA是逆轉(zhuǎn)錄過程,PCR擴(kuò)增時(shí)需要根據(jù)目的基因(OB基因)的一段核苷酸序列設(shè)計(jì)一對引物,PCR過程中需要耐高溫的DNA聚合酶(或Taq酶)。(2)雙