高中生物人教版 (2019)选择性必修3第2节 基因工程的基本操作程序课时作业

第2节　基因工程的基本操作程序

基础巩固

1.基因工程的正确操作步骤是(　　)

①基因表达载体的构建　②将目的基因导入受体细胞　③目的基因的检测与鉴定　④目的基因的筛选与获取

A.③②④①　　 B.②④①③

C.④①②③　 D.③④①②

答案:C

2.利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需的产品。下列选项能说明目的基因完成表达的是(　　)

A.棉花细胞中检测到载体上的标记基因

B.山羊乳腺细胞中检测到人的生长激素基因

C.大肠杆菌中检测到人的胰岛素基因转录出的mRNA

D.酵母菌细胞中提取出人的干扰素

答案:D

解析:目的基因完成表达是指目的基因在细胞中翻译出相应的蛋白质。在酵母菌细胞中提取到人的干扰素,说明导入酵母菌中的人的干扰素基因完成了表达。

3.科学家培育出了一头携带两个人类基因的奶牛,因此有望生产出与人类母乳极其类似的奶制品。下列叙述错误的是(　　)

A.该技术将导致定向变异

B.DNA连接酶将目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来

C.蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料

D.受精卵是理想的受体

答案:B

解析:DNA连接酶的作用是通过形成磷酸二酯键将DNA片段连接起来。

4.下图表示一项重要生物技术的关键步骤,X是导入了外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法错误的是(　　)

A.X是能合成胰岛素的细菌细胞

B.质粒是细胞核或拟核外能自主复制的小型环状DNA

C.目的基因与质粒的重组只需要DNA连接酶

D.该细菌的性状被定向改造

答案:C

解析:基因与载体的重组需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶。

5.在基因表达载体的构建中,下列说法错误的是(　　)

①基因表达载体中一定不含有起始密码子和终止密码子

②有了启动子才能驱动基因转录出mRNA　③终止子的作用是使转录在所需要的地方停止　④基因表达载体的构建需要使用限制酶和DNA聚合酶等特殊工具　⑤基因表达载体上的标记基因一定是抗生素抗性基因

A.②③　 B.①④

C.④⑤　 D.③④

答案:C

解析:基因表达载体的结构包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等,起始密码子和终止密码子位于mRNA上,①正确;有了启动子才能驱动基因转录出mRNA,②正确;终止子的作用是使转录在所需要的地方停止,③正确;基因表达载体的构建需要限制酶和DNA连接酶,不需要DNA聚合酶,④错误;基因表达载体上必须有标记基因,可以是抗生素抗性基因,也可以是其他能表达特定颜色或性状的基因,⑤错误。

6.科学家在培育抗虫棉时,起初把苏云金杆菌的抗虫基因插入载体质粒中,然后导入棉花的受精卵中,结果抗虫基因在棉花体内没有表达;后来在插入抗虫基因的质粒中插入启动子(位于抗虫基因上游),导入棉花受精卵,培育出的棉花植株还是没有抗虫能力;科学家又在有启动子、抗虫基因的质粒中插入终止子(抗虫基因下游),导入棉花受精卵,结果培育出的植株具有了抗虫能力。由以上过程推知,作为重组载体除了标记基因外,还应具备的结构是(　　)

A.目的基因、启动子

B.目的基因、终止子

C.启动子、终止子

D.目的基因、启动子、终止子

答案:D

7.下图表示利用农杆菌转化法获得某种转基因植物的部分操作步骤。下列说法错误的是(　　)

A.利用含有四环素的培养基可将含Ⅱ的细菌筛选出来

B.Ⅲ是农杆菌,通过步骤③将目的基因导入植株

C.⑥可与多个核糖体结合,并可以同时翻译出多种蛋白质

D.①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与

答案:C

解析:题图中以四环素抗性基因为标记基因,因此利用含有四环素的培养基可将含分子Ⅱ(重组质粒)的细菌筛选出来。Ⅲ是农杆菌,步骤③表示将目的基因导入植株。⑥是一条mRNA分子,可与多个核糖体结合,但由于翻译的模板是同一条mRNA分子,故多个核糖体翻译出的是同种蛋白质。图中①过程表示基因表达载体的构建,需要限制酶和DNA连接酶的参与。

8.为使玉米获得抗除草剂性状,需进行下图所示的操作。报告基因的产物能催化无色物质K呈现蓝色。转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,导致未转化愈伤组织也可能在选择培养基上生长。下列叙述错误的是(　　)

A.筛选1需要用氨苄青霉素培养基筛选出成功导入表达载体的农杆菌

B.筛选2需要用无色物质K处理愈伤组织并筛选出呈现蓝色的组织

C.报告基因在玉米的愈伤组织和农杆菌细胞中均会表达

D.由转化的细胞发育成完整植株,体现了植物细胞的全能性

答案:C

解析:据图分析可知,质粒上含有氨苄青霉素抗性基因,可以作为标记基因,因此筛选1需要用氨苄青霉素培养基筛选出成功导入表达载体的农杆菌。根据题意可知,报告基因的产物能催化无色物质K呈现蓝色,因此筛选2需要用无色物质K处理愈伤组织并筛选出呈现蓝色的组织。基因是选择性表达的,因此报告基因在玉米的愈伤组织和农杆菌细胞中不一定都表达。由转化的细胞发育成完整植株,体现了植物细胞的全能性。

9.下列有关电泳的叙述,错误的是(　　)

A.电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程

B.待测样品中各种分子的形状、大小及带电性质的差异等会影响其在电泳中的迁移速度

C.进行电泳时,带电粒子会向着与其所带电荷相同的电极移动

D.常用的电泳方法是琼脂糖凝胶电泳

答案:C

解析:进行电泳时,带电粒子会向着与其所带电荷相反的电极移动。

10.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。其基本流程如下图所示(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)。请回答下列问题。

(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,使细胞处于　　　　　　　　　　的生理状态,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X-gal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。 

答案:(1)需要

(2)一种能吸收周围环境中DNA分子　Ampr(或氨苄青霉素抗性)

(3)白色

(4)SHH基因转录的mRNA(只写mRNA不可)

解析:(1)重组载体中SHH基因表达需要启动子。(2)用 Ca2+处理大肠杆菌细胞使其处于一种能吸收周围DNA分子的生理状态。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X-gal的培养基上会形成蓝色菌落,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X-gal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。

11.下图为某种质粒表达载体简图,小箭头所指分别为限制性内切核酸酶EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ的酶切位点,Ampr为氨苄青霉素抗性基因,Tetr为四环素抗性基因,P为启动子,T为终止子,ori为复制原点。已知目的基因的两端分别有包括EcoR Ⅰ、BamH Ⅰ在内的多种酶的酶切位点。

据图回答下列问题。

(1)将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRⅠ酶切,酶切产物用DNA连接酶进行连接后,其中由2个DNA片段之间连接形成的产物有　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　3种。

(2)用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验。之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基上,能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;若接种到含青霉素的培养基上,能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是　。 

(3)目的基因表达时,RNA聚合酶识别和结合的位点是　　　　,其合成的产物是　　　　。 

(4)在上述实验中,为了防止目的基因和质粒自身环化,酶切时应选用的酶是                                    　。 

答案:(1)目的基因—载体连接物　载体—载体连接物

目的基因—目的基因连接物

(2)载体—载体连接物　目的基因—载体连接物、载体—载体连接物

(3)启动子　mRNA

(4)EcoR Ⅰ和BamH Ⅰ(不能只答一种酶)

解析:将含有目的基因的DNA与质粒表达载体分别用EcoRⅠ酶切,所产生的黏性末端相同,用DNA连接酶处理后,不同的片段随机结合,由2个DNA片段之间连接可形成3种不同的产物。将这3种连接产物导入受体菌后,可根据不同连接产物所携带抗性基因的差异选择不同的选择培养基进行筛选。由题图和题目中提供的信息可知,同时应用EcoRⅠ和BamHⅠ进行酶切可有效防止目的基因和质粒自身环化。

能力提升

1.(不定项选择题)科学研究发现Notch基因编码一类高度保守的细胞表面受体,通过与其相应的配体结合调控细胞增殖、分化和凋亡等。为了研究Notch基因表达产物的功能,科学家构建含Notch基因的重组质粒,并在大肠杆菌中表达。下列相关分析正确的是(　　)

A.可以用逆转录的方法和PCR技术获得Notch基因

B.利用PCR技术扩增目的基因时,高温代替了解旋酶的功能

C.可通过核酸分子杂交的方法判断导入的基因是否成功表达

D.基因表达载体的构建是基因工程的核心

答案:ABD

解析:获取目的基因的方法有从基因文库中获取,利用PCR扩增,人工合成等,故可以用逆转录的方法和PCR技术获得Notch基因,A项正确。利用PCR技术扩增目的基因时,高温变性可以将DNA双链打开,代替了解旋酶的功能,B项正确。判断导入的基因是否成功表达,需要用抗原—抗体杂交技术,C项错误。基因表达载体的构建是基因工程的核心,D项正确。

2.(不定项选择题)下图为农杆菌Ti质粒的T-DNA区段结构示意图。农杆菌附着植物细胞后,T-DNA首先在农杆菌中从右边界到左边界被剪切、复制,然后进入植物细胞并整合到染色体上,继而诱发细胞异常生长和分裂,形成植物肿瘤。下列有关叙述正确的是(　　)

A.Ti质粒存在于农杆菌的拟核DNA外

B.植物肿瘤的形成与A、B两个基因的表达有关

C.清除植物肿瘤组织中的农杆菌后肿瘤不再生长

D.利用T-DNA 进行转基因时需要保留LB、RB序列

答案:ABD

解析:将目的基因导入植物细胞,常采用农杆菌转化法。农杆菌的特点:易侵染双子叶植物和裸子植物,农杆菌中有Ti质粒,质粒是独立于拟核之外的环状DNA分子,其上有T-DNA,目的基因在T-DNA的作用下可以插入受体细胞染色体的DNA上。根据以上分析可知,Ti质粒存在于农杆菌的拟核DNA外。图中A、B两个基因的表达可以合成生长素和细胞分裂素,这两种激素诱发植物异常生长和分裂,形成植物肿瘤组织。T-DNA携带目的基因已经进入植物细胞并整合到染色体上,因此清除植物肿瘤组织中的农杆菌后,植物细胞内仍然具有A、B两个基因,故肿瘤还会生长。根据题意,T-DNA首先在农杆菌中从右边界到左边界被剪切、复制,然后进入植物细胞并整合到染色体上,因此利用T-DNA进行转基因时需要保留LB、RB序列。

3.北极比目鱼含有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白为具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,下列分析错误的是(　　)

A.图中的①目的基因的获取会用到PCR技术

B.图中的②过程需要用到的酶是限制酶和DNA连接酶

C.成功导入了重组质粒的抗冻番茄植株只做个体水平的鉴定即可

D.为了检测转基因番茄植株是否抗冻,应将该植株放在低温环境中培养

答案:C

解析:图中的①是借助逆转录的原理合成目的基因后再进行PCR扩增。图中的②过程是基因表达载体的构建,需要用到限制性内切核酸酶和DNA连接酶。成功导入了重组质粒的抗冻番茄植株先做分子水平的检测,再做个体水平的鉴定。在做个体水平上的鉴定时,应将该植株放在低温环境下培养,以验证是否具有抗冻能力。

4.环境雌激素(EEs)会影响动物和人类的性腺发育。斑马鱼在EEs的诱导下,会表达出卵黄蛋白原(vtg),已知绿色荧光蛋白基因(GFP基因)能使斑马鱼发光,欲获得能检测水中是否含EEs的转基因斑马鱼,下列操作合理的是(　　)

A.将EEs基因的启动子与GFP基因重组

B.将vtg基因的启动子与GFP基因重组

C.将GFP基因的启动子与GFP基因重组

D.将GFP基因的启动子与vtg基因重组

答案:B

解析:环境雌激素(EEs)能诱导斑马鱼表达出卵黄蛋白原(vtg),因此可通过检测斑马鱼中是否表达出卵黄蛋白原(vtg)来检测水中是否含有EEs,vtg基因为目的基因。GFP基因能使斑马鱼发光,故GFP基因为标记基因。基因表达载体的组成包括启动子、目的基因、终止子、标记基因等,欲获得能检测水中是否含有EEs的转基因斑马鱼,需要将vtg基因(目的基因)的启动子与GFP基因(标记基因)基因重组。

5.下面是获得转基因抗虫棉的技术流程示意图。请回答下列问题。

(1)A→B利用的技术称为　　　　,其中②过程需要　　　　　　　　酶才能完成。

(2)图中将目的基因导入棉花细胞需要经过③过程,该过程为　　　　　　　　　　　,其目的是使目的基因在受体细胞中　　　　　　　　　　　　　　　　　　,同时使目的基因能够表达和发挥作用。 

(3)欲确定抗虫基因在G体内是否表达,在个体水平上需要做　　　　　　实验。如果抗虫基因导入成功,且已整合到受体细胞中的某一条染色体上,并表现出抗虫性状,则该抗虫棉自交一代,预计后代中抗虫植株占　　　　。 

答案:(1)PCR　耐高温的DNA聚合(Taq DNA聚合)

(2)构建基因表达载体　稳定存在并且可以遗传给下一代

(3)抗虫接种　3/4

解析:(1)由题图可知,A→B是在生物体外,利用PCR技术扩增DNA片段,②过程需要耐高温的DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)才能完成。(2)在基因工程操作中,将目的基因导入棉花(受体)细胞之前,需要构建基因表达载体(重组DNA),即图中的③过程。构建基因表达载体的目的:使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用。(3)欲确定抗虫基因在G(转基因抗虫棉)体内是否表达,在个体水平上需要做抗虫接种实验。导入的抗虫基因整合到染色体DNA上,并表现出抗虫性状,该转基因抗虫棉可视为杂合子,其自交后代中抗虫植株占3/4,不抗虫植株占1/4。