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3.1基因工程及其技术-第2课时——高二生物学苏教版（2019）选择性必修三同步课时作业
一、单项选择题
1.下列有关基因工程的概念及相关工具的叙述，错误的是( )
A.基因工程可以定向改变生物性状，从而培育出新品种
B.噬菌体可以作为动物基因工程的载体
C.基因工程的实质是基因重组
D.限制酶主要从原核生物中分离纯化而来
2.科学家将苏云金杆菌中的Bt基因（抗虫基因）利用农杆菌转化法导入棉花的愈伤组织细胞，并进行组织培养获得棉花植株。下列相关检测方法与结果的分析错误的是( )
A.提取棉花细胞核DNA，利用PCR技术检测Bt基因是否插入T-DNA上
B.提取棉花细胞中的RNA，利用PCR技术检测Bt基因是否转录出了mRNA
C.提取棉花细胞中的蛋白质，利用抗原-抗体杂交技术检测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白
D.用棉花的叶片饲喂棉铃虫来确定Bt基因是否赋予棉花抗虫特性以及抗性程度
3.用于植物基因转化操作的受体通常称为外植体，外植体选择的主要依据是受体细胞的转化能力。下列关于外植体选择和处理的叙述错误的是( )
A.可优先考虑幼嫩的叶片、子叶、胚轴等分裂旺盛的组织
B.处于M期的细胞比S期的细胞更易被外源基因转化
C.所选的外植体应易于组织培养且有较强的再生能力
D.对外植体的周围切割处理有利于吸引农杆菌并接纳T-DNA片段
4.图为蛛丝蛋白基因对应的DNA片段结构示意图，目前利用现代生物技术生产蜘蛛丝已取得成功。下列有关叙述正确的是( )
A.一个基因扩增4次共消耗引物32个
B.获取该基因，要破坏2个磷酸二酯键
C.用PCR技术获取该基因，设计的引物应分别结合在1、4部位
D.在PCR仪中至少需经过6次循环，才可获得32个符合要求的目的基因
5.蛛丝蛋白是一种特殊纤维蛋白，具有强度高、韧性大等特点，在人工肌腱等医学领域有着诱人的前景。某研究小组提取一种丝绒蜘蛛中的蛛丝蛋白基因，将其导入大肠杆菌生产蛛丝蛋白。下列叙述正确的是( )
A.构建蛛丝蛋白基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶
B.可通过显微注射的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌
C.基因表达载体上的启动子可调控蛛丝蛋白基因的表达
D.可通过基因工程改造蛛丝蛋白的结构以增强其韧性
6.将马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因PinⅡ导入杨树细胞，培育成了抗虫杨树。如图表示含目的基因的DNA分子和农杆菌质粒，图中Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Neor表示新霉素抗性基因，箭头表示识别序列完全不同的4种限制酶的切割位点。下列叙述不正确的是( )
A.目的基因插入到质粒的T- DNA上，才能整合到受体细胞染色体中
B.为使目的基因与质粒高效重组，最好选用EcoRⅠ和PstⅠ
C.成功导入重组质粒的细胞会表现为不抗氨苄青霉素、抗新霉素
D.转化了的杨树细胞在合适条件下经脱分化即可形成抗虫杨树
7.PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，研究者获取了该蛋白的基因编码序列（简称phb2基因），利用大肠杆菌表达该蛋白。下图为所用载体示意图，phb2基因基因序列不含图中限制酶的识别序列。下列叙述错误的是( )
A.将phb2基因与载体正确连接构建基因表达载体是培育转基因大肠杆菌的核心工作
B.为使phb2基因与载体正确连接，在扩增的phb2基因两端可分别引入PvuⅡ和EcoRI限制酶的识别序列
C.在使phb2基因与载体连接时，在扩增的phb2基因两端都引入PvuⅡ限制酶的识别序列可能导致目的基因环化
D.构建基因表达载体时，需选择BamHI限制酶破坏氨苄青霉素抗性基因，以便对目的基因是否正常转入进行检测与鉴定
8.下列有关基因导入方式、受体细胞以及基因导入后获得个体的说法，错误的是( )
A.将目的基因导入动物细胞目前最常用的，也是最为有效的方式是显微注射
B.将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法
C.转基因动物的受体细胞必须是受精卵，然后由受精卵发育成转基因动物
D.转基因植物的受体细胞必须是受精卵，然后利用植物组织培养技术获得转基因植株
9.下列有关基因工程基本操作程序的叙述，正确的是( )
A.目的基因检测时所用的核酸探针是指与目的基因相同的特定双链DNA
B.基因组文库的基因含有某物种的部分基因
C.若基因比较小且核苷酸序列已知，则可直接通过化学方法合成
D.抗生素合成基因作为标记基因，可鉴别目的基因是否导入受体细胞
10.培育转基因抗虫棉过程需要的步骤顺序是( )
A.目的基因的筛选与获取→将目的基因导入受体细胞→基因表达载体的构建→目的基因的检测与鉴定
B.目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和鉴定
C.目的基因的检测和鉴定→目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞
D.基因表达载体的构建→目的基因的筛选与获取→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测和鉴定
二、多选选择题
11.目的基因导入受体细胞后，需要检测目的基因是否可以维持稳定和表达其遗传特性。下列关于目的基因的检测和鉴定的叙述，正确的是( )
A.目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是能否转录出mRNA
B.为了增强DNA分子探针检测的准确度，一般要先对目的基因进行PCR扩增
C.可采用PCR检测目的基因是否转录和翻译
D.可从转基因生物中提取mRNA来检测目的基因是否表达相应蛋白质
12.将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后，重新导入大肠杆菌的细胞内，再通过发酵工程就能大量生产人生长激素。下列相关叙述正确的是( )
A.转录生长激素基因需要解旋酶和DNA连接酶
B.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初生代谢物
C.人生长激素基因能够在大肠杆菌细胞内表达，说明人和大肠杆菌共用一套遗传密码
D.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤和尿嘧啶的含量相等
13.科学家利用含氯霉素抗性基因的质粒作载体,将编码牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌的基因组中，再通过工业发酵批量生产牛凝乳酶，用于生产奶酪。已知氯霉素对大肠杆菌的增殖有较强的抑制作用。下列关于检测目的基因是否导入受体细胞的说法，错误的是( )
A.用同位素标记的牛凝乳酶基因制作的探针与受体细胞的DNA进行杂交
B.选择合适的限制酶切割从受体细胞中提取的质粒，再进行电泳检测
C.能在含有氯霉素的培养基上生长的大肠杆菌一定被导入了目的基因
D.分别用与质粒DNA和目的基因DNA互补结合的一对引物，对从受体细胞中提取的质粒进行PCR扩增,之后再进行电泳检测
三、非选择题
14.人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值。图1表示获得的HSA基因及其基因工程中运输该基因所用载体的结构示意图。利用基因工程获取重组HSA（rHSA）的两条途径如图2所示，请回答下列问题：
（1）据图1分析，扩增目的基因时需要选择的一对引物是_______，为了使目的基因正确插入载体中，应在所选引物的_______端分别添加特定的限制酶的识别序列，请写出所选引物需要添加的限制酶序列_______（引物和限制酶要一一对应）。
（2）若限制酶切割载体和目的基因后产生的均是黏性末端，则可选择_______DNA连接酶将二者连接以构建基因表达载体。据图1分析，转录时目的基因的_______链为模板链。
（3）将目的基因导入大肠杆菌时，经常用_______处理大肠杆菌，使其处于感受态。选择图2途径I获取rHSA时，为了使目的基因能在水稻胚乳细胞中特异性表达，应选择_______启动子。与途径Ⅱ相比，选择途径I获取rHSA的优势是_______。
15.靛蓝是最早发现的天然染料之一。研究人员将靛蓝色素酶基因（IDG）与启动子PTL12相连以构建基因表达载体（如图，KpnⅠ、HindⅢ、BamHⅠ、PstⅠ代表不同限制酶，图中质粒上酶的位置为其对应的酶切位点），并最终培育出能在棉纤维细胞中表达靛蓝色素酶的彩色棉新品种。请据图回答下列问题：
（1）图中所示是基因工程操作步骤中的____________，该过程用到____________种酶。
（2）本研究中将IDG与启动子PTL12结合的主要目的是____________。
（3）过程①②都使用KpnⅠ切割质粒，目的是____________，过程③使用的Ti质粒中的T-DNA内部至少应含有的限制酶是____________。
（4）利用农杆菌转化法将目的基因导入棉花细胞的过程：首先将____________转入农杆菌，然后通过农杆菌侵染植物细胞将____________转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的____________上。
答案以及解析
1.答案：B
解析：AC、基因工程是指按照人们的意愿，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程可以定向改变生物性状，从而培育出新品种，原理是基因重组，AC正确；B、噬菌体是专门寄生在细菌体内的病毒，不可作为动物基因工程的载体，B错误；D、限制酶主要从原核生物中分离纯化而来，能够识别双链DNA分子中的某种特定的核苷酸序列，并在特定位点进行切割，D正确。故选B。
2.答案：A
解析：A、提取棉花细胞核DNA，利用目的基因来设计引物进行PCR扩增，根据扩增是否出现的目条带，检测Bt基因是否插入棉花的染色体DNA上，A错误；B、提取棉花细胞中的RNA，通过逆转录获得cDNA，利用目的基因来设计引物进行PCR扩增，根据扩增是否出现的目条带，检测Bt基因是否转录出了mRNA，B正确；C、提取细胞中的蛋白质，采用抗原-抗体分子杂交技术进行检测，根据是否出现杂交带，检测测Bt基因是否翻译成Bt抗虫蛋白，C正确；D、用棉花的叶片饲喂棉铃虫，根据棉铃虫的死亡情况来确定Bt基因是否赋予棉花抗虫特性以及抗性程度，D正确。故选A。
3.答案：B
解析：A、幼嫩的叶片、子叶、胚轴等分裂旺盛的组织作为外植体更容易再生成转基因植株，A正确；
B、M期细胞基因位于高度螺旋化的染色体上，相比S期的细胞外源基因难以插入完成转化，B错误；
C、为了获得转基因植株，所选择的外植体应易于组织培养且有较强的再生能力，C正确；
D、经切割处理的外植体分泌大量的酚类化合物，从而有利于吸引农杆菌并接纳T-DNA片段，D正确。
故选B。
4.答案：D
解析：A、一个基因扩增4次，新合成的DNA数有24=16个，但新合成的链数为30个，所以共消耗引物30个，A错误；
B、获取该基因，要破坏4个磷酸二酯键，B错误；
C、用PCR技术获取该基因，引物结合到模板链的3'端，设计的引物应分别结合在2、3部位，C错误；
D、如图所示：，设X基因为目的基因。经过第一轮复制以亲代DNA的两条链做模板，可以得到①和②两种DNA；经过第二轮复制可以得到①和③、②和④；经过第三轮复制可以得到①和③、③和⑤、②和④、④和⑤；第四轮复制得到16个DNA分子，即①和③、2个③和2个⑤、②和④、2个④和2个⑤、第三轮的2个⑤得到4个⑤（统计为①、②、3个③、3个④、8个⑤）；第五轮复制得到32个DNA分子，即①和③、②和④、3个③和3个⑤、3个④和3个⑤、第四轮的8个⑤得16个⑤（统计为①、②、4个③、4个④、22个⑤；⑤为目的基因即还未获得32个目的基因），第六轮复制得64个DNA分子，即①和③、②和④、4个③和4个⑤、4个④和4个⑤、第五轮的22个⑤得44个⑤（统计为①、②、5个③、5个④、52个⑤；⑤为目的基因，即此时获得32以上符合条件的目的基因），综上所述，需要至少6次循环可获得32个以上符合要求的目的基因，D正确。
故选D。
5.答案：C
解析：A、构建蛛丝蛋白基因表达载体时，需要用限制酶切割含有蛛丝蛋白基因的DNA片段和载体，然后用DNA连接酶将获取的蛛丝蛋白基因和切割后的载体连接起来，A错误；B、将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌，最常用的转化方法是用Ca2+处理大肠杆菌细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B错误；C、基因表达载体上的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA，可调控蛛丝蛋白基因的表达，C正确；D、若要改造蛛丝蛋白的结构以增强其韧性，可以通过蛋白质工程来实现，D错误。故选C。
6.答案：D
解析：A、农杆菌中的Ti质粒上的T -DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，因此，目的基因插入到质粒的T- DNA上，可整合到受体细胞染色体中，A正确；B、为保证目的基因的完整性，不能选用BamHⅠ；为防止自身环化，应选用目的基因两侧的两种不同的限制酶；重组质粒中至少要保留一个抗性基因，TthⅢ1和PstⅠ只能选其中一个；因此可选用EcoRⅠ和TthⅢ1或者EcoRⅠ和PstⅠ；为保留重组质粒中的复制原点，最好选用EcoRⅠ和PstⅠ，B正确；C、用EcoRⅠ和PstⅠ切割会破坏氨苄青霉素抗性基因，但不会破坏新霉素抗性基因，因此成功导入重组质粒的细胞会表现为不抗氨苄青霉素，但能抗新霉素，C正确；D、转化了的杨树细胞在合适条件下经脱分化与再分化可形成抗虫杨树，D错误。故选D。
7.答案：D
解析：A、将phb2基因与载体正确连接构建基因表达载体是培育转基因大肠杆菌的核心工作，A正确；B、限制酶的选择不能破坏目的基因，不能破坏载体上的关键结构，为使phb2基因与载体正确连接，在扩增的phb2基因两端可分别引入PvuⅡ和EcoRI限制酶的识别序列，也可以防止自身环化，B正确；C、在使phb2基因与载体连接时，在扩增的phb2基因两端都引入PvuⅡ限制酶的识别序列，会产生可以互补配对的序列，可能导致目的基因环化，C正确；D、氨苄青霉素抗性基因是标记基因，选择BamHI限制酶破坏氨苄青霉素抗性基因，则不利于目的基因是否正常转入进行检测与鉴定，D错误。故选D。
8.答案：D
解析：A、显微注射技术是将目的基因导入动物细胞最常用的、最为有效的一种方法，A正确；B、将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，也可用花粉管通道法，B正 确；C、动物体细胞的细胞核具有全能性，完整的动物体细胞的全能性不易表现出来，所以转基因动物的受体细胞必须是受精卵，然后利用胚胎移植技术获得转基因动物，C正确；D、植物体细胞具有全能性，所以转基因植物的受体细胞一般是体细胞，然后利用植物组织培养技术获得转基因植株，D错误。故选D。
9.答案：C
解析：A、DNA探针是指用放射性同位素或荧光分子标记的DNA单链，利用碱基互补配对原则，检测目的基因是否导入受体细胞中，A错误；B、基因组文库的基因含有某物种的全部基因，cDNA文库的基因含有某物种的部分基因，B错误；C、若目的基因比较小，核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成，C正确；D、运载体上的抗生素抗性基因作为标记基因，可用于检测目的基因是否导入受体细胞，D错误。故选C。
10.答案：B
解析：培育转基因抗虫棉主要需要四个步骤：目的基因的筛选与获取、基因表达载体的构建（核心步骤）、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定，B正确，ACD错误。故选B。
11.答案：B
解析：A、目的基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是目的基因能否在受体细胞中稳定保存，A错误；B、为了增强DNA分子探针检测的准确度，一般要先对目的基因进行PCR扩增，以获得较多的目的基因，B正确；C、可采用PCR检测目的基因是否转录，采用抗原－抗体杂交技术检测目的基因是否翻译，C错误；D、检测目的基因是否翻译出相应的蛋白质，应该采用抗原－抗体杂交技术，D错误。故选B。
12.答案：C
解析：A、转录生长激素基因需要RNA聚合酶，不需要解旋酶和DNA聚合酶，A错误；B、发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的次级代谢产物，不是不可或缺的，B错误；C、人和大肠杆菌共用一套遗传密码，因此人生长激素基因能够在大肠杆菌细胞内表达，C正确；D、基因是含有遗传效应的DNA片段，DNA所含的碱基中不含有尿嘧啶，D错误。故选C。
13.答案：C
解析：空质粒和重组质粒都含有氯霉素抗性基因，能在含有氯霉素的培养基上生长的大肠杆菌不一定被导入了目的基因，C错误。
14.答案：（1）引物2和引物3；5'；引物2添加HindⅡ酶的识别序列，引物3添加AluⅠ酶的识别序列
（2）E.coli或T4；b
（3）Ca2+；胚乳细胞特异蛋白基因；水稻是真核生物﹐其细胞能对表达的rHSA进行加工修饰，使rHSA具有与天然HSA相似的结构和功能
解析：（1）DNA分子的磷酸基团端是5'端，羟基端是3'端，引物的5'端与模板链的3'端结合，故根据图1中需要扩增的片段可知，应选择引物2和引物3；PCR扩增时，子链延伸方向是沿着引物的5'→3'端，故应在引物的5'端添加限制酶的识别序列；基因表达载体需要有启动子、终止子、标记基因、复制原点和目的基因，图1中EcoRⅠ会破坏复制原点，不能选，又因目的基因应在启动子与终止子之间，且转录的方向应为启动子→终止子的方向，故图1中目的基因的左边即引物3应添加AluⅠ，图1目的基因的右边即引物2需添加HindⅡ。
（2）E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段。而T4DNA连接酶既可以“缝合”双链DNA片段互补的黏性末端，又可以“缝合”双链DNA片段的平末端，故可选择E.coliDNA连接酶或T4DNA连接酶将二者连接以构建基因表达载体；转录时合成的RNA链与母链是反向平行的，且RNA合成方向为5'→3'端，图中b链左边羟基端为3'端，故转录时目的基因的b链为模板链。
（3）用Ca2+处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中；启动子是RNA聚合酶识别与结合的位点，用于驱动基因的转录，为了让目的基因能在水稻胚乳细胞中表达，需要将目的基因与胚乳细胞特异蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起；途径Ⅰ的受体细胞（水稻细胞）是真核细胞，细胞中有内质网、高尔基体等各种复杂的细胞器，可将人血清蛋白加工成熟形成具有生物活性的蛋白质后分泌出来，途径Ⅱ受体细胞是原核细胞，细胞中没有内质网、高尔基体等细胞器，无法分泌具有特定空间结构的人血清蛋白，因此，与途径Ⅱ相比，选择途径I获取rHSA的优势是水稻是真核生物﹐其细胞能对表达的rHSA进行加工修饰，使rHSA具有与天然HSA相似的结构和功能。
15.答案：（1）基因表达载体的构建；3/三
（2）由于PTL12是棉纤维细胞特异启动子，将IDG与特异启动子PTL12结合的主要目的是保证IDG基因能在棉纤维细胞中特异表达。
（3）形成相同的黏性末端，使PTL12片段后能与IDG按设计方向正确连接，保证IDG的正确表达；HindⅢ和BamHⅠ
（4）重组Ti质粒；T—DNA；染色体
解析：（1）图示是基因工程操作步骤中的基因表达载体的构建，该过程中需要用到限制酶2种和DNA连接酶，共3种酶。
（2）由于PTL12是棉纤维细胞特异启动子，将IDG与特异启动子PTL12结合的主要目的是保证IDG基因能在棉纤维细胞中特异表达。
（3）根据图示拼接过程分析，过程①、②均使用了KpnⅠ，可形成相同的黏性末端，使PTL12片段后能与IDG按设计方向正确连接，保证IDG的正确表达。结合过程①、②可以确定“PTL12－IDG”片段的两端分别是HindⅢ和BamH的识别序列，且Ti质粒中仅有T－DNA可转移整合到受体细胞中，因此选择的Ti质粒的T－DNA内部必需有这两种酶识别序列。
（4）农杆菌转化法将目的基因导入棉花细胞的过程：首先将重组Ti质粒转入农杆菌，利用重组Ti质粒中的T—DNA能够转移的特性，T—DNA转移到被侵染的细胞，并且将其整合到该细胞的染色体上，使其在受体细胞中稳定存在，并且发挥作用。

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