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3.3基因工程的应用 同步课时作业
一、单项选择题
1.下列不属于基因工程成果的是( )
A.乳腺生物反应器生产药用蛋白 B.培育抗除草剂的作物新品种
C.利用微生物生产重组人干扰素 D.用高产青霉菌生产青霉素
2.利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是( )
A.利用显微注射法将人的生长激素基因导入受体哺乳动物体内
B.需要将乳腺中特异表达的基因的启动子与目的基因重组在一起
C.动物必须是雌性才能满足要求
D.动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
3.基因工程在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述，错误的是( )
A.可利用转基因动物做器官移植供体
B.基因工程能定向改造生物性状，培育新物种
C.基因工程可用于环境监测和对被污染环境的净化
D.将胰岛素基因导入酵母菌中，通过发酵工程可批量生产胰岛素
4.基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面得到了飞速的发展。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( )
A.通过将肠乳糖酶导入到奶牛乳腺细胞中，以降低乳汁中乳糖含量，从而解决部分人群的乳糖不耐受问题
B.通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于基因工程技术的应用
C.通过制备山羊膀胱生物反应器，使人乳铁蛋白基因只存在于膀胱细胞中，进而可以从尿液中分离纯化出所需要的人乳铁白蛋白，实现大量制备的目的
D.与人细胞分泌的天然生长激素相比，将人的生长激素基因导入大肠杆菌制备的工程菌无法对生长激素进行正常的加工和修饰
5.疫苗是人类预防疾病强有力的手段，疫苗产业也是医疗卫生事业和生物技术产业的重点发展领域之一，目前生产疫苗的两种方法主要有：利用转基因工程菌和借助动物细胞的大规模培养。例如，生产乙肝疫苗时，可以将S基因导入大肠杆菌构建工程菌生产重组乙肝疫苗，或者大规模培养能够表达S蛋白的中国仓鼠卵巢细胞获得乙肝疫苗。下列有关两种方法叙述错误的是( )
A.两种方法都需用转基因技术构建工程菌或工程细胞
B.将S基因导入大肠杆菌构建工程菌时需要使用钙离子处理细胞
C.体外培养中国仓鼠卵巢细胞时要定期更换培养液以创造无菌环境
D.哺乳动物细胞表达的外源蛋白，更接近乙肝病毒的S蛋白
6.苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白（Bt）与豇豆胰蛋白酶抑制剂（CpTＩ）杀虫机理不同。在转基因作物种植区，发现棉铃虫种群抗性基因频率显著上升。科学家尝试用转双基因烟草对棉铃虫幼虫进行多代抗性筛选。以下叙述不正确的是( )
A.利用PCR或抗原抗体杂交技术可对植株的抗虫性状进行检测
B.单基因抗性筛选与双基因抗性筛选导致棉铃虫种群基因库不同
C.种植转双基因的烟草可减缓棉铃虫种群抗性基因频率上升速度
D.转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险
7.基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面，展示出广阔的前景。下列有关基因工程的成果及应用的叙述不正确的是( )
A.基因工程能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
B.用转基因动物作为器官移植的供体时，导入某种调节因子以抑制抗原决定基因的表达
C.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
D.基因治疗是把正常基因导入病人体内，使该基因表达发挥功能，以达到治疗的目的
8.下图表示应用基因工程技术生产干扰素的三条途径，下列相关叙述错误的是( )
A.途径甲中，过程Ⅰ应将干扰素基因和乳腺蛋白基因的启动子重组
B.途径乙中，过程Ⅱ一般采用的方法是农杆菌转化法
C.途径丙中，过程Ⅱ可用Ca2+处理大肠杆菌
D.三条途径中，过程Ⅲ依据的生物学原理相同
9.基因组编辑技术能对基因进行定点“修改”，以改变目的基因的序列和功能，可应用于物种改良和基因治疗。下列分析错误的是( )
A.对目的基因的碱基进行定点替换、增添或敲除，会引起基因突变
B.编辑过程中造成DNA小片段异常插入某基因中，将导致染色体变异
C.将抗性基因编辑后插入农作物基因组中改良物种，利用了基因重组原理
D.可通过导入正常基因或者精准编辑修复缺陷基因，达到治疗疾病的目的
10.让羊产牛奶，科学家对此做了相关的构想，过程如下图所示。请据图判断，下列说法正确的是( )
A.图中涉及的现代生物技术有动物细胞核移植、胚胎移植、胚胎分割和动物细胞融合等
B.小羊a、小羊b、小羊c的性状表现不同，小羊a与羊N的性状表现相同
C.若研究发现羊N细胞中线粒体基因的表达产物丰富，故而它的产奶率高，则小羊a会有这一优良性状
D.依据目前的生物技术和理论，还不能通过生物工程手段获得新物种“羊－牛”
11.关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，不正确的是( )
A.基因治疗是治疗遗传病的最有效手段
B.基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因
C.基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因改造
D.进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵
12.动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术使哺乳动物成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是( )
A.利用基因工程将人的生长激素导入到受体哺乳动物体内
B.需要将乳腺蛋白基因的启动子与目的基因重组在一起
C.利用显微注射法将人的生长激素基因导入受精卵中
D.受体动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”
13.味精的主要成分是谷氨酸钠，一般通过谷氨酸棒状杆菌发酵生产。谷氨酸棒状杆菌是一种好氧菌，发酵过程中所用的谷氨酸棒状杆菌菌种大都从自然界筛选获得。如图是以小麦为原料发酵生产味精的工艺流程图。下列相关叙述正确的是( )
A.谷氨酸棒状杆菌无法直接利用淀粉中的能量
B.发酵过程中不能向发酵罐通气，以免杂菌污染
C.在中性和弱碱性条件下容易形成谷氨酰胺和N—乙酰谷氨酰胺
D.诱变育种或基因工程育种可对自然界筛选的菌种进行定向改造
二、非选择题
14.3月16日，美国马萨诸塞综合医院将经过基因编辑的猪肾脏移植入一位终末期肾病患者体内，移植手术使用的猪肾脏经过了69处基因组编辑，包括“敲除”会引起排异反应的基因，添加一些人类基因以改善动物器官与人体的兼容性。此外，研究团队让猪体内的逆转录病毒基因失活，以防相关病毒影响接受移植者。该方案为肾衰竭者带来新的希望。请据此回答相关问题。
（1）医学上把用正常器官置换丧失功能的器官，以重建其生理功能的技术叫做器官移植。在进行器官移植时要先进行配型，配型的原因是____________。
（2）选择猪作为移植器官供体的原因是____________（答出一点）；科学家利用基因工程技术对猪的器官进行改造，然后再结合克隆技术，培育出不引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官，请简述一种基因改造的思路____________。
（3）CRISPR/Cas9是目前应用最广泛的基因组编排技术，能对DNA分子中的基因进行编辑。该技术需要向要进行编辑的细胞中加入人工合成的向导RNA和一种来自细菌的核酸酶Cas9蛋白。其原理如下图所示。
据图推测，CRISPR/Cas9基因编辑技术可实现靶向编辑的原因是____________；Cas9蛋白的作用是____________。
（4）经过改造的转基因猪。可以利用无性繁殖的方法，如____________（答出两点）得到更多的可移植器官供体。
15.人血清白蛋白（HSA）在临床上的需求量大，由于其来源有限和有生物污染的风险，重组人血清白蛋白（rHSA），成为其重要的替代品。回答下列（一）（二）小题：
（一）途径一：基因工程结合发酵工程构建人血清白蛋白工程菌。
科研人员将HSA基因转入酵母菌细胞，获得了重组人血清白蛋白。图为酵母菌基因改造以及工业化发酵生产rHSA的过程示意图。
（1）随着测序技术的发展，为获取人血清白蛋白基因，可通过检索____________获取其编码序列，用化学合成法制备得到。重组基因表达载体中的启动子的作用是____________。
（2）工业化发酵生产rHSA的过程一般包括菌种的选育，扩大培养、培养基的配制、灭菌、接种、发酵、产品的____________等方面，将rHSA工程菌接种至发酵罐内进行扩增，培养过程中可定期取样并使用细菌计数板对____________（填“菌体”或“菌落”）进行直接计数，以评估增殖情况。在工程菌选择上，选用酵母菌而不选用大肠杆菌，原因是大肠杆菌____________。
（二）途径二：基因工程结合细胞工程构建人血清白蛋白乳腺反应器。
Ⅰ.采集良种供体牛的卵母细胞和精液，通过体外受精，形成奶牛受精卵；
Ⅱ.构建基因的表达载体，并将其导入奶牛受精卵，形成转基因细胞；
Ⅲ.电脉冲刺激转基因细胞促使其形成早期胚胎；
Ⅳ.将胚胎移植到受体母牛的子宫中，最终发育成转基因小牛。
（3）实验步骤Ⅰ中，在体外受精前，需要对奶牛的精子进行____________处理。
（4）实验步骤Ⅳ是进行胚胎移植。筛选出发育状态良好的雌性胚胎进行移植，为实现这一工序，需用相应激素对受体进行____________处理。
（5）有人提议将乳腺反应器改成膀胱反应器，请分析利用膀胱反应器比乳腺反应器产量高的原因____________。
答案以及解析
1.答案：D
解析：A、乳腺生物反应器生产药用蛋白属于动物基因工程技术的应用，A不符合题意；B、培育抗除草剂的作物新品种属于植物基因工程技术的应用，B不符合题意；C、利用微生物生产重组人干扰素属于基因工程技术的应用，C不符合题意；D、用高产青霉菌生产青霉素属于诱变育种，不属于基因工程成果，D符合题意。故选D。
2.答案：A
解析：A、利用显微注射法将人的生长激素基因（重组DNA）导入到受精卵中，A错误；B、需要将乳腺蛋白基因的启动子与目的基因重组在一起，使目的基因只在乳腺组织中特异性表达，B正确；C、雌性才能泌乳，故动物必须是雌性才能满足要求，C正确；D、由于目的基因只在乳腺组织中特异性表达，因此受体动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂”，D正确。故选A。
3.答案：B
解析：A、可利用转基因动物生产药物（乳腺生物反应器）、做器官移植供体，A正确；B、基因工程能定向改造生物性状，但不能培育新物种，B错误；C、基因工程能培育出可以降解多种污染物的“超级细菌”来处理环境污染，即基因工程可用于环境监测和对被污染环境的净化，C正确；D、利用基因工程将胰岛素基因导入酵母菌中，通过发酵工程可批量生产胰岛素，D正确。故选B。
4.答案：D
解析：A、将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，乳糖酶可降解乳糖，可降低乳汁中乳糖含量，A错误；B、通过X射线、紫外线综合处理，将青霉素产量低的菌种培育成产量高的菌株属于诱变育种，B错误；C、通过制备山羊膀胱生物反应器，使人乳铁蛋白基因只存在于膀胱细胞中，由于尿液是肾脏产生的，膀胱只起储藏作用，因此不能从尿液中分离纯化出所需要的人乳铁白蛋白，实现大量制备的目的，C错误；D、由于大肠杆菌缺乏对蛋白质进行加工和分装的内质网和高尔基体，因此与人细胞分泌的天然生长激素相比，将人的生长激素基因导入大肠杆菌制备的工程菌无法对生长激素进行正常的加工和修饰，D正确。故选D。
5.答案：C
解析：A、前者生产乙肝疫苗时，需要培养导入了S基因的大肠杆菌，后者生产乙肝疫苗时，需要大规模培养中国仓鼠卵巢细胞，A正确；B、将S基因导入大肠杆菌构建工程菌时需要使用钙离子处理细胞，钙离子增加细胞的通透性，有利于S基因的导入，B正确；C、体外培养中国仓鼠卵巢细胞时要定期更换培养液以补充营养，减少代谢废物的积累，C错误；D、哺乳动物细胞为真核生物细胞，可以对蛋白质进行进一步的加工，乙肝病毒感染真核细胞，因此真核细胞表达的外源蛋白，更接近乙肝病毒的S蛋白，D正确。故选C。
6.答案：A
解析：A、利用PCR技术可以检测目的基因，但是不能检测植株的抗虫性状，A错误；
B、单基因抗性筛选与双基因抗性筛选由于导入的基因不同导致棉铃虫种群基因库不同，B正确；
C、种植转双基因的烟草与只种植含Bt蛋白的一种转基因植物相比，能够存活下的不仅是含抗虫基因的植物，因此可减缓棉铃虫种群抗性基因频率上升速度，C正确；
D、转基因植物的培育和种植应考虑可能造成的生态风险，D正确。
故选A。
7.答案：D
解析：A、利用基因工程菌除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等，A正确；B、用转基因动物作为器官移植的供体时，导入的调节因子也属于目的基因，可以抑制抗原合成，B正确；C、基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物，从而提高经济效益，C正确；D、基因治疗是指用正常基因取代或修补患者细胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的，D错误。故选D。
8.答案：D
解析：A、途径甲中，要想使目的基因在乳腺中表达，过程Ⅰ应将干扰素基因和乳腺蛋白基因的启动子重组，A正确；B、途径乙中，过程Ⅱ将目的基因导入植物细胞时，一般所采用的方法是农杆菌转化法，B正确；C、途径丙中，过程Ⅱ将目的基因导入大肠杆菌时，常用Ca2+处理大肠杆菌，使其成为易吸收周围环境中DNA的感受态细胞，C正确；D、三条途径中，过程Ⅲ依据的生物学原理不相同，途径甲是利用了受精卵的全能性，途径乙是利用了植物细胞的全能性，途径丙是利用了大肠杆菌增殖快的特点，D错误。故选D。
9.答案：B
解析：A、基因组编辑时对基因进行定点修改，以改变目的基因的碱基序列，属于基因突变，A正确；
B、编辑过程中造成DNA小片段异常插入某基因中，将导致基因中的碱基序列增添，属于基因突变，B错误；
C、将抗性基因编辑后插入农作物基因组中，通过基因重组使该农作物获得抗性性状，改良物种，C正确；
D、导入正常基因或者精准编辑修复缺陷基因，可纠正因遗传物质改变引起的病变，达到治疗疾病的目的，D正确。
故选B。
10.答案：D
解析：A、图中涉及的现代生物技术有动物细胞核移植、胚胎移植、胚胎分割和动物细胞培养等，没有细胞融合，A错误；B、题图中由早期胚胎到小羊a、小羊b、小羊c的过程利用了胚胎分割、胚胎移植技术，由于这些个体都是由一个细胞（重组细胞）发育而来的，故三者表现出的性状应该基本相同，B错误；C、由重组细胞细胞培养、胚胎分割、胚胎移植后获得的小羊a，其细胞核遗传物质来自羊N，细胞质遗传物质来自羊O，小羊a的性状与羊N不完全相同，羊N细胞的线粒体中的遗传物质不会遗传给小羊a，C错误；D、生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控，相互影响的，所以依据目前的生物技术和理论，还不能通过生物工程手段获得新物种“羊—牛”，D正确。D正确。
11.答案：D
解析：基因治疗可以从根本上改变生物体的基因组成，是治疗遗传病的最有效的手段，A正确；基因治疗时可只对患者有缺陷的细胞输入正常基因，即只对患者部分细胞输入正常基因，B正确；基因治疗是把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。由此可见，基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因进行改造，C正确；由分析可知，基因治疗时基因的受体细胞是有缺陷的细胞，而不是受精卵，D错误。故选D。
12.答案：A
解析：A、利用基因工程将人的生长激素基因导入到受体哺乳动物体内，而不是生长激素，A错误；B、构建重组质粒需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，B正确；C、将重组质粒导入动物受精卵，常通过显微注射法导入哺乳动物的受精卵，然后将受精卵送入母体内使其生长发育成转基因动物，C正确；D、由于转入的目的基因在乳腺中可以高效表达，利用乳腺可以分泌蛋白的特性，所以受体动物进入泌乳期能大量产生人的生长激素，D正确；故选A。
13.答案：A
解析：A、根据题意，谷氨酸棒状杆菌发酵的过程中，将小麦预处理以后，再用淀粉水解酶处理，与谷氨酸棒状混合进行发酵，因此谷氨酸棒状杆菌无法直接利用淀粉中的能量，A正确；B、分析题意可知，谷氨酸棒状杆菌是一种好氧菌，故发酵过程中需要向发酵罐通气，B错误；C、谷氨酸的发酵生产在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺，C错误；D、诱变育种不能对生物进行定向改造，D错误。故选A。
14.答案：（1）器官供体和受体组织相容性抗原越一致，免疫排斥越低
（2）猪的内脏构造、大小、血管分布与人极为相似（或猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒比灵长动物少得多）；在器官供体的基因组中导入调节因子，抑制抗原决定基因表达（或除去抗原决定基因）
（3）与特定的DNA分子通过碱基互补配对结合，引导Cas9蛋白定点切割DNA；特异性识别并定点切割DNA，使DNA双链断
（4）核移植，胚胎分割
解析：（1）医学上把用正常的器官置换丧失功能的器官，以重建其生理功能的技术叫作器官移植；进行器官移植手术后，免疫系统会把来自其他人的器官当作“非己”成分进行攻击，这就是器官移植容易失败的原因，可见在进行器官移植时要先进行配型，配型的原因是器官供体和受体组织相容性抗原越一致，免疫排斥越低。
（2）由于猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多，故科学家选择用猪的器官来解决人类器官移植的来源问题。科学家正尝试利用基因工程技术对猪的器官进行改造，采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，或设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术，培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
（3）CRISPR/Cas9是目前应用最广泛的基因组编排技术，能对DNA分子中的基因进行编辑，题图可知，CRISPR/Cas9基因编辑技术可实现靶向编辑的原因是导向RNA与特定的DNA分子通过碱基互补配对结合，引导Cas9蛋白定点切割DNA；Cas9蛋白的作用是特异性识别并定点切割DNA，使DNA双链断。
（4）经过改造的转基因猪，可采用核移植、胚胎分割等无性繁殖的方法，得到更多的可移植器官供体。
15.答案：（1）序列（基因）数据库；作为RNA聚合酶识别和结合的位点，驱动基因转录出mRNA
（2）分离、提纯；菌体；是原核生物，真核生物的基因在其细胞内表达的蛋白活性往往较低甚至失去活性（或无生物膜系统对蛋白质进行加工，导致蛋白活性低）
（3）获能
（4）同期发情
（5）雌性牛只有在哺乳期才能分泌乳汁，而尿液不会受到性别和发育期的影响，尿液的分泌总量要比乳汁的分泌量大
解析：（1）化学合成法可合成已知序列的基因，可以检索序列（基因）数据库获取目的基因的编码序列，用化学合成法制备。重组基因表达载体中的启动子的作用是作为RNA聚合酶识别和结合的位点，驱动基因转录出mRNA。
（2）发酵工程的内容包括菌种选育、扩大培养、培养基的配制、灭菌、接种、发酵过程和产品的分离、提纯等方面。将rHSA工程菌接种至发酵罐内进行扩增，培养过程中可定期取样并使用细菌计数板对菌体进行直接计数，以评估增殖情况。在工程菌选择上，选用酵母菌而不选用大肠杆菌，原因是大肠杆菌是原核生物，真核生物的基因在其细胞内表达的蛋白活性往往较低甚至失去活性（或无生物膜系统对蛋白质进行加工，导致蛋白活性低）。
（3）精子经过获能后才具有与卵细胞结合形成受精卵的能力。
（4）在胚胎移植操作中，应对供体和受体母牛进行同期发情处理，以使供体和受体处于相同的生理状态，使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致。
（5）有人提议将乳腺反应器改成膀胱反应器，请分析利用膀胱反应器比乳腺反应器产量高的原因雌性牛只有在哺乳期才能分泌乳汁，而尿液不会受到性别和发育期的影响，尿液的分泌总量要比乳汁的分泌量大。

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