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（19）基因工程及生物技术的安全性与伦理问题
——高二生物学人教版（2019）暑假作业
一、单项选择题
1.作为基因工程的运输工具——载体，必须具备的条件及理由对应错误的是（ ）
A.能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以便提供大量的目的基因
B.具有多个限制酶切割位点，以便于目的基因的插入
C.具有某些标记基因，以便目的基因能够准确定位与其结合
D.对宿主细胞无伤害，亦不影响宿主细胞的正常生命活动
2.对下图所示黏性末端的相关说法错误的是（ ）
A.图甲、乙、丙所示的黏性末端是由三种不同的限制酶催化产生的
B.图甲、乙所示的黏性末端可连接，形成重组DNA分子，但图甲、丙所示的黏性末端不能连接
C.DNA连接酶作用位点在b处，催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成化学键
D.切割产生图甲所示黏性末端的限制酶不能识别由图甲、乙所示黏性末端形成的重组DNA片段
3.下列关于基因工程的基本工具的说法中，正确的是（ ）
A.基因工程中的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶和载体
B.DNA连接酶可将任意的DNA片段通过形成磷酸二酯键而连接起来
C.质粒上必须有标记基因才可作为载体
D.限制性核酸内切酶一般不仅仅能切割外源DNA，也能切割自身的DNA分子
4.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
5.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
6.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸，下列叙述正确的是（ ）
A.蛋白质工程需要制备蛋白质晶体，然后通过X射线衍射技术，分析晶体结构，建立蛋白质三维模型后，才能设计预期蛋白质的功能
B.蛋白质工程和基因工程在分子水平对基因进行定点突变时，只能实现碱基对的替换
C.蛋白质工程和基因工程原则上都能生产自然界中不存在的，但是满足人类生产生活需要的蛋白质
D.蛋白质工程可以通过增加酶内部的二硫键数目，来提高酶的热稳定性
7.呼吸道合胞病毒（RSV）是引起婴幼儿肺炎和支气管炎的首要致病病毒。F蛋白是RSV囊膜蛋白之一，但其构象不稳定。科研人员通过蛋白质工程构建了构象更加稳定的F蛋白，利用改造后的F蛋白研发的疫苗能引起小鼠和猴体内产生高浓度抗体。下列说法正确的是（ ）
A.改造前需要对F蛋白的氨基酸序列进行分析
B.F蛋白的改造过程不需要限制酶和DNA连接酶
C.将改造的F蛋白基因直接转入适当的微生物可获取大量F蛋白
D.通过蛋白质工程可制造出任何一种人类所需要的蛋白质
8.研究发现，胰岛素进入血液循环后容易被降解，糖尿病患者需要反复注射胰岛素才能达到治疗效果。科研人员借助蛋白质工程改变了胰岛素中的某些氨基酸，提高了胰岛素在患者体内的稳定性，延长了其作用时间。下列有关叙述错误的是（ ）
A.蛋白质工程的实质是在DNA分子水平上进行设计和改造蛋白质
B.氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一
C.蛋白质工程难度很大与蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构有关
D.改造胰岛素应首先从设计胰岛素基因中的脱氧核苷酸序列出发
9.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
10.通过PCR的定点诱变技术获得的改良基因两侧的碱基序列和大肠杆菌的质粒（有氨苄青霉素抗性基因、LacZ基因及一些酶切位点）结构如下图所示，研究者欲将改良基因导入大肠杆菌的质粒中保存。下列叙述正确的是（ ）
A.使用PCR技术扩增时需要一个引物、多个dNTP及Mg2+等
B.实现质粒和改良基因的高效连接应选用限制酶SmaⅠ
C.构建重组质粒需用到的酶有XmaⅠ、NheⅠ和DNA连接酶
D.在含氨苄青霉素和β-半乳糖苷的培养基上，白色菌落的大肠杆菌含重组质粒
11.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
12.THP9基因是野生玉米中控制高蛋白含量的优良基因，研究者利用基因工程技术将THP9基因转到玉米细胞内，从而获得转基因高蛋白玉米新品种。已知图中THP9基因转录的方向为从左往右。下列相关叙述正确的是（ ）
A.若采用PCR技术对一个THP9基因进行扩增，则第n代复制共需要引物2 -1个
B.构建基因表达载体时，用MfeI、HindⅢ切割质粒，用EcoRI、HindⅢ切割目的基因
C.利用PCR技术获取THP9基因时应选择引物1和引物4
D.PCR过程中用到了缓冲液，缓冲液中一般要添加Mg 用于激活RNA聚合酶
13.乙肝病毒基因工程疫苗的生产和使用流程如图，质粒中LacZ基因可使细菌能够利用物质X-gal，从而使菌落呈现蓝色，若无该基因，菌落则呈白色。下列叙述错误的是（ ）
A.过程①中目的基因和载体重组的效率与载体和目的基因的浓度及比例等有关
B.过程②需要在培养基中加青霉素和X-gal以获得呈蓝色的大肠杆菌菌落
C.大肠杆菌是否成功表达出乙肝病毒外壳，可用抗原—抗体杂交法进行检测
D.该基因工程疫苗不会出现乙肝病毒感染和增殖的情况，安全性高
14.在基因工程中，构建基因表达载体是最核心的工作。如图为某质粒及限制酶识别序列及切割位点。据图分析，下列叙述正确的是（ ）
A.确保目的基因与图中质粒正确连接，需要选择的限制酶为EcoR I和XhoI
B.进行目的基因检测时，在氨苄青霉素培养基上可以存活的菌株中含有目的基因
C.若质粒长度为2.0kb，目的基因长度为1.0kb，则构建后重组DNA长度为2.5kb
D.若a链为模板链，在对DNA进行PCR扩增时，引物需要连接在a链的5'端
15.苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性，但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题，制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变，将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍；将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后，Cry蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列相关叙述不正确的是（ ）
A.对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的
B.与基因工程相比，蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体
C.蛋白质工程难度较大，主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂
D.如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换，Cry蛋白对舞毒蛾的毒性将增加21倍
二、非选择题
16.“端稳中国碗，装满中国粮”，为了培育好中国种，科研人员在基因工程育种领域开展了大量的研究。有研究发现花生细胞中的S基因在抗真菌类病害中发挥着重要作用。科研人员提取花生细胞中S基因的mRNA，通过基因重组技术，以Ti质粒为表达载体，导入水稻叶片外植体细胞中，使水稻获得了对稻瘟病（由真菌感染引起，导致水稻减产）的抗性。据图示信息回答下列问题：
（1）科学家提取花生细胞的mRNA后通过_______过程获得其cDNA，经PCR技术扩增S基因。通过该方法获得的S基因与花生细胞中的S基因的DNA序列是否完全一致？_______（填“完全一致”或“不完全一致”），原因是______________。
（2）用PCR技术扩增S基因时，需要设计引物，引物的作用是_______。为了使目的基因能够被限制酶切割，需要在引物的_______（填“3'端”或“5'端”）添加限制酶识别序列。
（3）为了成功构建重组表达载体，确保目的基因插入载体中方向正确，最好选用_______（填图中限制酶）酶切割S基因的cDNA和载体。用农杆菌侵染水稻叶片外植体，其目的是_______。
（4）转基因水稻是否表现出了抗性，需要进行个体水平的检测，检测的方法是_______。
答案以及解析
1.答案：C
解析：A、作为运载体必须具备的条件之一是能够在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因，A正确；B、作为运载体必须具备的条件之一是具有多个限制酶切点，以便于目的基因的插入，B正确；C、作为运载体必须具备的条件之一是具有某些标记基因，以便于重组后进行重组DNA分子的筛选，C错误；D、携带外源DNA片段的质粒进入受体细胞后，停留在细胞中进行自我复制，或整合到染色体DNA上，随着染色体DNA进行同步复制，同时运载体对宿主细胞无伤害，以使目的基因在宿主细胞中复制并稳定保存，D正确。故选C。
2.答案：C
解析：将乙旋转180°，与甲、丙不相同，将丙旋转180°，与甲不相同，故甲、乙、丙的黏性末端是由三种限制酶切割产生的，A正确；甲、乙的黏性末端相同，因此可在DNA连接酶的作用下形成重组DNA分子，但甲、丙的黏性末端不同，它们之间不能形成重组DNA分子，B正确；DNA连接酶催化磷酸基团和脱氧核糖之间形成磷酸二酯键，即作用于a，C错误；切割甲的限制酶的识别序列为：GAATTC∥CTTAAG，而甲、乙片段形成的重组DNA分子序列为：GAATTG∥CTTAAC，因此切割甲的限制酶不能识别由甲、乙片段形成的重组DNA分子，D正确。
3.答案：C
解析：限制酶和DNA连接酶才是基因工程的工具酶，载体不是酶，A错误；DNA连接酶只能催化具有互补粘性末端或平末端的DNA片段之间形成磷酸二酯键，B错误；质粒作为载体的必备条件之一就是要有标记基因，C正确；限制酶不切割自身DNA分子，只切割外源DNA，以保护自身DNA的安全，D错误。
4.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。
5.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。
6.答案：D
解析：A、蛋白质工程常常先设计预期蛋白质功能，后设计预期蛋白质结构；
B、蛋白质和基因工程在分子水平对基因进行定点突变时，还可以实现碱基对的增添和缺失；
C、蛋白质工程和原则上都能生产自然界中不存在的，但是满足人类生产生活需要的蛋白质，基因工程一般生产已知的；
D、蛋白质工程可以通过增加二硫键数目来提高热稳定性，例如为了提高T4溶菌酶的耐热性，将3号位的异亮氨酸换成半胱氨酸，在3号和97号半胱氨酸之间形成一个二硫键，使得T4溶菌酶耐热性得到提高。
7.答案：A
解析：A、蛋白质工程的实质是改造基因，因此改造前需要对F蛋白的氨基酸序列进行分析，以便找到对应的脱氧核苷酸序列（基因），A正确；
B、要对蛋白质进行改造，最终需要通过基因工程来实现，而基因工程需要的工具酶包括限制酶和DNA连接酶，因此F蛋白的改造过程需要限制酶和DNA连接酶，B错误；
C、将改造的F蛋白基因无法直接转入适当的微生物细胞内，需要通过载体运输，C错误；
D、基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而蛋白质工程可以对现有蛋白质进行改造，从而制造一种新的蛋白质，但由于蛋白质的高级结构相当复杂，因此目前并不能制造出任何一种人类所需要的蛋白质，D错误。
故选A。
8.答案：D
解析：A、蛋白质工程的基本流程为：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列（基因）→DNA合成，最终要利用基因工程上来解决蛋白质的合成，因此蛋白质工程的实质是在DNA分子水平上进行设计和改造蛋白质，A正确；B、氨基酸序列差异，导致胰岛素的空间结构有所改变，影响了它的功能，因此氨基酸序列的差异是影响胰岛素在患者体内是否稳定的原因之一，B正确；C、多数蛋白质除具有一级结构（即氨基酸顺序）外，还具有复杂的高级结构，即空间结构，而很多蛋白质的空间结构是人们目前还不清楚的，因此实施蛋白质工程的难度很大，C正确；D、胰岛素属于蛋白质，改造胰岛素应首先从设计预期的蛋白质结构出发，D错误。故选D。
9.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。
10.答案：D
解析：A、使用PCR技术扩增时需要一对引物，A错误；
B、选择SmaⅠ，获得的是平末端，无法与改良基因上的黏性末端连接，B错误；
C、从各种限制酶的酶切位点分析，除使用Xma Ⅰ外，还需使用BglⅡ切除相应黏性末端，产生GATC的黏性末端与改良基因
CTAG一侧进行连接，同时需要用DNA连接酶构建基因表达载体，C错误；
D、LacZ基因编码的酶能分解β一半乳糖苷，产生蓝色物质，菌落为蓝色，如果没有分解，则菌落为白色，因此可以将菌液涂布在含氨苄青霉素和β一半乳糖苷的平板上，由于重组质粒的LacZ基因在重组过程中被切断，即构建改良基因质粒时破坏了LacZ基因，不能编码相应的酶分解β一半乳糖苷，菌落呈现白色，所以白色菌落含有重组质粒，D正确。
11.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。
12.答案：B
解析：A、开始的THP9基因只有一个，第n-1次结束后的基因有2n-1个，每个基因复制1次需要1对引物，第n次循环需要2n-1对引物，即2n个，A错误；B、构建基因表达载体时，用MfeⅠ、HindⅢ切割质粒时，形成的黏性末端分别是AATT-3'和AGCT-3'，用EcoRⅠ、HindⅢ切割目的基因时，形成的黏性末端分别是AATT-3'和AGCT-3'，形成的黏性末端对应相同，可以成功将目的基因插入质粒，同时避免目的基因自身环化和反向连接，B正确；C、利用PCR技术扩增基因时，引物从5'端朝着3'端延伸，故应与模板链3'端配对，故应选择引物2和引物3，C错误；D、PCR的产物是DNA，所以在过程中用到了缓冲液，缓冲液中一般要添加Mg2+用于激活DNA聚合酶，D错误。故选B。
13.答案：B
解析：A、①获取目的基因，构建重组质粒过程中，增加载体和目的基因的浓度及比例，可以增加目的基因与质粒碰撞机会，提高目的基因和载体重组的效率，A正确；
B、过程表②示将重组质粒导入受体细胞，培养基中加青霉素和X-gal可以用于筛选含有重组质粒的大肠杆菌，BamHI和EcoRI由于破坏了质粒中LacZ基因，却保留了青霉素抗性基因，故白色的大肠杆菌菌落才为所需菌落，B错误；
C、乙肝病毒外壳为蛋白质，可用抗原—抗体杂交法检测大肠杆菌是否成功表达出乙肝病毒外壳，C正确；
D、基因工程疫苗由于只利用了乙肝病毒的外壳，不含其遗传物质，所以不能完成病毒的增殖和感染，D正确。
故选B。
14.答案：C
解析：目的基因与题图中质粒构建基因表达载体时，需要将目的基因连接在启动子和终止子之间，由于该质粒有两个EcoR I识别位点，若选择它进行切割，则质粒的启动子会被切割掉，所以为保证目的基因与质粒正确连接需要选择的限制酶为BamH I和XhoI，此时AmpR基因被破坏，在氨苄青霉素培养基上进行目的基因检测时，含有目的基因的菌株无法存活，A、B错误；因为用于切割质粒的限制酶为BamH I和XhoI，所以构建后重组DNA长度为2.0+1.0-0.5=2.5（kb），C正确；若a链为模板链，在对DNA进行PCR扩增时，引物需要连接在a链的3'端，引物与模板链是反向平行的，DNA聚合酶延伸引物的方向是5端到3'端，所以引物只能结合在模板链的3'端才能由5'端到3'端进行延伸，D错误。
15.答案：D
解析：A、蛋白质的改造需要从根本上改造基因，因此对Cry蛋白的改造是通过改造编码Cry蛋白的基因来实现的，A正确；B、需要将改造的基因导入受体细胞并表达相关产物，就需要构建基因表达载体因此与基因工程相比，蛋白质工程的实现也需要构建基因表达载体，B正确；C、蛋白质的功能多样性，主要取决于蛋白质中氨基酸种类、数量、排列顺序以及蛋白质的空间结构，因此蛋白质工程难度较大，主要是蛋白质发挥功能所依赖的高级结构十分复杂，C正确；D、如果将第168、282、283位的氨基酸全部替换，Cry蛋白可能会失去原有的功能，D错误。故选D。
16.答案：（1）逆转录或反转录；不完全一致；以花生细胞的mRNA通过逆转录过程获得的cDNA不含内含子、启动子和终止子等非编码序列
（2）使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸；5'端
（3）XbaI、HindⅢ；通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞
（4）对转基因水稻植株接种相应的真菌，观察其是否患稻瘟病
解析：（1）由mRNA获得cDNA的过程为逆转录，此过程需要逆转录酶的催化；DNA转录为mRNA时，内含子相对应的序列已被剪切，启动子和终止子等非编码序列没有被转录以花生细胞的mRNA通过逆转录过程获得的cDNA，不含内含子、启动子和终止子等非编码序列，因此，通过逆转录获得的S基因与花生细胞中的S基因的DNA序列不完全一致。
（2）用PCR技术扩增S基因时，需要设计引物，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸；为了使目的基因能够被限制酶切割，扩增目的基因时，需要在引物的5'端添加限制酶的识别序列。
（3）依据图示可知，选用BamHI会破坏目的基因，而SalI的酶切位点不在T-DNA中，选用EcoRI（在S基因的左右两侧均有酶切位点）会导致错误连接，只有选用XbaI、HindⅢ酶切割S基因的cDNA和载体，才能确保目的基因插入载体中方向正确；用农杆菌侵染水稻叶片外植体，是利用了农杆菌的侵染特性，通过农杆菌的转化作用，使目的基因能进入植物细胞。
（4）转基因水稻是否表现出抗性，需要进行个体水平的检测，检测的方法是对转基因水稻植株接种相应的真菌，观察其是否患稻瘟病。

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