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选修3第1讲 基因工程——及其安全性(含生物武器)

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高中生物审核员

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           选修三 现代生物科技专题 

第   1  讲 基因工程及其安全性(含生物武器)

1.利用外源基因在受体细胞中表达,可生产人类所需的产品。下列选项中能说
   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.酵母菌细胞中提取到人的干扰素
  解析 目的基因完成表达是指目的基因在细胞中合成相应的蛋白质,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。

  答案 D
2.对转基因生物的安全性发生争论,与科学发展水平的限制有密切关系。下面
  关于基因的相关知识中,不可能是争论的原因的是
                                                               (  )
  A.对基因的结构和调控机制等的了解仍相当有限
  B.所转移的基因有不少是异种生物之间的基因转移
  C.外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的
  D.DNA    重组技术需要有精心设计的“分子工具”
  解析 在     DNA  重组技术中使用的“分子工具”包括限制性内切酶、DNA                         连
  接酶和运载体,人们可以根据需要选择使用,不可能是争论的原因。

  答案 D
3.基因工程中,需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒,便于重组和筛选。
   已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—,限制酶Ⅱ的识别序列和
   切点是—↓GATC—。根据图判断下列操作正确的是                                       (  )
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   A.目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割
   B.目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割
   C.质粒用限制酶Ⅱ切割,目的基因用限制酶Ⅰ切割
  D.质粒用限制酶Ⅰ切割,目的基因用限制酶Ⅱ切割 
  解析 目的基因若用限制酶Ⅰ切割时,只能在目的基因的一侧切开,而不能

  将其切下;质粒若用限制酶Ⅱ切割,两种标记基因均将被破坏,所以只能用

  限制酶Ⅰ切割质粒。

  答案 D
4.将人的干扰素基因通过基因定点突变,使干扰素第                       17 位的半胱氨酸改变成
  丝氨酸,改造后的干扰素比天然干扰素的抗病毒活性和稳定性显著提高,此
  项技术属于
                                                               (  )                  
  A.蛋白质工程               B.细胞工程
  C.胚胎工程                D.生态工程
  解析 蛋白质工程是利用基因工程手段,包括基因的定点突变和基因表达对

  蛋白质进行改造,以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。由题意知该

  技术属于蛋白质工程。

  答案 A
5.下列关于基因工程中有关酶的叙述不正确的是                                         (  )
   A.限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断                  DNA
   B.DNA   连接酶可将末端碱基互补的两个              DNA  片段连接
   C.DNA   聚合酶能够从引物末端延伸            DNA  或  RNA
  D.逆转录酶以一条         RNA  为模板合成互补的         DNA
  解析 DNA     聚合酶只能从引物末端延伸             DNA  而不能延伸     RNA;限制酶水

  解相邻核苷酸间的化学键打断              DNA;DNA    连接酶可将末端碱基互补的两个

  DNA  片段连接;逆转录酶以一条             RNA  为模板合成互补的        DNA。
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  答案 C
6.如图是利用基因工程技术培育转基因植物,生产可食用疫苗的部分过程示意
  图,其中     PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列说
  法错误的是
                                                               (  )


  A.图示过程是基因工程的核心步骤
  B.表达载体构建时需要用到限制酶                 SmaⅠ
  C.抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
  D.除图示组成外,表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构
  解析 图示过程为基因表达载体的构建过程,是基因工程中的核心步骤。构

  建过程中需要将目的基因完整切割下来,此时要用到限制酶                           PstⅠ、

  EcoRⅠ。抗卡那霉素基因是标记基因,目的是便于鉴定和筛选含有目的基
  因的细胞。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。

  答案 B
7.下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图                        1、图   2 中箭头表示相
   关限制酶的酶切位点。请回答下列问题:

            限制酶      BamH Ⅰ     Hind Ⅲ   EcoR Ⅰ    Sma Ⅰ
                                  ↓        ↓         ↓   
                        ↓   AAGCT        GAATT    CCCGG
            识别序
                     GGATCC       T         C        G
            列及切
                     CCTAGG     TTCGA    CTTAA    GGGCC
            割位点
                        ↑         A         G        C
                                  ↑        ↑         ↑
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  (1)一个图   1 所示的质粒分子经        Sma   Ⅰ切割前后,分别含有__________个游
  离的磷酸基团。

  (2)若对图中质粒进行改造,插入的              Sma   Ⅰ酶切位点越多,质粒的热稳定性
  越
  _________________________________________________________________
  。

  (3)用图中的质粒和外源         DNA  构建重组质粒,不能使用            SmaⅠ切割,原因是
  ________________________________________________________________。
  (4)与只使用    EcoR  Ⅰ相比较,使用        BamH  Ⅰ和   HindⅢ两种限制酶同时处理
  质粒、外源      DNA  的优点在于可以防止
  ________________________________。
  (5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入
  __________酶。
   (6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_________________________
   _________________________________________________________________
。

  (7)为了从   cDNA  文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失
  吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在                     ____________的培养基中培养,
  以完成目的基因表达的初步检测。 
  解析 (1)质粒切割前是双链环状             DNA  分子,所有磷酸基团均参与形成磷酸

  二酯键,故不含游离的磷酸基团。从图                  1 可以看出,质粒上只含有一个             Sma 

  Ⅰ的切点,因此被该酶切割后,质粒变为线性双链                       DNA  分子,因每条链上
  含有一个游离的磷酸基团,因此切割后含有两个游离的磷酸基团。

  (2)由题目可知,Sma        Ⅰ识别的     DNA  序列只有    G 和  C,而  G 和  C 之间可以

  形成三个氢键,A        和  T 之间可以形成二个氢键,所以             Sma Ⅰ酶切位点越多,
  热稳定性就越高。
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  (3)质粒抗生素抗性基因为标记基因,由图                 2 可知,标记基因和外源          DNA  目

  的基因中均含有        Sma  Ⅰ酶切位点,都可以被          Sma  Ⅰ破坏,故不能使用该酶

  剪切质粒和含有目的基因的             DNA。

  (4)只使用   EcoRⅠ,则质粒和目的基因两端的黏性末端相同,用连接酶连接

  时,会产生质粒和目的基因自身连接物,而利用                      BamH Ⅰ和   Hind Ⅲ剪切时,

  质粒和目的基因两端的黏性末端不同,用                   DNA  连接酶连接时,不会产生自
  身连接产物。

  (5)质粒和目的基因连接后获得重组质粒,该过程需要连接酶作用,故混合

  后加入    DNA  连接酶。

  (6)质粒上的抗性基因为标记基因,用于鉴别和筛选含有重组质粒的受体细
  胞。
  (7)目的基因为蔗糖转运蛋白基因,所用的受体细胞为丧失吸收蔗糖能力的
  大肠杆菌突变体,若将重组质粒导入了受体细胞,则受体细胞应能从培养基

  中吸收蔗糖,故应在以蔗糖为唯一碳源的培养基上进行培养。

  答案 (1)0、2 (2)高 (3)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源                     DNA 中的目
  的基因 (4)质粒和含目的基因的外源               DNA  片段自身环化 (5)DNA        连接 
  (6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞 (7)蔗糖为唯一含碳营养物质
8.治疗心脏病的药物         TPA 是一种组织纤维蛋白溶酶原活化剂,可利用生物工
  程技术来生产。下图是利用生物工程技术让羊生产                       TPA 的大致过程,图中
   ①、②、③、④表示部分生产过程。请据图分析回答:


  (1)图中①表示________________的构建,所用的工具酶有____________、
  ____________。
  (2)图中②过程选择受精卵作为            TPA  基因受体细胞的主要原因是
  ____________;若需体外形成羊的受精卵,需在____________(垂体激素)的
  作用下促其排卵,然后再进行体外受精。

  (3)图中③过程是否成功,与供体和受体的____________状况有关;受体对
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  移入子宫的____________基本上不发生____________反应,这为胚胎在受体
  内的存活提供了可能。

  (4)图中④过程表示产生大量的克隆羊,则该过程可采用的技术有
  ____________,这些克隆羊的基因型____________(填“相同”或“不同”
  )。 
  答案 (1)基因表达载体 限制性核酸内切酶 DNA                     连接酶 (2)受精卵的发
  育全能性最高 促性腺激素 (3)生理 外来胚胎 免疫排斥 (4)细胞核移
  植(或胚胎分割移植) 相同
9.人外周血单核细胞能合成白介素               2(IL~2)。该蛋白可增强机体免疫功能,但
  在体内易被降解。研究人员将              IL-2 基因与人血清白蛋白(HSA)基因拼接成
  一个融合基因,并在酵母菌中表达,获得具有                     IL-2 生理功能、且不易降解
  的  IL-2-HSA   融合蛋白。其技术流程如图。请回答下列问题。


  (1)培养人外周血单核细胞的适宜温度为________℃;图中②表示
  ________过程。
  (2)表达载体    1 中的位点________,应为限制酶          BglⅡ的识别位点,才能成功
  构建表达载体       2。
  (3)表达载体    2 导入酵母菌后,融合基因转录出的               mRNA   中,与   IL-2 蛋白
  对应的碱基序列不能含有________(起始、终止)密码子,才能成功表达出
  IL-2-HSA    融合蛋白。
  (4)应用____________杂交技术可检测酵母菌是否表达出                 IL-2-HSA    融合蛋
  白。
  解析 (1)人体的体温是         37 ℃左右,因此培养人体细胞的最适宜温度就是                     37 
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  ℃。由    mRNA  到  cDNA 过程是逆转录过程。(2)根据图解可知目的基因的两

  端分别是由限制酶         EcoR  I、BglⅡ切割的,一般用同一限制酶切割才能形成

  相同的黏性末端,表达载体             1 中的位点    a 具有  EcoR   I 的识别位点,因此位

  点  a 应为限制酶     Bgl Ⅱ的识别位点,才能成功构建表达载体                 2。(3)mRNA   中

  如果含有终止密码子,则会导致翻译终止,不能合成出目的蛋白。(4)抗原、

  抗体的结合具有特异性,抗原—抗体杂交技术可以迅速检测出酵母菌是否表

  达出   IL-2-HSA   融合蛋白。
  答案 (1)37(或    36.5±0.5) 反(或逆)转录 (2)a
  (3)终止 (4)抗原—抗体
10.   ch1L 基因是蓝细菌(蓝藻)DNA         上控制叶绿素合成的基因,为研究该基因
  对叶绿素合成的控制,需要构建该种生物缺失                     ch1L 基因的变异株细胞。技
  术路线如图甲所示,请据图分析回答问题。


  (1)与真菌相比较,蓝细菌在结构上最主要的特点是________,在功能上最
  主要的特点是___________。

  (2)①②过程中均使用的工具酶有________。
  (3)构建重组质粒      B 在整个操作过程中的目的是______________和
  ________。
  (4)若含有   ch1L 基因的   DNA  片段和选用的质粒上的限制酶切割位点如图乙
  所示。请回答问题。


  ①构建含     ch1L 基因的重组质粒       A 时,应选用的限制酶是________,对
  ________进行切割。
  ②同时用酶      1 和酶  4 切割图乙中的质粒,则产生含有              1      800 对碱基和    8 
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  200 对碱基的两种片段;用图中四种酶同时切割此质粒,则产生含有                            600 对
  碱基和    8 200 对碱基的两种片段;若换用酶             1 和酶  3 同时切割此质粒,则产
  生
  __________________________________________________________________
  ______。
  解析 (1)蓝细菌为原核生物,与真核生物相比最主要的特点是无核膜包被

  的细胞核。从功能上分析,蓝细菌有光合色素能够进行光合作用。(4)含

  ch1L 基因的    DNA 片段没有酶      4 的切割位点,其中酶         2 的切割位点在

  ch1L 基因中,所以只能用酶           1 和酶  3 同时切割含     ch1L 基因的   DNA  片段和

  质粒。用酶      1 和酶  4 切割质粒,质粒被切成          l 800 对碱基和    8 200 对碱基的

  两种片段,说明酶         1―→酶   2―→酶    3―→酶   4,总长为    1  800 对碱基;用四

  种酶同时切割得到         600 对碱基和    8 200 对碱基的两种片段,说明酶            1―→酶

  2,酶   2―→酶   3,酶   3―→酶   4,长度均为      600 对碱基。故用酶       1 和酶  3 同

  时切割质粒,产生含有           1 200 对碱基和   8 800 对碱基的两种片段。

  答案 (1)没有核膜包被的细胞核 能够进行光合作用
  (2)限制性核酸内切酶和         DNA  连接酶 (3)破坏      ch1L 基因 操作成功后筛选
  出该变异株 (4)①酶        1 和酶  3 质粒和含      ch1L 基因的   DNA ②含有      1 
  200 对碱基和    8 800 对碱基的两种片段
11.用小鼠进行      DNA  重组研究中形成的“基因敲除”技术,能“敲除”
  DNA  分子上的特定基因。该技术的主要过程如下:
  第一步:分离小鼠胚胎干细胞,这些细胞中含有需要改造的基因,称“靶基
  因”。

  第二步:获取与“靶基因”同源的                DNA  片段,利用特定技术在该           DNA  片
  段上插入     neoR 基因(新霉素抗性基因)成为突变            DNA(如图),使该片段上的靶
  基因失活。

  第三步:将插入        neoR 基因(新霉素抗性基因)的靶基因转移入胚胎干细胞,再
  通过同源互换,用失活靶基因取代两个正常靶基因中的一个,完成对胚胎干
  细胞的基因改造。
  第四步:将第三步处理后的胚胎干细胞,转移到特定培养基中筛选培养。
  其基本原理如下图所示:
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(1)第二步中    neoR 基因插入靶基因使用的工具酶是________。neoR              基因不仅
能使靶基因失活,还是________;“靶基因失活”的含义是
__________________。
(2)从研究者成功获得如上图所示的“敲除”一个靶基因的胚胎干细胞,到
将该细胞培育成“基因敲除”小鼠,运用到的生物技术有________、
________、________等。
(3)科学家可以通过“基因敲除”技术来治疗疾病,上题中获得的基因敲除
小鼠,能否直接用来研究基因功能并说明原因________,
__________________________________________________________________
______。
解析 (1)将    neoR 基因插入靶基因需要用限制酶处理获得相同的黏性末端,

再加入    DNA  连接酶进行连接,故使用的工具酶是基因工程中的限制酶、

DNA  连接酶;neoR    基因是新霉素抗性基因,可作为标记基因;“靶基因失

活”的含义是靶基因不能正常表达。(2)获得如题图所示的“敲除”一个靶
基因的胚胎干细胞到该细胞培育成“基因敲除”小鼠需用到克隆技术、转基

因技术和细胞培养技术。(3)因为该小鼠体内仍有一个正常的靶基因,能表
达性状,故不能得到靶基因的功能,因而不能直接用来研究基因功能。

答案 (1)限制酶、DNA         连接酶 标记基因 靶基因不能正常表达 (2)克隆
技术 转基因技术 细胞培养技术 (3)不能 因为该小鼠体内仍有一个正
常的靶基因,也能表达性状,故不能得到靶基因的功能
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