第十一单元第1讲 基因工程.docx

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第十一单元第1讲基因工程

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1．（2020·河北石家庄质检）苏云金芽孢杆菌产生的Bt毒蛋白在害虫的消化道内能被降解成有毒的多肽，最终造成害虫死亡，因此Bt基因广泛用于培育转基因抗虫植物。

（1）培育转基因抗虫棉所需的目的基因来自________的基因组，再通过PCR技术扩增。

PCR反应中温度呈现周期性变化，其中加热到90～95℃的目的是________________，然后冷却到55～60℃使引物与互补DNA链结合，继续加热到70～75℃，目的是__________________________。

（2）限制酶主要从________中获得，其特点是能够识别DNA分子中某种________，并在特定位点切割DNA。

（3）科研人员在培育某品种转基因抗虫棉的过程中，发现植株并未表现抗虫性状，可能的原因是__________________________________________________。

（4）在基因表达载体中，目的基因的首端和尾端必须含有________，这样目的基因才能准确表达。

解析：

（1）根据题干可知Bt基因编码Bt毒蛋白，苏云金芽孢杆菌产生的Bt毒蛋白在害虫的消化道内能被降解成有毒的多肽，因此培育转基因抗虫棉所需的目的基因来自苏云金芽孢杆菌的基因组。

在PCR技术扩增目的基因的过程中，加热到90～95℃的目的是使DNA受热变性后解链为单链，然后冷却到55～60℃的目的是使引物与互补DNA链结合，继续加热到70～75℃，目的是在DNA聚合酶的作用下进行延伸。

（2）限制酶主要从原核生物中获取，能够识别DNA分子中某种特定的核苷酸序列，并在特定位点切割DNA。

（3）科研人员在培育某品种转基因抗虫棉的过程中，发现植株并未表现抗虫性状，造成这一结果的可能原因是基因未导入或导入后不能稳定遗传，或者是基因未表达或表达的蛋白质结构功能异常。

（4）由于基因表达需要启动子与终止子的调控，所以在基因表达载体中，目的基因的首端和尾端必须含有启动子和终止子才能准确表达。

答案：

（1）苏云金芽孢杆菌　使DNA解链（变性、解旋，受热变性后解链为单链）　在DNA聚合酶的作用下进行延伸　

（2）原核生物（或微生物）　特定的核苷酸序列　（3）所转的基因未成功导入，导入的基因未能准确表达　（4）启动子和终止子

2．（2020·江西南昌模拟）科学家提出，将蓝藻细胞中的ictB基因导入水稻细胞内，可以提高水稻的产量。

请回答下列相关问题：

（1）基因工程最核心的步骤是________，这个过程需要________酶和________酶参与催化。

（2）若用农杆菌转化法将表达载体导入受体细胞，则必须将ictB基因插入农杆菌的________质粒的________内部，再将含有目的基因的农杆菌和水稻愈伤组织混合处理。

（3）要检测ictB基因是否成功导入水稻细胞，可以用________作为探针，使探针和提取出的转基因水稻基因组DNA杂交，如果出现________，表明目的基因已经成功导入水稻细胞。

（4）要确认高产水稻是否培育成功，必须要对培育出的水稻做什么检测？

________________________________________。

解析：

（1）基因表达载体的构建是基因工程最核心的步骤，这个过程需要限制酶和DNA连接酶参与催化。

（2）若用农杆菌转化法将表达载体导入受体细胞，需将ictB基因插入农杆菌的Ti质粒的TDNA（可转移的DNA）内部。

（3）用放射性同位素（或荧光物质）等标记的目的基因作为探针，使探针和提取出的转基因水稻基因组DNA杂交，可以检测ictB基因是否成功导入水稻细胞。

如果出现杂交带，表明目的基因已经成功导入水稻细胞。

（4）通过检测水稻的产量可进一步确认高产水稻是否培育成功。

答案：

（1）基因表达载体的构建　限制　DNA连接　

（2）Ti　TDNA　（3）放射性同位素（或荧光物质）等标记的目的基因　杂交带　（4）检测水稻产量是否确实提高了（水稻是否增产）

3．（2020·吉林长春质量监测）肺细胞中的let－7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。

研究人员利用基因工程技术将let－7基因导入肺癌细胞实现表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。

该基因工程技术基本流程如图1。

请回答：

（1）进行过程①时，需用相关酶切开载体以插入let－7基因，该酶破坏的化学键是________。

重组载体应有RNA聚合酶识别和结合的部位，该部位称为________，同时，重组载体还应有________以驱动自身复制，以及____________________以鉴别受体细胞是否含有目的基因。

（2）进行过程②时，当细胞生长到表面________时，需用________酶处理贴附在培养瓶壁上的细胞并进行______后继续培养。

（3）研究发现，let－7基因影响癌基因RAS表达的机理如图2所示。

据图分析，肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由细胞中________含量减少引起的，作出该假设的依据是__________________________________________________________。

解析：

（1）①表示构建基因表达载体，该过程需用限制酶切割载体以插入目的基因，该酶破坏的化学键是磷酸二酯键。

RNA聚合酶识别和结合的部位为启动子，驱动重组载体自身复制的部位为复制原点，鉴别受体细胞是否含有目的基因需借助标记基因。

（2）②过程为动物细胞培养，动物细胞生长到相互接触时，需用胰蛋白酶（胶原蛋白酶）等处理贴附在瓶壁上的细胞，进行分瓶后继续培养。

（3）分析题图，let－7基因转录产生的miRNA与RAS基因转录产生的mRNA进行碱基互补配对，从而抑制RAS基因表达产生RAS蛋白，再结合题干信息“癌基因RAS表达增强，会引发肺癌”，可推测RAS蛋白的作用是促进细胞癌变。

答案：

（1）磷酸二酯键　启动子　复制原点　标记基因　

（2）相互接触　胰蛋白（胶原蛋白）　分瓶　（3）RAS蛋白　miRNA和RASmRNA互补配对，抑制了翻译过程

4．现代生物科学技术应用广泛，请回答下列问题：

（1）基因工程中目的基因能在受体细胞中表达，说明不同生物__________。

（2）植物组织培养时，常用的激素是________和________。

（3）利用体细胞核移植技术培育克隆鼠时，所用的去核卵母细胞要培养至________期。

所用供体细胞一般选择10代以内的细胞，原因是这样的细胞__________________________。

（4）若以精子作为目的基因的载体，则目的基因能够整合到精子的________上是提高转化率的关键。

（5）某生态农业系统把鱼塘、农田、果园和牛、羊养殖场有机地组合在一起，优化了系统结构，遵循系统学和工程学原理中的________原理。

解析：

（1）基因工程中目的基因能在受体细胞中表达，合成出所需蛋白质，说明不同生物共用一套遗传密码。

（2）植物组织培养时常用的植物激素为生长素和细胞分裂素。

（3）核移植中去核卵母细胞在体外要培养至减数第二次分裂中期。

培养10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型。

（4）若以精子作为目的基因的载体，目的基因整合到精子的细胞核染色体上是提高转化率的关键。

（5）考虑系统内不同组分之间的结构，通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的，这遵循了系统学和工程学原理中的系统的结构决定功能原理。

答案：

（1）共用一套密码子（遗传密码）　

（2）细胞分裂素　生长素（无先后顺序）　（3）MⅡ中　能保持正常的二倍体核型　（4）细胞核染色体　（5）（系统的）结构决定功能

5．（2020·山西晋中调研）为增加菊花的花色类型，研究者从其他植物的cDNA文库中提取出花色基因C（图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花细胞中。

图3从上到下依次表示EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制酶的识别序列与切割位点。

请分析回答：

（1）利用PCR技术扩增目的基因C的原理是________。

（2）图2所示质粒被________切割获得的产物可与图1所示基因C连接，理由是____________________________________________________________。

（3）经BamHⅠ处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无________________，导致基因C不能________。

（4）在添加四环素的固体培养基上，________（填“能”或“不能”）筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落，原因是___________________________。

解析：

（1）利用PCR技术扩增目的基因C的原理是DNA双链复制。

（2）据图3可知，由于BamHⅠ和Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端，因此图2所示质粒被BamHⅠ和EcoRⅠ切割获得的产物可与图1所示基因C连接。

（3）据图可知，经BamHⅠ处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无启动子和终止子，导致基因C不能转录。

（4）由于含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有四环素抗性基因，在含四环素的培养基上均能生长，所以在添加四环素的固体培养基上，不能筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落。

答案：

（1）DNA双链复制

（2）BamHⅠ和EcoRⅠ　BamHⅠ和Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

（3）启动子和终止子　转录

（4）不能　含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有四环素抗性基因，在含四环素的培养基上均能生长

6．（2020·河南中原名校质检）干旱会影响农作物产量，科学家们对此进行了研究。

如图为用探针检验某一抗旱植物基因型的原理，相关基因用R和r表示。

（1）基因R与r的本质区别是______________________的不同。

在利用PCR技术扩增R或r基因过程中，利用________可寻找抗旱基因的位置并进行扩增。

（2）若被检植株发生A现象，不发生B、C现象，则被检植物的基因型为________。

（3）用从基因文库中获取目的基因的方法获取抗旱基因时需要用到限制酶，限制酶的具体作用部位是______________________。

（4）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，其主要依据：

当植物受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的________________________________。

（5）经检测，抗旱基因已经导入烟草细胞，但未检测出抗旱基因转录出的mRNA，从构建基因表达载体的角度推测，最可能的原因是_______________________。

解析：

（1）等位基因存在的本质区别是脱氧核苷酸（或碱基对）的排列顺序的不同。

用PCR技术扩增R或r基因时，需要用引物寻找抗旱基因的位置。

（2）被检植物发生A现象，不发生B、C现象，即单链DNA分子与r探针没有形成杂交斑，所以被检植物不含有r基因，其基因型为RR。

（3）限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定脱氧核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。

（4）农杆菌转化法的原理：

如果将目的基因插入到Ti质粒中的TDNA上，通过农杆菌的转化作用，就可使目的基因进入植物细胞，并将其整合到植物细胞中染色体的DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

（5）基因表达载体上与转录直接有关的是目的基因首端的启动子。

答案：

（1）脱氧核苷酸排列顺序（或碱基对排列顺序）　引物　

（2）RR　（3）磷酸二酯键　（4）Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上　（5）基因表达载体上的目的基因首端未加入启动子

7．下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。

据图回答：

（1）获得A有两条途径：

一是以A的mRNA为模板，在__________酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在__________的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的__________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的__________序列，再通过化学方法合成所需基因。

（2）利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有__________、__________、4种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。

（3）由A和载体B拼接形成的C通常称为______________。

（4）在基因工程中，常用Ca2＋处理D，其目的是_____________________。

解析：

（1）利用逆转录法获得目的基因的过程是：

以mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成双链DNA分子；蛋白质工程中根据所设计蛋白质获取目的基因的途径是：

根据目标蛋白质的功能→推测蛋白质中氨基酸序列→推测相应的mRNA序列→推测目的基因中脱氧核苷酸序列→化学方法合成目的基因。

（2）利用PCR扩增DNA时，需要在PCR扩增仪中加入引物、模板、原料、酶等物质。

（3）目的基因A与载体B拼接的结果是构建了重组DNA（C）。

（4）利用Ca2＋处理大肠杆菌D，可使其成为感受态细胞，提高受体细胞的转化率。

答案：

（1）逆转录　DNA聚合酶　氨基酸　脱氧核苷酸（其他合理答案也可）　

（2）引物　模板DNA　（3）重组DNA（其他合理答案也可）　（4）提高受体细胞的转化率（其他合理答案也可）

8．口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一种动物传染病，目前常用接种弱毒疫苗的方法预防。

疫苗的主要成分是该病毒的一种结构蛋白VP1。

科学家尝试利用转基因番茄来生产口蹄疫疫苗。

请回答下列问题：

（1）如图是VP1基因、农杆菌Ti质粒结构示意图，若用以构建具有VP1基因的基因表达载体，还需要在质粒中插入________。

（2）口蹄疫病毒的遗传物质为RNA，则获得可重组到质粒的VP1基因必须用到________酶。

要获得大量该VP1基因，可利用________技术进行扩增。

（3）通常用BamHⅠ、HindⅢ两种限制酶切割VP1基因和Ti质粒的目的是________；要筛选出含有该目的基因表达载体的农杆菌，首先需要在含________的培养基上进行。

（4）VP1基因应插入到农杆菌Ti质粒的TDNA上，通过转化作用进入番茄细胞并插入到________，使VP1基因能够稳定存在并发挥作用。

（5）获得表达VP1蛋白的番茄植株以后，要进行免疫效力的测定，具体方法是：

将从转基因番茄叶片中提取的VP1蛋白注射到一定数量的豚鼠体内，每半个月注射一次，三次注射后检测豚鼠血液中产生的________数量，为了使结果可信，应设置空白对照组，注射________。

解析：

（1）构建具有VP1基因的基因表达载体还需要在质粒中插入启动子，启动子是RNA聚合酶的结合位点，能启动转录过程。

（2）口蹄疫病毒的遗传物质为RNA，可以RNA为模板逆转录获得VP1基因；PCR技术可在体外大量扩增目的基因。

（3）用限制酶BamHⅠ、HindⅢ切割出的末端完全不同，这样可以防止目的基因、运载体自身环化，也能防止目的基因和运载体反向连接，即可以保证目的基因和质粒的定向连接；由图可知，标记基因是卡那霉素抗性基因，因此要筛选出含有该目的基因表达载体的番茄细胞，首先需要在含卡那霉素的培养基上进行。

（4）VP1基因应插入到农杆菌Ti质粒的TDNA上，通过转化作用进入番茄细胞并插入到染色体DNA，使VP1基因能够稳定维持并发挥作用。

（5）获得表达VP1蛋白的番茄植株以后，要进行免疫效力的测定，具体方法是：

将从转基因番茄叶片中提取的VP1蛋白注射到一定数量的豚鼠体内，每半个月注射一次，三次注射后检测豚鼠血液中产生的VP1蛋白的抗体数量。

为了使结果可信，应设置空白对照组，注射等量生理盐水。

答案：

（1）启动子　

（2）逆转录　PCR　（3）防止VP1基因、Ti质粒的自身环化　卡那霉素　（4）染色体DNA　（5）VP1蛋白的抗体　等量生理盐水

9．白细胞介素是一类淋巴因子。

研究人员将人白细胞介素的基因导入到酵母细胞中，使其分泌出有活性的白细胞介素。

（1）为增加白细胞介素基因的数量，可使用________技术，但前提是必须知道基因的部分序列，目的是________。

（2）在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用________处理酵母菌，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程，称为________。

在表达过程中，启动子需与________识别和结合，从而驱动转录过程。

（3）在体液免疫过程中，白细胞介素是由________细胞分泌的，为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母细胞作为受体细胞，可能原因是_______________。

（4）在分泌型表达载体和白细胞介素基因所在的DNA分子上均有多个限制酶的酶切位点，图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoRⅠ和EcoR52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是____________________________。

解析：

（1）基因工程中，扩增目的基因利用的是PCR技术，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便设计引物。

（2）在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用Ca2＋处理酵母菌，使酵母菌细胞处于感受态，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。

在表达过程中，启动子需与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动转录过程。

（3）在体液免疫过程中，白细胞介素是由T淋巴细胞分泌的；由于细菌属于原核生物，细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器，因此为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母细胞作为受体细胞。

（4）图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoRⅠ和EcoR52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中。

答案：

（1）PCR　设计引物　

（2）Ca2＋　转化　RNA聚合酶　（3）T淋巴　细菌细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器　（4）能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中