2018版高考生物一轮复习第十一单元第一讲基因工程课时作业解析

第十一单元 第一讲 基因工程

1．(2017·河北沧州模拟)如图表示从苏云金芽孢杆菌分离出杀虫晶体蛋白基因(简称Bt 基因)及形成转基因抗虫植物的图解。请分析回答：

(1)写出b 过程的表达式_____________________________________。

(2)人工合成目的基因的方法有：

①__________________________________________________________________； ②________________。

(3)将目的基因和载体(质粒)结合的工具酶有________酶和________酶。

(4)科学家计划从哺乳动物的乳汁中提取某种抗体，应将控制抗体合成的基因导入该种动物的________中，导入基因成功表达的标志是__________________。

解析：应用基因工程技术从苏云金芽孢杆菌中提取杀虫晶体蛋白基因(目的基因)导入棉花细胞中形成转基因抗虫棉。Bt 基因的表达使棉花细胞中合成了原毒素，使采食棉花的昆虫中毒死亡。要使某种动物的乳汁中含有某种抗体，目的基因一般导入受精卵中。则由此受精卵发育成的哺乳动物的所有体细胞中都含有目的基因。检测导入基因是否成功表达的标志是看目的基因的产物蛋白质，棉花细胞中检测出Bt 基因合成杀虫晶体蛋白是基因成功表达的标志。

答案：(1)Bt 基因――→转录mRNA ――→翻译原毒素(晶体蛋白)

(2)①以目的基因的mRNA 为模板反转录为单链DNA ，然后在DNA 聚合酶的作用下合成双链DNA ②依照蛋白质的氨基酸序列，通过密码子推算出基因序列，然后直接合成目的基因

(3)限制性核酸内切 DNA 连接

(4)受精卵 动物乳汁中含此种抗体

2．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

(1)cDNA 文库属于________基因文库，其构建方法是：用某种生物发育的某个时期的________反转录产生的cDNA 片段，与________连接后储存在一个受体菌群中。

(2)切割DNA 分子的工具是________，它能使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的________断开，形成黏性末端或平末端。

(3)基因工程中所使用的DNA 连接酶有两类。既可以“缝合”黏性末端，又可以“缝合”平末端的是________DNA 连接酶。

(4)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是___________________________；

如果受体细胞是大肠杆菌，需要用________处理细胞，使之成为感受态细胞，才能吸收DNA

分子。

解析：(1)基因文库包括基因组文库和部分基因文库如cDNA 文库。cDNA 文库构建的方法是：用某种生物发育的某个时期的mRNA 反转录产生的cDNA 片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中。(2)切割DNA 分子的工具是限制酶，它作用的化学键是磷酸二酯键。限制酶切割DNA 后形成黏性末端或平末端。(3)基因工程中所使用的DNA 连接酶有E ·coli DNA 连接酶和T 4DNA 连接酶两类，前者只可“缝合”黏性末端，后者既可以“缝合”黏性末端，又可以“缝合”平末端。(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；如果受体细胞是大肠杆菌，需要用Ca 2＋

处理细胞，使之成为感受态细胞，才能吸收DNA 分子。

答案：(1)部分 mRNA 载体

(2)限制性核酸内切酶 磷酸二酯键

(3)T 4

(4)农杆菌转化法 Ca 2＋

3．回答以下有关基因工程的知识：

(1)获取目的基因时，可从基因文库中直接提取，而基因文库包括________和________，其中要用到反转录技术的是________。

(2)构建基因表达载体时，用限制酶Ⅰ切割质粒载体可产生“GATATCG……C C……GCTATAG

”的片段，该限制酶识别的核苷酸序列是__________________，用限制酶Ⅱ切割含有目的基因的DNA ，两种酶切割DNA 产生的末端能拼接在一起，则限制酶Ⅱ必须具有________的特点。

(3)将目的基因导入受体细胞时，如果受体细胞是水稻(单子叶植物)细胞，则常用的方法是______________；如果受体细胞是大肠杆菌，则需要用钙离子处理，处理后的细胞具有______________的特点。

(4)检测与鉴定目的基因时，检测目的基因在真核细胞中能否稳定遗传的关键是______________。鉴定目的基因是否成功表达，除了分子水平检测外，还可以从________水平进行鉴定。

解析：cDNA 文库中的DNA 是由mRNA 经逆转录酶催化合成的；一个完整的基因表达载体包括启动子、终止子、标记基因、目的基因和复制原点等；将目的基因导入单子叶植物细胞内常用的方法是基因枪法。

答案：(1)基因组文库 部分基因文库(如cDNA 文库) cDNA 文库

(2)CGATATCG GCTATAGC

切割产生的DNA 片段末端与限制酶Ⅰ切割产生的相同 (3)基因枪法 容易从周围环境吸收DNA 分子

(4)检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因 (生物)个体

4．(2017·内蒙古鄂尔多斯模拟)下图是从酵母菌中获取某植物需要的控制某种酶合成的基

因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：

(1)图中cDNA文库________(填“大于”“小于”或“等于”)基因组文库。

(2)①过程提取的DNA需要________的切割，B过程是________。

(3)为在短时间内大量获得目的基因，可用________扩增的方法，其原理是________。

(4)目的基因获取之后，需要进行______________________________，

其组成必须有__________________________以及标记基因等，此步骤是基因工程的核心。(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞，常采用的方法是__________________，其能否在此植物体内稳定遗传的关键是_____________，可以用________技术进行检测。

(6)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性，需要对现有蛋白质进行改造，这要通过蛋白质工程。首先要设计预期的________，再推测应有的氨基酸序列，找到相对应的________。

(7)除植物基因工程硕果累累之外，在动物基因工程、基因工程药物和基因治疗等方面也取得了显著成果，请列举出至少两方面的应用：__________________。

解析：(1)cDNA文库为部分基因文库，它小于代表该物种全部基因的基因组文库。(2)①过程是提取目的基因，可用限制性核酸内切酶切割，B过程是以mRNA为模板合成DNA，即逆转录过程。(3)获取目的基因的方法包括直接分离法、人工合成法及用PCR技术扩增目的基因等。PCR技术扩增目的基因的原理是DNA复制。(4)目的基因和载体结合形成重组质粒被称为基因表达载体的构建，基因表达载体包括启动子、目的基因、标记基因、终止子、复制原点等。(5)将目的基因导入双子叶植物细胞常用的方法为农杆菌转化法，目的基因导入后可用DNA分子杂交技术进行检测。(6)设计新的蛋白质，对蛋白质进行改造需要用蛋白质工程。首先要对蛋白质结构进行设计，再推断蛋白质应有的氨基酸序列，然后推断对应的目的基因的碱基序列，最终合成目的基因。(7)基因工程在医学方面具有重要作用，如基因诊断、基因治疗、生产基因工程药物等。

答案：(1)小于

(2)限制酶逆转录

(3)PCR技术DNA复制

(4)基因表达载体的构建启动子、终止子、目的基因(复制原点可不答)

(5)农杆菌转化法目的基因是否整合到植物细胞的染色体上DNA分子杂交

(6)蛋白质结构脱氧核苷酸序列

(7)乳腺生物反应器；体外基因治疗复合型免疫缺陷综合征(其他合理答案也可)

5．为扩大可耕地面积，增加粮食产量，黄河三角洲等盐碱地的开发利用备受关注。我国科学家应用耐盐基因培育出了耐盐水稻新品系。

(1)获得耐盐基因后，构建重组DNA 分子所用的限制性核酸内切酶作用于图中的________(填“a”或“b”)处，DNA 连接酶作用于________(填“a”或“b”)处。

(2)将重组DNA 分子导入水稻受体细胞的常用方法有农杆菌转化法和________法。

(3)由导入目的基因的水稻细胞培养成植株需要利用________技术，该技术的核心是________和________。

(4)为了确定耐盐转基因水稻是否培育成功，既要用放射性同位素标记的________作探针进行分子杂交检测，又要用________方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。

解析：(1)根据题意和图示分析可知：a 处为磷酸二酯键，b 处为氢键。限制酶主要从原核生物中分离纯化出来，能够识别双链DNA 分子的某种特定核苷酸序列，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。DNA 连接酶连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。所以限制性核酸内切酶作用于图中的a 处，DNA 连接酶作用于a 处。(2)将重组DNA 分子导入植物受体细胞的常用方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法。(3)由导入目的基因的植物细胞培养成植株需要利用植物组织培养，利用植物细胞的全能性，通过脱分化形成愈伤组织，再通过再分化形成新的植株。(4)要确定耐盐转基因水稻是否培育成功，需要用放射性同位素标记的目的基因作探针进行分子杂交检测；又要用一定浓度的盐水浇灌方法从个体水平鉴定水稻植株的耐盐性。

答案：(1)a a (2)基因枪 (3)植物组织培养 脱分化(去分化) 再分化 (4)耐盐基因(目的基因) 一定浓度盐水浇灌(植株移栽到盐碱地中)

6．农业科技工作者在烟草中找到了一抗病基因，现拟采用基因工程技术将该基因转入棉花，培育抗病棉花品系。请回答下列问题：

(1)要获得该抗病基因，可采用________、________等方法。为了能把该抗病基因转入到棉花细胞中，常用的载体是________。

(2)要使载体与该抗病基因连接，首先应使用________进行切割。假如载体被切割后，得到

的分子末端序列为AATTC — G —

，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是( ) A.—G —CTTAA B.—T —AATCC

C.—CTTTA —G

D.—AAATC —T

(3)切割完成后，采用________将载体与该抗病基因连接，连接后得到的DNA 分子称为______________。

(4)再将连接得到的DNA 分子导入农杆菌，然后用该农杆菌去________棉花细胞，利用植物细胞具有的________性进行组织培养，从培养出的植株中________出抗病的棉花。

(5)该抗病基因在棉花细胞中表达的产物是( )

A ．淀粉

B ．脂类

C ．蛋白质

D ．核酸

(6)转基因棉花获得的________是由该表达产物来体现的。

解析：获得抗病基因常用的方法是从细胞中直接分离目的基因或根据mRNA 碱基顺序和蛋白质的氨基酸序列人工合成目的基因；在基因工程中，常用的载体是质粒；可以先用同一种限制性核酸内切酶把目的基因和载体切开，使二者产生相同的黏性末端；再用DNA 连接酶将载体和目的基因连接起来，构成重组DNA 分子；用已导入重组DNA 分子的农杆菌感染棉花细胞，并用组织培养的方法把这样的棉花细胞培育成植株，从中筛选出有抗病性状的棉花；最后进行鉴定，可将普通棉和抗病棉花同时让病毒感染，观察其表现即可。

答案：(1)从细胞中分离 化学方法人工合成 Ti 质粒

(2)限制性核酸内切酶(限制酶) A

(3)DNA 连接酶 重组DNA

(4)感染 全能 筛选(选择)

(5)C

(6)抗病性状

7．转基因动物可以作为生物反应器来生产某些营养物质、珍贵药物等。请根据所学知识，将下面培育转基因牛的操作程序补充完整。

(1)构建基因表达载体：在构建基因表达载体时常要用到______________两种工具酶。一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有________以及标记基因等，其中标记基因的作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)体外受精获得受精卵：将采集的精子经________处理后与处于______________期的卵子结合形成受精卵。判断卵子是否受精的重要标志是________________________________。

(3)将目的基因导入受精卵：通常采用________技术将目的基因导入受精卵。

(4)早期胚胎培养：哺乳动物胚胎的培养液成分一般比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及________等物质。当胚胎发育到________阶段时，可进行胚胎移植。

(5)胚胎移植：在胚胎移植前要对接受胚胎的受体母牛进行______________处理。移植后，还要对受体母牛进行妊娠检查。

解析：(1)基因工程中常用的两种工具酶是限制酶和DNA连接酶。一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。(2)采集的精子经获能处理后才能与处于减数第二次分裂中期的卵子结合形成受精卵。(3)常采用显微注射法将目的基因导入动物细胞。(4)哺乳动物胚胎培养需要“两盐”(无机盐和有机盐)、“两素”(激素和维生素)、“两酸”(核苷酸和氨基酸)和动物血清等。牛的胚胎一般要发育到桑椹胚或囊胚阶段才可以进行移植。(5)胚胎移植时要对受体动物进行同期发情处理。

答案：(1)限制酶、DNA连接酶启动子、终止子鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来(2)获能减数第二次分裂中在卵细胞膜和透明带的间隙可以观察到两个极体

(3)显微注射(4)动物血清桑椹胚或囊胚

(5)同期发情

8．(2017·安徽合肥模拟)基因敲除是应用DNA重组原理发展起来的一门新兴技术。“基因敲除细胞”的构建过程如下：

第一步：从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞(ES)，在培养基中扩增。这些细胞中需要改造的基因称为“靶基因”。

第二步：构建基因表达载体。取与靶基因序列同源的目的基因(同源臂)，在同源臂上接入新霉素抵抗基因等。由于同源臂与靶基因的DNA正好配对，所以能像“准星”一样，将表达载体准确地带到靶基因的位置。

第三步：将表达载体导入胚胎干细胞，并与其内靶基因同源重组，完成胚胎干细胞的基因改造。

第四步：基因改造后的胚胎干细胞增殖、筛选。基本原理如图所示。

请根据上述资料，回答下列问题：

(1)在把与靶基因序列同源的目的基因导入受体细胞前，应首先完成________，在这过程中所需要的工具酶是______________。

(2)启动子的化学成分是______________________________，

它位于基因的首端，是________识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA。(3)如果要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是________________，原因是________________。一般可采用________________技术将目的基因导入受体细胞。若用大肠杆菌储存目的基因，则需先将其处理为________________细胞。

(4)上述资料中新霉素抵抗基因的作用最可能是________________。

(5)(3)中获得的小鼠，通过有性生殖产生的后代是否都含该目的基因？为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。(6)该项技术具有广阔的应用前景，请试举一例

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：基因工程中的工具有限制酶、DNA连接酶和载体等。基因表达载体的构建是基因工程的核心内容，它至少包括启动子、终止子、目的基因和标记基因等。其中，启动子是一段有特殊碱基序列的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA；而新霉素抵抗基因最可能是标记基因。因为动物的受精卵具有全能性，所以一般选受精卵作为转基因动物的受体细胞；显微注射技术是转基因动物技术中导入外源基因最常用、最有效的一种方法。若将目的基因导入微生物细胞，首先用钙离子处理细胞，让其变成感受态细胞。转基因动物通过有性生殖产生的后代可能不含有目的基因，因为在形成生殖细胞时等位基因(目的基因和靶基因)会发生分离。转基因技术具有广阔的应用前景，如基因治疗、动植物品种改良、利用动植物生产药物等。

答案：(1)表达载体的构建限制酶和DNA连接酶

(2)一段有特殊碱基序列的DNA片段RNA聚合酶

(3)受精卵动物受精卵具有全能性显微注射感受态

(4)作为标记基因，便于筛选

(5)否，在形成生殖细胞时等位基因(目的基因和靶基因)会发生分离

(6)基因治疗、动植物品种改良、利用动植物生产药物等