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基因工程及其應用 (35分鐘　100分) 一、選擇題(共9小題，每小題5分，共45分) 1.(2017威海高一檢測)下列哪項不是基因工程中經常使用的用來運載目的基因的載體(　　) A.質粒 B.噬菌體 C.動植物病毒 D.細菌核區(qū)的DNA 【解析】選D?；蚬こ讨薪洺Ｊ褂玫倪\載體有質粒、噬菌體、動植物病毒等，細菌核區(qū)的DNA不是用來運載目的基因的載體。 2.在畜牧養(yǎng)殖業(yè)上，科學家利用基因工程的方法培育出了轉基因奶牛、超級綿羊等多種轉基因動物?！稗D基因動物”培育利用的原理是(　　) A.基因突變 B.基因重組 C.染色體結構變異 D.染色體數(shù)目變異 【解析】選B?！稗D基因動物”培育采用的方法是基因工程，其原理是基因重組，發(fā)生在分子水平上。 【誤區(qū)警示】基因重組分為狹義和廣義兩種，狹義的基因重組是指減數(shù)分裂過程中交叉互換和非同源染色體上非等位基因的自由組合；廣義的基因重組還包括基因工程。 3.據下圖有關基因工程的工具酶功能的敘述，不正確的是(　　) A.切斷a的酶為限制性核酸內切酶 B.切斷b的酶為解旋酶 C.連接a的酶為DNA連接酶 D.切斷b的酶為限制性核酸內切酶 【解析】選D。a為磷酸二酯鍵，限制性核酸內切酶作用于磷酸二酯鍵，A正確，D錯誤。解旋酶使DNA鏈解開，連接DNA兩條鏈的為堿基對之間的氫鍵(b)，B正確。DNA連接酶可使兩個DNA分子片段連接起來，作用的也是磷酸二酯鍵，C正確。 【互動探究】 (1)圖中能夠切斷a處的酶還有哪些？ 提示：DNA水解酶。 (2)圖中b化學鍵的斷裂是否一定需要酶的催化？為什么？ 提示：不一定。b化學鍵為氫鍵，高溫處理也可以使氫鍵斷裂。 【誤區(qū)警示】限制酶與DNA解旋酶不同 (1)相同點：作用機理都是破壞化學鍵。 (2)不同點：①作用部位：限制酶作用于磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于氫鍵。 ②作用范圍：限制酶作用于特定的核苷酸序列和特定的切點，DNA解旋酶作用于所有的DNA分子。 4.(2017西安高一檢測)如圖所示限制酶切割基因分子的過程，從圖中可知，該限制酶能識別的堿基序列和切點是(　　) A.CTTAAG，切點在C和T之間 B.CTTAAG，切點在T和A之間 C.GAATTC，切點在G和A之間 D.GAATTC，切點在C和T之間 【解析】選C。據圖分析，該限制酶能識別的堿基序列為GAATTC，其切點是在G和A之間，所以C正確。 5.(2017銀川高一檢測)下列提到的物質不是基因工程常用的工具的是(　　) ①限制性核酸內切酶?、贒NA聚合酶?、跠NA連接酶　④運載體?、萁庑? A.②④⑤　　　　　　　　 B.①③④ C.①②③ D.②⑤ 【解析】選D?；蚬こ坛Ｓ玫墓ぞ甙ǎ孩傧拗菩院怂醿惹忻?限制酶)、③DNA連接酶、④運載體；而②DNA聚合酶和⑤解旋酶均在DNA復制過程中發(fā)揮作用。綜上所述，D項符合題意。 6.質粒是基因工程最常用的載體，下列關于質粒的說法正確的是(　　) A.質粒在受體細胞內都要整合到染色體DNA上 B.質粒是獨立于細菌擬核DNA之外的小型細胞器 C.基因工程操作中的質粒一般都是經過人工改造的 D.質粒上堿基數(shù)量之間存在A+G=U+C 【解析】選C。若受體細胞是真核細胞，則質?？烧系饺旧wDNA上，若受體細胞是原核細胞，因其沒有染色體而只能整合到DNA上，所以A錯誤；質粒是獨立于細菌擬核之外的小型環(huán)狀DNA，不是細胞器，所以B錯誤；基因工程中使用的質粒已不是原來細菌或細胞中存在的天然質粒，而是經過人工改造的，所以C正確；質粒是雙鏈環(huán)狀DNA，其遵循堿基互補配對原則A+G=T+C，所以D錯誤。 【補償訓練】 下列關于基因工程中運載體的敘述，不正確的是(　　) A.目的基因與運載體結合的過程發(fā)生在細胞外 B.目的基因導入受體細胞后，受體細胞即發(fā)生基因突變 C.運載體對受體細胞的生理代謝不起決定作用 D.常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等 【解析】選B。目的基因與運載體結合的過程發(fā)生在細胞外，是人為控制操作的，A正確；目的基因導入受體細胞后，受體細胞即發(fā)生基因重組，B錯誤；運載體對受體細胞的生理代謝不起決定作用，能在受體細胞內穩(wěn)定存在，C正確；常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等，D正確。 7.(2017廊坊高一檢測)關于基因工程的敘述，正確的是　世紀金榜導學號94294192(　　) A.限制性核酸內切酶和DNA連接酶的作用部位相同，都是氫鍵 B.質粒是基因工程中常用的運載體，其上的基因一般屬于核基因 C.通過基因工程制備轉基因植物，可以選葉肉細胞作為基因工程的受體細胞 D.人體胰島素基因通過基因工程技術轉入大腸桿菌以后，其傳遞和表達不再遵循中心法則 【解析】選C。限制性核酸內切酶和DNA連接酶的作用部位都是磷酸二酯鍵，A錯誤；基因工程中常用的運載體是質粒，質粒存在于細菌和真菌細胞中，是一種能進行自主復制的環(huán)狀DNA分子，所以質粒上的基因不屬于核基因，B錯誤；植物體細胞具有全能性，所以可以選擇葉肉細胞作為基因工程的受體細胞，C正確；人的胰島素基因在大腸桿菌體內表達時，遺傳信息的傳遞和表達仍遵循中心法則，D錯誤。 8.“黃金大米”是將胡蘿卜素轉化酶的基因導入水稻細胞中而制備成功的。一般來說，制備“黃金大米”植株的過程中，不需要使用下列中的(　　) A.限制性核酸內切酶 B.纖維素酶 C.DNA連接酶 D.DNA聚合酶 【解析】選B。獲取目的基因和構建基因表達載體時都需要使用限制性核酸內切酶，A不符合題意；采用基因工程技術培育“黃金大米”植株的過程中不需要使用纖維素酶，B符合題意；構建基因表達載體時，需要使用DNA連接酶，C不符合題意；基因在受體細胞中復制時需要DNA聚合酶，D不符合題意。 【互動探究】 (1)胡蘿卜素轉化酶基因控制“黃金大米”的性狀表現(xiàn)的途徑是什么？ 提示：基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀。 (2)本題A、C、D項三種酶的共同點是什么？ 提示：都是作用于兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 9.(2017珠海高一檢測)科學家將一種腺病毒插入小鼠的腿部肌肉中，作為載體來傳遞一段基因代碼，能使小鼠肌肉細胞產生多種強效中和艾滋病病毒(HIV)的抗體，保護它們免受感染。下列相關分析中不正確的是(　　) 世紀金榜導學號94294193 A.這種方法屬于體內基因治療 B.這段指導抗體合成的基因代碼屬于腺病毒的基因 C.這段基因代碼很可能是對小鼠的原有基因進行修飾形成的 D.這種方法雖然在小鼠體內試驗成功，但用于人類的臨床還有一定困難 【解析】選B?？茖W家們采用的治療方法是直接向小鼠的肌肉細胞轉移基因，屬于體內基因治療；基因代碼表達的是小鼠的抗體，應該是對小鼠的原有基因進行修飾形成的，腺病毒只是基因的載體，并不提供目的基因；由于目前還沒有完全解釋人類基因組的運轉機制，在充分了解基因調控機制之前，還不能將這種方法在臨床上用于人類艾滋病的治療。 二、非選擇題(共2小題，共33分) 10.(19分)(2017鹽城高一檢測)美國科學家利用基因工程技術，將人胰島素基因拼接到大腸桿菌的DNA分子中，然后通過大腸桿菌的繁殖，生產了人胰島素，操作過程如下圖所示：　世紀金榜導學號94294194 (1)①過程所使用的酶與獲取胰島素基因所使用的酶一般是____________(填“相同”或“不同”)的。 (2)②過程使用的酶是____________，它的作用是使質粒與目的基因結合形成____________分子。 (3)在基因工程中③過程的目的是____________________________。 (4)在基因工程中，目的基因的表達與檢測是通過檢測大腸桿菌是否產生____________實現(xiàn)的。 (5)大腸桿菌合成人胰島素的過程可以表示為______________________ ________(用箭頭和簡要文字表示)。 【解析】(1)獲取目的基因和切割質粒使用的是同一種限制酶，這樣可以獲得相同的黏性末端。(2)②過程表示目的基因(人胰島素基因)與運載體(質粒)結合成重組DNA分子的過程。(3)③過程表示將目的基因導入受體細胞(大腸桿菌)的過程。(4)如果要檢測人胰島素基因是否在大腸桿菌內表達，應檢測大腸桿菌是否有人胰島素產生。(5)大腸桿菌合成人胰島素的過程是人胰島素基因表達的過程，包括轉錄和翻譯。 答案：(1)相同　(2)DNA連接酶　重組DNA(或重組質粒) (3)將目的基因導入受體細胞 (4)人胰島素 (5)DNA(基因)mRNA蛋白質 11.(16分)(2017泉州高一檢測)通過DNA重組技術使原有基因得以改造的動物稱為轉基因動物。運用這一技術可使羊奶中含有人體蛋白質，如圖表示這一技術的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是-G↓GATCC-，請回答下列問題：世紀金榜導學號94294195 (1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質基因的酶是____________________，人體蛋白質基因“插入”后連接在羊染色體中需要的酶是____________。 (2)人體蛋白質基因之所以能連接到羊的染色體DNA中，原因是______ ____________________，人體蛋白質基因導入羊細胞時常用的工具是__________________。 (3)此過程中目的基因的檢測與表達中的表達是指____________。 【解析】(1)剪切獲取目的基因的酶是限制性核酸內切酶，將不同的DNA片段連接起來的酶是DNA連接酶。(2)不同生物的DNA化學組成和空間結構相同，即都具有相同的物質基礎和結構基礎。目的基因導入受體細胞需要先與運載體結合，最常用的運載體是質粒，也可以用病毒。(3)基因的表達是指基因通過轉錄和翻譯合成相應的蛋白質的過程。 答案：(1)限制性核酸內切酶　DNA連接酶 (2)不同生物的DNA具有相同的物質基礎和結構基礎　細菌質?；虿《? (3)人體蛋白質基因在羊體細胞內控制合成人體蛋白質 1.(6分)不同種植物之間存在競爭，如某些植物能分泌一些化學物質用于抑制別種植物在其周圍生長。最近，科學家試圖往大麥等農作物中轉入控制合成這些化學物質的基因，以達成抑制雜草生長的目的。下列說法正確的是(　　) 世紀金榜導學號94294196 A.將該基因轉入大麥中，一定會抑制雜草生長 B.所用的工具酶是限制酶、DNA連接酶和運載體 C.通常用一種限制性核酸內切酶處理含目的基因的DNA，用另一種限制性核酸內切酶處理運載體 D.種植該種轉基因大麥可以增加糧食產量，減少農藥的使用 【解析】選D。目的基因導入受體細胞后不一定會表達，需要進行檢測和鑒定，A錯誤；運載體不是工具酶，B錯誤；在基因工程中常用同一種限制性核酸內切酶來處理含目的基因的DNA和運載體，C錯誤；轉基因大麥可以抑制雜草生長，減少了除草劑的使用，同時減弱了與雜草的競爭，增加了產量，D正確。 [接軌高考特色題型專練] 2. (14分)(2017安慶高一檢測)斑馬魚的酶D由17號染色體上的D基因編碼。具有純合突變基因(dd)的斑馬魚胚胎會發(fā)出紅色熒光。利用轉基因技術將綠色熒光蛋白(G)基因整合到斑馬魚的17號染色體，帶有G基因的胚胎能夠發(fā)出綠色熒光，未整合G基因的染色體對應位點表示g。用個體M和N進行如下雜交實驗?！∈兰o金榜導學號94294197 (1)在上述轉基因實驗中，將G基因與____________結合，需要的兩類酶有______________和____________。將重組質粒成功地顯微注射到斑馬魚受精卵中，胚胎沒有發(fā)出綠色熒光，說明__________________________________。 (2)雜交后，出現(xiàn)紅綠熒光(既有紅色又有綠色熒光)胚胎的原因是親代____________(填“M”或“N”)的初級精(卵)母細胞在減數(shù)分裂過程中，同源染色體的____________發(fā)生了交換，導致染色體發(fā)生____________。 【解析】(1)在基因工程中，需要將目的基因與運載體結合，在此過程中需要使用同種限制性核酸內切酶和DNA連接酶；將綠色熒光基因導入受精卵中后沒有出現(xiàn)綠色熒光，說明目的基因沒有表達。(2)由于M和N的雜交后代出現(xiàn)了紅綠熒光(ddG_)個體，且綠色熒光個體N的基因型為DdGg，說明無熒光M個體一定含有d基因，不含有G基因，因此基因型為Ddgg；后代紅綠熒光個體的出現(xiàn)是由于親代N在減數(shù)分裂過程中同源染色體的非姐妹染色單體交叉互換導致d和G同時出現(xiàn)在同一條染色體上，此變異稱為基因重組。 答案：(1)運載體(或質粒)　限制酶(或限制性核酸內切酶)　DNA連接酶　熒光基因未成功表達 (2)N　非姐妹染色單體　基因重組