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1、1第第 2 2 节节 基因工程的操作程序基因工程的操作程序 课时过关能力提升 一、基础巩固 1.基因工程是在 DNA 分子水平上进行设计施工的,在基因操作的基本步骤中,不进行碱基互补配对 的步骤是( ) A.人工合成目的基因 B.基因表达载体的构建 C.把目的基因导入受体细胞 D.目的基因的检测和表达 答案:C 2.下列关于基因表达载体构建的叙述,不正确的是( ) A.需要限制性内切酶和 DNA 连接酶 B.必须在细胞内进行 C.抗生素抗性基因可作为标记基因 D.启动子位于目的基因的首端 解析:基因表达载体的构建是目的基因与运载体的结合,在此过程中需用同一种限制性内切酶切割 目的基因与运载体,
2、用 DNA 连接酶将相同的末端连接起来。基因表达载体的构建是在细胞外进行的。 基因表达载体包括启动子(位于基因首端使转录开始)、终止子、目的基因和标记基因等。 答案:B 3.下图是获得抗虫棉的技术流程示意图。卡那霉素抗性基因(kanR)常作为标记基因,只有含卡那霉 素抗性基因的细胞才能在含卡那霉素的培养基上生长。下列叙述正确的是( )A.构建重组质粒过程中需要限制性内切酶和 DNA 连接酶 B.愈伤组织的分化产生了不同基因型的植株 C.卡那霉素抗性基因中有该过程所利用的限制性内切酶的识别位点 D.抗虫棉有性生殖后代能保持抗虫性状的稳定遗传 解析:质粒与目的基因结合时需要用同一种限制性内切酶切割
3、,切出相同的末端,然后用 DNA 连接酶 连接。愈伤组织由相同的细胞分裂形成,分化后产生基因型相同的植株。卡那霉素抗性基因作为标 记基因不能有构建重组质粒时所用的限制性内切酶的切割位点,因为标记基因被切断后就不能再表 达,从而失去作用。抗虫棉为杂合子,其有性生殖后代可能会发生性状分离,抗虫性状不一定能稳定 遗传。 答案:A 4.利用外源基因在受体细胞中的表达可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成 了在受体细胞中表达的是( ) A.棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因 B.大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其 mRNA C.山羊乳腺细胞中检测到人生长激素 DNA 序列 D.酵母菌细胞中
4、提取到人干扰素蛋白 解析:在基因工程中,判断外源基因是否“表达”常用的方法是看有无目的基因产物产生。 答案:D 5.Ti 质粒上有 T-DNA,这种 DNA 可以转移到受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的 DNA 上。这种 质粒存在于( ) A.大肠杆菌B.农杆菌 C.酵母菌D.苏云金杆菌 解析:Ti 质粒上有可转移的 T-DNA,Ti 质粒进入受体细胞后,T-DNA 将会整合到受体细胞的 DNA 上, Ti 质粒是农杆菌中特有的一种质粒。2答案:B 6.将 ADA(腺苷脱氨酶基因)通过质粒 pET28b 导入大肠杆菌并成功表达腺苷脱氨酶。下列叙述错误 的是( ) A.每个大肠杆菌细胞至少含一
5、个重组质粒 B.每个重组质粒至少含一个限制性内切酶识别位点 C.每个限制性内切酶识别位点至少插入一个 ADA D.每个插入的 ADA 至少表达一个腺苷脱氨酶分子 解析:由题目可知,ADA 通过质粒 pET28b 导入大肠杆菌并成功表达腺苷脱氨酶,说明每个大肠杆菌细 胞至少含有一个重组质粒,一个重组质粒至少含一个限制性内切酶的识别位点,A、B 两项正确。每 个限制性内切酶的识别位点只能插入一个 ADA,C 项错误。插入的 ADA 至少表达一个腺苷脱氨酶分 子,D 项正确。 答案:C 7.受体细胞不同,将目的基因导入受体细胞的方法也不同,下列受体细胞与导入方法匹配错误的是( )选项受体细胞导入方法
6、A棉花细胞花粉管通道法B大肠杆菌农杆菌介导的遗传转化法C羊受精卵显微注射技术D番茄细胞基因枪法解析:将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌介导的遗传转化法、基因枪法、花粉管通道法等; 将目的基因导入大肠杆菌常用的方法是氯化钙法。 答案:B 8.下列关于目的基因检测与鉴定的叙述,错误的是( ) A.可以根据受体细胞是否具有某种抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因 B.受体细胞必须表现出目的基因控制的特定性状,才能说明目的基因完成了表达过程 C.目的基因检测的第一步是检测目的基因是否插入到转基因生物的 DNA 上 D.检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作成功 解析:目的基因成功导入受体细胞
7、只是基因工程操作成功的必要一步,标志着基因工程操作成功的 是目的基因在受体细胞中成功表达。 答案:D 二、能力提升 9.土壤农杆菌能将自身 Ti 质粒的 T-DNA 整合到植物染色体 DNA 上,诱发植物形成肿瘤。T-DNA 中含 有植物生长素合成酶基因(S)和细胞分裂素合成酶基因(R),它们的表达与否能影响相应植物激素的 含量,进而调节肿瘤组织的生长与分化(如下图)。据图分析,下列叙述错误的是( )A.当细胞分裂素与生长素的比值升高时,诱发肿瘤生芽 B.清除肿瘤组织中的土壤农杆菌后,肿瘤不再生长与分化 C.图中肿瘤组织可在不含细胞分裂素与生长素的培养基中生长 D.基因通过控制酶的合成控制代谢
8、,进而控制肿瘤组织生长与分化 解析:因土壤农杆菌的 T-DNA 已经整合到植物 DNA 分子上,所以在清除土壤农杆菌后,肿瘤仍会生长 与分化。题图显示,当 S 基因不表达 R 基因表达(细胞分裂素与生长素比值升高)时,可诱发肿瘤生 芽。图中肿瘤细胞中 DNA 分子上有细胞分裂素合成酶基因和生长素合成酶基因,所以这个肿瘤在没 有细胞分裂素和生长素的培养基上也能生长。R、S 基因通过控制细胞分裂素合成酶和生长素合成 酶的合成,进而控制细胞分裂素和生长素的合成,从而控制肿瘤的生长与分化。 答案:B 10.胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。下图是基因工程技术生产胰岛素的操作过程示意图,请据图 回答下列问题
9、。3(1)完成过程必需的酶分别是 、 。 (2)在利用 A、B 获得 C 的过程中,常用 切割 A 和 B,使它们产生 相同的 ,再加入 ,才可形成 C。 (3)取自大肠杆菌的物质 B,在基因工程中起 作用,必须具备的条件是 (至少 写两个)。 (4)图中的 D 是基因工程中的 细胞,能作为这种细胞的有 等。 解析:(1)过程表示由 mRNA 到双链 DNA 的过程,首先是以 mRNA 为模板,在反转录酶的作用下合成 单链 DNA,然后在 DNA 聚合酶的作用下合成双链 DNA。过程是 DNA 由双链解旋变成单链的过程,这 个过程需要解旋酶。(2)A 为目的基因,B 为运载体,用同一种限制性内
10、切酶切割,使它们产生相同的 末端,然后在 DNA 连接酶的作用下连接在一起形成重组 DNA。(3)从大肠杆菌中提取的 B 为质粒,在 基因工程中可以起运载体的作用,运载体必须具备的条件是具有标记基因、具有目的基因插入位点 和能够在寄主细胞中复制并稳定保存。(4)基因工程中常用的受体细胞是大肠杆菌、枯草杆菌、酵 母菌和动植物细胞等。 答案:(1)反转录酶、DNA 聚合酶 解旋酶 (2)同一种限制性内切酶 末端 DNA 连接酶 (3)运载体 具有标记基因、具有目的基因插入位点和能够在寄主细胞中复制并稳定保存 (4)受体 大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌和动植物细胞 三、综合应用 11.根据基因工程的有关
11、知识,回答下列问题。 (1)限制性内切酶切割 DNA 分子后产生的片段,其末端类型有 和 。 (2)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下: AATTCG GCTTAA 为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的 DNA 除可用EcoR切割外,还可用另一种限制性内切 酶切割,该酶必须具有的特点是 。 (3)反转录作用的模板是 ,产物是 。若要在体外获得大量反转录 产物,常采用 技术。 (4)基因工程中除质粒外, 和 也可作为运载体。 (5)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是 。 解析:(1)限制性内切酶切割 DNA 分子后,露出的末端类型有黏性
12、末端和平末端两种。(2)要想用另 一种限制性内切酶切割目的基因并与题中质粒运载体相连接,则该限制性内切酶切割后的末端应与 EcoR切割后的末端相同或互补。(3)反转录的模板是 RNA,产物是 cDNA(或 DNA),可用 PCR 技术对 其扩增。(4)基因工程中常用的运载体有质粒、噬菌体、动植物病毒。(5)不经特殊处理,大肠杆菌 吸收质粒 DNA 的能力很弱。 答案:(1)黏性末端 平末端 (2)切割产生的 DNA 片段的末端与EcoR切割产生的末端相同或互补 (3)mRNA(或 RNA) cDNA(或 DNA) PCR (4)噬菌体 动植物病毒 (5)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源 DNA)
13、的能力极弱 12.下图表示基因工程的主要操作步骤,请据图回答问题。4(1)过程是 ,需要 酶参与。过程是 ,需 要 酶参与。 (2)过程中使用 CaCl2处理受体细胞可以增大 ,使重组质粒进入受体细胞。(3)重组 DNA 分子进入受体细胞后,受体细胞必须 ,才能说明目的基因 完成了表达过程。 (4)不同生物的基因能够进行重组,原因是 。 解析:分析图示可知:过程是提取目的基因,该过程需要的酶是限制性内切酶;过程是构建基因 表达载体,该过程需要用到 DNA 连接酶。若受体细胞是微生物细胞,将重组质粒导入时,首先应用 CaCl2处理受体细胞,可以增大细胞膜的通透性,使重组质粒易于进入受体细胞。目的基因完成表达 的标志是受体细胞内合成了相应的蛋白质。不同生物之间能够进行转基因,其原因应从基因的化学 组成和空间结构两方面考虑。 答案:(1)提取目的基因 限制性内切 构建基因表达载体 DNA 连接 (2)细胞膜的通透性 (3)表达出目的基因产物 (4)不同生物的 DNA 具有相同的化学组成和空间结构且碱基互补配对方式相同