第3节　基因工程的应用

第3节基因工程的应用必备知识基础练1.科学家已能运用基因工程技术,让羊的乳腺合成并分泌人体的某些抗体,以下叙述不正确的是()A.该技术可导致定向变异B.表达载体中需要加入乳腺蛋白基因的特异性启动子C.目的基因是抗原合成基因D.受精卵是理想的受体细胞答案C解析由题意分析可知该技术为基因工程技术,将目的基因导入受体细胞,可以定向改变生物性状,A项正确;运用基因工程技术,让羊的乳腺生产抗体,则表达载体中目的基因上游要加入羊乳腺蛋白基因的启动子,B项正确;目的基因是人体内控制某些抗体合成的基因,C项错误;受精卵常作为动物基因工程的受体细胞,D项正确。2.下列关于培育转基因抗虫棉的叙述,正确的是()A.DNA连接酶能把Bt抗虫蛋白基因与噬菌体相连接B.Bt抗虫蛋白基因可借助花粉管通道进入受体细胞C.Bt抗虫蛋白对害虫和人都有不同程度的毒害作用D.需制备好相应抗原来检测Bt抗虫蛋白答案B解析培育转基因植物常用农杆菌转化法,可用DNA连接酶将编码Bt抗虫蛋白的基因与农杆菌的Ti质粒相连接,构建基因表达载体,A项错误;在植物细胞基因工程中,可利用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,也可以利用花粉管通道法将目的基因导入受精卵中,B项正确;Bt抗虫蛋白对哺乳动物无毒害作用,C项错误;要检测目的基因是否成功翻译,可用抗原—抗体杂交技术进行检测,目的基因翻译的蛋白质作为抗原,故需制备好相应抗体来检测Bt抗虫蛋白,D项错误。3.将某病毒的外壳蛋白(L1)基因与绿色荧光蛋白(GFP)基因连接,构建L1-GFP融合基因,再将融合基因与质粒连接构建下图所示表达载体。图中限制酶E1~E4处理产生的黏性末端均不相同。下列叙述错误的是()A.构建L1-GFP融合基因需要用到限制酶有E1、E2、E4B.E1、E4双酶切确保L1-GFP融合基因与载体的正确连接C.若受体细胞中观察到了绿色荧光,说明L1基因已经表达D.培育乳汁中含L1的转基因羊需将表达载体转入乳腺细胞答案D解析构建L1-GFP融合基因需要先用限制酶处理获得L1基因和GFP基因,并将二者连接,故需要用到E1、E2、E4三种酶,A项正确;根据题意,限制酶E1~E4处理产生的黏性末端均不相同,E1、E4双酶切可以有效减少载体自身连接和融合基因自身连接,保证L1-GFP融合基因与载体准确连接,B项正确;GFP基因可以认为是标记基因,表达出的绿色荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,利用这一特性可用于检测细胞中目的基因是否表达,C项正确;为了获得L1蛋白,可将表达载体转入受精卵中而不是乳腺细胞中,用于培育乳汁中含有L1蛋白的转基因羊,D项错误。4.下图为利用生物技术获得生物新品种的过程,有关说法错误的是()A.A→B过程中用到的原料有4种,加入的引物有2种B.A→B过程利用了DNA半保留复制原理,需要使用耐高温的DNA聚合酶C.B→C为转基因绵羊的培育过程,常选用的受体细胞是卵母细胞D.B→D为转基因植物的培育过程,其中④过程常用的方法是农杆菌转化法答案C解析分析题图可以看出,图中A→B过程为利用PCR技术扩增目的基因,原料是4种脱氧核苷酸,需要2种引物,A项正确;PCR技术的原理是DNA半保留复制,需要耐高温的DNA聚合酶,B项正确;B→C为转基因绵羊的培育过程,培育转基因动物时,常用受精卵作为受体细胞,C项错误;培育转基因植物时,常用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞,D项正确。5.科学家培养出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法正确的是()A.将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞,可以用花粉管通道法B.人的生长激素基因只存在于在小鼠的膀胱上皮细胞中C.进行基因转移时,要将目的基因转入小鼠受精卵中D.采用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否插入了小鼠的基因组答案C解析花粉管通道法用于将目的基因导入植物细胞,A项错误;培育转基因动物时,因为受精卵的全能性最高,所以进行基因转移时通常将目的基因转入受精卵中,小鼠的体细胞是由同一个受精卵分裂和分化来的,核遗传物质相同,故人的生长激素基因存在于小鼠所有体细胞中,B项错误,C项正确;检测目的基因是否插入了小鼠的基因组通常采用DNA分子杂交法,D项错误。6.(2021山东聊城高二期中)在内源性凝血过程中,凝血因子Ⅷ作为一种辅助因子,参与凝血过程。我国科学家将含有人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵中,由该受精卵发育成的羊分泌的乳汁中含有人的凝血因子,可用于治疗血友病。下列叙述错误的是()A.人的基因在羊的细胞中表达,说明人和羊共用一套遗传密码B.该羊的乳腺细胞和其他体细胞中都可能含有人的凝血因子基因C.羊的乳腺细胞中产生人的凝血因子,说明基因和性状的关系是一一对应关系D.羊的乳腺细胞产生人的凝血因子是基因选择性表达的结果答案C解析整个生物界共用一套遗传密码,A项正确;人凝血因子基因的DNA片段注射到羊的受精卵,随受精卵的不断分裂进入子细胞中,因此羊的乳腺细胞和其他体细胞中都可能含有人的凝血因子基因,B项正确;基因和性状的关系是并不是简单的一一对应关系,C项错误;羊的乳腺细胞产生人的凝血因子,而在其他细胞中未表达,体现了基因的选择性表达,D项正确。7.(2021福建莆田一中高二期中)下列关于乳腺生物反应器生产药物的叙述,错误的是()A.构建乳腺生物反应器过程需要乳腺蛋白基因的启动子B.构建乳腺生物反应器过程用到显微注射法C.可从具有目的基因的转基因雄性动物乳汁中提取药物D.乳腺生物反应器具有成本低、产量高、易提取等优点答案C解析构建乳腺生物反应器过程需要乳腺蛋白基因的启动子,使目的基因在乳腺组织细胞中表达,A项正确;乳腺生物反应器是通过基因工程技术,将目的基因通过显微注射法转入哺乳动物受精卵中获得的,B项正确;乳腺生物反应器生产药物在转基因雌性动物泌乳期产生的乳汁中提取,C项错误;乳腺生物反应器使动物的乳腺可以产生和分泌出人们所需要的某些物质,可以节省建设厂房和购买仪器设备费用,产量高,易提取,D项正确。8.苏云金芽孢杆菌会合成Bt抗虫蛋白,在棉铃虫的碱性肠道环境中,Bt抗虫蛋白在特定的酶作用下产生毒性,导致棉铃虫死亡。我国科学家利用农杆菌转化法培育转Bt基因的抗虫棉。下列说法错误的是()A.可根据苏云金杆菌的DNA特定序列设计引物,用PCR技术扩增获得Bt基因B.需要将Bt基因整合到Ti质粒的T-DNA上,从而构建基因表达载体C.Bt基因可以整合到棉花染色体上,抗虫棉自交后代不会发生性状分离D.Bt抗虫蛋白具有高度专一性,对害虫天敌、人畜均无毒性,在环境中易分解答案C解析苏云金芽孢杆菌会合成Bt抗虫蛋白,所以可以根据苏云金杆菌的DNA特定序列设计引物,用PCR技术扩增获得Bt基因,A项正确;培养抗虫棉需要将Bt基因整合到Ti质粒的T-DNA(可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞的DNA)上,B项正确;Bt基因可以整合到棉花染色体上,若只有1条染色体上含有Bt基因,抗虫棉自交后代会发生性状分离,C项错误;Bt抗虫蛋白在特定的酶作用下产生毒性,具有高度专一性,对害虫天敌、人畜均无毒性,其本质是蛋白质,所以在环境中易分解,D项正确。9.据报道,我国海水稻试种成功,并获得喜人的收成。如果能够在更多的盐碱地里种植海水稻,将会养活更多的人。回答下列问题。(1)人们可以利用基因工程技术培育转基因海水稻,将耐盐基因导入高产水稻细胞内培育耐盐水稻。将耐盐基因导入水稻细胞之前必须先构建,要大量获得耐盐基因可采用技术扩增该基因。

(2)将目的基因(耐盐基因)导入水稻细胞常用的方法是;检测耐盐基因是否在水稻细胞内表达相应蛋白质,通常采用技术;要进一步鉴定水稻植株是否具有耐盐特性,可采用的方法是。

(3)据了解,海水稻的产量还比较低。杂交育种和基因工程依据的遗传学原理都是,但二者的操作水平不同,基因工程技术相对于杂交育种的突出优点是。

答案(1)基因表达载体PCR(2)农杆菌转化法抗原—抗体杂交将该转基因水稻种植在用海水灌溉的土壤中,观察其生长状况(3)基因重组能克服远缘杂交不亲和的障碍,可按照人们的意愿定向改变生物性状解析(1)为了使目的基因在受体细胞中稳定存在并发挥作用,将耐盐基因导入水稻细胞之前必须先构建基因表达载体;PCR技术是基因体外扩增的有效途径。(2)将目的基因(耐盐基因)导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法;检测目的基因是否在受体细胞内表达相应蛋白质,通常采用抗原—抗体杂交技术;要进一步鉴定水稻植株是否具有耐盐特性,可将水稻种在海水灌溉的土壤中或盐碱地中,观察其生长状况。(3)杂交育种和基因工程育种依据的遗传学原理都是基因重组;杂交育种的局限性是不能跨越种的障碍,对性状的改造也是在原有性状之上重新组合。基因工程技术相对于杂交育种的突出优点是能克服远缘杂交不亲和的障碍,可按照人们的意愿定向改变生物性状。10.1992年,我国科学家成功研制了具有自主知识产权的Bt转基因抗虫棉。Bt基因的两端存在EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,如图甲所示;质粒表达载体如图乙所示,ampR为青霉素抗性基因,tetR为四环素抗性基因,P为启动子,箭头表示酶切位点。请回答下列问题。(1)EcoRⅠ、BamHⅠ等这类酶主要从生物中分离纯化出来,这些酶并不切割自身的DNA分子的原因可能是。

(2)培育转基因抗虫棉的核心工作是。进行这一工作的目的是。

(3)构建重组质粒时,只选用EcoRⅠ效率偏低,若选用限制酶,效率更高的原因是。

(4)我国新疆棉区大规模种植抗虫棉的农场都种植了非抗虫棉作为棉铃虫庇护所,从生物进化角度分析这样做有何作用。。

答案(1)原核自身的基因中不具备这种酶的识别序列(或识别序列甲基化)(2)基因表达载体的构建使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用(3)EcoRⅠ、BamHⅠ可以防止目的基因和质粒自身环化及错误连接(4)延缓害虫抗性的产生和发展解析(1)限制性内切核酸酶,简称限制酶,主要是从原核生物中分离纯化出来的,能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。因此,这些酶并不切割自身的DNA分子的原因可能是自身的基因中不具备这种酶的识别序列,或识别序列甲基化,使限制酶不能将其切开。(2)获取了足够量的Bt基因后,下一步就是要让基因在受体细胞中稳定存在,并且遗传给下一代,同时,使Bt基因能够表达和发挥作用,这就需要构建基因表达载体。这一步是培育转基因抗虫棉的核心工作。(3)构建重组质粒时,选用EcoRⅠ、BamHⅠ对目的基因和质粒进行切割,这样使目的基因两端的黏性末端不同,可以防止目的基因自身环化,同理,也可以防止质粒自身环化。(4)种植抗虫棉的农场都种植了非抗虫棉作为棉铃虫庇护所,这是应对棉铃虫出现抗性所采取的庇护所策略,在转基因作物附近种植非转基因作物,作为棉铃虫的庇护所来保持棉铃虫的敏感性,延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性。关键能力提升练11.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛,他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法,使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。这标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。下列有关的叙述,正确的是()A.所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因B.转基因动物是指体细胞中出现了新基因的动物C.人们只在转基因牛的乳汁中获取人白蛋白,原因是只有转基因牛的乳腺细胞中含有人白蛋白基因D.运用基因工程技术让牛合成人白蛋白,该技术将导致牛发生定向变异答案D解析“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中的人白蛋白基因合成出更多的人白蛋白,A项错误;动物体细胞中出现新基因可能是发生了基因突变,培育转基因动物时,一般以受精卵作为受体细胞,培育出的转基因动物的体细胞都含有目的基因,B项错误;转基因牛的细胞中都含有人白蛋白基因,人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白,原因是人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达,C项错误;基因工程可定向改造生物的性状,D项正确。12.(多选)(2021山东高三二模)戊型肝炎病毒是一种RNA病毒,其基因组中ORF2基因编码的pORF2蛋白是戊型肝炎病毒的表面抗原。我国科研人员利用基因工程,将编码pORF2的DNA导入大肠杆菌细胞,最终从大肠杆菌中提取pORF2蛋白并制成疫苗。下列分析正确的是()A.利用特定引物对病毒RNA进行PCR扩增即可获得目的基因B.戊型肝炎病毒与大肠杆菌遗传物质相同所以能实现基因的重组C.构建基因表达载体时,需将编码pORF2的DNA与启动子连接D.利用该方法获得的疫苗不会诱发细胞免疫但可以产生记忆细胞答案CD解析需先将病毒的RNA逆转录成DNA,再根据DNA序列设计出特异性的引物进行PCR扩增目的基因,A项错误;戊型肝炎病毒的遗传物质是RNA,大肠杆菌的遗传物质是DNA,B项错误;基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等部分,要使目的基因在受体细胞中特异性表达,在构建基因表达载体时,需将目的基因pORF2的DNA与启动子连接等调控组件重组在一起,C项正确;该蛋白疫苗不会侵染细胞,不产生细胞免疫,但疫苗属于抗原,会刺激机体产生体液免疫,可以产生记忆细胞(记忆B细胞),D项正确。13.(多选)下列有关动物基因工程的说法,错误的是()A.将外源生长激素基因导入动物体内可提高动物生长速度B.将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖含量大大降低C.科学家将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,通过显微注射等方法,导入哺乳动物的体细胞中D.培育转基因克隆猪器官,采用的方法是在器官供体基因组中导入某种调节因子,以促进抗原决定基因的表达答案CD解析外源生长激素基因在转基因动物体内表达可促进该动物生长,A项正确;将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组,肠乳糖酶基因表达产物是乳糖酶,可分解乳糖,使乳汁中的乳糖含量降低,B项正确;将目的基因导入动物细胞采用最多的方法是显微注射法,若用转基因动物生产药物,科学家通常将药物蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,导入哺乳动物的受精卵中,C项错误;利用基因工程方法对转基因动物的器官进行改造,采用的方法是在器官供体的基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,再结合克隆技术,培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆动物器官,D项错误。14.干扰素是动物或人体细胞受病毒感染后产生的一类糖蛋白,具有抗病毒、抑制肿瘤及免疫调节等多种生物活性。请分析回答下列问题。(1)干扰素的产生受细胞内基因的控制,通常处于抑制状态。在病毒刺激下,干扰素基因经、翻译形成干扰素前体,进一步加