课时跟踪检测（十五）基因工程的基本操作程序

课时跟踪检测（十五）基因工程的基本操作程序一、概念检测1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)从已知结构和功能清晰的基因中筛选目的基因是获取目的基因的一种有效方法。(√)(2)基因表达载体中启动子是DNA聚合酶识别和结合的部位。 (×)提示：启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。(3)将重组表达载体导入动物受精卵常用显微注射法。 (√)(4)转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定必须通过分子检测才能达到目的。 (×)提示：抗虫效果的鉴定要在个体生物学水平上做抗虫接种实验来鉴定。(5)可通过PCR等技术检测棉花的染色体上是否插入了Bt基因。 (√)2．下列有关基因工程的说法，错误的是 ()A．遗传密码的成功破译为基因的分离和合成等提供了理论依据B．核苷酸序列已知且比较小的基因可以通过PCR扩增仪直接人工合成C．导入调节渗透压的基因能够提高农作物的抗盐碱、抗干旱的能力D．我国转基因抗虫棉培育中目的基因的转化，采用的独创方法是花粉管通道法解析：选B尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码为基因的分离和合成提供了理论依据，与基因工程直接相关，A正确；若目的基因比较小，核苷酸序列已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成，B错误；通过基因工程技术导入调节渗透压的基因可以增强细胞的吸水能力，能够提高农作物抗盐碱、抗干旱的能力，C正确；我国转基因抗虫棉培育中目的基因的转化，采用的独创方法是花粉管通道法，D正确。3．在基因工程技术构建抗虫棉的过程中，下列操作正确的是 ()A．该技术的原理和培育杂交水稻的原理不一样B．用同一种DNA聚合酶连接经切割的抗虫基因和载体C．此过程中可能会使用植物组织培养技术D．用限制酶切割棉花的核酸解析：选C该技术的原理和培育杂交水稻的原理都是基因重组，A错误；用同一种DNA连接酶连接经切割的抗虫基因和载体，B错误；此过程中目的基因成功导入植物细胞后，经过检测与鉴定，发育成完整抗虫棉植株的过程使用植物组织培养技术，C正确；用限制酶切割抗虫基因和载体，D错误。4．下列关于PCR扩增DNA片段和电泳检测扩增产物实验的叙述，错误的是()A．PCR过程需要耐高温的Taq酶B．PCR过程需要DNA连接酶C．PCR扩增区域由2个引物来决定D．不同大小的DNA在电场中迁移速率不同解析：选BPCR反应需要高温使DNA变性解旋，所以PCR过程中用耐高温的DNA聚合酶(Taq聚合酶)来催化脱氧核苷酸的聚合，不需要DNA连接酶，A正确，B错误；PCR过程中DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链，因此DNA复制需要引物，由于DNA的两条模板链为反向平行，所以复制时需要2个引物，C正确；不同大小的DNA在电场中的迁移速率不同，因此可通过电泳的方法检测扩增产物，D正确。5．据研究，新冠病毒表面的S蛋白是其主要的病毒抗原，在康复病人的血清中有抗S蛋白的特异性抗体。如图为研制新冠病毒疫苗的部分过程。下列叙述错误的是 ()A．对发热病人进行核酸检测可使用带标记的S基因做探针B．使用PCR选择性扩增的前提条件是掌握S基因的核苷酸序列C．过程②通常是将S基因和质粒连接以构建重组表达载体D．S基因与培养的动物细胞核DNA整合是其稳定遗传的关键解析：选B对疑似病人进行核酸检测时以S基因单链作为探针，若出现杂交链则说明细胞内有病毒存在，A正确；使用PCR选择性扩增的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，便于根据这一序列合成引物，不需要掌握S基因的全部序列，B错误；过程②是基因表达载体的构建，通常是将S基因和质粒用相同的限制酶处理后连接以构建重组表达载体，C正确；S基因整合到细胞核DNA分子后能使S基因在细胞内稳定存在，是其稳定遗传的关键，D正确。二、综合迁移6．某新型基因治疗药物的本质是利用腺病毒和人P53基因(抑癌基因)拼装得到的重组病毒。人的P53蛋白可对癌变前的DNA损伤进行修复，使其恢复正常，或诱导其进入休眠状态或细胞凋亡，阻止其细胞癌变。该药物的载体采用第一代人5型腺病毒，其自我复制功能受到限制。下列叙述错误的是 ()A．限制腺病毒的自我复制功能有利于该药物的安全性B．可用DNA分子杂交技术检测P53基因是否插入染色体上C．只能从人细胞中分离获取人类基因组中的P53基因D．腺病毒对人体细胞的生理代谢不起决定作用解析：选C限制腺病毒的自我复制功能，可降低其毒性，有利于该药物的安全性，A正确；可利用DNA分子杂交技术检测P53基因是否插入到染色体上，若出现杂交带，则证明基因插入成功，B正确；获取目的基因的方法有从基因库中获取、人工合成以及利用PCR技术扩增等，C错误；腺病毒的作用是作为载体携带目的基因进入受体细胞，对人体细胞的生理代谢不起决定作用，D正确。7．玉米柄锈菌是引起玉米条锈病的主要病菌，已知某种玉米(甲)对该菌具有优良的稳定的抗性，而玉米乙对该菌不具有抗性。将抗菌基因导入玉米乙的叶肉细胞或原生质体，进一步培育可获得抗该菌的玉米新品种乙。下列对有关操作的叙述，错误的是 ()A．新品种乙对该菌的抗性一定能稳定遗传B．玉米新品种乙的培育需用到植物组织培养技术C．可从玉米甲细胞中提取相应的mRNA人工合成该抗菌基因D．要获得玉米乙叶肉细胞的原生质体需用到纤维素酶和果胶酶解析：选A将抗菌基因导入玉米乙的叶肉细胞或原生质体，经培育获得的抗该菌的玉米新品种乙不一定是纯合子，故新品种玉米乙对该菌的抗性不一定能稳定遗传，A错误；将玉米的叶肉细胞或原生质体培养成完整植株，利用的是植物组织培养技术，B正确；从玉米甲细胞中提取相应的mRNA可通过人工逆转录为DNA，进而获得该抗菌基因，C正确；高等植物细胞的细胞壁由果胶和纤维素组成，可以利用相应的酶(纤维素酶和果胶酶)将其细胞壁破坏，获得原生质体，D正确。8．质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内，质粒上有标记基因如图所示，通过标记基因可以推知外源基因(目的基因)是否转入成功。外源基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是外源基因插入位置(插入点有a、b、c)，请根据表中提供的细菌生长情况，推测①②③三种重组后细菌的外源基因插入点，正确的一组是 ()细菌在含氨苄青霉素的培养基上的生长情况细菌在含四环素的培养基上的生长情况①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长A.①是c；②是b；③是aB．①是a和b；②是a；③是bC．①是a和b；②是b；③是aD．①是c；②是a；③是b解析：选A分析图示和表格可知，对①细菌来说，能在含氨苄青霉素的培养基上生长，也能在含四环素的培养基上生长，说明抗氨苄青霉素基因和抗四环素基因都没有被破坏，所以①插入点是c；对②细菌来说，能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因正常，不能在含四环素的培养基上生长，说明其抗四环素基因被破坏，所以②插入点为b；对③细菌来说，不能在含氨苄青霉素的培养基上生长，说明其抗氨苄青霉素基因插入外源基因而被破坏，所以③插入点为a。综上所述，A正确。9．番茄叶片受害虫的损伤后，叶肉细胞迅速合成蛋白酶抑制剂，抑制害虫的消化作用。人们尝试将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米，以对付猖獗的玉米螟。下图为培育转基因抗虫玉米的流程图，下列叙述正确的是 ()A．用限制酶切割番茄的DNA得到的产物就是蛋白酶抑制剂基因B．用氯化钙处理玉米受体细胞，有利于含目的基因的重组质粒导入C．重组Ti质粒应有DNA聚合酶识别和结合的部位，以启动蛋白酶抑制剂基因的转录D．若将目的基因导入二倍体玉米的花粉细胞，通过花药离体培养，再用秋水仙素处理单倍体植株，可获得稳定遗传的转基因玉米解析：选D用限制酶切割番茄的DNA得到的产物不一定是蛋白酶抑制剂基因，需要进行筛选，A错误；将番茄的蛋白酶抑制基因转入玉米细胞时，最常采用的方法是农杆菌转化法，氯化钙用于处理微生物，B错误；重组Ti质粒应有RNA聚合酶识别和结合的部位，即启动子，以启动蛋白酶抑制剂基因的转录，C错误；若将目的基因导入玉米花粉细胞，通过花药离体培养和秋水仙素处理可获得稳定遗传的转基因玉米，D正确。10．利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示，下列有关叙述正确的是 ()A．过程②需使用逆转录酶B．过程②利用PCR扩增CarE基因需使用解旋酶和耐高温的DNA聚合酶C．过程②利用PCR扩增CarE基因的前提是要有一段已知CarE基因的核苷酸序列D．通过过程①获得的基因中含有启动子、终止子、内含子等序列解析：选C过程②表示利用PCR技术对目的基因进行扩增，该过程中解旋是通过高温解链实现的，不需要解旋酶，也不需要逆转录酶，A、B错误；利用PCR技术获取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，则利用PCR扩增CarE基因的前提是要有一段已知CarE基因的核苷酸序列，C正确；通过过程①获得的基因中只含有编辑对应蛋白质的信息，没有控制该基因表达的启动子、终止子，也没有内含子，D错误。11．人血清白蛋白(HSA)是血浆中含量最丰富的蛋白质，在维持血浆渗透压、抗凝血等方面起着重要作用，具有重要的医用价值。如图是用基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。请据图分析回答：(1)获取的HSA基因可以利用__________技术进行快速扩增，这一过程需要以HSA基因的一段序列合成的________，以及________酶等条件。(2)一个基因表达载体除了目的基因外，还应包括________、________、________________等。(3)在利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，为了吸引农杆菌移向水稻受体细胞，需添加________物质。为了提高Ⅱ过程的导入成功率，通常用________处理大肠杆菌。(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过系统加工形成正确的空间结构才能有活性，所以，选择________构建(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)获取rHSA更有优势。(5)为了鉴定宿主细胞中是否产生rHSA，可以用________________方法来进行检验。解析：(1)获取的HSA基因可以利用PCR技术进行快速扩增，PCR过程中，需要一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物，还需要Taq酶等条件。(2)一个基因表达载体除了目的基因外，还应包括启动子、终止子和标记基因等。(3)酚类物质会吸引农杆菌移向水稻受体细胞，在利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，故需添加酚类物质。将目的基因导入Ⅱ大肠杆菌细胞时常用感受态细胞法，即用Ca2＋处理微生物细胞，使之成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态。(4)由于大肠杆菌是原核生物，其细胞中不含内质网和高尔基体，而人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性，所以，选择Ⅰ途径获取rHSA更有优势。(5)检测目的基因是否表达形成蛋白质可以采用抗原－抗体杂交法。答案：(1)PCR引物Taq(2)启动子终止子标记基因(3)酚类Ca2＋(4)Ⅰ(5)抗原－抗体杂交三、应用创新12．用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时，得到以下电泳图谱。其中1号为DNA标准样液(Marker)，10号为蒸馏水，PCR时加入的模板DNA如图所示。以下据此作出的分析，不合理的是 ()A．PCR产物的分子大小在250～500bp之间B．3号样品为不含目的基因的载体DNAC．9号样品对应植株不是所需的转基因植株D．10号确定反应体系等对结果没有干扰解析：选BPCR过程中，可以通过设计特定的引物来扩增特定的DNA片段。4～9号是转基因植株，理论上都应包含目的基因，结合2号野生型和10号蒸馏水组的结果，推测包含目的基因的片段大小应为250～500bp，A合理；3号PCR结果包含250～500bp片段，应包含目的基因，B不合理；9号PCR结果不包含250～500bp片段，所以不是所需的转基因植株，C合理；10号为蒸馏水，可排除反应体系等对结果的干扰，D合理。13．戊型肝炎病毒是一种RNA病毒，pORF2基因编码的结构蛋白(pORF2)位于病毒表面，构成病毒的衣壳。我国科研人员利用基因工程技术，在大肠杆菌中表达pORF2，制备戊型肝炎疫苗，过程如图。下列关于该疫苗的叙述正确的是()A．过程①需要的酶是RNA聚合酶，原料是A、U、G、CB．重组基因表达载体上的启动子需来源于戊型肝炎病毒C．过程⑤需要用聚乙二醇处理大肠杆菌使其处于感受态D．过程⑥大量制备pORF2蛋白前应做相应的检测与鉴定解析：选D戊型肝炎病毒是一种RNA病毒，过程①是以病毒RNA为模板合成DNA，获取目的基因的过程，需要的酶是逆转录酶，原料是四种脱氧核苷酸，A错误；启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是供RNA聚合酶的识别和结合以驱动目的基因的转录，启动子具有物种或组织特异性，构建在大肠杆菌细胞内特异表达pORF2蛋白的载体时，需要选择大肠杆菌细胞的启动子，而不能选择其他物种和组织细胞的启动子，B错误；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法，需要用Ca2＋处理大肠杆菌，增大大肠杆菌细胞壁的透过性，使其处于感受态，C错误；过程⑥大量制备pORF2蛋白前应对受体大肠杆菌进行目的基因的检测与鉴定，筛选出能表达pORF2蛋白的大肠杆菌进行培养，大量制备pORF2蛋白，D正确。14．科学家卡彭蒂娜和杜德娜发现，细菌中存在清除入侵病毒DNA的功能系统，并发明了CRISPR/Cas9基因编辑技术，因此获得2020年诺贝尔化学奖。该系统主要包含向导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白两部分：sgRNA能特异性识别结合特定的DNA序列，从而引导Cas9蛋白到相应位置剪切DNA，最终实现对靶基因序列定点编辑，其工作原理如图1所示。科研人员通过诱变得到丧失剪接功能的dCas9，并建构CRISPR/dCas9系统，保留了sgRNA引导蛋白进入基因组的能力；dCas9与VP64、P65等转录激活因子融合，形成的dCas9­SAM可用于基因调控等研究，如图2所示。回答下列问题：(1)CRISPR/Cas9系统能精准识别相关基因，依据的原理是sgRNA与目标DNA发生____________；Cas9蛋白可催化____________(填化学键名称)水解，剪切特定DNA片段。CRISPR/Cas9系统广泛存在于细菌等原核生物中的生理意义是______________________________________________________________________________________________。(2)将OCT4、KLF4、MYC及SOX2四个基因的sgRNA序列串联成的sgRNA质粒和dCas9SAM质粒与磷脂等混合，形成包埋DNA脂质体，将脂质体加入细胞系MCF7的细胞培养皿中，即可将外源DNA导入细胞中。24h后通过添加____________________筛选并进行单细胞培养即可得到基因编辑后的细胞。此过程须在37℃，气体环境为________________________________________________________________________的细胞培养箱中进行。该实验通过4种sgRNA对MCF7细胞进行基因编辑，可实现多基因________________________________________________________________________的目的。(3)实验发现，CRISRP/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成“脱靶”现象，sgRNA的序列长短影响成功率，序列越短，脱靶率越高。分析脱靶最可能的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)为了获得某水稻品种的不育系，研究人员利用Cas9蛋白对该品种的TMS5基因进行编辑。首先从水稻组织中提取总RNA，经逆转录获得总cDNA，然后通过PCR技术可准确扩增出TMS5基因，原因是______________________________________。在筛选出成功导入TMS5基因表达载体的水稻愈伤组织后，经多代培养仍能提取出TMS5基因，你认为TMS5基因是否已成功转化？说明你的观点及理由：__________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)图1为CRISPR/Cas9系统作用示意图，向导RNA与DNA根据碱基互补配对原则结合；转入的基因与原DNA片段之间要形成新的磷酸二酯键才能连接起来。CRISPR/Cas9系统广泛存在于原核生物中，细菌等原核生物的这种清除入侵病毒DNA的生理意义是防止外源基因插入并表达，保证了细菌等原核生物遗传性状的稳定。(2)分析图2可知，将OCT4、KLF4、MYC及SOX2四个基因的sgRNA序