高三生物二轮复习练习：基因工程及生物技术的安全性与伦理问题

基因工程及生物技术的安全性与伦理问题练习一、选择题1.某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应非特异条带的产生,以下措施中有效的是()A.增加模板DNA的量 B.延长热变性的时间C.延长延伸的时间 D.提高复性的温度2.用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒,构建基因表达载体(重组质粒),并转化到受体菌中。下列叙述错误的是()A.若用HindⅢ酶切,目的基因转录的产物可能不同B.若用PvuⅠ酶切,在含Tet(四环素)培养基中生长的菌落,不一定含有目的基因C.若用SphⅠ酶切,可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否D.若用SphⅠ酶切,携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落3.腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温。利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是()A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一B.加入连接肽需要通过改造基因实现C.获得N1的过程需要进行转录和翻译D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境4.以哺乳动物为研究对象的生物技术已获得了长足的进步。对生物技术应用于人类,在安全与伦理方面有不同的观点,下列叙述正确的是()A.试管婴儿技术应全面禁止B.治疗性克隆不需要监控和审查C.生殖性克隆不存在伦理道德方面的风险D.我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验5.关于设计试管婴儿的问题,下列哪项不合乎道德规范()A.利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞,救治病人B.利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿,以供展览C.利用试管婴儿的脐带血治疗白血病D.设计试管婴儿,非医学需要不考虑他的性别6.下列有关“基因污染”叙述中,错误的是()A.转基因生物有可能成为“外来物种”,影响生态系统的稳定性B.转基因生物的外源基因本身来源于自然界,故不存在“基因污染”的问题C.抗除草剂基因有可能通过花粉传播进入杂草,从而产生“超级杂草”D.“基因污染”有可能会从一种生物扩散到其他多种生物物种7.“转基因”已越来越多地进入我们的生活,但是人们对转基因生物及其相关产品的安全性充满了担心。下列不需要对转基因农作物进行安全评估的是()A.转基因作物的蛋白质含量B.转基因作物对原来栖息地物种生存的影响C.转入的基因扩散到其他植物中D.食用转基因产品对人体健康的影响8.已知生物体内有一种转运蛋白(X),由305个氨基酸组成。如果将X中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(X1)不但保留X的功能,而且具有了酶的催化活性。下列说法正确的是()A.蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B.可以通过对X蛋白基因进行修饰或人工合成获得X1蛋白基因C.蛋白质工程操作过程中,不需要酶和载体作为工具D.细胞内合成X1蛋白与合成X蛋白的过程中,遗传信息的流向是相反的二、非选择题9.人类胰岛素基因位于第11号染色体上,长度为8416bp,人类胰岛素的氨基酸序列已知。回答下列相关问题。(1)上图是利用PCR技术获取人胰岛素基因的方法,除了此方法外,还可以利用的方法是

。(2)利用PCR技术获取人胰岛素基因,在缓冲溶液中除了要添加模板和引物外,还需要添加的物质有。(3)最少经过轮循环才可以得到所需的目的基因,一个DNA分子经过5轮循环,需要引物A个,从PCR的过程和DNA分子的特点,试着写出设计引物需要注意的问题:

(答出2点即可)。

(4)利用琼脂糖凝胶电泳分离不同DNA分子,在凝胶浓度一定的情况下,迁移速率取决于

。10.科研人员构建了可表达J-V5融合蛋白的重组质粒并进行了检测,该质粒的部分结构如图甲所示,其中V5编码序列表达标签短肽V5。(1)与图甲中启动子结合的酶是。除图甲中标出的结构外,作为载体,质粒还需具备的结构有(答出2个结构即可)。

(2)构建重组质粒后,为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确,需进行PCR检测,若仅用一对引物,应选择图甲中的引物。已知J基因转录的模板链位于b链,由此可知引物F1与图甲中J基因的(填“a链”或“b链”)相应部分的序列相同。

(3)重组质粒在受体细胞内正确表达后,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平,结果如图乙所示。其中,出现条带1证明细胞内表达了,条带2所检出的蛋白(填“是”或“不是”)由重组质粒上的J基因表达的。

11.镍是一种重金属,由于在工业上被大量使用及废料的大量排放而对环境产生了严重的污染。科研人员采用重组DNA技术构建了两种重组质粒,其中重组质粒pSUNI含有nixA基因,该基因编码一种高特异性的Ni2+转运蛋白,重组质粒pGPMT3带有编码金属硫蛋白基因(tmG),金属硫蛋白(TM)可高容量地结合重金属离子,又可在细胞内消除重金属离子对细胞本身的毒害作用。科研人员再利用基因工程将两种目的基因导入大肠杆菌,培育出能够富集Ni2+的“超级细菌”——大肠杆菌JM109,用来净化工业废水,治理环境污染。回答下列问题。(1)构建重组质粒pSUNI、pGPMT3所需要的两种酶是,将重组质粒导入大肠杆菌JM109细胞之后,nixA基因表达产物分布在大肠杆菌的。

(2)为检测目的基因是否导入大肠杆菌,可采用PCR技术对待测大肠杆菌进行检测,但需先提取其DNA。为充分溶解DNA,将获得的沉淀物溶于(要求写出液体名称及具体浓度)中,再用(填一种方法)对PCR产物进行鉴定。

(3)为获得大量的大肠杆菌JM109,科研人员将受体菌分别接种于3个盛有等量同种液体培养基的容器瓶中,并放置在摇床上培养,摇床转速分别为210r/min、230r/min和250r/min。培养时间与大肠杆菌种群密度的关系如图1所示。分析数据可以得出结论:在一定转速范围内,摇床转速越高,,其原因是

。(4)科研人员为检测大肠杆菌JM109富集Ni2+的效果,分别将原大肠杆菌、原大肠杆菌+pSUNI、大肠杆菌JM109,培养在含有一定浓度Ni2+的培养液中,一段时间后检测大肠杆菌菌体的数量和菌体中Ni2+的含量,实验结果如图2所示。原大肠杆菌+pSUNI组的大肠杆菌数量最少的原因是

。12.普通番茄细胞中含有多聚半乳糖醛酸酶基因,控制合成的酶能破坏细胞壁使番茄软化,不耐储存。科学家将抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄细胞,获得耐储存番茄,作用机理如图。回答下列问题。(1)基因工程中,抗多聚半乳糖醛酸酶基因称为。

(2)科学家将抗多聚半乳糖醛酸酶基因导入番茄细胞的上,采用的方法为,因为Ti质粒的片段有转移能力。

(3)抗多聚半乳糖醛酸酶基因成功导入番茄细胞后,通过技术培育出转基因番茄植株。转基因番茄耐储存的机理是多聚半乳糖醛酸酶基因表达的过程受阻。如果在转基因番茄中采用技术检测到了抗多聚半乳糖醛酸酶基因,但番茄果实依然软化不耐储存,则最可能的原因是

。13.水蛭是我国的传统中药材,主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一,具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构,提高其抗凝血活性。回答下列问题。(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是,物质b是。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是。

(2)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的(填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是。(3)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路。答案:1.D由题意可知,非特异条带是指引物与模板不完全配对,已知在PCR反应过程中,引物与模板的配对发生在复性阶段,因此判断非特异条带增加的原因可能是复性温度过低造成引物与模板的结合位点增加,故可通过提高复性的温度来减少反应非特异条带的产生。2.D若用HindⅢ酶切质粒和含有目的基因的DNA片段,目的基因有正向连接和反向连接两种连接形式,因此转录的产物可能不同;若用PvuⅠ酶切,重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR),因此在含Tet(四环素)培养基中生长的菌落,不一定含有目的基因;DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段,重组质粒的大小与质粒不同,能够鉴定重组质粒构建成功与否;SphⅠ的酶切位点位于四环素抗性基因中,若用SphⅠ酶切,重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR),因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落,在含Tet的培养基中不能形成菌落。3.D在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1),则N1与N0氨基酸序列有所不同,这可能是影响其热稳定性的原因之一;蛋白质工程的作用对象是基因,即加入连接肽需要通过改造基因实现;N1为蛋白质,蛋白质的合成需要经过转录和翻译两个过程;酶具有高效性,检测N1的活性需先将其与底物分别置于高温环境,再与底物充分混合。4.D我国允许试管婴儿;治疗性克隆仍需要监控和审查;生殖性克隆存在伦理道德方面的风险;我国不赞成、不允许、不支持、不接受任何生殖性克隆人实验。5.B利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞,救治病人合乎道德规范;利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿,以供展览不合乎道德规范;利用试管婴儿的脐带血治疗白血病合乎道德规范;设计试管婴儿,非医学需要不主动选择婴儿性别,符合道德规范。6.B外源基因可能会通过花粉等扩散到其他物种,所以转基因生物存在“基因污染”的问题。7.A对转基因农作物的安全评估主要针对其遗传稳定性、对当地生态环境的影响、食用安全等方面,不需要评估其营养价值(如蛋白质含量)。8.B蛋白质工程和基因工程的根本区别是能否产生自然界没有的蛋白质;可以通过对X蛋白基因进行修饰或人工合成获得X1蛋白基因;蛋白质工程操作过程中,将新获得的基因导入受体生物时,同样需要酶和载体作为工具;细胞内合成X1蛋白与合成X蛋白的过程中,遗传信息的流向是相同的,都是由DNA到mRNA再到蛋白质。9.(1)通过构建基因文库获取或人工合成(2)四种脱氧核苷酸和耐高温的DNA聚合酶(3)331引物自身不能有互补序列;引物之间不能有互补序列(4)DNA分子的大小和构象解析:(3)题图中引物A和引物B在DNA片段内部,根据PCR的过程和DNA分子半保留复制的特点可知,前两轮循环产生的4个DNA分子的两条链均不等长,第三轮循环产生的DNA分子存在等长的两条核苷酸链,即目的基因,即最少经过3轮循环才可以得到所需的基因。从理论上推测,一个DNA分子经n次循环合成的DNA分子为2n个,脱氧核苷酸链数为2n+1,新合成的脱氧核苷酸链数为2n+1-2,而每合成一条脱氧核苷酸链需要一个引物,所以共需要消耗2n+1-2个引物,即25+1-2=62个,其中引物A为31个。设计引物时需要注意以下几点:引物自身及引物之间不能有互补序列,以防止自身环化或相互连接,引物长度适当,引物能与目的基因两侧特异性结合等。(4)在凝胶浓度一定的情况下,DNA分子的迁移速率与DNA分子的大小和构象等有关。10.(1)RNA聚合酶限制酶切割位点、标记基因、复制原点等(2)F2和R1或F1和R2a链(3)J-V5融合蛋白不是解析:(1)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,有了它才能驱动基因的转录。作为载体必须具备的条件:①要具有限制酶的切割位点;②要有标记基因(如抗性基因),以便于重组后重组质粒的筛选;③能在宿主细胞中稳定存在并复制;④是安全的,对受体细胞无害,而且要易从供体细胞分离出来,图中甲有启动子和终止子等,因此质粒还需具备的结构有限制酶的切割位点、标记基因、复制原点等。(2)据图甲可知,引物F2与R1或F1与R2结合部位包含J基因的碱基序列和部分连接序列,因此推测为了确定J基因连接到质粒中且插入方向正确,进行PCR检测时,若仅用一对引物,应选择图甲中的引物F2和R1或F1和R2。b是模板链,而根据图上启动子和终止子的位置可知转录方向是从左向右,对应的模板链方向应该是3′→5′,非模板链(也就是a链)是5′→3′;考虑到DNA复制的方向是子链的5′→3′,在引物基础上延伸的方向肯定是5′→3′,所以引物结合的单链其方向是3′→5′;图中F1是前引物,在左侧,所以其配对的单链是3′→5′的b链,故其序列应该与a链相应部分的序列相同。(3)据图乙可知,用抗J蛋白抗体和抗V5抗体分别检测,均出现条带1,说明细胞内表达了J-V5融合蛋白。抗J蛋白抗体检测出现条带2,抗V5抗体检测不出现条带2,说明条带2所检出的蛋白不是由重组质粒上的J基因表达的。11.(1)限制酶、DNA连接酶细胞膜(2)2mol/L的NaCl溶液琼脂糖凝胶电泳(3)大肠杆菌种群密度越大摇床转速越高,培养基中O2越充足,菌体与营养物质的接触越充分,大肠杆菌繁殖的速度越快(4)特异性的Ni2+转运蛋白将较多Ni2+转入细胞,但因缺少金属硫蛋白(TM),无法消除Ni2+对自身细胞的毒害作用,导致大肠杆菌数量减少解析:(1)构建重组质粒需要用到限制酶和DNA连接酶;nixA基因编码一种高特异性的Ni2+转运蛋白,转运蛋白位于细胞膜上,故nixA基因表达产物分布在大肠杆菌的细胞膜上。(2)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,能溶于2mol/L的NaCl溶液;PCR的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。(3)由图1可知,在一定转速范围内,摇床的转速越高,大肠杆菌的种群密度越大,这是因为摇床转速越高,培养基中O2越充足,菌体与营养物质的接触越充分,大肠杆菌繁殖的速度就越快。(4)由题干可知,大肠杆菌含pSUNI的重组质粒时,因重组质粒pSUNI含有编码高特异性Ni2+转运蛋白的nixA基因,使得大肠杆菌富集Ni2+的效果更好;含有编码金属硫蛋白基因(tmG)的pGPMT3重组质粒时,可消除重金属离子对细胞本身的毒害作用。因此原大肠杆菌+pSUNI组的大肠杆菌数量最少的原因是特异性的Ni2+转运蛋白将较多Ni2+转入细胞内,但因缺少金属硫蛋白(TM),无法消除Ni2+对自身细胞的毒害作用,导致大肠杆菌数量减少。12.(1)目的基因(2)染色体(或细胞核)DNA农杆菌转化法T-DNA(3)植物组织培养翻译PCR抗多聚半乳糖醛酸酶基因没有转录出mRNA2解析:(1)本实验的目的是获得耐储存番茄,所以抗多聚半乳糖醛酸酶基因是目的基因。(2)番茄为双子叶植物,故将目的基因导入番茄细胞通常采用农杆菌转化法;Ti质粒上的T-DNA可将目的基因整合到番茄细胞的染色体(或细胞核)DNA上。(3)将植物细胞培育成植株需要用到植物组织培养技术;从图中看出抗多聚半乳糖醛酸酶基因产生的mRNA2和多聚半乳糖醛酸酶基因产生的mRNA1结合,从而阻止了翻译过程