高二生物遗传工程与应用技术

高二生物遗传工程与应用技术一、选择题

1.下列关于基因工程的描述，错误的是（）

A.基因工程是按照人们的意愿进行设计和改造生物的遗传特性

B.基因工程的基本工具是限制酶、DNA连接酶和运载体

C.基因工程中的基因表达载体必须具备标记基因

D.基因工程是现代生物技术领域中的一门综合性技术

2.下列关于基因工程操作步骤的描述，正确的是（）

A.提取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因表达

B.将目的基因导入受体细胞→构建基因表达载体→提取目的基因→目的基因表达

C.构建基因表达载体→提取目的基因→将目的基因导入受体细胞→目的基因表达

D.目的基因表达→将目的基因导入受体细胞→构建基因表达载体→提取目的基因

3.下列关于转基因技术的应用，错误的是（）

A.转基因抗虫棉可以减少农药的使用

B.转基因抗病水稻可以提高产量

C.转基因植物可以增加食物中的营养成分

D.转基因动物可以用于生产药物

4.下列关于基因工程的安全性问题的描述，错误的是（）

A.转基因生物可能会对生态系统造成影响

B.转基因生物可能会对人类健康造成威胁

C.转基因生物可能会对生物多样性造成破坏

D.转基因生物可以完全替代传统育种方法

5.下列关于基因治疗技术的描述，正确的是（）

A.基因治疗是将正常基因导入有缺陷的细胞中，以纠正或补偿其功能

B.基因治疗是将目的基因导入受体细胞，使其产生治疗作用

C.基因治疗是将目的基因导入受精卵，使其在后代中表达

D.基因治疗是将目的基因导入生物体内，使其产生治疗作用

6.下列关于基因工程在医学领域的应用，错误的是（）

A.基因工程可以用于生产药物

B.基因工程可以用于基因治疗

C.基因工程可以用于基因诊断

D.基因工程可以用于基因编辑

7.下列关于基因工程在农业领域的应用，错误的是（）

A.基因工程可以用于培育抗虫植物

B.基因工程可以用于培育抗病植物

C.基因工程可以用于培育高产植物

D.基因工程可以用于培育优质植物

8.下列关于基因工程在工业领域的应用，错误的是（）

A.基因工程可以用于生产生物制品

B.基因工程可以用于生产生物能源

C.基因工程可以用于生产生物肥料

D.基因工程可以用于生产生物农药

9.下列关于基因工程在环境保护领域的应用，错误的是（）

A.基因工程可以用于生物降解污染物

B.基因工程可以用于生物修复土壤

C.基因工程可以用于生物修复水体

D.基因工程可以用于生物修复空气

10.下列关于基因工程在生物工程领域的应用，错误的是（）

A.基因工程可以用于生产生物制品

B.基因工程可以用于生产生物能源

C.基因工程可以用于生产生物肥料

D.基因工程可以用于生产生物农药

二、判断题

1.基因工程中使用的限制酶可以识别并切割特定的核苷酸序列。（）

2.基因工程中的运载体必须具备自我复制的能力，以便在宿主细胞中复制。（）

3.转基因生物的基因表达载体中的标记基因主要用于筛选含有目的基因的细胞。（）

4.基因治疗技术可以直接将治疗基因导入患者的染色体中。（）

5.基因工程在环境保护领域的应用主要是通过转基因植物来吸收和降解污染物。（）

三、填空题

1.基因工程的基本工具包括_______、_______和_______。

2.基因表达载体的组成包括_______、_______和_______。

3.基因工程中常用的受体细胞有_______、_______和_______。

4.基因治疗技术包括_______治疗和_______治疗。

5.转基因技术在农业领域的应用主要包括_______、_______和_______。

四、简答题

1.简述基因工程的基本步骤，并说明每个步骤的主要操作。

2.解释什么是限制酶，它在基因工程中的作用是什么？

3.举例说明基因工程在医学领域中的应用，并简要分析其带来的益处。

4.谈谈转基因生物的安全性问题，以及如何评估和减少这些风险。

5.简述基因编辑技术CRISPR-Cas9的工作原理，以及它在基因工程中的应用前景。

五、计算题

1.假设一个基因的长度为1000个核苷酸，其中编码区占基因总长度的30%，非编码区占20%。计算编码区和非编码区的具体长度。

2.一个DNA分子的长度为1.5米，其碱基对数量为1500万个。如果每个碱基对由2个核苷酸组成，计算该DNA分子中核苷酸的总数。

3.假设一个基因的启动子区域含有20个核苷酸，终止子区域含有15个核苷酸。如果该基因的转录效率为50%，计算转录产物mRNA的长度。

4.在基因工程中，一个基因表达载体的长度为5000碱基对，其中目的基因占1000碱基对，载体上的标记基因占200碱基对，其他序列占300碱基对。计算该载体中非目的基因序列的比例。

5.一个基因表达载体的插入片段长度为1500碱基对，限制酶切割产生的粘性末端长度为20碱基对。计算该插入片段插入载体后，载体总长度的变化。

六、案例分析题

1.案例背景：

某生物技术公司正在进行一种新型抗病毒药物的开发。该公司计划利用基因工程技术将一种具有抗病毒活性的蛋白质基因导入到表达载体中，然后将其转入大肠杆菌中生产该蛋白质。在实验过程中，公司遇到了以下问题：

（1）在构建基因表达载体时，发现目的基因插入到载体中后，转录产物mRNA的长度比预期要短。

（2）在大肠杆菌中表达该蛋白质时，发现蛋白质的产量较低。

请分析上述问题可能的原因，并提出相应的解决措施。

2.案例背景：

某农业研究机构正在进行转基因抗虫棉的研究。研究人员在培育转基因抗虫棉的过程中，发现以下现象：

（1）转基因抗虫棉在田间种植一段时间后，部分植株表现出抗虫性下降的现象。

（2）转基因抗虫棉的花粉在自然条件下对其他棉花品种产生了明显的授粉作用。

请分析上述现象可能的原因，并提出相应的对策。

七、应用题

1.应用题：

某研究人员正在研究一种新型抗病基因，该基因编码的蛋白质具有抗病毒活性。研究人员计划通过基因工程技术将该基因导入到番茄中，以培育抗病番茄。请设计一个实验方案，包括以下步骤：

（1）提取番茄的基因组DNA。

（2）克隆目的基因。

（3）构建基因表达载体。

（4）将目的基因导入番茄细胞。

（5）筛选和鉴定转基因番茄植株。

2.应用题：

基因工程在制药工业中的应用日益广泛。某制药公司计划利用基因工程技术生产一种蛋白质药物。请列举至少三种可能用于生产该药物的方法，并简要说明每种方法的原理。

3.应用题：

转基因技术在农业领域中的应用备受关注。某农业研究机构正在研究转基因抗虫棉的育种。请分析转基因抗虫棉的育种过程中可能遇到的技术难题，并提出相应的解决方案。

4.应用题：

基因编辑技术CRISPR-Cas9在基因治疗领域具有巨大潜力。请探讨CRISPR-Cas9技术在基因治疗中的优势和局限性，并举例说明其在治疗遗传性疾病中的应用实例。

本专业课理论基础试卷答案及知识点总结如下：

一、选择题答案：

1.D

2.A

3.D

4.D

5.A

6.D

7.D

8.D

9.D

10.D

二、判断题答案：

1.√

2.√

3.√

4.×

5.√

三、填空题答案：

1.限制酶、DNA连接酶、运载体

2.目的基因、启动子、终止子

3.大肠杆菌、酵母菌、植物细胞

4.基因治疗、细胞治疗

5.抗虫、抗病、高产

四、简答题答案：

1.基因工程的基本步骤包括：提取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因表达和检测。

2.限制酶是一种能够识别并切割特定核苷酸序列的酶，它在基因工程中用于切割目的基因和载体DNA，以便将目的基因插入到载体中。

3.基因工程在医学领域中的应用包括生产药物、基因治疗和基因诊断。例如，通过基因工程技术生产的药物如胰岛素，可以用于治疗糖尿病；基因治疗可以用于治疗遗传性疾病，如血友病；基因诊断可以用于检测基因突变，从而进行早期疾病诊断。

4.转基因生物的安全性问题主要包括生态风险、食品安全和健康风险。评估转基因生物的风险需要考虑转基因生物的生物学特性、环境因素以及转基因技术本身的潜在风险。解决措施包括加强转基因生物的安全性评估、实施严格的风险管理措施以及进行长期的环境监测。

5.CRISPR-Cas9技术是一种基于RNA引导的基因编辑技术，具有高效、简单和低成本的特点。优势包括能够精确编辑目标基因、操作简便、成本低廉等。局限性包括脱靶效应、编辑效率受底物DNA序列影响等。在基因治疗中的应用实例包括治疗镰状细胞贫血、囊性纤维化等遗传性疾病。

五、计算题答案：

1.编码区长度=1000*30%=300碱基对，非编码区长度=1000*20%=200碱基对。

2.核苷酸总数=1500万*2=3000万个。

3.mRNA长度=20个核苷酸。

4.非目的基因序列比例=(5000-1000-200-300)/5000=57.6%。

5.载体总长度变化=1500碱基对-20碱基对=1480碱基对。

七、应用题答案：

1.实验方案设计：

（1）提取番茄的基因组DNA。

（2）利用PCR技术或化学合成方法克隆目的基因。

（3）构建基因表达载体，包括将目的基因插入到载体中，并添加启动子、终止子和标记基因。

（4）利用农杆菌介导转化或基因枪等方法将目的基因导入番茄细胞。

（5）通过抗生素筛选、PCR检测和分子标记等方法筛选和鉴定转基因番茄植株。

2.生产蛋白质药物的方法：

（1）基因工程菌生产：将编码蛋白质的基因克隆到表达载体中，导入大肠杆菌等表达系统中，通过发酵和提取纯化得到蛋白质药物。

（2）动物细胞培养生产：将编码蛋白质的基因克隆到表达载体中，导入动物细胞（如哺乳动物细胞）中，通过培养和提取纯化得到蛋白质药物。

（3）植物细胞培养生产：将编码蛋白质的基因克隆到表达载体中，导入植物细胞中，通过培养和提取纯化得到蛋白质药物。

3.转基因抗虫棉育种的技术难题及解决方案：

（1）技术难题：转基因抗虫棉在田间种植一段时间后，部分植株表现出抗虫性下降的现象。

解决方案：对转基因抗虫棉进行持续的抗性监测，及时更新抗虫基因，并优化基因表达调控。

（2）技术难题：转基因抗虫棉的花粉在自然条件下对其他棉花品种产生了明显的授粉作用。

解决方案：采用严格的花粉隔离措施，防止转基因抗虫棉与其他棉花品种的杂交。

4.CRISPR-Cas9技术在基因治疗中的优势和局限性：

优势：

（1）精确编辑：CRISPR-Cas9技术能够精确地编辑目标基因，提高治疗