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課時(shí)訓(xùn)練35　基因工程 1.(2018浙江名校新高考研究聯(lián)盟第一次聯(lián)考)回答與基因工程和動(dòng)物克隆有關(guān)的問(wèn)題。 (1)以人基因組DNA為模板,采用　　　　　　擴(kuò)增人胰島素原基因,然后將其與含有標(biāo)記基因的載體用相同的　　　　　　　　　　　　切割之后,用DNA連接酶將目的基因和載體連接在一起形成重組DNA分子。 (2)若要利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺來(lái)生產(chǎn)人胰島素,則可將重組DNA分子用　　　　　　　的方法導(dǎo)入動(dòng)物的受精卵中,受精卵在體外培養(yǎng)到　　　　　　　　　　階段,再移植到代孕母親的　　　　著床,并繼續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育。也可以將重組DNA先導(dǎo)入動(dòng)物的體細(xì)胞中,再通過(guò)標(biāo)記基因的表現(xiàn)來(lái)篩選出含有人胰島素原基因的體細(xì)胞,然后在一定物質(zhì)的介導(dǎo)下使其與去核卵細(xì)胞進(jìn)行　　　　　　　　形成一個(gè)重建的“合子”,經(jīng)過(guò)胚激活、胚胎培養(yǎng)和胚胎移植后得到轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 (3)相比細(xì)菌基因工程,以轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺作為反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)人胰島素的優(yōu)點(diǎn)是 　。 答案(1)PCR技術(shù)　限制性核酸內(nèi)切酶　(2)顯微注射　早期胚胎或早期囊胚　子宮　細(xì)胞融合(或融合)　(3)乳腺細(xì)胞可以將無(wú)生物活性的胰島素原蛋白加工成有生物活性的胰島素 解析(1)已知序列情況下可用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。形成重組DNA分子要用同種限制性內(nèi)切酶切割載體與目的基因。(2)基因工程中,受體細(xì)胞是動(dòng)物細(xì)胞時(shí)一般用顯微注射法導(dǎo)入受精卵,體外培養(yǎng)至早期胚胎階段再進(jìn)行移植到代孕母親子宮中繼續(xù)生長(zhǎng)。還可進(jìn)行核移植。(3)由于細(xì)菌是原核生物,沒(méi)有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器,相比細(xì)菌基因工程,以轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的乳腺作為反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)人胰島素的優(yōu)點(diǎn)是乳腺細(xì)胞可以將無(wú)生物活性的胰島素原蛋白加工成有生物活性的胰島素。 2.基因工程基本操作流程如圖,請(qǐng)據(jù)圖分析回答問(wèn)題。 (1)圖中X是　　　　　　　　　　　,在目的基因與載體DNA的兩端形成　　　　　　　　　　　　后,才能在DNA連接酶的催化下形成X。 (2)在上述基因工程的操作過(guò)程中,與堿基互補(bǔ)配對(duì)無(wú)關(guān)的步驟有　　　(A.①　B.②　C.③　D.④)。 (3)若要培育能生產(chǎn)彩色羊毛的轉(zhuǎn)基因羊,則一般用　　　　　作受體細(xì)胞。 (4)在培育抗枯萎病的金茶花時(shí),離體金茶花葉組織經(jīng)　　　　　　形成愈傷組織,再通過(guò)　　　　　　　培養(yǎng)得到單細(xì)胞,將外源基因?qū)肫渲?經(jīng)篩選培養(yǎng)形成抗枯萎病植株。該過(guò)程中用到的植物細(xì)胞工程技術(shù)是　　　　　　　　　　　。 答案(1)重組DNA分子　相同的粘性末端　(2)C　(3)受精卵 (4)脫分化　液體懸浮　植物組織培養(yǎng) 解析(1)圖中X為重組DNA分子,目的基因與載體DNA兩端形成相同粘性末端后,才能連接起來(lái)。(2)③是將目的基因?qū)牖蚬こ讨?受體細(xì)胞,不涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。(3)動(dòng)物基因工程一般用受精卵作為受體細(xì)胞。(4)植物組織培養(yǎng)中植物組織要經(jīng)過(guò)脫分化和再分化兩個(gè)階段。 3.科研人員擬將已知的花色基因(目的基因)轉(zhuǎn)入矮牽牛的核基因組中,培育具有新花色的矮牽牛。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。 (1)為了獲得大量的目的基因,可將目的基因與含有抗生素抗性基因的質(zhì)粒DNA連接形成重組DNA,再與經(jīng)　　　(A.氯化鈣　B.氯化鈉　C.蔗糖　D.葡萄糖)處理的大腸桿菌液混合,使重組DNA進(jìn)入大腸桿菌。 (2)從擴(kuò)大培養(yǎng)的大腸桿菌中提取含有目的基因的DNA后,用　　　　　　　　　　　　分別切割含目的基因的DNA和農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒,然后用DNA連接酶連接,形成重組DNA分子。 (3)取田間矮牽牛的幼嫩葉片,經(jīng)自來(lái)水沖洗后,先用70%　　　　浸泡,再用5%次氯酸鈉浸泡,最后用　　　　　　清洗,作為轉(zhuǎn)基因的受體材料。 (4)將消毒后的矮牽牛葉片剪成小片,在含有目的基因的農(nóng)桿菌溶液中浸泡后,取出并轉(zhuǎn)移至加有適當(dāng)配比生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS培養(yǎng)基(含蔗糖、瓊脂和抗生素,下同)上,使葉小片先經(jīng)脫分化形成　　　　　　　　　,再將其轉(zhuǎn)移至另一培養(yǎng)基中誘導(dǎo)形成芽,芽切割后轉(zhuǎn)移到　　　(A.LB培養(yǎng)基　B.MS培養(yǎng)基+適宜濃度NAA　C.MS培養(yǎng)基+適宜濃度BA　D.NAA/BA小于1的MS培養(yǎng)基)上生根,形成完整植株。 (5)為判斷本研究是否達(dá)到預(yù)期目的,可比較轉(zhuǎn)基因植株和非轉(zhuǎn)基因植株的　　　　性狀。 答案(1)A　(2)限制性核酸內(nèi)切酶　(3)乙醇　無(wú)菌水　(4)愈傷組織　B　(5)花色 解析(1)氯化鈣處理大腸桿菌可增加其細(xì)胞壁的通透性,有利于大腸桿菌對(duì)重組DNA分子的吸收。(2)限制性核酸內(nèi)切酶能夠識(shí)別DNA分子中特定的核苷酸序列,并在其中的特定位點(diǎn)進(jìn)行切割,使DNA分子斷裂形成粘性末端,用相同的限制性核酸內(nèi)切酶對(duì)含目的基因的DNA和Ti質(zhì)粒進(jìn)行切割,可得到相同的粘性末端,然后用DNA連接酶連接,即形成重組DNA分子。(3)利用乙醇和次氯酸鈉浸泡葉片是為了消除雜菌的干擾,而無(wú)菌水是用來(lái)洗凈表面殘留的消毒液,避免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(4)離體培養(yǎng)的植物組織經(jīng)適宜條件誘導(dǎo)會(huì)脫分化形成愈傷組織,然后在相應(yīng)條件的誘導(dǎo)下會(huì)再分化,生出莖、根,長(zhǎng)成試管苗;LB培養(yǎng)基是培養(yǎng)細(xì)菌的,MS培養(yǎng)基才是植物組織培養(yǎng)使用的,NAA為生長(zhǎng)素類似物,BA為細(xì)胞分裂素類似物,當(dāng)生長(zhǎng)素濃度大于細(xì)胞分裂素濃度時(shí),促進(jìn)生根。(5)轉(zhuǎn)入花色基因是為了讓矮牽牛產(chǎn)生新的花色,因此比較轉(zhuǎn)基因植株和非轉(zhuǎn)基因植株的花色,即可知實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到目的。 4.基因敲除是針對(duì)某個(gè)序列已知但功能未知的基因,改變其基因結(jié)構(gòu),令該基因功能喪失,從而對(duì)生物體造成影響,進(jìn)而推測(cè)出該基因功能的一門技術(shù)。以下是制備APOE基因敲除小鼠的常規(guī)過(guò)程。(Neor基因是新霉素抗性基因;APOE是指載脂蛋白E,參與脂質(zhì)白的代謝與轉(zhuǎn)化) (1)為了獲得APOE基因,可以用　　　　　　　　　或者PCR擴(kuò)增。過(guò)程②中所需的工具酶有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。Neor基因除了破壞APOE基因外,還具有的作用最可能是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)培養(yǎng)小鼠胚胎干細(xì)胞時(shí),首先要在培養(yǎng)皿底部制備飼養(yǎng)層,用于飼養(yǎng)層的細(xì)胞一般是　　　　　　　　　　　　　　。經(jīng)過(guò)⑥克隆以后的細(xì)胞的后裔細(xì)胞群稱為純系,細(xì)胞純系的特點(diǎn)是　　　　　　　　　　　　　　　　,從而便于研究。 (3)純合的APOE基因敲除小鼠　　　　　　(填“能”或“不能”)表達(dá)APOE,與正常小鼠相比表現(xiàn)出　　　　　　　　　　　　　　　　　　性狀。 答案(1)化學(xué)方法合成　限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 作為標(biāo)記基因,用于篩選 (2)胚胎成纖維細(xì)胞　遺傳性狀均一,表現(xiàn)的性狀相似 (3)不能　脂蛋白的代謝和轉(zhuǎn)化異常 解析(1)分析題意可知,APOE基因序列已知,因此可采用PCR擴(kuò)增或化學(xué)方法合成。過(guò)程②表示構(gòu)建重組DNA分子,需要的工具酶有限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。由圖示可知,Neor基因正好整合到APOE基因序列上,破壞了該基因,即相當(dāng)于將APOE基因進(jìn)行了敲除,利于對(duì)APOE基因功能進(jìn)行研究。Neor基因?yàn)樾旅顾乜剐曰?其還具有標(biāo)記基因的作用,用于篩選。(2)培養(yǎng)胚胎干細(xì)胞時(shí),為防止胚胎干細(xì)胞分化,一般會(huì)在培養(yǎng)皿底部鋪一層胚胎成纖維細(xì)胞。將細(xì)胞進(jìn)行純化、克隆培養(yǎng)后,所得細(xì)胞來(lái)自相同細(xì)胞,因此細(xì)胞的遺傳性狀均一,表現(xiàn)的性狀相似。(3)由于Neor基因整合部位在APOE基因上,相當(dāng)于敲除了APOE基因,因此純合的APOE基因敲除小鼠不能表達(dá)相應(yīng)產(chǎn)物,APOE基因參與脂蛋白的代謝與轉(zhuǎn)化,故與正常小鼠相比,基因敲除小鼠表現(xiàn)出脂蛋白的代謝與轉(zhuǎn)化異常。 5.下圖為科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗蟲(chóng)番茄植株的過(guò)程示意圖,請(qǐng)回答以下問(wèn)題。 (1)圖中所選的Ti質(zhì)粒中往往需含有　　　(A.抗蟲(chóng)　B.胰島素　C.抗生素抗性　D.抗凍)基因,以利于重組質(zhì)粒的篩選。A過(guò)程中常用的酶有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)獲取序列未知的抗蟲(chóng)基因的方法是從　　　　　　　　　　中提取。 (3)B過(guò)程中常用氯化鈣處理,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)E過(guò)程需要借助　　　　　　　　　　　　　　技術(shù),在含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、　　　　　　　　等成分的培養(yǎng)基中,番茄細(xì)胞經(jīng)過(guò)脫分化形成　　　　　　　,該細(xì)胞具有細(xì)胞質(zhì)豐富、　　　(A.液泡大、細(xì)胞核大　B.液泡大、細(xì)胞核小　C.液泡大、細(xì)胞核小　D.液泡小、細(xì)胞核小)等特征。 答案(1)C　限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 (2)基因文庫(kù) (3)增加細(xì)胞壁的通透性 (4)植物組織培養(yǎng)　植物激素　愈傷組織　B 解析(1)質(zhì)粒作為基因工程的載體時(shí),往往需要含有抗生素抗性基因作為標(biāo)記基因,有利于重組質(zhì)粒的篩選。A過(guò)程是基因表達(dá)載體的構(gòu)建,操作時(shí)首先用限制酶切割載體和外源DNA分子,然后用DNA連接酶將目的基因與載體連接形成重組DNA分子。 (2)獲取序列未知的抗蟲(chóng)基因時(shí),應(yīng)該從基因文庫(kù)中提取。 (3)B過(guò)程中常用氯化鈣處理農(nóng)桿菌細(xì)胞,其目的是增加農(nóng)桿菌細(xì)胞細(xì)胞壁的通透性,使其成為易于吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)細(xì)胞。 (4)E過(guò)程中將導(dǎo)入目的基因的番茄細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)基因植株需要借助植物組織培養(yǎng)技術(shù)。在含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、植物激素(細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素)等成分的培養(yǎng)基中,番茄細(xì)胞經(jīng)過(guò)脫分化形成愈傷組織,愈傷組織細(xì)胞具有細(xì)胞質(zhì)豐富、液泡小、細(xì)胞核大等特征。 6.科學(xué)家將魚(yú)抗凍蛋白基因轉(zhuǎn)入番茄,使番茄的耐寒能力大大提高,可以在相對(duì)寒冷的環(huán)境中生長(zhǎng)。質(zhì)粒上有PstⅠ、SmaⅠ、Hind Ⅲ、AluⅠ等四種限制性核酸內(nèi)切酶的切割位點(diǎn),如圖是轉(zhuǎn)基因抗凍番茄培育過(guò)程的示意圖(Ampr為氨芐青霉素抗性基因),其中①~④是轉(zhuǎn)基因抗凍番茄培育過(guò)程中的相關(guān)步驟,Ⅰ、Ⅱ表示相關(guān)結(jié)構(gòu)或細(xì)胞。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題。 (1)在構(gòu)建重組DNA時(shí),可用一種或多種限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割,為了避免目的基因和載體在酶切后產(chǎn)生的末端發(fā)生任意連接,在此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選用限制性核酸內(nèi)切酶　　　　　　　　分別對(duì)　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　進(jìn)行切割,切割后產(chǎn)生的DNA片段分別為　　　　　　、　　　　　種。 (2)培養(yǎng)基中的氨芐青霉素會(huì)抑制番茄愈傷組織細(xì)胞的生長(zhǎng),要利用該培養(yǎng)基篩選已導(dǎo)入魚(yú)的抗凍蛋白基因的番茄細(xì)胞,應(yīng)使Ⅰ重組DNA中含有　　　　　　　　　　　作為標(biāo)記基因。 (3)研究人員通常采用　　　　　　　　　　法將魚(yú)抗凍蛋白基因?qū)敕鸭?xì)胞內(nèi)。 答案(1)Pst Ⅰ、Sma Ⅰ　含魚(yú)抗凍蛋白基因的DNA　質(zhì)粒　4 2　(2)氨芐青霉素抗性基因　(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化 解析(1)在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),如果目的基因和載體用同一種限制酶切割,產(chǎn)生的粘性末端相同,將會(huì)發(fā)生任意連接,可選用不同的限制酶分別對(duì)目的基因和載體切割,以產(chǎn)生不同的粘性末端,故應(yīng)選用PstⅠ和SmaⅠ對(duì)含魚(yú)抗凍蛋白基因的DNA和質(zhì)粒進(jìn)行切割,PstⅠ和SmaⅠ在魚(yú)抗凍蛋白基因的DNA上共有3個(gè)酶切位點(diǎn),切割后產(chǎn)生4個(gè)DNA片段,而環(huán)狀質(zhì)粒上有2個(gè)酶切位點(diǎn),切割后產(chǎn)生2個(gè)DNA片段。(2)具有氨芐青霉素抗性基因的細(xì)胞能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生長(zhǎng),故Ⅰ中應(yīng)含有氨芐青霉素抗性基因作為標(biāo)記基因。(3)將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的常用方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。 7.農(nóng)業(yè)科技工作者在煙草中找到了一抗病基因,現(xiàn)擬采用基因工程技術(shù)將該基因轉(zhuǎn)入棉花,培育抗病棉花品系。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。 (1)要獲得該抗病基因,可采用　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　等方法。為了能把該抗病基因轉(zhuǎn)入到棉花細(xì)胞中,常用的載體是　　　　　　。 (2)要使載體與該抗病基因連接,首先應(yīng)使用　　　　　　　　　　　　　　進(jìn)行切割。假如載體被切割后,得到的分子末端序列為AATTC— G—,則能與該載體連接的抗病基因分子末端是　　　　。 A.—G —CTTAA　　　　　　B.—T —AATCC C.—CTTTA —G D.—AAATC —T (3)切割完成后,使用DNA連接酶將載體與該抗病基因連接,連接后得到的DNA分子稱為　。 (4)再將連接得到的DNA分子導(dǎo)入農(nóng)桿菌,然后用該農(nóng)桿菌去感染棉花細(xì)胞,利用植物細(xì)胞具有　　　　　性的原理進(jìn)行植物組織培養(yǎng),從培養(yǎng)出的植株中篩選出抗病的棉花。 (5)該抗病基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)的產(chǎn)物是　　　。 A.淀粉 B.脂類 C.蛋白質(zhì) D.核酸 (6)已知BamHⅠ與BglⅡ的識(shí)別序列及切割位點(diǎn)如下圖所示,用這兩種酶和DNA連接酶對(duì)一段含有數(shù)個(gè)BamHⅠ和BglⅡ識(shí)別序列的DNA分子進(jìn)行反復(fù)的切割、連接操作,若干循環(huán)后　　　序列明顯增多。 A.—GGATCT— —CCTAGA— B.—AGATCC— —TCTAGG— C.—AGATCT— —TCTAGA— D.—GGATCC— —CCTAGG— E.—GGATCT— —CCTAGA—和—AGATCC— —TCTAGG— 答案(1)從基因文庫(kù)中獲取　化學(xué)方法合成　Ti質(zhì)粒 (2)限制性內(nèi)切酶(限制酶)　A (3)重組DNA分子 (4)全能 (5)C (6)E 解析(1)抗病基因?qū)儆谀康幕?獲取目的基因的方法通常有三種:從基因文庫(kù)中獲取、從細(xì)胞中直接分離獲得、化學(xué)方法合成。將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,即借助農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒。(2)構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),需先用限制酶切割載體和含有目的基因的外源DNA分子。含有相同粘性末端或粘性末端互補(bǔ)的DNA分子片段才能在DNA連接酶的作用下連接起來(lái),若載體被切割后,得到的分子末端序列為AATTC— 　G—,則能與該載體連接的抗病基因分子末端是—G —CTTAA。(3)切割完成后,需用DNA連接酶將載體與抗病基因連接形成重組DNA分子。(4)采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,即將連接得到的DNA分子導(dǎo)入農(nóng)桿菌,然后用該農(nóng)桿菌去感染棉花細(xì)胞,進(jìn)而將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。根據(jù)植物細(xì)胞全能性原理,采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將受體細(xì)胞培養(yǎng)成轉(zhuǎn)基因植株,最后篩選出抗病的棉花。(5)基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯,因此該抗病基因在棉花細(xì)胞中表達(dá)的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)。(6)由題圖和題意可知,BamHⅠ切割后形成的粘性末端是—A —TCTAG和GATCT— 　　　A—,BglⅡ切割后形成的粘性末端是—G —CCTAG和GATCC— 　　 G—。由于兩種限制酶切割形成的粘性末端互補(bǔ),因此粘性末端的連接方式有四種:兩種自身粘性末端連接、兩種粘性末端互連。兩種自身粘性末端連接形成的序列仍然可以被這兩種限制酶切割,而兩種粘性末端互連形成的序列這兩種限制酶無(wú)法再識(shí)別切割,因此若干循環(huán)之后兩種粘性末端互連形成的序列明顯增多。