训练(18) 基因工程与生物技术安全-2024年高二生物暑假作业（江苏专版）

训练(十八)　基因工程与生物技术安全 知识点一　基因工程的基本工具 知识点二　基因工程的操作步骤 1．目的基因的筛选与获取 提醒：从cDNA文库获取的目的基因不含启动子和终止子。 2．基因表达载体的构建——重组质粒的构建 3．将目的基因导入受体细胞 4．目的基因的检测与鉴定 知识点三　蛋白质工程 知识点四　生物技术安全性问题 1．对转基因产品安全性的争论 2．关注生殖性克隆人 3．试管婴儿和设计试管婴儿的比较 1．下图表示不同的限制酶在目的基因的提取和基因表达载体的构建中的作用，下列有关叙述错误的是(　　) A．限制酶沿识别序列的中轴线两侧将DNA两条链切开 B．在图1和图2中将分别产生4个和2个黏性末端 C．限制酶切割的是特定核苷酸序列之间的磷酸二酯键和氢键 D．图示中酶1、酶2和酶3可以为不同种类的限制酶 2．下列有关“DNA的粗提取和鉴定”实验和“PCR扩增DNA片段及凝胶电泳鉴定”实验的叙述，错误的是(　　) A．利用DNA不溶于酒精但某些蛋白质溶于酒精的原理可以分离DNA和蛋白质 B．鉴定DNA时需使用二苯胺试剂，该试剂需现用现配，加入后置于沸水浴加热 C．进行琼脂糖凝胶电泳时，长度相同的DNA片段会出现在同一位置出现条带 D．利用PCR扩增4次后，得到的DNA含两种引物的DNA片段所占比例为1/8 3．为通过基因工程生产干扰素的部分操作，图中①②③④表示相关操作过程。下列相关分析错误的是(　　) A．图中过程③中需要用到限制性核酸内切酶 B．过程②需用热稳定性DNA聚合酶，②操作的原理是DNA双链复制 C．过程③操作要注意干扰素基因上有启动子、终止子及标记基因等 D．过程④为目的基因的导入，最后必须对干扰素进行功能活性鉴定 4．霍乱是因感染霍乱弧菌引起的一种传染性非常强的消化道疾病，患者往往上吐下泻，甚至死亡。研究人员通过基因工程改变大米的蛋白质构成，使其携带一种叫“霍乱毒素B”的物质，该物质进入人体后，能促进人体产生免疫反应，有效预防霍乱的感染。下列有关说法错误的是(　　) A．大米中携带的霍乱毒素B相当于抗原，能激发人体产生特异性免疫反应 B．该项研究成功的标志是人体产生相应的记忆细胞和针对霍乱毒素B的特异性抗体 C．当接种者再次接触抗原时，体内记忆细胞会迅速分泌大量抗体，与抗原特异性结合 D．“大米疫苗”的研制主要利用了基因重组的原理，效果明显，可造福世界人民 5．苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性，但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题，制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变，将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍；将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后，Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了7倍。下列有关叙述错误的是(　　) A．对Cry蛋白的改造是通过改造Cry蛋白的相关基因来实现的 B．Cry蛋白的毒性提高了3～7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构 C．改造Cry蛋白应从Cry蛋白基因的脱氧核苷酸序列出发设计其特有的结构 D．使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中需要使用限制酶和DNA连接酶 6．生物技术的进步在给人类带来福祉的同时，会引起人们对它安全性的关注，也会带来新的伦理困惑与挑战，下列关于生物技术与伦理问题的观点，正确的是(　　) A．转基因产品加贴“转基因”标识的目的是告诉消费者可放心购买 B．我国政府坚持对生殖性克隆人实验进行有效监控和严格审查 C．为了防止重大疾病基因携带者就业可以对就业者进行基因筛查 D．需要基于完备的科学知识理性的讨论转基因作物的安全性问题 7．水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建基因表达载体，再利用农杆菌转化法进一步转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，研究人员检测了胚乳细胞中Wx基因转录产生的mRNA(WxmRNA)的量，结果如下图所示，下列说法正确的是(　　) A．构建基因表达载体时需要限制酶切割Ti质粒的磷酸二酯键和氢键 B．与野生型水稻相比，3个突变品系中的直链淀粉合成酶的氨基酸序列相同 C．可提取各品系胚乳细胞中的WxmRNA直接进行PCR扩增后再检测其含量 D．据图推测品系2的Wx基因启动子与RNA聚合酶识别和结合的能力最强，故糯性最高 8．(多选)研究人员通过PCR扩增质粒pDNR­LIB中的sacB基因，该基因的产物对蔗糖敏感，是一种常见的反选择标记基因。tetA是四环素抗性基因，利用基因工程将sacB基因插入到质粒pAH162上，构建含有tetA­sacB双重选择系统的重组质粒，即pAH162­sacB，具体过程如图所示。将pAH162­sacB导入大肠杆菌验证其双重选择作用。下列分析错误的是(　　) A．将sacB基因插入到pAH162上需要的限制酶是HindⅢ、EcoRⅠ B．需用Ca2＋处理大肠杆菌细胞使其能主动吸收周围环境中的DNA分子 C．为保证正向连接，PCR时应在sacB基因上游引物的5′端添加BamHⅠ识别序列 D．大肠杆菌能在含四环素的培养基中生长说明双重选择系统的重组质粒构建成功 9．人表皮生长因子(hEGF)能够促进表皮细胞生长，对皮肤相关疾病及刺激性食物导致的胃肠溃疡具有修复治疗价值。已知细胞穿膜肽Pep­1能够携带大分子物质进入细胞内部，为解决hEGF穿透表皮能力弱的问题，科学家将Pep­1基因和hEGF基因进行连接，获得融合蛋白(epEGF)基因(图a)，并将其与质粒A(图b)进行重组后导入大肠杆菌，制备由84个氨基酸组成的重组融合人表皮生长因子蛋白。 (1)研究者进行PCR扩增前根据epEGF基因设计了一对引物，据图a分析，该对引物序列的设计要求是____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 和________________________________________________________________________。 实验中常用电泳技术鉴定目的基因，图c电泳结果中样品________(填“1”或“2”)对应的条带为epEGF基因的鉴定结果。 (2)转化大肠杆菌后进行筛选时，可将其接种在培养基①上培养(图d)，再利用灭菌的绒布在培养基①上印模，沾上菌落后转印至培养基②上培养。根据培养结果可知，________号菌落是成功转化的大肠杆菌，可挑出进一步接种到培养液中克隆化培养，培养过程中需在适宜转速的摇床中进行，原因是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)该实验过程使用的质粒A含有GST标签(谷胱甘肽S­转移酶)基因，已知谷胱甘肽(GSH)是GST作用的底物，研究人员将菌体破碎离心后取上清液，利用固定上谷胱甘肽的GST亲和树脂进行层析，可提高目的蛋白的纯度，请尝试解释其原理：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)由于天然EGF来源有限，有人尝试将hEGF基因用______________法导入豆科植物花生体细胞，通过______________________技术培育成转基因植株并从根部细胞提取得到大量产物。与植物细胞相比，以大肠杆菌作为基因工程受体细胞的优缺点有哪些，请分别列举：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ _______________________________________________________。(各答1点即可) 1．某小组通过PCR(假设引物长度为8个碱基短于实际长度)获得了含有目的基因的DNA片段，并用限制酶进行酶切(下图)，再用所得片段成功构建了基因表达载体。下列叙述错误的是(　　) A．其中一个引物序列为5′­TGCGCAGT­3′ B．步骤①所用的酶是SpeⅠ和CfoⅠ C．用步骤①的酶对载体进行酶切，至少获得了2个片段 D．酶切片段和载体连接时，可使用E.coli DNA连接酶或T4 DNA连接酶 2．CD163蛋白是PRRSV病毒感染家畜的受体。为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，将红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因拼接在一起(如下图)，使其表达成一条多肽。该拼接过程的关键步骤是除去(　　) A．CD163基因中编码起始密码子的序列 B．CD163基因中编码终止密码子的序列 C．RFP基因中编码起始密码子的序列 D．RFP基因中编码终止密码子的序列 答案 训练(十八)　基因工程与生物技术安全 [考点突破] 知识点一　磷酸二酯键　黏性　磷酸二酯键　黏性 知识点二　3.农杆菌转化法　显微注射法 知识点三　新的蛋白质　蛋白质结构　脱氧核苷酸序列 知识点四　1.转基因食品的安全性　完备的相关科学知识基础　政治、经济和文化　大胆　慎重　严格　2.独立生存的新个体　细胞、组织和器官　细胞、组织和器官　3.遗传诊断　遗传诊断　不孕不育　白血病、贫血病　早期胚胎发育　胚胎移植　有性生殖 [综合演练] 1．C　由图可知，产生的是黏性末端，所以可知限制酶在它识别序列的中轴线两侧将DNA的两条链分别切开的，A正确；由图可知，图1中含有酶1和酶2，能产生4个黏性末端，图2中含有酶2，能产生2个黏性末端，B正确；限制酶切割的是特定核苷酸序列之间的磷酸二酯键，不会切割氢键，C错误；限制酶能够识别双链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，图示中酶1、酶2和酶3可以为不同种类的限制酶，D正确。 2．D　利用DNA不溶于酒精但某些蛋白质溶于酒精的原理可以将DNA析出，进而达到分离DNA和蛋白质的目的，A正确；二苯胺试剂能与DNA反应呈蓝色，鉴定DNA时需使用二苯胺试剂，该试剂需现用现配，加入后置于沸水浴加热，B正确；进行琼脂糖凝胶电泳时，长度相同的DNA片段质量相近，会出现在同一位置出现条带，C正确；新合成的子链都有引物，母链不含引物，存在于两个DNA分子中，一共有24＝16个DNA，因此利用PCR扩增4次后，得到的DNA含两种引物的DNA片段所占比例为14/16＝7/8，D错误。 3．C　过程③是将干扰素基因和细菌质粒进行重组，该过程需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶，A正确；过程②常用PCR扩增目的基因，扩增原理是DNA的半保留复制，在PCR过程温度较高，需要用到热稳定DNA聚合酶，B正确；过程③使用限制性核酸内切酶对质粒进行切割时，需要注意质粒上的启动子、终止子和标记基因，C错误；过程④为将目的基因导入到受体细胞中，最后必须对干扰素进行功能活性鉴定，根据鉴定结果判断该实验是否成功，D正确。 4．C　大米中携带的霍乱毒素B相当于抗原，能激发人体产生特异性免疫反应，使机体产生记忆细胞，A正确；该项研究成功的标志是人体产生相应的记忆细胞和针对霍乱毒素B的特异性抗体，当相应抗原进入机体后，记忆细胞可增殖分化形成浆细胞，产生大量抗体，抗体与霍乱毒素结合，B正确；抗体是浆细胞分泌的，C错误；“大米疫苗”的研制主要利用了基因重组的原理，该“大米疫苗”生产简单、成本低廉且效果明显，可造福世界人民，D正确。 5．C　蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，对Cry蛋白的改造是通过改造Cry蛋白的相关基因来实现的，A正确；蛋白质的结构决定功能，Cry蛋白的毒性提高了3～7倍的原因可能是改变了该蛋白质的空间结构，B正确；改造Cry蛋白应从Cry蛋白的结构和功能出发设计其特有的结构，并改造或合成相关基因，C错误；蛋白质工程的基础是基因工程，需要改造或合成相关的基因，故使用蛋白质工程改造Cry蛋白过程中需要使用限制酶和DNA连接酶，D正确。 6．D　转基因产品加贴“转基因”标识的目的是维护消费者的知情权和选择权，A错误；我国政府坚持主张对治疗性克隆人实验进行有效监控和严格审查，B错误；通过基因筛查禁止重大疾病基因携带者就业，属于基因歧视，C错误；转基因技术有利有弊，需要基于完备的科学知识理性的讨论转基因作物的安全性问题，D正确。 7．B　构建基因表达载体时需要限制酶切割Ti质粒的磷酸二酯键，A错误；依据题干信息可知，Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合，从而改变了Wx基因的转录水平，但是编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子，所以与野生型水稻相比，3个突变品系中的直链淀粉合成酶的氨基酸序列相同，B正确；WxmRNA需先经过逆转录形成DNA，然后才能进行PCR扩增，C错误；根据图示可知，品系3的WxmRNA最少，控制合成的直链淀粉分支酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最高，D错误。 8．AD　由图pAH162­sacB可知，将sacB基因插入到pAH162上需要的限制酶是BamHⅠ、EcoRⅠ，A错误；导入重组质粒前，需用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，B正确；为保证正向连接，PCR时应在sacB基因上游引物的5′端添加BamHⅠ识别序列，在sacB基因下游引物的5′端添加EcoRⅠ识别序列，C正确；具有双重选择系统的大肠杆菌在含四环素的培养基中生长，在含蔗糖的培养基中不生长，D错误。 9．解析　(1)研究者进行PCR扩增前根据epEGF基因设计了一对引物，据图a分析，该对引物序列的设计要求是引物之间以及引物自身不能发生碱基互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短，通常为20～30个核苷酸序列，结合图a可知，还需要在设计的两个引物的5′端分别添加上限制酶BamHⅠ和XhoⅠ的识别序列。转基因的目的是制备由84个氨基酸组成的重组融合人表皮生长因子蛋白，根据基因对蛋白质合成的控制作用可推测，相关目的基因中含有的碱基对数目至少为84×3＝252 bp，据此可推侧，图c电泳结果中样品“2”对应的条带为epEGF基因的鉴定结果。 (2)转化大肠杆菌后进行筛选时，可将其接种在培养基①上培养(图d)，则在该培养基上能生长的菌体包括成功导入重组质粒A的大肠杆菌和导入质粒A的大肠杆菌，而后再利用灭菌的绒布在培养基①上印模，沾上菌落后转印至培养基②上培养。培养基②中添加了四环素，而重组质粒A在构建过程中四环素A抗性基因被破坏，因此成功导入重组质粒的大肠杆菌不具有四环素抗性，即目的菌在培养基②上不能生长，在培养基①上可以生长，因此，根据培养结果可知，2、5号菌落是成功转化的大肠杆菌，可挑出进一步接种到培养液中克隆化培养，培养过程中需在适宜转速的摇床中进行，这样可以使大肠杆菌和培养液充分接触，使大肠杆菌获得足够的营养，同时也能提高营养液的利用率。 (3)该实验过程使用的质粒A含有GST标签(谷胱甘肽S­转移酶)基因，已知谷胱甘肽(GSH)是GST作用的底物，研究人员将菌体破碎离心后取上清液，利用固定上谷胱甘肽的GST亲和树脂进行层析，根据底物与酶相结合的原理可将菌体破碎离心后的上清液中含有的谷胱甘肽S­转移酶固定下来，进而可提高目的蛋白的纯度，同时也能说明经过层析处理的上清液中含有目标蛋白。 (4)由于天然EGF来源有限，有人尝试将hEGF基因用农杆菌转化法导入豆科植物花生体细胞，通过植物组织培养技术培育成转基因植株并从根部细胞提取得到大量产物。与植物细胞相比，以大肠杆菌作为基因工程受体细胞的优点表现在，大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、多为单细胞、遗传物质相对较少等，但也有缺点，如大肠杆菌中合成的蛋白质没有经过内质网和高尔基体的加工，因而不具有生物活性。 答案　(1)引物之间以及引物自身不能发生碱基互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短，通常为20～30个核苷酸序列　在两个引物的5′端分别添加上限制酶BamHⅠ和XhoⅠ的识别序列　2 (2)2、5　使大肠杆菌和培养液充分接触，使大肠杆菌获得足够的营养进而快速生长 (3)根据底物与酶相结合的原理可将菌体破碎离心后的上清液中含有的谷胱甘肽S­转移酶固定下来，进而可提高目的蛋白的纯度 (4)农杆菌转化　植物组织培养　优点：大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、多为单细胞、遗传物质相对较少等。缺点：大肠杆菌中合成的蛋白质没有经过内质网和高尔基体的加工，因而不具有生物活性。 [提升演练] 1．B　由于引物只能引导子链从5′到3′，根据碱基互补配对原则，其中一个引物序列为5′­TGCGCAGT­3′，A正确；根据三种酶的酶切位点，左侧的黏性末端是使用Nhe Ⅰ切割形成的，右边的黏性末端是用Cfo Ⅰ切割形成的，B错误；用步骤①的酶对载体进行酶切，使用了Nhe Ⅰ和Cfo Ⅰ进行切割，根据他们的识别位点以及原本DNA的序列，切割之后至少获得了2个片段，C正确；图中形成的是黏性末端，而E.coli DNA连接酶只能连接黏性末端；T4DNA连接酶既可连接平末端，又可连接黏性末端，D正确。 2．B　为实时监控CD163蛋白的表达和转运过程，则拼接在一起的红色荧光蛋白RFP基因与CD163基因都得转录和翻译，使其表达成一条多肽，因此拼接在一起的CD163基因转录形成的mRNA中不能出现终止密码子，否则红色荧光蛋白RFP基因转录形成的mRNA不能进行翻译，无法合成红色荧光蛋白，因此该拼接过程的关键步骤是除去CD163基因中编码终止密码子的序列，B符合题意，A、C、D不符合题意。 学科网（北京）股份有限公司 $$