第3章 第3节 基因工程的应用(课件PPT)-【新课程学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 单选）

第3节 基因工程的应用 明学习目标 1.举例说出基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用。 2.认同基因工程的应用价值。　　　　　 3.关注基因工程的进展。 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 1 2 3 聚焦•学案(一)　基因工程在农牧业方面有哪些应用 聚焦•学案(二)　基因工程在医药卫生领域和食品 工业方面的应用 随堂小结即时回顾与评价 4 NO.1 聚焦•学案(一)　基因工程在农牧业方面有哪些应用 助读教材 1.转基因抗虫植物 (1)方法:从某些生物中分离出具有_____________的基因,将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物。 (2)成果:转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等。 抗虫功能 2.转基因抗病植物 (1)背景:许多栽培作物由于自身缺少抗病基因,因此用常规育种的方法很难培育出抗病的新品种。 (2)方法:科学家将来源于某些______________等的抗病基因导入植物中,培育出了转基因抗病植物。 (3)成果:转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等。 病毒、真菌 3.转基因抗除草剂植物 (1)背景:杂草常常危害农业生产,而大多数除草剂不仅能杀死田间杂草,还会损伤作物,导致作物减产。 (2)方法:将________________________的基因导入作物,可以培育出抗除草剂的作物品种。 (3)成果:转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等。 降解或抵抗某种除草剂 4.改良植物的品质 优良基因 成果 某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因 富含赖氨酸的转基因玉米 与植物________代谢相关的基因 转基因矮牵牛 花青素 5.提高动物的生长速率 (1)基因:_________________基因。 (2)成果:转基因鲤鱼。 6.改善畜产品的品质 (1)基因:_____________基因。 (2)成果:转基因牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响。 外源生长激素 肠乳糖酶 [探究思考] 下图为通过基因工程培育抗虫棉的过程,请回答: (1)抗虫棉能抗病毒、细菌和真菌吗?为什么? 提示:不能。抗虫基因具有专一性。 (2)对于基因工程生产的抗虫棉是否取得最后的成功,最简单的检测方法是什么? 提示:让害虫去吃转基因棉花的植株,观察害虫的生存状况。 (3)从环境保护角度出发,分析转基因抗虫棉与普通棉相比在害虫防治方面的优越性有哪些? 提示:减少了化学农药的使用量,降低了环境污染。 1.判断下列表述的正误 (1)转基因作物的目的基因只能来源于微生物。 ( ) (2)利用转基因改良植物品质,目的基因一定是控制该性状的基因。 ( ) (3)基因工程育种比传统育种所需的时间短,并且可以解决远缘亲本难以杂交的问题。 ( ) (4)转基因抗虫植物培育成功后可防治各种害虫。 ( ) 迁移应用 × × √ × 2.下列有关转基因植物的说法,错误的是 (　　) A.科学家可以利用一些调节细胞渗透压的基因,来提高农作物的抗盐碱和抗旱的能力 B.因为转基因抗虫棉可以抵抗一切危害棉花植株的害虫,所以转基因抗虫棉已经推广应用 C.科学家往往将某种必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中,以提高农作物的营养价值 D.利用基因工程技术可以改良农作物的品质 √ 解析:转基因抗虫棉只是对棉铃虫有较强的抗性,并不能抵抗所有害虫,B错误。 3.酵母菌细胞壁的主要成分是几丁质。酿酒酵母产酒精能力强,但没有合成淀粉酶的能力;糖化酵母能合成淀粉酶,但酒精发酵能力弱。科研人员通过两种途径改良酵母菌种,实现以淀粉为底物高效生产酒精的目的。下列叙述正确的是 (　　) A.途径Ⅰ需用纤维素酶处理酵母菌,再利用PEG诱导融合 B.途径Ⅱ需要以淀粉酶基因作为目的基因构建基因表达载体 C.途径Ⅰ和途径Ⅱ最终获得的目的酵母菌染色体数目相同 D.以淀粉转化为还原糖的效率作为最终鉴定目的菌的指标 √ 解析:途径Ⅰ需用几丁质酶处理酵母菌,再利用PEG诱导融合,A错误。根据题意,途径Ⅱ是将糖化酵母的淀粉酶基因提取出来,作为目的基因构建基因表达载体,导入酿酒酵母,从而获得目的酵母菌,B正确。途径Ⅰ获得的目的菌株为多倍体,是原来两种酵母菌染色体数目之和;途径Ⅱ获得的目的酵母菌染色体数目与原来酿酒酵母染色体数目相同,C错误。鉴定目的菌株最终的依据是酵母菌以淀粉为底物生产酒精的能力,D错误。 [归纳拓展] 转基因抗虫植物与转基因抗病植物的比较 项目 转基因抗虫植物 转基因抗病植物 方法 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因,将其导入植物中 将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中 基因 种类 Bt抗虫蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等 ①抗病毒基因:病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因等; ②抗真菌基因:几丁质酶基因等 意义 减少化学农药的使用,降低生产成本,减轻环境污染等 NO.2 聚焦•学案(二)　基因工程在医 药卫生领域和食品工业方面 的应用 1.基因工程在医药卫生领域的应用 助读教材 应用 基因来源或处理 成果 转基因微生物或动植物细胞生产药物 对微生物或动植物的细胞进行_________改造 生产包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等药物 基因 应用 基因来源或处理 成果 乳腺(房)生物反应器生产药物 ___________基因与乳腺中特异表达的基因的__________等重组 生产抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α⁃抗胰蛋白酶等 转基因动物作器官移植的供体 抑制___________基因的表达或设法除去 __________基因 正尝试结合克隆技术培育出不会引起_________反应的转基因克隆猪器官 药用蛋白 启动子 抗原决定 抗原决定 免疫排斥 2.基因工程在食品工业方面的应用 天冬氨酸 苯丙氨酸 牛凝乳酶 [探究思考] 基因工程在医药卫生领域和食品工业方面有广泛的应用。请分析回答下列问题: (1)为什么生产乳腺生物反应器构建基因表达载体时必须把药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起? 提示:只有连接了乳腺中特异表达的基因的启动子,才能保证相应的目的基因只在其乳腺细胞内得以表达。 (2)科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。在研制膀胱生物反应器时,应使药用蛋白基因在什么细胞中特异表达?它与乳腺生物反应器有什么相同和不同点? 提示:应使药用蛋白基因在膀胱上皮细胞中特异表达。相同点是收集药用蛋白较容易,且不会对动物造成伤害。不同点是乳腺生物反应器必须是处于泌乳期的雌性动物才可生产药用蛋白,而膀胱生物反应器则是任何生长期的雌雄动物均可生产。 1.判断下列表述的正误 (1)将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,能获得产生人干扰素的菌株。 ( ) (2)利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品,如人的血清白蛋白,这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。 ( ) (3)以大肠杆菌作为工程菌获得人干扰素后可直接应用。 ( ) 迁移应用 √ × × 2.下列有关基因工程在食品工业方面应用的叙述,错误的是 (　　) A.阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂,可以通过基因工程直接实现大规模生产 B.可将编码牛凝乳酶的基因导入黑曲霉基因组中,再通过工业发酵批量生产凝乳酶 C.用基因工程方法,使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌 D.淀粉酶、脂肪酶等大量生产过程中所用到的工程技术包括基因工程技术和发酵工程技术等 √ 解析:阿斯巴甜主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成,这两种氨基酸可以通过基因工程实现大规模生产,并不是直接大规模生产阿斯巴甜。 3.动物乳腺生物反应器是一项利用转基因动物的乳腺代替传统的生物发酵,进行大规模生产可供治疗人类疾病或用于保健的活性蛋白质的现代生物技术。科学家已在牛和羊等动物的乳腺生物反应器中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要药品。大致过程如下图所示。以下叙述错误的是 (　　) A.通过③形成的重组质粒具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子和标记基因即可 B.④通常采用显微注射法 C.在转基因母牛的乳腺细胞中人的药用蛋白基因才会得以表达,因此可以从乳汁中提取药物 D.该技术生产药物的优点是产量高、质量好、易提取 √ 解析:若用转基因动物生产药物,通常将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子、复制原点等调控元件重组在一起,通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中,最终培育的转基因动物进入泌乳期后,可以通过分泌乳汁来生产所需要的药物,因而称为乳腺生物反应器,A错误,B、C正确;相对于传统方法,利用乳腺生物反应器生产药物的优点是产量高、质量好、成本低、易提取,D正确。 [归纳拓展] 乳腺生物反应器与工程菌生产药物的区别 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌 含义 指让外源基因在哺乳动物的乳腺中特异表达,利用动物的乳腺组织生产药物蛋白 指用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 受体基因结 构与人类基 因结构差异 动物基因结构与人类的基因结构基本相同 细菌和酵母菌的基因结构与人类有较大差异 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌 基因表达 合成的药物蛋白与天然蛋白质相同 细菌合成的药物蛋白可能没有活性 受体细胞 动物受精卵 微生物细胞 目的基因 导入方式 显微注射法 Ca2+处理法 比较项目 乳腺生物反应器 工程菌 生产条件 不需严格灭菌;温度等外界条件对其影响不大 需严格灭菌,严格控制工程菌所需的温度、pH、营养物质浓度等外界条件 药物提取 从动物乳汁中提取 从微生物细胞或其培养液中提取 生产设备 畜牧业生产、提取设备 发酵生产、提取设备 随堂小结即时回顾与评价 NO.3 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.种植转基因抗虫棉若干年后,害虫会不会对转基因抗虫棉产生抗性?为什么? 提示:开放性问题,言之有理即可。若认为会,可从害虫对抗虫棉的适应和进化等方面回答;若认为不会,可从实际种植过程中的相关应对措施等方面回答。 2.请说明利用乳腺生物反应器生产药物蛋白的思路。 提示:将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,导入动物的受精卵,使转基因动物分泌的乳汁中含有所需要的药物蛋白。 3.干扰素是一种几乎能抵抗所有病毒引起的感染的糖蛋白,能直接利用转基因大肠杆菌生产干扰素吗?为什么? 提示:不能。因为大肠杆菌属于细菌,细菌中只有核糖体,没有内质网和高尔基体等其他细胞器,不能加工形成有活性的干扰素,需要经过再加工才可利用。 1.下列关于用转基因动物作为器官移植供体的研究的叙述,不正确的是 (　　) A.人体移植器官短缺和免疫排斥是目前制约人体器官移植的两大难题 B.猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似 C.灵长类动物体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒少于猪 D.无论以哪种动物作为供体,都需要在其基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因 解析:猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远少于灵长类动物,C错误。 三、综合检测反馈 √ 2.下图为利用奶牛乳汁生产血清白蛋白的过程,下列分析错误的是 (　　) A.①经胰蛋白酶处理可得到③ B.图中涉及基因工程、细胞核移植、胚胎分割和胚胎移植等技术 C.常用PCR技术扩增② D.若要获得同卵双胎或多胎,只能分割桑葚胚细胞 √ 解析:动物细胞培养时,需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织以获得单个细胞,A正确;图中涉及基因工程、细胞核移植、胚胎分割和胚胎移植等技术,B正确;常用PCR技术扩增②,以获取大量目的基因,C正确;进行胚胎分割时,应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚,D错误。 3.(2024·朝阳期末)国家生猪种业工程技术研究中心科研团队在转基因猪生物反应器领域取得重要研究进展。在国际上首次利用转基因猪的唾液腺作为生物反应器,高效合成一种对人的神经性疾病具有良好治疗作用的蛋白——人神经生长因子(hNGF)。生产流程如图所示。下列相关说法错误的是 (　　) A.可用人hNGF基因与猪成纤维细胞A中唾液淀粉酶基因的启动子等元件构建表达载体 B.重构胚具有发育成个体的潜能,移植到代孕猪C体内无须任何操作便可进行分裂和发育 C.猪卵母细胞B需要在体外培养到MⅡ期后通过显微操作去核 D.唾液腺生物反应器与乳腺生物反应器相比具有不受性别限制等特点 √ 解析:用猪成纤维细胞A中唾液淀粉酶基因的启动子与人hNGF基因构建基因表达载体,能使目的基因在唾液腺细胞中表达,A正确;重构胚需要激活后才可进行分裂和发育,B错误;卵母细胞需要培养到MⅡ期去核,C正确;乳腺生物反应器只能是雌性动物,唾液腺生物反应器可以不受性别的限制,D正确。 4.缺乏维生素A容易导致夜盲症或营养不良,甚至能够威胁到生命。而β⁃胡萝卜素可以在人体内转化成维生素A。科学家尝试通过转基因技术生产富含β⁃胡萝卜素的大米。八氢番茄红素合酶(其基因用psy表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用crtⅠ表示)参与β⁃胡萝卜素的合成。pmi为磷酸甘露醇异构酶基因,它编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长。根据以上信息分析,下列相关叙述错误的是 (　　) A.pmi基因作为标记基因可以鉴别受体细胞中是否含有目的基因 B.psy基因和crtⅠ基因的序列中可以含有用到的限制酶的识别序列 C.可通过花粉管通道法将目的基因导入水稻的受体细胞 D．可利用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否表达出相应的蛋白质 √ 解析: pmi基因编码的蛋白质可使细胞在特殊培养基上生长，故其可以作为标记基因鉴别受体细胞中是否含有目的基因，A正确；若psy基因和crt Ⅰ 基因的序列中含有用到的限制酶的识别序列，则会被破坏，B错误；可通过花粉管通道法等将目的基因导入水稻的受体细胞，C正确；检测目的基因是否表达出相应的蛋白质可用抗原—抗体杂交法，D正确。 5.转基因小鼠的过表达模型和基因敲除模型在人类疾病机理与治疗研究领域得到了广泛应用。研究表明,阿尔兹海默病(AD)发病与淀粉样前体蛋白(APP)基因突变等有关。请回答下列问题: (1)通过_____________技术将APP基因导入小鼠受精卵中,即可获得APP基因过表达的转基因小鼠模型。  解析:常通过显微注射技术将目的基因导入动物细胞中。 显微注射 (2)sgRNA可识别与之互补配对的DNA片段,我们可利用________ 为模板设计sgRNA,再利用该sgRNA引导限制酶__________________,从而获得APP基因敲除的转基因小鼠模型。  解析: 可以利用APP基因为模板设计sgRNA,由于sgRNA可识别与之互补配对的DNA片段,故可以利用该sgRNA引导限制酶切除APP基因,从而获得APP基因敲除的转基因小鼠模型。 APP基因 切除APP基因 (3)能否用抗原—抗体杂交的方法证明已获得APP基因敲除的转基因小鼠?__________(填“能”或“不能”)。请说明理由: ______________________________________________________ ______________________________________________________ _____________________________________________________。  解析: 抗原—抗体杂交法是用抗体去检测目的基因是否表达,细胞中含有APP基因也不一定表达,无论APP基因是否敲除,都可能不出现杂交带,故不能证明已获得APP基因敲除的转基因小鼠。 不能 抗原—抗体杂交法是用抗体去检测目的基因是否表达,细胞中 含有APP基因也不一定表达,无论APP基因是否敲除,都可能不 出现杂交带 (4)经研究得知,某DNA存在一个能控制转录过程的特殊区段, 科学家通过PCR技术获得了大量该区段,该技术操作流程的三个 重要步骤是______________________。  解析: PCR包括变性、复性、延伸三个步骤。 变性、复性、延伸 (5)人们发现小型猪的器官可用来替代人体器官进行移植,但小型猪器官表面的某些抗原决定蛋白仍可引起免疫排斥。科学家试图利用基因工程对小型猪的器官进行改造,在改造中导入小型猪基因组中的一些调节因子属于基因工程中的_________________,作用是抑制_____________________的表达。  解析: 导入的小型猪基因组中的一些调节因子属于目的基因,导入后可以抑制抗原决定蛋白基因的表达,降低免疫排斥反应。 目的基因 抗原决定蛋白基因 课时跟踪检测 NO.4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 检测(一)　基因工程的应用 A级——固基础,注重综合 1.基因工程应用广泛,成果丰硕。下列成果属于基因工程应用的是(　　) A.腺病毒载体重组流感病毒疫苗的制备 B.白菜与甘蓝体细胞杂交得到白菜—甘蓝 C.人工诱变获得高产青霉素的青霉菌株 D.用单个细胞培养出可供移植的皮肤 √ 6 7 8 9 10 解析:腺病毒载体重组流感病毒疫苗的制备,属于基因工程的应用,A符合题意;白菜与甘蓝体细胞杂交得到白菜—甘蓝,属于细胞工程的应用,B不符合题意;人工诱变获得高产青霉素的青霉菌株,属于诱变育种,不属于基因工程的应用,C不符合题意;用单个细胞培养出可供移植的皮肤,属于细胞工程的应用,D不符合题意。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 2.科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的表达载体,并将其导入了大西洋鲑的细胞中,获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。下列相关叙述正确的是 (　　) A.转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加 B.构建基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶 C.大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得 D.转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致其生长速度加快 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 解析:转基因大西洋鲑体内没有导入抗冻蛋白基因,只是导入了抗冻蛋白基因的启动子,故其体内抗冻蛋白不会明显增加,A错误;构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶,B错误;大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得,C错误;转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致其生长速度加快,D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 3.某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌,下列相关叙述错误的是 (　　) A.人生长激素基因可以下丘脑细胞的mRNA为模板通过逆转录获得 B.将人的生长激素基因导入大肠杆菌,需要处理得到能吸收周围环境中DNA分子的细胞 C.利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较 D.与人细胞分泌的天然生长激素相比,基因工程菌无法对生长激素进行进一步加工和修饰 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 解析:人生长激素基因在垂体细胞中表达,在下丘脑细胞中不表达,因此下丘脑细胞中没有生长激素基因转录出的mRNA,A错误;将人的生长激素基因导入大肠杆菌,常用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;利用基因工程菌制备的生长激素需要与天然产品的功能进行活性比较,以确定转基因产品的功能活性是否与天然产品相同,C正确;大肠杆菌为原核生物,无内质网和高尔基体,因此无法对生长激素进行进一步加工和修饰,D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 4.(2024·沈阳高二期末)SOD是一种抗氧化酶,它能将超氧自由基转化成H2O2,增强植物的抗逆性。如图为培育农作物新品种的一种方式。下列有关叙述正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 A.过程①可以用动物病毒作为载体 B.从该农作物新品种的细胞中检测出了SOD基因,说明该基因工程成功了 C.新品种的获得属于可遗传的变异,可能将抗逆性状遗传给子代 D.基因工程又叫重组DNA技术,所用工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体 解析:病毒的寄生具有专一性,所以过程①不能用动物病毒作为植物的载体,A错误;从该农作物新品种的细胞中检测出具有活性的SOD,才能说明该基因工程成功了,B错误;载体不属于工具酶,D错误。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 5.(2024·石家庄高二联考)科研人员将野生大豆GsSAMS基因(S⁃腺苷甲硫氨酸合成酶基因)导入水稻,获得转基因株系,与野生型相比转基因水稻的盐碱胁迫耐受性明显提高。下列有关说法错误的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 A.推测GsSAMS基因会阻碍植物渗透调节过程相关基因的表达 B.培育转基因水稻的核心工作是过程①构建基因表达载体 C.导入基因表达载体可采用过程②③农杆菌转化法侵染水稻愈伤组织 D.过程④依据植物细胞的全能性原理 解析:GsSAMS基因会提高植物渗透调节过程相关基因的表达,提高耐盐碱胁迫的能力,A错误。 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 6.苹果切开后不久颜色便会加深,这种现象称为“褐变”。褐变是由位于细胞的多酚氧化酶(PPO)催化位于液泡中的多酚类物质生成棕色色素所致。据此,科研人员培育出了抗褐变的转基因苹果,其工作流程如图所示,下列叙述正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 A.要想获得抗褐变的转基因苹果,目的基因可选卡那霉素抗性基因或抑制PPO表达的基因 B.过程①是基因工程的核心步骤,至少需要限制性内切核酸酶和DNA聚合酶的参与 C.在步骤③之前,需要用次氯酸钠溶液对苹果嫩叶碎片进行灭菌处理 D.为了评估目的基因抑制苹果褐变的效果,可与导入不含目的基因质粒的植株作对照 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 解析:要想获得抗褐变的转基因苹果,可选抑制PPO表达的基因作为目的基因,而卡那霉素抗性基因为标记基因,A错误;过程①是目的基因表达载体的构建,是基因工程的核心步骤,该过程中至少需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶的参与,B错误;在步骤③之前,需要分别用酒精和次氯酸钠溶液对苹果嫩叶碎片进行消毒处理,C错误;为了评估目的基因抑制苹果褐变的效果,可与导入不含目的基因质粒的植株作对照,本实验设计的目的是排除质粒导入本身对实验结果的影响,同时也能检测导入目的基因的效果,D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 7.某同学欲利用转基因技术将绿色荧光蛋白(G)基因整合到某行道树中,让行道树含有G基因而在夜晚发出绿色荧光,这样既可照明又可美化环境。图中①和②分别为实验所用的农杆菌质粒和含绿色荧光蛋白(G)基因的外源DNA片段。下列相关叙述错误的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 A.图中选择Ti质粒作为载体的原因是Ti质粒上的T⁃DNA可转移至受体细胞,并整合到受体细胞染色体DNA上 B.图中①②是形成含G基因的重组Ti质粒的过程,需要限制酶EcoRⅠ和DNA连接酶 C.图中①所示的Ti质粒还应该含有启动子、终止子、复制原点等 D.图中利用了植物细胞全能性的原理 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 解析:将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,将目的基因导入Ti质粒时需要导入质粒的T⁃DNA中,因为T⁃DNA能够转移到受体细胞染色体DNA上,由此可知选择的限制酶应是BamHⅠ,A正确,B错误;基因表达载体的组成必须有启动子、终止子、复制原点、标记基因和目的基因等,C正确;题图中由某行道树的韧皮部细胞→组织乙→发出绿色荧光的植株,为植物组织培养的过程,利用的原理是植物细胞的全能性,D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 8.将某病毒的外壳蛋白(L1)基因与绿色荧光蛋白(GFP)基因连接,构建 L1⁃GFP 融合基因,再将融合基因与质粒连接构建下图所示表达载体。图中限制酶 E1~E4处理产生的黏性末端均不相同。下列叙述错误的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 A.构建L1⁃GFP融合基因需要用到的限制酶有E1、E2、E4 B.E1、E4双酶切确保L1⁃GFP融合基因与载体的正确连接 C.若受体细胞中观察到了绿色,说明L1基因可能已经表达 D.培育乳汁中含 L1的转基因羊需将表达载体转入乳腺细胞 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 解析:构建L1⁃GFP融合基因需要先用限制酶处理获得L1基因和GFP基因,并将二者连接,故需要用到E1、E2、E4三种酶,A正确;根据题意,限制酶E1~E4处理产生的黏性末端均不相同,E1、E4双酶切可以保证L1⁃GFP融合基因与载体正确连接,B正确;GFP基因可以认为是标记基因,L1⁃GFP融合基因的表达可用融合基因中GFP所产生绿色荧光来检测,C正确;为了获得L1,可将表达载体转入受精卵中而不是乳腺细胞,用于培育乳汁中含有L1的转基因羊,D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 B级——强应用,体现创新 9.人类是乙型肝炎病毒的唯一宿主,接种乙肝疫苗是预防乙肝病毒感染的有效方法。乙型肝炎疫苗的研制先后经历了血源性疫苗和基因工程疫苗阶段。下图为乙肝病毒基因工程疫苗的生产和使用过程,质粒中lacZ基因可使细菌利用加入培养基的物质X⁃gal,从而使菌落显现出蓝色,若无该基因,菌落则成白色。下列相关说法错误的是(　　) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 A.过程①最好的限制酶选择方案是BamHⅠ和EcoRⅠ B.为了使重组质粒中目的基因正常表达,还需要插入启动子和终止子等 C.筛选含重组质粒的大肠杆菌,应在培养基中加入X⁃gal和青霉素 D.基因工程疫苗比血源性疫苗更安全,但仍可能出现病毒增殖和感染 解析:过程①表示获取目的基因和构建重组质粒，需要限制酶，BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点在目的基因两侧，可以获得完整的目的基因，且质粒上也存在这两种酶的识别位点，切割质粒时不会破坏青霉素抗性基因(标记基因)， 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 选择两种限制酶还可防止质粒和目的基因自身环化，以及目的基因反向连接，A正确；为了使重组质粒中目的基因正常表达，需要构建基因表达载体，除了目的基因、标记基因外，还需要插入启动子和终止子等，B正确；培养基中加入青霉素和X­gal可以用于筛选含有重组质粒的大肠杆菌，制备重组质粒选用限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ，破坏了质粒中lacZ基因，却保留了青霉素抗性基因，故可在加入青霉素的培养基中生长的白色的大肠杆菌菌落即为所需菌落，C正确；基因工程疫苗由于只利用了乙肝病毒的外壳，不含其遗传物质，所以不能完成病毒的增殖和感染，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 10.β⁃葡萄糖苷酶是工业生产中降解纤维素的关键酶,研究人员利用基因工程技术,将编码β⁃葡萄糖苷酶的基因转移到了大肠杆菌的细胞中并使之表达。下图1~3分别表示BglⅡ、BamHⅠ两种限制酶的识别序列和酶切位点,及其在质粒和含β⁃葡萄糖苷酶基因的外源DNA片段上的切割位点。其中,质粒含有leu2基因,可用于合成亮氨酸,目的基因含有卡那霉素抗性基因(KanR)。回答下列问题: 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (1)在基因工程中,质粒和目的基因构建重组质粒时必需的工具酶有____________________________、___________________。为了扩增重组质粒,需用___________处理使大肠杆菌处于能吸收周围环境中的DNA分子的状态。  解析:在基因工程中,质粒和目的基因构建重组质粒时必须先用限制性内切核酸酶(限制酶)切割,将切割后的质粒和目的基因连接起来需要DNA连接酶。为了扩增重组质粒,需用Ca2+处理使大肠杆菌处于能吸收周围环境中的DNA分子的状态。 2 3 4 限制性内切核酸酶(限制酶) DNA连接酶 Ca2+ 1 5 6 7 8 9 10 (2)根据图1分别写出BglⅡ与BamHⅠ酶切后形成的末端序列。 解析: 分析图1可得出BglⅡ和BamHⅠ切割形成的末端序列(参见答案)。 答案: 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (3)BglⅡ酶切后的质粒与BamHⅠ酶切后的目的基因能够连接的原因是_________________________________________________。  解析: 由于BglⅡ与BamHⅠ酶切后产生相同的黏性末端并遵循碱基互补配对原则,因此BglⅡ酶切后的质粒与BamHⅠ酶切后的目的基因能够相互连接。 2 3 4 酶切后产生相同的黏性末端并遵循碱基互补配对原则 1 5 6 7 8 9 10 (4)某种大肠杆菌对卡那霉素敏感,且不能在缺乏亮氨酸的培养基中培养,将连接后的产物转入该大肠杆菌,使用BglⅡ处理重组质粒,可以得到长度为_______bp的____________(填“环状”或“线性”)DNA。若要筛选含有重组质粒的大肠杆菌,应选择_____________________________ 的培养基进行培养。  2 3 4 3 300 环状 含卡那霉素但不含亮氨酸 1 5 6 7 8 9 10 解析: 质粒长度为2 800 bp,目的基因长度为500 bp,重组质粒上不再具有BglⅡ的酶切位点,故使用BglⅡ处理重组质粒,可以得到长度为2 800+500=3 300 bp的环状DNA。质粒含有leu 2基因,可用于合成亮氨酸,目的基因含有KanR,故若要筛选含有重组质粒的大肠杆菌,应选择含卡那霉素但不含亮氨酸的培养基进行培养。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 (5)大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为____________________________ _____________________。  解析: 大肠杆菌不能降解纤维素,但由于转基因的大肠杆菌能分泌出有活性的β⁃葡萄糖苷酶,故转入上述建构好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力。 2 3 4 转基因的大肠杆菌能分泌出有 活性的β⁃葡萄糖苷酶 1 2 3 4 5 6 7 8 9 检测(二)　基因工程强化练 一、选择题 1.下表为常用的限制酶及其识别序列和切割位点,由此推断以下说法,错误的是(　　) 注:Y=C或T, R=A或G。 A.HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶切割后形成平末端 B.Sau3AⅠ限制酶的切割位点在识别序列的外部 C.BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割后形成相同的黏性末端 D.一种限制酶一定只能识别一种核苷酸序列 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 解析:HindⅡ、SmaⅠ两种限制酶沿着识别序列的中轴线切开,切割后形成平末端,A正确;Sau3AⅠ限制酶识别—GATC—序列,切割位点在识别序列的外部,B正确;BamHⅠ限制酶识别—GGATCC—序列,Sau3AⅠ限制酶识别—GATC—序列,切割后形成相同的黏性末端—GATC—,C正确;HirdⅡ限制酶识别序列中,Y=C或T,R=A或G,则一种限制酶不一定只能识别一种核苷酸序列,D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2.CRISPR⁃Cas9是生物学科研的热门技术,该技术源于细菌的一种防御机制。如图所示,当细菌感知到噬菌体侵入时,会通过gRNA 识别噬菌体DNA,并通过Cas9蛋白切断目标DNA,从而起到防御作用。下列关于该机制的描述不正确的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A.gRNA与目标DNA结合片段中最多含有8种核苷酸 B.噬菌体DNA的变化体现了基因突变的不定向性 C.Cas9蛋白可破坏DNA分子的磷酸二酯键 D.光学显微镜下无法观察到该现象 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 解析:gRNA为RNA,最多含有4种核糖核苷酸,DNA含有4种脱氧核苷酸,故gRNA与目标DNA结合片段中最多含有8种核苷酸,A正确;噬菌体DNA被细菌gRNA识别并被Cas9蛋白切割属于特定位点的切割,不能体现基因突变的不定向性,B错误;Cas9蛋白可切断目标DNA,该过程破坏的是DNA分子的磷酸二酯键,C正确;该过程属于分子水平的改变,光学显微镜下无法观察到该现象,D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3.如图为某种质粒的简图,小箭头所指分别为限制性内切核酸酶 EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,P为转录的启动部位。已知目的基因的两端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,受体细胞为无任何抗药性的原核细胞。下列有关叙述,正确的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A.将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切,在DNA连接酶作用下,生成由两个DNA片段连接形成的产物有两种 B.DNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来,形成一个重组质粒时形成两个磷酸二酯键 C.为了防止目的基因反向连接和质粒自行环化,酶切时可选用的酶是EcoRⅠ和BamHⅠ D.能在含青霉素的培养基中生长的受体细胞表明该目的基因已成功导入该细胞 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 解析:根据题意,目的基因的两端有EcoRⅠ、BamHⅠ的酶切位点,将含有目的基因的DNA用EcoRⅠ酶切,会得到目的基因片段;根据质粒的简图可知,将质粒用EcoRⅠ酶切,会得到一条链状DNA;因此将含有目的基因的DNA与质粒分别用EcoRⅠ酶切,在DNA连接酶作用下,可生成目的基因—目的基因片段、目的基因—质粒片段、质粒—质粒片段三种产物,A错误。DNA连接酶的作用是将酶切后得到的黏性末端连接起来形成一个重组质粒,该过程形成四个磷酸二酯键,B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EcoRⅠ和BamHⅠ的识别序列不同,获取目的基因和切割质粒时,同时选用EcoRⅠ和BamHⅠ切割,目的基因两端形成的末端不同,切割开的质粒两端形成的末端不同,再用DNA连接酶连接,可以防止目的基因反向连接和质粒自身环化,C正确。题图显示,在构建基因表达载体的过程中质粒中的青霉素抗性基因和四环素抗性基因都不会被破坏,因此能在含青霉素和四环素的培养基中生长的受体细胞不能表明目的基因已成功导入该细胞,D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4.戊型肝炎病毒是一种RNA病毒,ORF2基因编码的结构蛋白(pORF2)位于病毒表面,构成病毒的衣売。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 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A.过程①需要的酶是RNA聚合酶,原料是A、U、G、C B.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 解析:戊型肝炎病毒是一种RNA病毒,其所含核酸是RNA,则①为逆转录过程,该过程需要的酶是逆转录酶,原料是四种脱氧核苷酸(A、T、C、G),A错误;重组基因表达载体上的启动子来源于载体,目的基因应该插在启动子和终止子之间,B错误;过程⑤需要用氯化钙处理大肠杆菌使其处于感受态,C错误;过程⑥大量制备pORF2蛋白前应做相应的检测与鉴定,D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5.研究人员用如图1中质粒和图2中含目的基因的片段构建重组质粒(图中标注了相关限制酶切割位点),将重组质粒导入大肠杆菌后进行筛选及PCR鉴定。下列叙述不正确的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A.构建重组质粒的过程应选用BclⅠ和HindⅢ两种限制酶 B.使用DNA连接酶将酶切后的质粒和目的基因片段进行重组 C.能在添加四环素的培养基上生存的一定是含有重组质粒的大肠杆菌 D.利用PCR鉴定含目的基因的大肠杆菌时应选用引物甲和引物丙 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 解析:选择的限制酶应在目的基因两端存在识别位点,但BamHⅠ会使质粒中的两种标记基因都被破坏,因此构建重组质粒的过程中只能选BclⅠ和HindⅢ两种限制酶,A正确;酶切后的质粒和目的基因片段要用DNA连接酶连接,构建基因表达载体,B正确;能在添加四环素的培养基上生存的也可能是只含有质粒的大肠杆菌,C错误;PCR技术要求两种引物分别和目的基因的两条单链结合,沿相反的方向合成子链,故所用的引物组成为图2中引物甲和引物丙,D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6.(2024·大连高二月考)如图是科研人员利用乙烯形成酶的反义基因,通过转基因技术获得耐储存的转基因番茄的过程。下列相关叙述错误的是 (　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A.该转基因技术所用的目的基因是乙烯形成酶基因 B.乙烯形成酶的反义基因与乙烯形成酶基因的区别是转录的模板链不同 C.由图可知,过程⑤依据的原理是碱基互补配对原则 D.转基因番茄中乙烯含量低的原因可能是乙烯形成酶基因的翻译过程受阻 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 解析:该转基因技术所用的目的基因是乙烯形成酶的反义基因，A错误；乙烯形成酶的反义基因与乙烯形成酶基因都是由α链和β链组成的，区别是转录的模板链相反，使转录出的mRNA能互补配对，形成双链RNA，B正确；过程⑤依据的原理是碱基互补配对原则，乙烯形成酶基因的反义拷贝转录出的反义mRNA与乙烯形成酶基因转录出的mRNA结合，可能会使乙烯形成酶基因的翻译过程受阻，C、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7．(2024·湖南高考，改编)最早的双脱氧测序法是PCR反应体系中，分别再加入一种少量的双脱氧核苷三磷酸(ddATP、ddCTP、ddGTP或ddTTP)，子链延伸时，双脱氧核苷三磷酸也遵循碱基互补配对原则。以加入ddATP的体系为例：若配对的为ddATP，延伸终止；若配对的为原脱氧核苷三磷酸(dATP)，继续延伸；PCR产物变性后电泳检测。通过该方法测序某疾病患者及对照个体的一段序列，结果如图所示。下列叙述错误的是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A.上述PCR反应体系中只加入一种引物 B.电泳时产物的片段越大,迁移速率越慢 C.5'⁃CTACCCGTGAT⁃3'为对照个体的一段序列 D.患者该段序列中某位点的碱基C突变为G 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析:利用双脱氧测序法时，PCR反应体系中加入的模板是待测的单链DNA，故只需加入一种引物，A正确。电泳时，产物的片段越大，迁移速率越慢，B正确。依据题干信息中双脱氧测序法的原理，可以确定每个泳道中条带(DNA片段)的3′终端的碱基，如＋ddATP的泳道中出现的条带(DNA片段)的3′终端碱基就是A。另外由于每个片段的起始点相同，但终止点不同，可以通过比较片段的长度来确定DNA序列中每个位置上的碱基； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图示电泳方向为从上→下，即对应的DNA片段为长→短，则对应的DNA测序结果为3′→5′，如对照个体的电泳结果最短的条带为＋ddCTP泳道组的条带，则说明该DNA片段5′端第一个碱基为C。因此对照个体的测序结果为5′­CTACCCGTGAT­3′，患者的测序结果为5′­CTACCTGTGAT­3′，C正确。对比患者和对照个体的测序结果可知，患者该段序列中某位点的碱基C突变为T，D错误。 二、非选择题 8.(2024·全国甲卷,节选)某同学采用基因工程技术在大肠杆菌中表达蛋白E。回答下列问题。 (1)该同学利用PCR扩增目的基因。PCR的每次循环包括变性、复性、延伸3个阶段,其中DNA双链打开成为单链的阶段是_________,引物与模板DNA链碱基之间的化学键是__________。  解析:PCR过程一般分为变性、复性、延伸三个步骤,其中变性是在高温下,DNA双链解螺旋,打开成为单链,温度超过90 ℃;复性是在较低温度下,引物和DNA单链通过碱基互补配对形成氢键相结合,温度为50 ℃左右;延伸是在DNA聚合酶的作用下,合成新的DNA链,温度为72 ℃左右。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 变性 氢键 (2)质粒载体上有限制酶a、b、c的酶切位点,限制酶的切割位点如图所示。构建重组质粒时,与用酶a单酶切相比,用酶a和酶b双酶切的优点体现在____________________________________________________ _______(答出两点即可);使用酶c单酶切构建重组质粒时宜选用的连接酶是___________________。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 避免目的基因或质粒自身连接、防止目的基因与质粒反向 T4 DNA连接酶 连接 解析: 双酶切的优点是避免目的基因或质粒自身连接以及防止目的基因与质粒反向连接。限制酶c切割后形成的末端为平末端,因此使用酶c单酶切构建重组质粒时宜选用的连接酶为T4 DNA连接酶。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (3)将重组质粒转入大肠杆菌前,通常先将受体细胞处理成感受态,感受态细胞的特点是_________________________________________ __________;若要验证转化的大肠杆菌中含有重组质粒,简要的实验思路和预期结果是_______________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 细胞膜通透性增加,易于吸收周围环境中 将转化的大肠杆菌的基因组DNA提取出来,在含有目 DNA分子 的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记,以此作为探针,使探针 与基因组DNA杂交,如果显示出杂交带,就表明转化的大肠杆菌中含有 重组质粒 解析: 感受态细胞的特点是细胞膜通透性增加,易于吸收周围环境中的DNA分子。若想验证转化的大肠杆菌中含有重组质粒,可将转化的大肠杆菌的基因组DNA提取出来,在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记,以此作为探针,使探针与基因组DNA杂交,如果显示出杂交带,就表明转化的大肠杆菌中含有重组质粒。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9.(2024·河北高考)新城疫病毒可引起家禽急性败血性传染病,我国科学家将该病毒相关基因改造为r2HN,使其在水稻胚乳特异表达,制备获得r2HN疫苗,并对其免疫效果进行了检测。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 回答下列问题: (1)实验所用载体的部分结构及其限制酶识别位点如图1所示。其中GtP为启动子,若使r2HN仅在水稻胚乳表达,GtP应为_____________ ___________________________启动子。Nos为终止子,其作用为 ___________________。r2HN基因内部不含载体的限制酶识别位点。因此,可选择限制酶_____________和________________对r2HN基因与载体进行酶切,用于表达载体的构建。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 在水稻胚乳 中特异表达的基因 终止转录过程 Hind Ⅲ EcoR Ⅰ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析:根据题意可知,若使r2HN仅在水稻胚乳表达,GtP(启动子)应为水稻胚乳中特异表达的基因的启动子。Nos为终止子,其作用为终止转录过程。由图1可知,GtP内部含有KpnⅠ的酶切位点,用KpnⅠ酶切会破坏启动子,Nos下游含有SacⅠ的酶切位点,用SacⅠ酶切会使重组基因表达载体缺失终止子,故构建基因表达载体时,可选择限制酶Hind Ⅲ和EcoRⅠ对r2HN基因与载体进行酶切。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (2)利用_______________方法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN表达情况,可通过PCR技术检测________________________,通过____________________技术检测是否翻译出r2HN蛋白。  解析: 可用农杆菌转化法将r2HN基因导入水稻愈伤组织。为检测r2HN基因表达情况,可用PCR技术检测r2HN基因是否转录出mRNA,若要检测r2HN基因是否翻译出r2HN蛋白,可用抗原—抗体杂交技术。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 农杆菌转化 r2HN是否转录出了mRNA 抗原—抗体杂交 (3)获得转基因植株后,通常选择单一位点插入目的基因的植株进行研究。此类植株自交一代后,r2HN纯合体植株的占比为________。选择纯合体进行后续研究的原因是____________________________。  解析: 选择单一位点插入目的基因的植株进行自交一代,根据分离定律,r2HN纯合体植株占1/4。由于纯合体植株遗传性状稳定,故选择r2HN纯合体植株进行后续研究。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1/4 遗传性状稳定 (4)制备r2HN疫苗后,为研究其免疫效果,对实验组鸡进行接种,对照组注射疫苗溶剂。检测两组鸡体内抗新城疫病毒抗体水平和特异应答的CD8+T细胞(细胞毒性T细胞)水平,结果如图2所示。据此分析,获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的__________免疫和___________免疫。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 体液 细胞 解析: 通过体液免疫,机体可产生较多相应抗体,通过细胞免疫,机体可产生较多细胞毒性T细胞。据题图2可知,实验组的抗体和CD8+T细胞(细胞毒性T细胞)明显高于对照组,因此获得的r2HN疫苗能够成功激活鸡的体液免疫和细胞免疫。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (5)利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗的优点是 ________________________________(答出两点即可)。  解析: 利用水稻作为生物反应器生产r2HN疫苗,有生产成本低、产量高、生物安全性较高、提取和处理目标产物简易等优点。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 成本低、生物安全性较高 本课结束 $$