课时梯级训练(15) 基因工程的应用（Word练习）-【优化指导】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 不定项）

课时梯级训练(15)　基因工程的应用 一、选择题 1．(2024·汕头高二检测)抗逆转基因作物的培育与推广带来的巨大社会效益是(　　) ①在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制 ②减少了化学农药对环境的污染和对人畜的危害 ③减少了化肥的制造和使用量，有利于环境的保护 ④已成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术 A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④ B　解析：抗逆转基因作物在一定程度上使作物摆脱了土壤和气候条件的限制，①正确；抗虫转基因作物和抗病转基因作物能减少农药对环境的污染和对人畜的危害，②正确；抗逆转基因作物的培育与推广，也需要一定量的化肥，因此不一定能减少化肥的制造和使用量，③错误；抗逆转基因植物使得作物在不良环境下更好地生长，提高产量，已成为人类解决饥饿和贫困不可或缺的技术，④正确。 2．(2024·沈阳高二检测)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扩增获得 D．转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快 D　解析：分析题意可知，转基因大西洋鲑体内转入的是抗冻蛋白基因的启动子和生长激素基因，并未转入抗冻蛋白基因，因此转基因大西洋鲑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；大鳞鲑鱼的生长激素基因可以通过PCR扩增获得，C错误；由于转入了大鳞鲑鱼的生长激素基因，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。 3．通过基因工程技术，可以将抗草甘膦基因导入大豆，培育出抗除草剂作物。下列相关叙述错误的是(　　) A．构建基因表达载体时要用到耐高温的DNA聚合酶和DNA连接酶 B．可以用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞 C．培育过程需要借助植物组织培养技术 D．需要在个体水平上对目的基因进行检测和鉴定 A　解析：构建基因表达载体不需要耐高温的DNA聚合酶，需要的是限制性内切核酸酶和DNA连接酶，A错误。 4．(2024·福州高二检测)科学家利用现代生物技术将生长激素基因导入小鼠受精卵，得到了体型巨大的“超级小鼠”；采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。关于以上两则基因工程应用的说法，正确的是(　　) A．“超级小鼠”、转基因烟草发生的变异不可遗传 B．常用显微注射法将基因表达载体导入小鼠的体细胞中 C．构建基因表达载体常用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体 D．培育转基因植物时，农杆菌的作用是使目的基因导入植物细胞 D　解析：“超级小鼠”、转基因烟草发生的变异是通过转基因技术实现的，属于基因重组，是可遗传的变异，A错误；常用显微注射法将基因表达载体导入小鼠的受精卵中，B错误；构建基因表达载体常用的工具酶有限制酶、DNA连接酶，载体相当于运输工具，不是工具酶，C错误；培育转基因植物时，农杆菌的作用是使目的基因导入植物细胞，D正确。 5．下列有关动物基因工程的说法，错误的是(　　) A．利用转基因技术可以提高生物中营养成分的含量 B．将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低 C．利用基因工程得到的乳腺生物反应器可以解决很多重要药品的生产问题 D．用转基因动物作为器官移植的供体时，由于导入的是调控基因表达的DNA序列，而不是目的基因，所以无法抑制供体细胞抗原物质的合成 D　解析：利用转基因技术可以提高生物中营养成分的含量，A正确；肠乳糖酶基因表达出的乳糖酶能够催化乳糖分解，将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组中，使获得的转基因牛分泌的乳汁中乳糖的含量大大降低，B正确；利用基因工程得到乳腺生物反应器，当转基因动物进入泌乳期后，能够通过分泌乳汁来生产所需的药物，可以解决很多重要药品的生产问题，C正确；用转基因动物作为器官移植的供体时，在供体器官基因组中导入某种调控基因表达的DNA序列，以抑制抗原决定基因的表达，D错误。 二、非选择题 6．(2024·濮阳高二检测)利用基因工程技术，可以让哺乳动物批量生产药物。如图为利用乳腺生物反应器生产血清白蛋白的技术流程。回答下列问题： (1)①过程为构建基因表达载体，其目的是__________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 为使血清白蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达，应将血清白蛋白基因与________________的启动子重组在一起。 (2)构建好的基因表达载体常利用________法导入动物受精卵中。为筛选雌性胚胎，在胚胎移植前应从囊胚中的________取样做DNA分析，鉴定性别。 (3)④过程指________，该过程的实质是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)利用乳腺生物反应器生产蛋白质类药物的优势有 ________________________________________________________________________ __________________________________________________________(答出一点即可)。 答案：(1)让血清白蛋白基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使血清白蛋白基因能够表达和发挥作用　乳腺中特异表达的基因 (2)显微注射　滋养层 (3)胚胎移植　早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 (4)①产量高，易收获目标产品，产品可以随乳汁分泌排出动物体外；②目标产品的质量好，具备全面的加工和修饰蛋白质的能力；③产品生产成本低；④从乳汁中提取产品，操作比较简单 解析：(1)构建基因表达载体的目的是将目的基因片段导入活细胞，使目的基因在受体细胞中稳定存在并且可以遗传至下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用，这是基因工程的核心步骤。为使血清白蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达，应将血清白蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组在一起，这样可以确保该基因只在乳腺细胞中表达，从而生产出含有高浓度血清白蛋白的乳汁。(2)将目的基因导入受体细胞时，根据受体细胞不同，导入的方法也不一样，将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。在囊胚中，滋养层细胞负责提供胚胎所需的营养物质，而内细胞团则是未来胎儿发育的源头，为了确保不会影响未来胎儿的发育，我们通常会选择从滋养层细胞中进行取样做DNA分析，鉴定性别。(3)胚胎移植是指将雌性动物体内的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状况相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术，④过程指胚胎移植。胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。(4)乳腺生物反应器是一种基于转基因技术的生产方式，通过在哺乳动物(如牛、羊等)的乳腺中特异表达外源蛋白，并分泌到乳汁中，再从乳汁中提取目的蛋白，利用乳腺生物反应器生产蛋白质类药物的优势有①产量高，易收获目标产品，产品可以随乳汁分泌排出动物体外；②目标产品的质量好，具备全面的加工和修饰蛋白质的能力；③产品生产成本低；④从乳汁中提取产品，操作比较简单。 一、选择题 1．(2024·合肥高二检测)某医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。以下与此有关的叙述，正确的是(　　) A．“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物 B．根据人白蛋白的氨基酸序列推测出人白蛋白基因的碱基序列后，通过化学方法合成的人白蛋白基因的碱基序列和人细胞中的白蛋白基因的碱基序列不一定相同 C．人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的，在其他细胞中则是杂合的 D．所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因 B　解析：“转基因动物”是指以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并遗传给后代的一类动物，而不是指出现新基因的动物，如发生基因突变可能会出现新基因，但发生基因突变的动物不是转基因动物，A错误；根据人白蛋白的氨基酸序列推测出人白蛋白基因的碱基序列后，通过化学方法合成的人白蛋白基因的碱基序列和人细胞中的白蛋白基因的碱基序列不一定相同，B正确；人们只在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中表达，即基因的选择性表达，C错误；所谓“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞合成更多的人白蛋白，D错误。 2．(2024·北京高二期末)我国科研人员用两个机理不同的抗虫基因(CryIA和CpTI)构建融合基因表达载体，导入棉花细胞培育出双价转基因抗虫棉。抗虫棉的推广在提高经济和环境效益的同时，也保护了中国棉花产业的安全。下列叙述错误的是(　　) A．基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间 B．该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中 C．可用PCR等技术检测融合基因是否转录出mRNA D．双价抗虫棉比单价抗虫棉选择抗性棉铃虫的速率更快 D　解析：基因表达载体中融合基因位于启动子与终止子之间，才能保证抗性基因的表达，A正确；该融合基因必须整合到棉花细胞的基因组DNA中，才能使抗性基因稳定存在并表达，B正确；可用PCR等技术检测融合基因是否转录出mRNA，C正确；双价抗虫棉与单价抗虫棉选择的机理不同，从不同方向对害虫进行选择，双价抗虫棉比单价抗虫棉选择抗性棉铃虫的速率慢，D错误。 3．(2024·济南高二期中)将人抗体基因插入噬菌体DNA，然后让该噬菌体侵染大肠杆菌，表达的抗体可能和病毒蛋白以融合蛋白的形式，附着在噬菌体表面，也可能通过大肠杆菌分泌出去。下列叙述错误的是(　　) A．可从人的B淋巴细胞中获取总RNA，通过逆转录和PCR技术扩增出抗体基因 B．为防止抗体被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞 C．在把抗体基因导入受体细胞过程中，必须用Ca2＋处理大肠杆菌 D．通过该方法生产的抗体具有灵敏度高、特异性强的特点 C　解析：人体中B淋巴细胞的种类繁多，为获得相应的抗体基因，可提取人体B淋巴细胞中的总RNA，通过逆转录获得目的基因，再通过PCR技术扩增，最后筛选出目的基因，A正确；对于大肠杆菌来说，目的基因表达的抗体属于外来蛋白质，会被蛋白酶分解，因此应选择蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞，B正确；由题意可知，以噬菌体DNA为载体，插入目的基因形成重组噬菌体，利用噬菌体的特性侵染大肠杆菌，将目的基因转入受体细胞中，不需要用Ca2＋处理大肠杆菌，C错误；利用该方法生产的抗体种类单一、纯度高，因而具有灵敏度高、特异性强的特点，D正确。 4．(2024·郑州高二检测)利用基因工程生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示，下列叙述错误的是(　　) A．过程①是在小菜蛾细胞的细胞核中进行的 B．过程②获取的CarE基因中不含有启动子 C．过程③进行前需要用Ca2＋处理大肠杆菌 D．过程④可利用PCR等技术检测目的基因是否已导入受体细胞 A　解析：过程①表示通过逆转录合成目的基因，该过程是在体外进行的，不是在小菜蛾细胞的细胞核中进行的，A错误；通过逆转录获得的目的基因不含启动子，因此过程②获取的CarE基因中不含有启动子，B正确；过程③为将重组的表达载体导入大肠杆菌，一般先用Ca2＋处理大肠杆菌，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组的基因表达载体导入其中，C正确；可利用PCR等技术检测目的基因是否已导入受体细胞，D正确。 5．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最有效方法。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X­gal，从而使菌落显现出蓝色，若无该基因，菌落则为白色。下列相关说法不正确的是(　　) A．过程①最好的限制酶选择方案是BamH Ⅰ 和EcoR Ⅰ 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 C．筛选含重组质粒的大肠杆菌，应在培养基中加入X­gal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 D　解析：过程①表示获取目的基因，构建重组质粒，限制酶BamH Ⅰ 和EcoR Ⅰ 的酶切位点在目的基因两侧，使用这两种酶切割目的基因可以获得完整且不发生自身环化的目的基因，另外质粒上也存在这两种酶的识别位点，且BamH Ⅰ 酶切位点在LacZ基因上，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，还需要插入启动子和终止子，B正确；培养基中加青霉素和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BamH Ⅰ 和EcoR Ⅰ ，破坏了质粒中LacZ基因，却保留了青霉素抗性基因，故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。 6．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程为甲种生物目的基因的mRNA目的基因重组质粒导入乙种生物的细胞获得甲种生物的蛋白质。下列说法正确的是(　　) A．过程①需要逆转录酶和A、U、G、C 4种碱基 B．过程②中要用限制酶切割质粒，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起 C．如果受体细胞是动物细胞，过程③可以用农杆菌转化法 D．过程④不需要核糖核苷酸 B　解析：过程①表示以mRNA为模板逆转录合成DNA的过程，需要逆转录酶和4种游离的脱氧核苷酸，A错误；过程②表示基因表达载体的构建过程，要先用限制酶切割质粒，再用DNA连接酶把目的基因和质粒重组在一起，B正确；将目的基因导入动物细胞最常用且最有效的方法是显微注射法，农杆菌转化法用于将目的基因导入植物细胞，C错误；过程④包括转录和翻译，转录需要4种核糖核苷酸，D错误。 7．(不定项)下图是科研人员利用乙烯合成酶的反义基因，通过转基因技术获得耐储存的转基因番茄的过程。下列相关叙述不正确的是(　　) A．该转基因技术所用的目的基因是乙烯合成酶基因 B．乙烯合成酶的反义基因与乙烯合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．转基因番茄中无乙烯合成的原因可能是乙烯合成酶基因的翻译过程受阻 A　解析：该转基因技术所用的目的基因是乙烯合成酶的反义基因，A错误；乙烯合成酶的反义基因与乙烯合成酶基因都是α链和β链组成的，区别是转录的模板链不同，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，乙烯合成酶基因的反义拷贝转录出的反义mRNA与乙烯合成酶基因转录出的mRNA结合，可能会使乙烯合成酶基因的翻译过程受阻，C、D正确。 二、非选择题 8．医学研究发现，番茄红素具有一定的抗癌效果，其合成、转化途径如图1所示。由于普通番茄合成的番茄红素易发生转化，科学家设计了一种重组DNA(质粒三)，它能转录出双链RNA(发卡)，番茄细胞可以识别侵入的双链RNA并将该双链RNA及具有相同序列的单链RNA一起降解，提高了果实中番茄红素的含量(图2)。请分析回答下列问题： (1)转录出“发卡”的DNA片段实际上是两个反向连接的________________基因，由于“发卡”阻止了其在细胞内的________(填“转录”或“翻译”)过程，所以提高了果实中番茄红素的含量。 (2)为保证第二个目的基因片段反向连接，处理已开环质粒二所用的两种限制酶是______和________。 (3)科学家发现，培育成功的转基因番茄植株对光能的利用能力有所下降，据图1推测，可能的原因是____________________________________________。为解决此问题，可以按照乳腺生物反应器的原理，在转录出“发卡”的DNA片段前面加入只在果实中发挥作用的________。 (4)去磷酸化是去掉黏性末端最外侧游离的磷酸基团。对已开环的质粒二两端去磷酸化的主要目的是阻止其__________________。 答案：(1)番茄红素环化酶　翻译 (2)Ecl136 Ⅱ　BamH Ⅰ (3)胡萝卜素、叶黄素合成受阻，光反应减弱　启动子 (4)自身成环(或自身环化) 解析：(1)重组DNA(质粒三)能转录出双链RNA(发卡)，从而提高果实中番茄红素的含量，根据题干信息和图1可知，其阻止了番茄红素环化酶的翻译，所以转录出“发卡”的DNA片段实际上是两个反向连接的番茄红素环化酶基因。(2)图2中，目的基因的两侧存在限制酶Ecl136 Ⅱ、BamH Ⅰ 酶切位点，所以为保证第二个目的基因片段反向连接，处理已开环质粒二所用的两种限制酶是Ecl136 Ⅱ 和BamH Ⅰ 。(3)转基因番茄植株对光能的利用能力有所下降，根据图1推测可能的原因是转基因番茄细胞中缺乏番茄红素环化酶，使胡萝卜素、叶黄素合成受阻，光反应减弱。要使目的基因只在果实中发挥作用，可以在目的基因前面加上只在果实中发挥作用的启动子。(4)对已开环的质粒二两端去磷酸化的主要目的是阻止其自身成环(或自身环化)。 9．(2024·安阳高二检测)凝乳酶是奶酪工业生产中一个重要的工业酶，用来凝聚固化奶中的蛋白质，传统的制备凝乳酶的方法是从小牛的胃黏膜中提取。为了满足日益增长的市场需求，科学家尝试利用各种技术生产凝乳酶。请回答下列问题： (1)诱变育种：选育高凝乳酶活性的菌株。 ①米黑毛霉是一种产凝乳酶的真菌，可采用紫外线进行诱变筛选出凝乳酶活性较高的优良菌株，其育种原理是________，诱变后可以用____________________法分离出优良菌株的单菌落。 ②菌株的营养会影响菌体的代谢，图1为培养基中葡萄糖浓度对菌株产生的凝乳酶活力的影响，由图可以得出的结论是___________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 葡萄糖在培养基中的作用是__________________________________________________。 (2)植物生物反应器：在转基因烟草中表达重组的牛凝乳酶。 ①图2为构建基因表达载体时所用的Ti质粒，根据基因表达载体的组成分析，CaMV35S是________。如果以收获整个烟草植株提取凝乳酶为目标，则CaMV35S应该具有_______________________________________________________________________________ __________________________________________________________的特点。 ②构建基因表达载体时最好选用限制酶________切割质粒和牛凝乳酶基因；为筛选出导入了T­DNA的受体细胞，应在添加________的培养基上培养转化的烟草细胞。 ③获得的重组牛凝乳酶需要做活性分析，请给出一种方法判断重组牛凝乳酶是否具有生物活性： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)①基因突变　平板划线(或稀释涂布平板)　②葡萄糖浓度从0.5%增加至2.5%时，凝乳酶活力不断增大；在2.5%时，凝乳酶活力达到最大，之后随着葡萄糖浓度的继续增加，凝乳酶活力呈现下降趋势　作为碳源和能源物质 (2)①启动子　使凝乳酶基因在所有组织中表达　②Sma Ⅰ 和BamH Ⅰ　氨苄青霉素　③将获得的重组牛凝乳酶加入牛奶，如果重组牛凝乳酶能够使牛奶凝聚固化，就说明重组牛凝乳酶有生物活性；否则没有活性 解析：(1)①诱变育种的原理是基因突变，诱变后可以用平板划线法或稀释涂布平板法分离出优良菌株的单菌落。②由图1可以得出的结论是葡萄糖浓度从0.5%增加至2.5%时，凝乳酶活力不断增大；在2.5%时，凝乳酶活力达到最大，之后随着葡萄糖浓度的继续增加，凝乳酶活力呈现下降趋势；葡萄糖在培养基中的作用是作为碳源和能源物质。(2)①根据基因表达载体的组成分析，CaMV35S是启动子。如果以收获整个烟草植株提取凝乳酶为目标，则CaMV35S应该具有使凝乳酶基因在所有组织中表达的特点。②Ti质粒的T­DNA可整合到受体细胞染色体DNA上，Bcl Ⅰ 能破坏氨苄青霉素抗性基因，因此构建基因表达载体时最好选用限制酶Sma Ⅰ 和BamH Ⅰ 切割质粒和牛凝乳酶基因，产生的相同的黏性末端可以保证牛凝乳酶基因正确插入T­DNA区域；为筛选出导入了T­DNA的受体细胞，应在添加氨苄青霉素的培养基上培养转化的烟草细胞。③将获得的重组牛凝乳酶加入牛奶，如果重组牛凝乳酶能够使牛奶凝聚固化，就说明重组牛凝乳酶有生物活性；否则没有活性。 学科网（北京）股份有限公司 $$