课时作业(13) 基因工程及其延伸技术应用广泛（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（浙科版2019）

课时作业(13)　基因工程及其延伸技术应用广泛 [对应学生用书P171] 一、单项选择题 1．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重组DNA分子，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．构建重组DNA分子需要限制酶和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生长速度加快 D　[转基因大西洋鲑体内并没有导入抗冻蛋白基因，只是导入抗冻蛋白基因的启动子，故抗冻蛋白含量不会明显增加，A项错误；构建重组DNA分子需要限制酶和DNA连接酶，B项错误；大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得，C项错误；转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快，D项正确。] 2．蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”，有着超强的抗张强度，可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法——培育转基因羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法，错误的是(　　 ) A．将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成重组DNA分子 B．将含有丝蛋白基因的重组DNA分子导入动物乳腺细胞中，即可获得乳腺生物反应器 C．与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛 D．转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 B　[该过程需要将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成重组DNA分子，A项正确；将含有丝蛋白基因的重组DNA分子导入动物受精卵中才可获得乳腺生物反应器，B项错误；与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛，C项正确；转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因，D项正确。] 3．动物基因工程前景广阔，最令人兴奋的是利用基因工程技术可以将哺乳动物改造成为乳腺生物反应器，以生产所需要的药品，如利用转基因动物生产人的生长激素。科学家培养转基因动物成为乳腺生物反应器时，下列说法错误的是(　　 ) A．利用了基因工程技术 B．需要乳腺蛋白基因的启动子 C．利用农杆菌转化法将人的生长激素基因导入受精卵中 D．受体动物需要进入泌乳期才能成为“批量生产药物的工厂” C　[科学家培养转基因动物时利用了基因工程技术，A项正确；构建重组DNA分子时需要将人的生长激素基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控元件重组在一起，B项正确；将目的基因导入动物受精卵，常采用显微注射法，C项错误；由于转入的目的基因只在乳腺中特异性表达，因此受体动物需要进入泌乳期才能大量产生人的生长激素，D项正确。] 4．不是由基因工程方法生产的药物有(　　 ) A．青霉素　　　　　 B．白细胞介素 C．干扰素 D．乙肝疫苗 A　[干扰素、白细胞介素和乙肝疫苗都属于蛋白质，可利用转基因工程菌生产，青霉素不是蛋白质，不能利用基因工程方法生产，A项错误。] 5．科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法正确的是(　　 ) A．将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，可以用花粉管通道法 B．人的生长激素基因只存在于小鼠的膀胱上皮细胞中 C．进行基因转移时，通常要将外源基因转入受精卵中 D．采用抗原—抗体杂交技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组 C　[花粉管通道法用于将目的基因导入植物细胞，A项错误；小鼠的体细胞是由同一个受精卵分裂和分化来的，核遗传物质相同，故小鼠的膀胱上皮细胞中也含有人的生长激素基因，B项错误；由于受精卵的全能性最高，所以进行基因转移时通常将外源基因转入受精卵中，C项正确；检测外源基因是否插入了小鼠的基因组通常采用DNA分子杂交技术，D项错误。] 6．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容(　　 ) A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 D．按照人的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 C　[蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活性之间的关系，按照人的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学组成的分析。] 7．下列关于蛋白质工程应用的叙述不正确的是(　　 ) A．蛋白质工程可以改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性 C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素 D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂 C　[蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子的结构，来改造基因，进而控制合成新的蛋白质或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。] 8．科学家将β－干扰素基因进行定点突变后导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β－干扰素的抗病毒活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为(　　 ) A．基因工程 B．蛋白质工程 C．基因突变 D．细胞工程 B　[基因工程是将符合人们要求的目的基因导入适宜的生物体内，使其高效表达，从中提取人们所需的蛋白质，或表现出某种性状，得到的蛋白质产品仍然是天然存在的蛋白质，A项不符合题意；蛋白质工程是对控制蛋白质合成的基因进行改造或合成，从而实现对相应蛋白质的改变，所得到的蛋白质已不是天然存在的蛋白质，B项符合题意；基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、插入或缺失，引起的基因结构的改变，C项不符合题意；细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程，D项不符合题意。] 9．合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计(　　 ) A．基因的结构 B．蛋白质的结构 C．氨基酸序列 D．mRNA的结构 B　[合成自然界中不存在的蛋白质应该采用蛋白质工程，而蛋白质工程的基本途径为：从预期的蛋白质功能出发，设计预期的蛋白质结构，推测应有的氨基酸序列，找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。因此，合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计蛋白质的结构。] 10．下图表示蛋白质工程的操作过程，下列相关说法不正确的是(　　 ) A．a、b过程分别是转录、翻译 B．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 D．蛋白质工程中可以构建出一种全新的基因 C　[a过程是以DNA的一条链为模板合成mRNA的转录过程，b过程是以mRNA为模板合成具有一定氨基酸序列的多肽链的翻译过程，A项正确；蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因改造或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需求，因此蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作，B项正确；蛋白质工程是基因工程的延伸，C项错误；蛋白质工程中，可以根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因，D项正确。] 11．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，进行大规模生产后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。科学家已经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，其大致过程如下图所示。下列有关说法错误的是(　　 ) 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通常采用显微注射技术 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 A　[通过③形成的重组质粒除具有人的药用蛋白基因、启动子、终止子、标记基因外，还要有复制起点等，A项错误；转基因动物的受体细胞通常是受精卵，采用显微注射技术，B项正确；只有母牛到达泌乳期，乳腺细胞才会表达相应的药用蛋白基因，乳汁中含有药物，C项正确；从乳汁里提取药物，优点突出，使动物本身成为“批量生产药物的工厂”，D项正确。] 12．如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体的过程。下列说法正确的是(　　 ) A．生产鼠—人嵌合抗体的过程属于基因工程 B．对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构 C．对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现 D．鼠—人嵌合抗体的使用对人体不会产生任何不良反应 B　[生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程，A项错误；对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构，B项正确；对鼠源杂交瘤抗体进行改造，可通过其氨基酸序列推测相应基因中的碱基序列，通过人工合成的方法获得相关基因，C项错误；鼠—人嵌合抗体的使用会降低对人体的不良反应，D项错误。] 二、非选择题 13．Ⅰ型糖尿病是因免疫系统将自身胰岛素作为抗原识别而引起的自身免疫病。小肠黏膜长期少量吸收胰岛素抗原，能诱导免疫系统识别该抗原后应答减弱，从而缓解症状。科研人员利用Ⅰ型糖尿病模型小鼠进行动物实验，使乳酸菌在小鼠肠道内持续产生人胰岛素抗原，为此构建重组DNA分子，技术路线如下。 据图回答下列问题。 (1)为使人胰岛素在乳酸菌中高效表达，需改造其编码序列。下图是改造前后人胰岛素B链编码序列的起始30个核苷酸序列。据图分析，转录形成的mRNA中，该段序列所对应的片段内存在碱基替换的密码子数有________个。 (2)在人胰岛素A、B肽链编码序列间引入一段短肽编码序列，确保等比例表达A、B肽链。下列有关分析正确的是________(多选)。 A．引入短肽编码序列不能含终止子序列 B．引入短肽编码序列不能含终止密码子编码序列 C．引入短肽不能改变A链氨基酸序列 D．引入短肽不能改变原人胰岛素抗原性 (3)在重组DNA分子中，SacⅠ和XbaⅠ限制酶仅有图示的酶切位点。用这两种酶充分酶切重组DNA分子，可形成______种DNA片段。 (4)检测转化的乳酸菌发现，信号肽－重组人胰岛素分布在细胞壁上。由此推测，信号肽的合成和运输所经历的细胞结构依次是________________________________。 解析　(1)密码子为mRNA上三个相邻的碱基，对应DNA编码序列上三个相邻的碱基。由图可以看出，与改造前的单链相比，改造后的单链的第6、15、16、18、21、24、30位(从左往右数)的碱基发生了改变，相应发生碱基替换的密码子分别为第2、5、6、7、8、10个(从左往右数，其中第6个密码子改变了两个碱基)，共6个。(2)要确保等比例表达A、B肽链，控制合成两条肽链的DNA只有一个终止子序列，且转录形成的mRNA只能有一个终止密码子。为了保证生成的人胰岛素的正常功能，引入的短肽不能改变A链氨基酸序列，不能改变原人胰岛素抗原性。(3)由图可以看出，重组DNA分子中有两个SacⅠ识别序列、一个XbaⅠ识别序列，SacⅠ和XbaⅠ在该环状DNA分子上有3个酶切位点，用这两种酶充分酶切重组DNA分子后可得到3种DNA片段。(4)乳酸菌为原核生物，细胞内无内质网和高尔基体。结合题意推测，信号肽在核糖体上合成后，经过细胞质基质到达细胞膜，出细胞膜后分布在细胞壁上。 答案　(1)6　(2)ABCD　(3)3　(4)核糖体、细胞质基质、细胞膜、细胞壁 14．19世纪末，巴斯德开创了第一次疫苗革命，其特点是接种灭活或减毒的病原微生物。20世纪70年代开始，现代生物技术的迅猛发展开创了第二次疫苗革命，使疫苗的研制进入分子水平。图1是通过基因工程制备乙型肝炎表面抗原(HbsAg)从而获得乙肝疫苗的过程。 图1 在图1步骤①和③中，需要用合适的限制酶切割乙肝表面抗原基因和质粒。现将乙肝表面抗原基因及质粒的部分限制酶的识别序列及位置表示为图2。质粒中的启动子是质粒中基因得以正常表达所必需的部分。Lac Z基因合成某种酶，该酶能将无色染料X­gal变成蓝色，最终能在含无色染料X­gal的培养基上将含该基因的菌落染成蓝色。 限制 酶 EcoRⅠ BclⅠ BamHⅠ HindⅢ 识别 序列 及切 割位 点 图2 (1)为了避免自身环化及便于筛选，切割质粒选用的限制酶是______________________，切割乙肝表面抗原基因选用的限制酶是____________________________________。 (2)为筛选含有乙肝表面抗原的大肠杆菌细胞，需要将导入操作之后的大肠杆菌接种到含__________________________________________的固体牛肉膏蛋白胨培养基上，挑选________________________的菌落纯化培养。 (3)下列有关限制酶的叙述，正确的是(　　 ) A．限制酶催化的反应类型是氧化分解反应 B．限制酶破坏的是氢键 C．一种限制酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列 D．EcoRⅠ与HindⅢ相比较，EcoRⅠ酶切后的DNA片段较容易分离 (4)在图1步骤④中，使用的基因工程工具酶是______________________。在一个乙肝表面抗原基因与一个质粒重组的过程中(图1步骤④)，游离的磷酸基团数目减少__________个。 (5)通过基因工程生产的疫苗与灭活或减毒的病原微生物的疫苗，在安全性方面的比较结果及理由是：________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 解析　(1)目的基因中含有限制酶EcoRⅠ的切割位点，因此不能用该酶切割外源DNA分子，切割乙肝表面抗原基因选用的限制酶是BclⅠ和Hind Ⅲ。用限制酶BclⅠ切割质粒会破坏启动子，同时为了避免自身环化及便于筛选，切割质粒选用的限制酶是BamHⅠ和HindⅢ(BclⅠ和BamHⅠ切割产生的黏性末端相同)。(2)构建重组质粒时使用了限制酶Hind Ⅲ，导致Lac Z基因被破坏(导入重组质粒的大肠杆菌不能合成某种酶，不能使无色染料X­gal变成蓝色)，但没有破坏氨苄青霉素抗性基因(导入重组质粒的大肠杆菌能抗氨苄青霉素)。为筛选含有乙肝表面抗原的大肠杆菌细胞，需要将导入操作之后的大肠杆菌接种到含氨苄青霉素和无色染料X­gal的固体牛肉膏蛋白胨培养基上，挑选未被染成蓝色的菌落纯化培养。(3)限制酶催化的反应类型是水解反应，A项错误；限制酶破坏的是磷酸二酯键，B项错误；一种限制酶只能识别双链DNA中某种特定的脱氧核苷酸序列，C项正确；C­G含量越高，DNA分子越稳定，因此EcoRⅠ与HindⅢ相比较，EcoRⅠ酶切后的DNA片段较容易分离，D项正确。(4)图1步骤④表示重组质粒的构建过程，该过程需要DNA连接酶。在一个乙肝表面抗原基因(含有2个游离的磷酸基团)与一个质粒(含有2个游离的磷酸基团)重组的过程中(图1的步骤④)，游离的磷酸基团数目减少4个。(5)通过基因工程生产的疫苗比灭活或减毒的病原微生物的疫苗更安全，因为疫苗成分中只含病毒蛋白，不含病毒核酸，不会出现病毒侵染的情况。 答案　(1)BamHⅠ和Hind Ⅲ　BclⅠ和Hind Ⅲ (2)氨苄青霉素和无色染料X—gal　未被染成蓝色　(3)CD　(4)DNA连接酶　4　(5)通过基因工程生产的疫苗更安全，因为疫苗成分中只含病毒蛋白，不含病毒核酸，不会出现病毒侵染的情况 学科网（北京）股份有限公司 $$