3.3基因工程的应用同步练习-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第3节　基因工程的应用 一、必备知识基础 1.(2025山西太原期中)基因工程应用广泛,成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是(　　) A.利用X射线、紫外线照射处理培育青霉素高产菌株 B.将外源生长激素基因导入鲤鱼可提高鲤鱼的生长速率 C.将来源于某些病毒的抗病基因导入植物中培育抗虫植物 D.将目的基因与乳腺中特异表达的基因的启动子重组可构建乳腺生物反应器 2.(2025山西晋中期中)科研人员通过不断的探索,发现Bt抗虫蛋白能有效地对棉铃虫起到杀伤作用。科研人员通过基因工程的方法,成功地将抗虫基因转入棉花细胞内,并使其得到表达。下列叙述错误的是(　　) A.目的基因表达过程中,需依赖RNA聚合酶 B.重组DNA进入受体细胞后,目的基因不一定能表达 C.培育转基因抗虫棉时,需将目的基因与载体结合形成基因表达载体 D.种植转基因抗虫棉可以减少农药的使用量,对环境不会产生负面影响 3.科学家利用耐盐碱植物中的耐盐基因,培育出了耐盐水稻新品系,过程如下图所示。下列说法错误的是(　　) A.阶段Ⅰ、Ⅱ分别采用重组DNA技术、植物组织培养技术 B.可采用抗原—抗体杂交技术对耐盐基因的表达产物进行检测 C.水稻细胞内检测到耐盐基因的表达产物,并不能说明育种已成功 D.常采用显微注射法将目的基因导入水稻细胞 4.(2025甘肃二模)基因工程在农牧业、医药卫生和食品工业等方面的应用发展迅速。下图表示利用基因工程技术生产人血清白蛋白的两条途径。下列叙述错误的是(　　) A.扩增目的基因时,利用耐高温的DNA聚合酶从引物a、b的3'端进行子链合成 B.目的基因要与能在绵羊乳腺细胞中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起 C.若目的基因是由从人的细胞内提取的mRNA经逆转录形成的,则该目的基因中不含启动子序列 D.可以利用农杆菌转化法将含有目的基因的重组质粒直接整合到受体植物细胞的染色体DNA上 5.人的血清白蛋白在临床上需求量很大。科学家培育出一种转基因山羊,其膀胱上皮细胞可以合成人的血清白蛋白并分泌到尿液中。下列叙述正确的是(　　) A.可从人体成熟的红细胞中获取血清白蛋白基因 B.应选用膀胱上皮细胞作为目的基因的受体细胞 C.人的血清白蛋白基因只存在于转基因山羊的膀胱上皮细胞中 D.转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中有利于该蛋白的收集 6.下列有关基因工程在食品工业方面的应用的叙述,错误的是(　　) A.科学家将编码牛凝乳酶的基因导入“工程菌”的基因组中,通过工业发酵批量生产凝乳酶 B.工业化生产过程中,若采用重组大肠杆菌生产凝乳酶,大肠杆菌内表达出的凝乳酶与牛凝乳酶的结构相同 C.人们利用基因工程技术,培育出了可以降解多种污染物的“超级细菌” D.用基因工程获取的工业用酶具有纯度高、生产效率高的特点 7.(2025北京开学考)玉米叶肉细胞中含有一种能催化CO2固定的酶PEPC,水稻叶肉细胞中含有一种能催化CO2固定的酶Rubisco。PEPC固定CO2的能力是Rubisco的约60倍,将玉米的PEPC基因导入水稻后,水稻在高光强下的光合速率显著增加,如下图。下列说法不正确的是(　　) A.转基因水稻比原种水稻的气孔导度增加最大可达到100% B.转基因水稻光合速率增加的原因不是气孔导度增加使暗反应增强 C.光强为1 000 μmol/(m2·s)时,转基因水稻和原种水稻的光合速率限制性因素相同 D.高光强时,相同气孔导度下转基因水稻光合速率强可能与利用低浓度CO2能力强有关 8.促红细胞生成素(简称EPO)是由肾合成的一种糖蛋白类激素。肾功能出现损害时EPO分泌受限,引发贫血。重组人促红素主要用于治疗肾功能不全所导致的贫血,科研人员利用大肠杆菌构建EPO工程菌,流程如图所示。回答下列问题。 (1)获取目的基因。从肾细胞中提取mRNA后,在　　　　　酶的作用下获得cDNA。 (2)为保证EPO基因能按照正确的方向与质粒连接,已知EPO基因序列内部和两端不含图中限制酶的识别序列,利用PCR扩增EPO基因时,在EPO基因的左右两端分别添加限制酶　　　　、　　　的识别序列,且识别序列应添加在引物的　　　　(填“3'”或“5'”)端。 (3)导入。将重组质粒导入大肠杆菌之前,一般先用　　　　处理大肠杆菌,目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)筛选、扩大菌种。为筛选成功导入的大肠杆菌,可将菌种接种在含　　　　　　　　的固体培养基上培养。将工程菌接种至发酵罐内进行增殖。培养过程中可定期取样并使用细菌计数板对菌体进行直接计数,以评估增殖情况。  (5)研究发现,通过绵羊乳腺生物反应器获得的EPO蛋白A比通过工程菌获得的EPO蛋白B的空间结构更复杂,生物活性也更强,造成这种结果的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  二、能力素养提升 9.复合型免疫缺陷症患者缺失ada基因,利用基因工程技术将人正常ada基因以病毒为载体转入患者的T细胞中,再将携带ada基因的T细胞注入患者体内,可改善患者的免疫功能。下列相关叙述错误的是(　　) A.可通过PCR技术从正常人基因文库中大量获取正常ada基因 B.ada基因整合到病毒核酸的过程中,需使用限制酶和DNA连接酶 C.ada基因整合到病毒核酸上,并在病毒体内进行复制 D.将正常ada基因转入患者的T细胞进行治疗的方法属于基因治疗 10.下列关于用转基因动物作器官移植供体的研究的叙述,错误的是(　　) 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调控基因表达的DNA序列,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因 11.下列关于利用乳腺生物反应器生产药用蛋白的叙述,错误的是(　　) A.需要将编码药用蛋白的基因与乳腺中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起 B.常使用显微注射技术将基因表达载体导入乳腺细胞 C.培育转基因动物需要借助于早期胚胎培养和胚胎移植技术 D.药物的生产受到转基因动物性别和年龄的限制 12.有种被称为“黑寡妇”的蜘蛛吐出的丝比已知的任何蛛丝的强度都高,用这种蜘蛛丝织成的布比制造防弹背心所用的纤维的强度还高得多。科学家们把“黑寡妇”蜘蛛体内产生的蜘蛛丝蛋白的基因,巧妙地移植到山羊受精卵的细胞核内,培育出转基因“蜘蛛羊”乳腺生物反应器,并用相应的技术获得了坚韧程度极强的蜘蛛丝蛋白,科学家给这种物质取名叫“生物钢”。其过程如下,请回答下列问题。 (1)通过过程①获得的蜘蛛丝蛋白基因可以利用　　　　　　　技术进行大量的扩增,扩增时需要设计相应的引物,引物设计的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)过程②科学家将蜘蛛丝蛋白基因导入山羊的受精卵中,并需要筛选性染色体组成为　　　　的受精卵进行培养,过程④还必须经过早期胚胎培养、　　　　　　　　　等胚胎工程的技术手段,进而培育出转基因“蜘蛛羊”乳腺生物反应器。  (3)基因工程操作的核心步骤是　　　　　　　　　　　　　　,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,并且可以遗传给下一代。为此,需要在蜘蛛丝蛋白基因的上游加上启动子,对该启动子的要求是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)转基因“蜘蛛羊”乳腺生物反应器生产的“生物钢”坚韧程度极强,可替代高强度包装塑料和商业用渔网,请从环境保护的角度考虑其优点是　　　　　　　　　　　。  13.(2025江苏扬州期中)有些人由于不能完全消化牛奶中的乳糖,饮用牛奶后易出现腹泻等不适症状,这称为乳糖不耐受。为了解决这一问题,科学家将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,使获得的转基因奶牛分泌的乳汁中,乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响。根据如下操作流程回答相关问题。 (1)为了获得更多的卵母细胞,在进行①过程前,需要用　　　　　　　　处理奶牛A,从输卵管中采集卵母细胞后,还需要体外培养至　　　　期,才可以进行③过程。通过图中②过程采集的奶牛B精子不能立即与卵子受精,常用化学诱导法对奶牛的精子进行　　　　处理,即用一定浓度的　　　或Ca2+载体溶液处理。  (2)⑤过程表示将重组质粒导入受体细胞,常用的方法是　　　　　　　　　　。当受精卵发育到　　　　　　时,需要取　　　　　　细胞进行性别鉴定,以确保发育成熟的牛能分泌乳汁。同时还要用基因探针与目的基因杂交,以检测　　　　　　　　　　。  (3)在移植胚胎前,可以选择发育良好、形态正常的　　　　　　　　　　　　　　　进行胚胎分割。  (4)外源基因插入奶牛受精卵中的DNA上后,有的受精卵发育成转基因奶牛,有的会死亡。受精卵死亡的原因最可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。⑦过程的检测结果为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　时,说明转基因奶牛D是符合要求的优质牛。  参考答案 1.A　解析 利用X射线、紫外线照射处理培育青霉素高产菌株,这属于诱变育种,原理是基因突变,A项符合题意。 2.D　解析 目的基因表达时,转录过程需依赖RNA聚合酶,A项正确。重组DNA进入受体细胞后,在适当的条件下才能表达,B项正确。培育转基因抗虫棉时,需将目的基因与载体结合形成基因表达载体,以便将目的基因导入受体细胞,C项正确。转基因抗虫棉可能会与野生植物杂交,造成基因污染,可能会对生物多样性构成潜在的威胁,D项错误。 3.D　解析 阶段Ⅰ表示将目的基因导入水稻细胞中,采用了重组DNA技术;阶段Ⅱ表示将水稻细胞培养成完整植株,采用了植物组织培养技术,A项正确。耐盐基因的表达产物是蛋白质,可用抗原—抗体杂交技术对其进行检测,B项正确。水稻细胞内检测到耐盐基因表达产物,并不能说明育种已成功,还要进一步检测该转基因植物是否能够在盐碱地中生长,C项正确。通常采用花粉管通道法或农杆菌转化法将目的基因导入水稻细胞,D项错误。 4.D　解析 扩增目的基因时,利用耐高温的DNA聚合酶从引物a、b的3'端进行子链合成,A项正确。为了让目的基因在乳腺细胞中特异性表达,目的基因要与能在绵羊乳腺细胞中特异性表达的基因的启动子等调控元件重组在一起,B项正确。mRNA是由基因启动子后面的序列编码而来的,若目的基因是由从人的细胞内提取的mRNA经逆转录形成的,则该目的基因中不含启动子序列,C项正确。农杆菌Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这一特点,将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到受体植物细胞的染色体DNA上,D项错误。 5.D　解析 人体成熟的红细胞无细胞核,无法获取血清白蛋白基因,A项错误。由于膀胱上皮细胞没有全能性,应选用受精卵作为目的基因的受体细胞,以培育出转基因山羊,B项错误。人的血清白蛋白基因存在于转基因山羊的所有细胞中,但只在膀胱上皮细胞中表达,C项错误。转基因山羊将人的血清白蛋白分泌到尿液中,只要收集尿液即可收集该蛋白,D项正确。 6.B　解析 利用基因工程技术,将牛凝乳酶基因转入大肠杆菌基因组中,大肠杆菌内表达出的凝乳酶与牛凝乳酶的结构不相同,因为大肠杆菌细胞内没有内质网和高尔基体,不能对凝乳酶进行加工,B项错误。 7.C　解析 由题图可知,转基因水稻的气孔导度最大可达0.8 μmol/(m2·s),原种水稻的气孔导度最大可达0.4 μmol/(m2·s),转基因水稻比原种水稻的气孔导度增加最大可达到(0.8-0.4)/0.4=100%,A项正确。在大于1 000 μmol/(m2·s)光强条件下,两种水稻的气孔导度开始下降,但转基因水稻的光合速率仍在增加,据此推测转基因水稻光合速率增加不是气孔导度增加使进入叶片细胞内的CO2量增加,从而使暗反应增强导致的,B项正确。光强为1 000 μmol/(m2·s)时,原种水稻的光合速率已达到最大值,此时光合速率的限制性因素是除光强之外的其他因素;光强为1 000 μmol/(m2·s)时,转基因水稻的光合速率仍受光强的影响,限制因素仍是光强。因此,光强为1 000 μmol/(m2·s)时,转基因水稻和原种水稻光合速率限制性因素不同,C项错误。PEPC固定CO2能力是Rubisco的约60倍,据此推测高光强时,相同气孔导度下转基因水稻光合速率强可能与转基因水稻中表达的酶PEPC利用低浓度CO2能力强有关,D项正确。 8.答案 (1)逆转录 (2)EcoRⅠ　HindⅢ　5' (3)Ca2+　使大肠杆菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,有利于基因表达载体的导入 (4)卡那霉素 (5)大肠杆菌为原核细胞,缺乏完善的蛋白质加工(如糖基化)修饰功能,绵羊乳腺细胞属于真核细胞,可对蛋白质进行加工修饰,提升产物活性和结构复杂性 解析 (1)mRNA是单链分子,利用逆转录酶以mRNA为模板,可以合成与其互补的cDNA(互补DNA),因此需要在逆转录酶的作用下获得cDNA。(2)要保证EPO基因按照正确方向插入质粒,其左右两端应分别添加限制酶EcoRⅠ、HindⅢ的识别序列。限制酶识别序列需要添加在引物的5'端,以确保扩增后的产物能被正确切割。(3)将重组质粒导入大肠杆菌之前,需要用Ca2+处理大肠杆菌,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,有利于基因表达载体的导入。(4)筛选成功导入的大肠杆菌时,可以利用质粒上的卡那霉素抗性基因,将菌种接种在含卡那霉素的固体培养基上培养,只有成功导入质粒的菌种才能生长。(5)绵羊乳腺细胞属于真核细胞,可通过完善蛋白质加工修饰,提升产物活性和结构复杂性,大肠杆菌为原核细胞,缺乏完善的蛋白质加工(如糖基化)修饰功能。 9.C　解析 ada基因整合到病毒核酸上,并在人的T细胞内复制表达,C项错误。 10.C　解析 猪的内脏构造、大小和血管分布与人的极为相似,且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒远少于灵长类动物,C项错误。 11.B　解析 培育转基因动物,通常采用显微注射技术将目的基因导入动物受精卵,B项错误。 12.答案 (1) PCR　一段已知的蜘蛛丝蛋白基因的脱氧核苷酸序列 (2)XX　胚胎移植 (3)基因表达载体的构建　使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达,并且可以遗传给下一代　能使蜘蛛丝蛋白基因在山羊乳腺细胞中特异性表达 (4)可以被生物降解,不会造成环境污染 解析 (1)PCR是一项体外合成DNA的技术,过程①获得的蜘蛛丝蛋白基因可以利用PCR技术进行大量的扩增,扩增时需要设计相应的引物,引物设计的依据是一段已知的蜘蛛丝蛋白基因的脱氧核苷酸序列。(2)科学家的目的是培育出转基因“蜘蛛羊”乳腺生物反应器,所以需要筛选性染色体组成为XX的受精卵进行培养,过程④还必须经过早期胚胎培养、胚胎移植等胚胎工程的技术手段,进而培育出转基因“蜘蛛羊”乳腺生物反应器。(3)基因工程操作的核心步骤是基因表达载体的构建,其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达,并且可以遗传给下一代。需要在蜘蛛丝蛋白基因的上游加上启动子,启动子是基因转录的起点,所以启动子应能使蜘蛛丝蛋白基因在山羊乳腺细胞中特异性表达。(4)转基因“蜘蛛羊”乳腺生物反应器生产的“生物钢”的本质属于蛋白质,可以被生物降解,不会造成环境污染。 13.答案 (1)促性腺激素　MⅡ　获能　肝素 (2)显微注射法　囊胚期　滋养层　受体细胞中是否含有目的基因 (3)桑葚胚或囊胚 (4)外源基因插入奶牛受精卵中的DNA上后,导致维持受精卵正常生命活动的某些必需基因不能表达　转基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响,且乳汁产量也不受影响 解析 (1)为了获得更多的卵母细胞,需要对奶牛A进行超数排卵处理,一般通过注射促性腺激素处理母牛A,采集的卵母细胞还需要培养至MⅡ期,才能进行③过程。精子进行受精作用之前需要进行获能处理,即用一定浓度的肝素或Ca2+载体处理。(2)⑤过程表示将重组质粒导入动物受精卵中,常用的方法是显微注射法。当受精卵发育到囊胚期时,取滋养层细胞进行性别鉴定,以确保发育成熟的牛能分泌乳汁。用基因探针与目的基因杂交是为了检测受体细胞中是否含有目的基因。(3)在进行胚胎分割时,应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或者囊胚。(4)外源基因插入受精卵中的DNA上后,有的受精卵会死亡,导致受精卵死亡的原因最可能是外源基因插入奶牛受精卵中的DNA上后,导致维持受精卵正常生命活动的某些必需基因不能表达。⑦过程的检测结果为转基因奶牛的乳汁中乳糖的含量大大降低,而其他营养成分不受影响,且乳汁产量也不受影响时,说明转基因奶牛D是符合要求的优质牛。 9 学科网（北京）股份有限公司 $$