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2022_2023学年新教材高中生物新人教版选择性必修3第3章基因工程第4章生物技术的安全性与伦理问题测评试题
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这是一份2022_2023学年新教材高中生物新人教版选择性必修3第3章基因工程第4章生物技术的安全性与伦理问题测评试题，共14页。
第3、4章测评
一、选择题:本题共15小题,每小题2分,共30分。每小题给出的四个选项中,只有一个选项是最符合题目要求的。
1.(2022北京中央民族大学附中月考)生物工程中,所用物质与其发挥的作用不能对应的是( )
A.限制酶——识别DNA分子特定核苷酸序列并断开磷酸二酯键
B.载体——携带目的基因导入受体细胞
C.标记基因——鉴别筛选目的基因是否导入受体细胞
D.钙离子——增大植物细胞的通透性
2.下列关于基因工程的说法,正确的是( )
A.将目的基因与载体结合时,应该将目的基因插入启动子和终止子之间
B.不同的限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端一定不相同
C.相同黏性末端连接形成的DNA片段,一定会被原限制性内切核酸酶识别
D.限制性内切核酸酶切割DNA和RNA内部的磷酸二酯键
3.(2021河北辛集高二期中)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是( )
A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近
B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂
C.预冷的酒精可以初步分离DNA与蛋白质
D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热
4.(2021湖北十堰高二期末)实时荧光定量RT-PCR技术需要在常规PCR基础上添加荧光染料或荧光探针,荧光染料能特异性掺入DNA双链中,从而发出荧光信号。在新冠病毒肺炎疫情期间,可以通过实时荧光定量RT-PCR技术进行核酸检测。下列相关叙述错误的是( )
A.图中的探针可能是利用荧光分子标记的新冠病毒独特的基因序列
B.核酸检测是通过检测荧光信号来确定样本中是否有病毒核酸的
C.PCR技术利用了DNA半保留复制的原理,需要解旋酶和耐高温的DNA聚合酶的催化
D.用荧光RT-PCR技术测定病毒的核酸具有特异性
5.新型冠状病毒肆虐全球,该病毒可引发人体肺部感染,严重者会造成病人死亡。有人提出了数种快速检测新型冠状病毒的方法。下列相关叙述错误的是( )
A.镜检法:在光学显微镜下可直接观察病人的痰液中是否含有新型冠状病毒
B.PCR技术:可在短时间内把新型冠状病毒的基因数量扩增到数百万倍,以便于检测
C.抗原抗体法:用新型冠状病毒蛋白与血清中抗体的特异性结合,可检测是否感染过新型冠状病毒
D.DNA探针技术:根据分子杂交原理,用标记的DNA分子做探针可检测新型冠状病毒
6.导致新冠肺炎的病原体是“2019-nCoV”病毒,该病毒为RNA病毒,其序列中具有RNA聚合酶基因,无逆转录酶基因,快速准确的检测对疫情防控起着至关重要的作用。病毒的检测方法有:①用“新冠病毒核酸检测试剂盒”,检测病毒的遗传物质RNA;②特异性抗原蛋白检测,即检测病毒表面的一种糖蛋白;③特异性抗体检测,即检测感染者体内通过免疫反应所产生的某种抗体。下列说法不正确的是( )
A.方法①②③都需要从患者体内采集病毒样本
B.方法②③都需要用到抗原—抗体杂交的方法
C.某人有可能①②为阳性③为阴性,也可能③为阳性①②为阴性
D.由于RNA比DNA稳定性差,往往将病毒样本的RNA反转录成cDNA,扩增之后进行分段测序,在该过程中需要用到的酶有逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶
7.“脑彩虹”是一项大脑成像技术,通过荧光蛋白“点亮”大脑内的神经元,科学家可以了解大脑的活动。研究者设计如图所示的DNA片段,转入小鼠体内,获得每个细胞仅含一个图示片段的转基因小鼠。Cre酶是该技术的关键酶,能随机识别两个相同的loxP序列,并将两段序列之间的DNA敲除。下列有关说法正确的是( )
注:仅表达与启动子相邻的荧光蛋白基因。
A.启动子M应当是一种只有脑组织中启动基因表达的启动子
B.在没有Cre酶存在的条件下,小鼠某脑神经元活动时,发出荧光的颜色可能有3种
C.在有Cre酶存在的条件下,小鼠某脑神经元活动时会发出红色或蓝色的荧光
D.向小鼠细胞中转入图示基因时,应用PEG对受精卵细胞进行预处理
8.右图表示pBR322质粒和人生长激素基因所在片段的结构信息,将二者构建的重组质粒导入受体菌并进行筛选。下列叙述错误的是( )
A.应选择的限制酶组合是酶F和酶G
B.只用酶F切割后的质粒,含有2个游离的磷酸基团
C.用含氨苄青霉素的培养基即可筛选出含重组质粒的受体菌
D.同时用三种限制酶处理图中质粒,充分酶切后可得到4个DNA片段
9.(2021辽宁绥中中学高三模拟)农杆菌Ti质粒上的T-DNA可以转移并随机插入到被侵染植物的染色体DNA中。研究者将下图中被侵染植物的DNA片段连接成环,并以此环为模板进行PCR,扩增出T-DNA插入位置两侧的未知序列,以此可确定T-DNA插入的具体位置。下列说法不正确的是( )
注:子链从引物的3'端开始延伸。
A.PCR扩增依据的是DNA分子半保留复制的原理
B.进行PCR扩增需要耐高温的DNA聚合酶
C.利用图中的引物②③组合可扩增出两侧的未知序列
D.通过与受体细胞的基因组序列比对,可确定T-DNA的插入位置
10.(2021山东泰安高二期中)玫瑰人工栽培历史悠久,迄今已培育出2 500多个品种。玫瑰没有生成蓝色翠雀花素所需的“黄酮类化合物3,5-氢氧化酶”的基因,因此蓝玫瑰被认为是不可能培育成功的。科研人员将蓝三叶草中的蓝色素基因植入普通玫瑰而成功培育出了蓝玫瑰,这种玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色。下列有关叙述正确的是( )
A.蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡中
B.培育蓝玫瑰用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
C.蓝色素基因在所有玫瑰细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素
D.科研人员必须将蓝色素基因导入普通玫瑰的卵细胞或受精卵才能获得可遗传的蓝玫瑰
11.(2021天津高二月考)作物脱毒、改善畜产品品质、抗除草剂作物、可保存的干扰素,依次应用下列哪项生物技术?( )
①基因工程 ②细胞工程 ③蛋白质工程 ④胚胎工程
A.①②②③ B.②①①③ C.②①②③ D.②①②④
12.(2021福建莆田二中高二期中)北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是( )
A.过程①获取的目的基因,可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B.将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C.过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选
D.应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
13.(2021江苏扬州中学高二月考)科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因,提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力,从而显著提高了植物的光合作用速率。下列叙述错误的是( )
A.PCR定点突变技术使Rubisco酶基因发生定向突变
B.PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
C.PCR扩增过程需要加入解旋酶和耐高温的DNA聚合酶
D.PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
14.(2021北京高二期中)矮牵牛花瓣紫色的深浅由花青素的含量高低决定,花青素由查耳酮合酶(CHS)催化合成。为获得紫色更深的矮牵牛,科研人员将CHS基因导入野生型紫花矮牵牛叶肉细胞中,得到的转基因植株花色反而出现了浅紫色。检测CHS基因的转录水平,得到如图所示电泳图谱(2道和3道分别表示野生型和转基因植株)。下列判断正确的是( )
A.用不同的限制酶处理含CHS基因的DNA和载体
B.转基因植株中内源CHS基因的转录水平明显低于野生型
C.转基因植株内外源CHS基因的转录均被抑制
D.没有获得紫色更深的植株是因为CHS基因没有成功转入
15.下列关于基因工程的应用的说法,错误的是( )
A.抗虫转基因作物的使用有利于降低生产成本,减少农药对环境的污染
B.基因工程生产药品具有高效率、低成本的特点
C.转基因食品都经过严格实验,安全性是毋庸置疑的
D.把外源基因转入叶绿体DNA中有助于防止基因污染
二、不定项选择题:本题共5小题,每小题3分,共15分。每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得3分,选对但不全的得1分,有选错的得0分。
16.ch1L基因是蓝细菌拟核DNA上控制叶绿素合成的基因。为了研究该基因对叶绿素合成的控制,需要构建缺失ch1L基因的蓝细菌细胞。技术路线如图所示,下列对此技术的描述,正确的是( )
注:受体细胞ch1L基因被替换后降解。
A.②过程共形成4个磷酸二酯键
B.①②过程都需要使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶
C.该项技术操作成功的标志是目的基因的表达
D.红霉素抗性基因是标记基因,用于筛选含有ch1L基因的受体细胞
17.基因芯片技术是近几年才发展起来的崭新技术,涉及生命科学、信息学、微电子学、材料学等众多的学科。固定在芯片上的各个探针是已知的单链DNA分子,而待测DNA分子用同位素或能发光的物质标记。如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对序列,则互补的序列就会结合起来,并在结合的位置发出荧光或者射线,出现“反应信号”。下列说法错误的是( )
A.基因芯片的工作原理是碱基互补配对
B.待测的DNA分子首先要解旋变为单链,才可用基因芯片检测
C.待测的DNA分子可以直接用基因芯片检测
D.由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列,因而具有广泛的应用前景
18.PCR(聚合酶链式反应)技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术,如图表示合成过程。下列说法错误的是( )
A.C过程要用到的酶在高温下会失活,因此在PCR扩增时需要再添加
B.A过程高温使DNA变性解聚,该过程不需要解旋酶的作用
C.如果把模板DNA的两条链用15N标记,游离的脱氧核苷酸不做标记,控制“94 ℃→55 ℃→72 ℃”温度循环3次,则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占50%
D.PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变
19.某研究小组为了研制预防禽流感病毒的疫苗,开展了前期研究工作。其简要的操作流程如下图。下列有关叙述错误的是( )
A.步骤①所代表的过程是逆转录
B.步骤②需使用限制性内切核酸酶和DNA聚合酶
C.步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌,使其从感受态(易吸收环境中DNA的状态)恢复到常态
D.检验Q蛋白的免疫反应特性,可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清进行抗原—抗体特异性反应实验
20.“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细胞取出,在试管中完成受精,并在试管中培养使其发育到如图所示的时期,再将胚胎植入女性子宫内发育成胎儿,它使一部分不能生育的夫妇重新获得了生育的机会。下列叙述正确的是( )
A.“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是有性生殖
B.图中所示时期是胚胎发育的原肠胚期,①代表内细胞团,②代表原肠腔,③代表滋养层
C.“试管婴儿”的形成用到的技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植
D.“试管婴儿”技术诞生后,继而出现了“设计试管婴儿”,二者对人类的作用是相同的
三、非选择题:本题包括5小题,共55分。
21.(10分)(2021全国乙)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性内切核酸酶的切割位点如图所示。
回答下列问题。
(1)常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中 酶切割后的 DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。上图中 酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是 。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指 。
22.(14分)(2021山东高二模拟)基因漂移一般指转基因生物中的外源基因向附近野生近源物种自发转移,导致其基因发生变化的现象。2016年,我国科学家找到了一个在水稻花粉粒中特异性表达的基因OsNP1,该基因能调节花粉正常发育,其突变体表现为花粉败育。科研人员将正常的OsNP1基因与来自玉米的α-淀粉酶基因以及一种来自珊瑚的红色荧光蛋白基因串联,导入OsNP1突变的雄性不育植株,培育了转基因水稻。转基因水稻中正常的OsNP1基因可以恢复水稻产生花粉的能力,α-淀粉酶基因能阻断花粉中淀粉的储藏使发育中的花粉败育,红色荧光蛋白基因只能在种子中表达,可以帮助种子分选。这一做法有效阻止了花粉介导的基因漂移。
(1)用图中不同的限制酶切割目的基因后进行串联可以有效防止 ,将串联成功的基因插入载体,需要向反应体系中加入的酶有 (写具体名称)。
(2)培育转基因水稻的核心工作是 ,为保证串联的基因都能在转基因水稻中成功表达,至少需要 种启动子。
(3)构建好的基因表达载体可采用我国科学家独创的 法导入水稻子房中。串联基因导入OsNP1突变的雄性不育植株后形成的杂合植株自交,后代雄性不育植株与转基因植株的比例为 。
(4)转基因杂合植株自交能有效阻止花粉介导的基因漂移,原因是 ;
对自交后代进行筛选不用培育到成熟个体就能准确分选,理由是 。
23.(12分)乙烯具有促进果实成熟的作用,ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄细胞内合成乙烯的两个关键酶。利用反义DNA技术(原理如图1),可以抑制这两个基因的表达,从而使番茄具有耐储存、宜运输的优点。图2为融合ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因的反义基因表达载体的结构示意图。回答下列问题。
图1 反义基因技术 图2 反义基因表达载体
(1)从番茄细胞中提取RNA,利用RT-PCR技术获取ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因,即利用RNA和PCR获取目的基因。该技术获取目的基因所需要的酶主要有 。
(2)合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点,ACC合成酶基因两端含KpnⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点,这四种限制酶及其识别序列和切割位点如下图:
限制性内切核酸酶
识别序列和切割位点
限制性内切核酸酶
识别序列和切割位点
BamHⅠ
KpnⅠ
EcoRⅠ
Sau3AⅠ
先用限制酶 分别对ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因进行切割后,再将它们拼接成融合基因,相应的Ti质粒和融合基因均使用限制酶 进行切割,以确保融合基因能够插入载体中。载体上卡那霉素抗性基因的作用是 。
(3)为了获得耐储藏、宜运输的番茄,应将融合基因 (填“正向”或“反向”)插入启动子2A11的下游,原因是 。
(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时, (填“能”或“不能”)用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段作探针进行检测,理由是 。
24.(12分)利用基因工程可以打破物种界限,定向改造生物的性状,下图所示两个方案为人们获得转基因产品的简要过程,请回答下列问题。
方案Ⅰ:A基因免疫过的B淋巴细胞→体外培养→单克隆抗体
方案Ⅱ:人的干扰素基因酵母菌→工程菌→干扰素
(1)基因工程又叫作重组DNA技术的原因是 ,方案Ⅰ、Ⅱ基因表达载体的构建不同的原因是 。
(2)推测方案Ⅰ中A基因所起的作用是 ,请提出利用基因工程生产单克隆抗体的另一种思路: 。
(3)方案Ⅱ中选择酵母菌作为受体细胞的优点有 。
(4)利用转基因技术生产人的糖蛋白,一般不选用大肠杆菌作受体细胞的原因是 。
25.(7分)治疗性克隆一般是先从需要救治的病人身上提取一个细胞,然后将该细胞的遗传物质置于一个去除了细胞核的卵母细胞中,该重组细胞开始自行分裂,直至形成一个早期胚胎,从这个早期胚胎中即可提取胚胎干细胞,胚胎干细胞经过相应的技术处理,便可培育成遗传特性与病人完全吻合的细胞、组织或器官。如图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程,请回答下列问题。
(1)相同的胚胎干细胞,“克隆”的结果却各种各样,有的是神经细胞,有的是血细胞,有的是肌肉细胞,其根本原因是 。
(2)③构建的重组细胞发育的过程中,细胞开始分化发生在 期,从细胞水平上看,卵裂的分裂方式是 。
(3)治疗性克隆所用的主要技术是 和胚胎干细胞培养,要想获得基因型完全相同的胚胎,可采用 技术。
(4)治疗性克隆解决了临床上 和 的问题。
第3、4章测评
1.D 解析限制酶能识别DNA分子特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,A项不符合题意;载体是基因的运输工具,作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达,B项不符合题意;存在于载体上的标记基因,作用是鉴别筛选目的基因是否导入受体细胞,C项不符合题意;钙离子不能增大植物细胞的通透性,用CaCl2处理细菌的目的是增加细菌细胞壁的通透性,有利于目的基因的导入,D项符合题意。
2.A 解析启动子位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的位点,用于驱动基因的转录,故只有将目的基因插入启动子和终止子之间,目的基因才能表达,A项正确;不同限制酶可能形成相同的黏性末端,如限制酶甲识别5'-GAATTC-3'碱基序列,并在G与A之间切割,限制酶乙识别5'-CAATTG-3'碱基序列,在C与A之间切割,二者形成的黏性末端是相同的,B项错误;酶具有专一性,限制酶甲与限制酶乙形成的黏性末端连接后,形成的碱基序列为5'-CAATTC-3',另一条链为5'-GAATTG-3',不能被限制酶甲和乙识别,C项错误;限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,不能切割RNA,D项错误。
3.A 解析哺乳动物(如兔)成熟的红细胞中无细胞核和众多细胞器,不能提取到DNA,故兔血不宜作为该实验的实验材料,A项错误;为防止DNA断裂,在DNA析出过程中搅拌操作要轻柔且沿着一个方向,B项正确;DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液,预冷的酒精溶液可用来初步分离DNA与蛋白质,C项正确;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺呈现蓝色,因此,用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热,D项正确。
4.C 解析本实验是检测是否含新冠病毒核酸,根据碱基互补配对原则,图中的探针可能是利用荧光分子标记的新冠病毒独特的基因序列,A项正确;分析图示可知,探针与模板形成杂交链,当DNA聚合酶延伸子链到探针处,探针会被水解,则会出现荧光标记,所以核酸检测是通过检测荧光信号来确定样本中是否有病毒核酸的,B项正确;PCR技术利用了DNA半保留复制的原理,不需要解旋酶,可通过高温使DNA双链解开,但需要耐高温的DNA聚合酶的催化,C项错误;由于碱基互补配对具有特异性,所以用荧光RT-PCR技术测定病毒的核酸具有特异性,D项正确。
5.A 解析在光学显微镜下不能直接观察到病人的痰液中是否含有新型冠状病毒,A项错误;利用PCR技术可在短时间内把新型冠状病毒的基因数量扩增到数百万倍,更有利于检测,B项正确;根据新型冠状病毒蛋白与血清中抗体发生特异性结合的特征,可检测是否感染过新型冠状病毒,C项正确;用标记的DNA分子做探针可检测新型冠状病毒的核酸,以便确定是否被感染,D项正确。
6.A 解析2019-nCoV病毒为RNA病毒,具有RNA聚合酶基因,无逆转录基因,其RNA首先侵入机体,经过复制并指导相关蛋白质合成,进而完成病毒自身的增殖过程,同时机体产生相应的抗体,抗体产生的快慢可能会因人而异,据此推测,RNA检测和抗原蛋白检测需要从患者体内采集病毒样本,而抗体检测不需要采集病毒样本,A项错误;方法②③都是检测蛋白质,都需要用到抗原—抗体杂交的方法,B项正确;某人有可能①②为阳性,③为阴性,即感染了新冠病毒但还未产生抗体,也可能③为阳性①②为阴性,即抗体阳性,可能感染该病毒但痊愈或注射疫苗产生了抗体,C项正确;由于RNA相比DNA稳定性差,往往将病毒样本的RNA反转录成cDNA,该过程中需要用到的酶有逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶,D项正确。
7.A 解析根据题干信息可知,荧光蛋白指示的应是脑神经元活动,但脑活动不能被离体观察,为了防止其他体细胞的荧光信号对实验结果造成干扰,启动子M应当是一种只在脑组织中启动基因表达的启动子,A项正确;据图分析可知,只有与启动子M相邻的荧光蛋白基因会表达,在没有Cre酶存在的条件下,小鼠脑神经元活动时只会发出红色荧光,B项错误;Cre酶可以随机识别两个相同的loxP序列,并将两段序列之间的DNA敲除,当Cre酶识别的是loxP1序列时,小鼠脑神经元活动时发出黄色荧光,当识别的是loxP2序列时,小鼠脑神经元活动时发出蓝色荧光,C项错误;PEG多用于诱导细胞融合,动物细胞转基因时常用显微注射技术,显微注射技术不需要用到PEG,D项错误。
8.C 解析为获得目的基因片段,又保留质粒上的标记基因,切割时应选择的限制酶组合是酶F和酶G,A项正确;质粒上有1个酶F的酶切位点,被酶F切割后,会出现2个游离的磷酸基团,B项正确;重组质粒和原质粒均含有Ampr,用含氨苄青霉素的培养基筛选出的有导入重组质粒的受体菌和导入原质粒的受体菌,C项错误;据图可知同时用三种限制酶处理图中质粒,因酶E有两个作用位点,故将质粒切割成了4个DNA片段,D项正确。
9.C 解析PCR扩增依据的是DNA分子半保留复制的原理,是体外扩增DNA的一种方式,A项正确;PCR技术需要在高温条件下进行变性,故进行PCR扩增需要耐高温的DNA聚合酶,B项正确;由于DNA的两条链反向平行,且子链从引物的3'端开始延伸,故利用图中的引物①④组合可扩增出两侧的未知序列,C项错误;通过与受体细胞的基因组序列比对,可确定T-DNA的插入位置,D项正确。
10.A 解析液泡中含有的花青素使花、果实呈现不同的颜色,所以蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡中,A项正确;培育蓝玫瑰用到的技术是转基因技术,用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶,载体不属于工具酶,B项错误;基因的表达具有选择性,所以蓝色素基因不是在所有玫瑰细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素,如在叶肉细胞、根毛细胞内不表达,C项错误;转基因植物的受体细胞可以是体细胞和受精卵细胞,一般不用卵细胞,D项错误。
11.B 解析作物脱毒属于细胞工程的应用;改善畜产品的品质、抗除草剂作物属于基因工程的应用;可保存的干扰素属于蛋白质工程的应用。
12.B 解析图中①是采用反转录法获取目的基因的过程,这样获取的目的基因不含内含子、启动子等结构,因此与比目鱼染色体中的抗冻基因序列不完全相同,不能用于比目鱼基因组测序,A项错误;将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因不再是抗冻基因,所以得不到抗冻性增强的抗冻蛋白,B项正确;②是基因表达载体的构建过程,基因表达载体通常由启动子、目的基因、终止子和标记基因等构成,其中标记基因的作用是筛选重组质粒,利用农杆菌转化法只能将质粒导入受体细胞,不能对重组质粒进行筛选,C项错误;利用DNA探针技术检测目的基因是否导入到受体细胞,利用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否表达,D项错误。
13.C 解析PCR扩增过程无需加入解旋酶,通过温度的调控实现DNA的解聚。
14.B 解析用相同的限制酶处理含CHS基因的DNA和载体,使其含有相同的黏性末端,以便两者连接形成重组DNA分子,A项错误;从图中可以看出,2道中外源的条带处为0,内源的条带较粗,说明没有外源基因的表达,而3道中外源的条带较粗,内源的条带较细,说明转基因植物中内源基因(CHS基因)的转录水平明显低于野生型,B项正确;转基因植株内源CHS基因的转录被抑制,外源CHS基因的转录正常,C项错误;从图中3道看出,外源基因转入成功,没有获得紫色更深的植株可能是因为内源CHS基因表达被抑制,外源CHS基因和内源CHS基因的综合表达量没有野生型的内源CHS基因表达量高,D项错误。
15.C 解析抗虫转基因作物的使用,减少了农药的使用,降低了生产成本,同时减少了对环境的污染,A项正确;利用基因工程的方法能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品,B项正确;转基因食品虽然都经过严格实验,但是可能出现滞后效应或出现新的过敏原,C项错误;把外源基因转入叶绿体DNA中,有助于防止花粉传播引起的基因污染,D项正确。
16.AB 解析②过程为红霉素抗性基因与重组质粒1结合,该过程中重组质粒1与红霉素抗性基因有两个切口需要连接,共形成4个磷酸二酯键,A项正确;①过程需要用同种限制性内切核酸酶切割质粒和ch1L基因,然后用DNA连接酶连接ch1L基因和质粒,②过程同样需要使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶,B项正确;该技术是为了获得缺失ch1L基因的蓝细菌细胞,故该技术成功的标志是蓝细菌细胞无ch1L基因控制的性状即蓝细菌不能合成叶绿素,C项错误;红霉素抗性基因属于标记基因,用于筛选缺失ch1L基因的蓝细菌细胞,D项错误。
17.C 解析根据“待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对序列,则互补的序列就会结合起来,并在结合的位置发出荧光或者射线,出现‘反应信号’”可知,基因芯片的工作原理是碱基互补配对,A项正确;探针是已知的单链DNA分子,因此待测的DNA分子首先要解旋变为单链,才可用基因芯片检测,B项正确,C项错误;由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列,因而具有广泛的应用前景,D项正确。
18.AC 解析C过程用到的酶为耐高温的DNA聚合酶,在高温下不会失活,因此在PCR扩增时不需要再添加,A项错误;PCR中解旋是通过高温进行的,故A过程高温使DNA变性解聚,该过程不需要解旋酶的作用,B项正确;如果把模板DNA的两条链用15N标记,游离的脱氧核苷酸不做标记,循环3次后,形成的DNA分子为8个,而含有15N标记的DNA分子为2个,故在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占2/8=1/4,即25%,C项错误;PCR中由碱基错配引起的基因结构的改变属于基因突变,D项正确。
19.BC 解析由图可知,步骤①所代表的过程是逆转录,A项正确;步骤②需使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶,B项错误;步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌,使其细胞从常态转化为感受态(易吸收环境中DNA的状态),C项错误;检验Q蛋白的免疫反应特性,可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清(含Q蛋白抗体)进行抗原—抗体特异性反应实验,D项正确。
20.AC 解析“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是有性生殖,A项正确;题图所示时期是胚胎发育的囊胚期,①代表内细胞团,②代表囊胚腔,③代表滋养层,B项错误;“试管婴儿”的形成用到的技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植,C项正确;“试管婴儿”技术主要用于治疗不孕夫妇的不孕症,“设计试管婴儿”可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病,D项错误。
21.答案(1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ
(2)磷酸二酯键
(3)自我复制 一个至多个限制酶切割位点 用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,能存活的细胞含有质粒载体
(4)一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位
解析(1)E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端,故EcoRⅠ、PstⅠ酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接;T4DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端,故EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶可催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成磷酸二酯键。
(3)复制原点可以确保质粒在受体细胞中能自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点,酶切后可以产生不同的末端,便于外源DNA插入。标记基因有助于筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,不含质粒载体的细胞被抗生素杀死,能存活的细胞含有质粒载体。
(4)启动子是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位。
22.答案(1)三种目的基因间发生反接或自身环化现象 EcoRⅠ、EcoRⅤ、T4 DNA连接酶
(2)构建基因表达载体 2
(3)花粉管通道 1∶1
(4)杂合植株做父本产生两种花粉,携带串联基因的花粉中α-淀粉酶基因会造成花粉败育,不携带串联基因的花粉虽然可以作为雄配子,但不会导致基因漂移 串联基因中有红色荧光蛋白基因且只能在种子中表达,故自交后代可通过种子的颜色进行分选
解析(1)用图中不同的限制酶切割目的基因后进行串联可以有效防止三种目的基因间发生反接或自身环化现象,将串联成功的基因插入载体,串联成的目的基因两端有EcoRⅠ、EcoRⅤ两种限制酶的酶切序列,同时载体中也有这两种限制酶的酶切序列,因此需要向反应体系中加入的酶有EcoRⅠ、EcoRⅤ、T4DNA连接酶,这样可以保证相应的基因有效切割,并正确连接。(2)为保证串联的基因都能在转基因水稻中成功表达,至少需要2种启动子,因为正常的OsNP1基因和α-淀粉酶基因需要在花粉细胞中表达,而红色荧光蛋白基因只能在种子中表达,因此需要2种启动子。(3)导入植物细胞的方法有花粉管通道法、基因枪法和农杆菌转化法,而其中花粉管通道法是我国科学家独创的。串联基因导入OsNP1突变的雄性不育植株后形成的杂合植株自交,杂合植株恢复育性,但带有转基因的花粉表现为不育,即只能产生一种不带有转基因的花粉,因此后代雄性不育植株与转基因植株的比例为1∶1。(4)杂合植株做父本产生两种花粉,携带串联基因的花粉中α-淀粉酶基因会造成花粉败育,不携带串联基因的花粉虽然可以作为雄配子,但不会导致基因漂移,据此可推测,转基因杂合植株自交能有效阻止花粉介导的基因漂移;对自交后代进行筛选不用培育到成熟个体就能准确分选,只需要通过种子的性状即可进行筛选,因为串联基因中有红色荧光蛋白基因且只能在种子中表达,故自交后代可通过种子的颜色进行分选,只要表现荧光的种子即为所需的种子。
23.答案(1)逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶 (2)BamHⅠ和Sau3AⅠ EcoRⅠ和KpnⅠ 便于重组DNA的筛选 (3)反向 只有反向插入,转录出的mRNA碱基序列才跟目的基因转录出的mRNA形成互补双链RNA,使目的基因不能表达出两种酶,从而抑制乙烯的合成 (4)不能 番茄细胞内本来就存在ACC氧化(合成)酶基因,能与ACC氧化(合成)酶基因探针发生分子杂交
解析(1)通过RNA获取目的基因应用逆转录酶,而通过PCR技术扩增目的基因应用耐高温的DNA聚合酶。(2)因为合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点,ACC合成酶基因两端含KpnⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点,而限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ得到的黏性末端相同,可将ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因拼接成融合基因,最后对相应的Ti质粒和融合基因均使用限制酶EcoRⅠ和KpnⅠ进行切割,以确保融合基因能够插入载体中,载体上卡那霉素抗性基因作为标记基因,其作用是便于重组DNA的筛选。(3)为了获得耐储藏、宜运输的番茄,应将融合基因反向插入启动子2A11的下游,因为只有反向插入,转录出的mRNA碱基序列才跟目的基因转录出的mRNA形成互补双链RNA,使目的基因不能表达出两种酶,从而抑制乙烯的合成。(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时不能用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段作探针进行检测,理由是番茄细胞内本来就存在ACC氧化(合成)酶基因,能与ACC氧化(合成)酶基因探针发生分子杂交。
24.答案(1)基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的 受体细胞不同以及目的基因导入受体细胞的方法不同
(2)调控细胞无限增殖 将某种抗体基因导入酵母菌中,通过大量培养获得单克隆抗体(合理即可)
(3)单细胞、易培养、繁殖快
(4)人的糖蛋白中的糖链是在内质网和高尔基体中进行蛋白质加工过程中完成的,大肠杆菌是原核细胞,不存在这两种细胞器
解析(1)基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此基因工程又叫作重组DNA技术。由于受体细胞不同以及目的基因导入受体细胞的方法不同,方案Ⅰ、Ⅱ基因表达载体的构建不同。(2)免疫过的B淋巴细胞能产生抗体,但不能在体外培养条件下无限增殖,由此可见,方案Ⅰ中A基因最可能的作用是调控细胞(无限)增殖;还可以利用基因工程菌生产单克隆抗体。(3)酵母菌作为基因工程中的受体菌具有单细胞、易培养、繁殖快、遗传物质相对较少等优点。(4)大肠杆菌是原核细胞,没有内质网、高尔基体等加工糖蛋白的细胞器。
25.答案(1)基因的选择性表达 (2)囊胚 有丝分裂 (3)核移植 胚胎分割 (4)供体器官不足 免疫排斥反应
解析胚胎干细胞分裂分化形成不同类型的细胞,是基因选择性表达的结果;重构胚从囊胚开始分化,卵裂是受精卵进行的初步分裂,属于有丝分裂;治疗性克隆利用细胞核移植技术获得,通过胚胎分割可获得基因型完全相同的胚胎;治疗性克隆既可解决器官移植中供体不足的问题,同时避免产生免疫排斥反应。
第3、4章测评
一、选择题:本题共15小题,每小题2分,共30分。每小题给出的四个选项中,只有一个选项是最符合题目要求的。
1.(2022北京中央民族大学附中月考)生物工程中,所用物质与其发挥的作用不能对应的是( )
A.限制酶——识别DNA分子特定核苷酸序列并断开磷酸二酯键
B.载体——携带目的基因导入受体细胞
C.标记基因——鉴别筛选目的基因是否导入受体细胞
D.钙离子——增大植物细胞的通透性
2.下列关于基因工程的说法,正确的是( )
A.将目的基因与载体结合时,应该将目的基因插入启动子和终止子之间
B.不同的限制性内切核酸酶切割形成的黏性末端一定不相同
C.相同黏性末端连接形成的DNA片段,一定会被原限制性内切核酸酶识别
D.限制性内切核酸酶切割DNA和RNA内部的磷酸二酯键
3.(2021河北辛集高二期中)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是( )
A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近
B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂
C.预冷的酒精可以初步分离DNA与蛋白质
D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热
4.(2021湖北十堰高二期末)实时荧光定量RT-PCR技术需要在常规PCR基础上添加荧光染料或荧光探针,荧光染料能特异性掺入DNA双链中,从而发出荧光信号。在新冠病毒肺炎疫情期间,可以通过实时荧光定量RT-PCR技术进行核酸检测。下列相关叙述错误的是( )
A.图中的探针可能是利用荧光分子标记的新冠病毒独特的基因序列
B.核酸检测是通过检测荧光信号来确定样本中是否有病毒核酸的
C.PCR技术利用了DNA半保留复制的原理,需要解旋酶和耐高温的DNA聚合酶的催化
D.用荧光RT-PCR技术测定病毒的核酸具有特异性
5.新型冠状病毒肆虐全球,该病毒可引发人体肺部感染,严重者会造成病人死亡。有人提出了数种快速检测新型冠状病毒的方法。下列相关叙述错误的是( )
A.镜检法:在光学显微镜下可直接观察病人的痰液中是否含有新型冠状病毒
B.PCR技术:可在短时间内把新型冠状病毒的基因数量扩增到数百万倍,以便于检测
C.抗原抗体法:用新型冠状病毒蛋白与血清中抗体的特异性结合,可检测是否感染过新型冠状病毒
D.DNA探针技术:根据分子杂交原理,用标记的DNA分子做探针可检测新型冠状病毒
6.导致新冠肺炎的病原体是“2019-nCoV”病毒,该病毒为RNA病毒,其序列中具有RNA聚合酶基因,无逆转录酶基因,快速准确的检测对疫情防控起着至关重要的作用。病毒的检测方法有:①用“新冠病毒核酸检测试剂盒”,检测病毒的遗传物质RNA;②特异性抗原蛋白检测,即检测病毒表面的一种糖蛋白;③特异性抗体检测,即检测感染者体内通过免疫反应所产生的某种抗体。下列说法不正确的是( )
A.方法①②③都需要从患者体内采集病毒样本
B.方法②③都需要用到抗原—抗体杂交的方法
C.某人有可能①②为阳性③为阴性,也可能③为阳性①②为阴性
D.由于RNA比DNA稳定性差,往往将病毒样本的RNA反转录成cDNA,扩增之后进行分段测序,在该过程中需要用到的酶有逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶
7.“脑彩虹”是一项大脑成像技术,通过荧光蛋白“点亮”大脑内的神经元,科学家可以了解大脑的活动。研究者设计如图所示的DNA片段,转入小鼠体内,获得每个细胞仅含一个图示片段的转基因小鼠。Cre酶是该技术的关键酶,能随机识别两个相同的loxP序列,并将两段序列之间的DNA敲除。下列有关说法正确的是( )
注:仅表达与启动子相邻的荧光蛋白基因。
A.启动子M应当是一种只有脑组织中启动基因表达的启动子
B.在没有Cre酶存在的条件下,小鼠某脑神经元活动时,发出荧光的颜色可能有3种
C.在有Cre酶存在的条件下,小鼠某脑神经元活动时会发出红色或蓝色的荧光
D.向小鼠细胞中转入图示基因时,应用PEG对受精卵细胞进行预处理
8.右图表示pBR322质粒和人生长激素基因所在片段的结构信息,将二者构建的重组质粒导入受体菌并进行筛选。下列叙述错误的是( )
A.应选择的限制酶组合是酶F和酶G
B.只用酶F切割后的质粒,含有2个游离的磷酸基团
C.用含氨苄青霉素的培养基即可筛选出含重组质粒的受体菌
D.同时用三种限制酶处理图中质粒,充分酶切后可得到4个DNA片段
9.(2021辽宁绥中中学高三模拟)农杆菌Ti质粒上的T-DNA可以转移并随机插入到被侵染植物的染色体DNA中。研究者将下图中被侵染植物的DNA片段连接成环,并以此环为模板进行PCR,扩增出T-DNA插入位置两侧的未知序列,以此可确定T-DNA插入的具体位置。下列说法不正确的是( )
注:子链从引物的3'端开始延伸。
A.PCR扩增依据的是DNA分子半保留复制的原理
B.进行PCR扩增需要耐高温的DNA聚合酶
C.利用图中的引物②③组合可扩增出两侧的未知序列
D.通过与受体细胞的基因组序列比对,可确定T-DNA的插入位置
10.(2021山东泰安高二期中)玫瑰人工栽培历史悠久,迄今已培育出2 500多个品种。玫瑰没有生成蓝色翠雀花素所需的“黄酮类化合物3,5-氢氧化酶”的基因,因此蓝玫瑰被认为是不可能培育成功的。科研人员将蓝三叶草中的蓝色素基因植入普通玫瑰而成功培育出了蓝玫瑰,这种玫瑰的花瓣中所含的色素为蓝色。下列有关叙述正确的是( )
A.蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡中
B.培育蓝玫瑰用到的工具酶有限制酶、DNA连接酶和载体
C.蓝色素基因在所有玫瑰细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素
D.科研人员必须将蓝色素基因导入普通玫瑰的卵细胞或受精卵才能获得可遗传的蓝玫瑰
11.(2021天津高二月考)作物脱毒、改善畜产品品质、抗除草剂作物、可保存的干扰素,依次应用下列哪项生物技术?( )
①基因工程 ②细胞工程 ③蛋白质工程 ④胚胎工程
A.①②②③ B.②①①③ C.②①②③ D.②①②④
12.(2021福建莆田二中高二期中)北极比目鱼中有抗冻基因,其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列,该序列重复次数越多,抗冻能力越强。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图,有关叙述正确的是( )
A.过程①获取的目的基因,可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B.将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因,不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C.过程②构成的重组质粒缺乏标记基因,需要转入农杆菌才能进行筛选
D.应用DNA探针技术,可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
13.(2021江苏扬州中学高二月考)科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因,提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力,从而显著提高了植物的光合作用速率。下列叙述错误的是( )
A.PCR定点突变技术使Rubisco酶基因发生定向突变
B.PCR技术扩增目的基因的过程中必须添加两种引物
C.PCR扩增过程需要加入解旋酶和耐高温的DNA聚合酶
D.PCR定点突变技术属于蛋白质工程的范畴
14.(2021北京高二期中)矮牵牛花瓣紫色的深浅由花青素的含量高低决定,花青素由查耳酮合酶(CHS)催化合成。为获得紫色更深的矮牵牛,科研人员将CHS基因导入野生型紫花矮牵牛叶肉细胞中,得到的转基因植株花色反而出现了浅紫色。检测CHS基因的转录水平,得到如图所示电泳图谱(2道和3道分别表示野生型和转基因植株)。下列判断正确的是( )
A.用不同的限制酶处理含CHS基因的DNA和载体
B.转基因植株中内源CHS基因的转录水平明显低于野生型
C.转基因植株内外源CHS基因的转录均被抑制
D.没有获得紫色更深的植株是因为CHS基因没有成功转入
15.下列关于基因工程的应用的说法,错误的是( )
A.抗虫转基因作物的使用有利于降低生产成本,减少农药对环境的污染
B.基因工程生产药品具有高效率、低成本的特点
C.转基因食品都经过严格实验,安全性是毋庸置疑的
D.把外源基因转入叶绿体DNA中有助于防止基因污染
二、不定项选择题:本题共5小题,每小题3分,共15分。每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得3分,选对但不全的得1分,有选错的得0分。
16.ch1L基因是蓝细菌拟核DNA上控制叶绿素合成的基因。为了研究该基因对叶绿素合成的控制,需要构建缺失ch1L基因的蓝细菌细胞。技术路线如图所示,下列对此技术的描述,正确的是( )
注:受体细胞ch1L基因被替换后降解。
A.②过程共形成4个磷酸二酯键
B.①②过程都需要使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶
C.该项技术操作成功的标志是目的基因的表达
D.红霉素抗性基因是标记基因,用于筛选含有ch1L基因的受体细胞
17.基因芯片技术是近几年才发展起来的崭新技术,涉及生命科学、信息学、微电子学、材料学等众多的学科。固定在芯片上的各个探针是已知的单链DNA分子,而待测DNA分子用同位素或能发光的物质标记。如果这些待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对序列,则互补的序列就会结合起来,并在结合的位置发出荧光或者射线,出现“反应信号”。下列说法错误的是( )
A.基因芯片的工作原理是碱基互补配对
B.待测的DNA分子首先要解旋变为单链,才可用基因芯片检测
C.待测的DNA分子可以直接用基因芯片检测
D.由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列,因而具有广泛的应用前景
18.PCR(聚合酶链式反应)技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术,如图表示合成过程。下列说法错误的是( )
A.C过程要用到的酶在高温下会失活,因此在PCR扩增时需要再添加
B.A过程高温使DNA变性解聚,该过程不需要解旋酶的作用
C.如果把模板DNA的两条链用15N标记,游离的脱氧核苷酸不做标记,控制“94 ℃→55 ℃→72 ℃”温度循环3次,则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占50%
D.PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变
19.某研究小组为了研制预防禽流感病毒的疫苗,开展了前期研究工作。其简要的操作流程如下图。下列有关叙述错误的是( )
A.步骤①所代表的过程是逆转录
B.步骤②需使用限制性内切核酸酶和DNA聚合酶
C.步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌,使其从感受态(易吸收环境中DNA的状态)恢复到常态
D.检验Q蛋白的免疫反应特性,可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清进行抗原—抗体特异性反应实验
20.“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细胞取出,在试管中完成受精,并在试管中培养使其发育到如图所示的时期,再将胚胎植入女性子宫内发育成胎儿,它使一部分不能生育的夫妇重新获得了生育的机会。下列叙述正确的是( )
A.“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是有性生殖
B.图中所示时期是胚胎发育的原肠胚期,①代表内细胞团,②代表原肠腔,③代表滋养层
C.“试管婴儿”的形成用到的技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植
D.“试管婴儿”技术诞生后,继而出现了“设计试管婴儿”,二者对人类的作用是相同的
三、非选择题:本题包括5小题,共55分。
21.(10分)(2021全国乙)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性内切核酸酶的切割位点如图所示。
回答下列问题。
(1)常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。上图中 酶切割后的 DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。上图中 酶切割后的DNA片段可以用T4 DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是 。
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能 ;质粒DNA分子上有 ,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是 。
(4)表达载体含有启动子,启动子是指 。
22.(14分)(2021山东高二模拟)基因漂移一般指转基因生物中的外源基因向附近野生近源物种自发转移,导致其基因发生变化的现象。2016年,我国科学家找到了一个在水稻花粉粒中特异性表达的基因OsNP1,该基因能调节花粉正常发育,其突变体表现为花粉败育。科研人员将正常的OsNP1基因与来自玉米的α-淀粉酶基因以及一种来自珊瑚的红色荧光蛋白基因串联,导入OsNP1突变的雄性不育植株,培育了转基因水稻。转基因水稻中正常的OsNP1基因可以恢复水稻产生花粉的能力,α-淀粉酶基因能阻断花粉中淀粉的储藏使发育中的花粉败育,红色荧光蛋白基因只能在种子中表达,可以帮助种子分选。这一做法有效阻止了花粉介导的基因漂移。
(1)用图中不同的限制酶切割目的基因后进行串联可以有效防止 ,将串联成功的基因插入载体,需要向反应体系中加入的酶有 (写具体名称)。
(2)培育转基因水稻的核心工作是 ,为保证串联的基因都能在转基因水稻中成功表达,至少需要 种启动子。
(3)构建好的基因表达载体可采用我国科学家独创的 法导入水稻子房中。串联基因导入OsNP1突变的雄性不育植株后形成的杂合植株自交,后代雄性不育植株与转基因植株的比例为 。
(4)转基因杂合植株自交能有效阻止花粉介导的基因漂移,原因是 ;
对自交后代进行筛选不用培育到成熟个体就能准确分选,理由是 。
23.(12分)乙烯具有促进果实成熟的作用,ACC氧化酶和ACC合成酶是番茄细胞内合成乙烯的两个关键酶。利用反义DNA技术(原理如图1),可以抑制这两个基因的表达,从而使番茄具有耐储存、宜运输的优点。图2为融合ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因的反义基因表达载体的结构示意图。回答下列问题。
图1 反义基因技术 图2 反义基因表达载体
(1)从番茄细胞中提取RNA,利用RT-PCR技术获取ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因,即利用RNA和PCR获取目的基因。该技术获取目的基因所需要的酶主要有 。
(2)合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点,ACC合成酶基因两端含KpnⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点,这四种限制酶及其识别序列和切割位点如下图:
限制性内切核酸酶
识别序列和切割位点
限制性内切核酸酶
识别序列和切割位点
BamHⅠ
KpnⅠ
EcoRⅠ
Sau3AⅠ
先用限制酶 分别对ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因进行切割后,再将它们拼接成融合基因,相应的Ti质粒和融合基因均使用限制酶 进行切割,以确保融合基因能够插入载体中。载体上卡那霉素抗性基因的作用是 。
(3)为了获得耐储藏、宜运输的番茄,应将融合基因 (填“正向”或“反向”)插入启动子2A11的下游,原因是 。
(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时, (填“能”或“不能”)用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段作探针进行检测,理由是 。
24.(12分)利用基因工程可以打破物种界限,定向改造生物的性状,下图所示两个方案为人们获得转基因产品的简要过程,请回答下列问题。
方案Ⅰ:A基因免疫过的B淋巴细胞→体外培养→单克隆抗体
方案Ⅱ:人的干扰素基因酵母菌→工程菌→干扰素
(1)基因工程又叫作重组DNA技术的原因是 ,方案Ⅰ、Ⅱ基因表达载体的构建不同的原因是 。
(2)推测方案Ⅰ中A基因所起的作用是 ,请提出利用基因工程生产单克隆抗体的另一种思路: 。
(3)方案Ⅱ中选择酵母菌作为受体细胞的优点有 。
(4)利用转基因技术生产人的糖蛋白,一般不选用大肠杆菌作受体细胞的原因是 。
25.(7分)治疗性克隆一般是先从需要救治的病人身上提取一个细胞,然后将该细胞的遗传物质置于一个去除了细胞核的卵母细胞中,该重组细胞开始自行分裂,直至形成一个早期胚胎,从这个早期胚胎中即可提取胚胎干细胞,胚胎干细胞经过相应的技术处理,便可培育成遗传特性与病人完全吻合的细胞、组织或器官。如图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程,请回答下列问题。
(1)相同的胚胎干细胞,“克隆”的结果却各种各样,有的是神经细胞,有的是血细胞,有的是肌肉细胞,其根本原因是 。
(2)③构建的重组细胞发育的过程中,细胞开始分化发生在 期,从细胞水平上看,卵裂的分裂方式是 。
(3)治疗性克隆所用的主要技术是 和胚胎干细胞培养,要想获得基因型完全相同的胚胎,可采用 技术。
(4)治疗性克隆解决了临床上 和 的问题。
第3、4章测评
1.D 解析限制酶能识别DNA分子特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂,A项不符合题意;载体是基因的运输工具,作用是携带目的基因导入受体细胞中,使之稳定存在并表达,B项不符合题意;存在于载体上的标记基因,作用是鉴别筛选目的基因是否导入受体细胞,C项不符合题意;钙离子不能增大植物细胞的通透性,用CaCl2处理细菌的目的是增加细菌细胞壁的通透性,有利于目的基因的导入,D项符合题意。
2.A 解析启动子位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的位点,用于驱动基因的转录,故只有将目的基因插入启动子和终止子之间,目的基因才能表达,A项正确;不同限制酶可能形成相同的黏性末端,如限制酶甲识别5'-GAATTC-3'碱基序列,并在G与A之间切割,限制酶乙识别5'-CAATTG-3'碱基序列,在C与A之间切割,二者形成的黏性末端是相同的,B项错误;酶具有专一性,限制酶甲与限制酶乙形成的黏性末端连接后,形成的碱基序列为5'-CAATTC-3',另一条链为5'-GAATTG-3',不能被限制酶甲和乙识别,C项错误;限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,不能切割RNA,D项错误。
3.A 解析哺乳动物(如兔)成熟的红细胞中无细胞核和众多细胞器,不能提取到DNA,故兔血不宜作为该实验的实验材料,A项错误;为防止DNA断裂,在DNA析出过程中搅拌操作要轻柔且沿着一个方向,B项正确;DNA不溶于酒精溶液,但是细胞中的某些蛋白质溶于酒精溶液,预冷的酒精溶液可用来初步分离DNA与蛋白质,C项正确;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺呈现蓝色,因此,用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热,D项正确。
4.C 解析本实验是检测是否含新冠病毒核酸,根据碱基互补配对原则,图中的探针可能是利用荧光分子标记的新冠病毒独特的基因序列,A项正确;分析图示可知,探针与模板形成杂交链,当DNA聚合酶延伸子链到探针处,探针会被水解,则会出现荧光标记,所以核酸检测是通过检测荧光信号来确定样本中是否有病毒核酸的,B项正确;PCR技术利用了DNA半保留复制的原理,不需要解旋酶,可通过高温使DNA双链解开,但需要耐高温的DNA聚合酶的催化,C项错误;由于碱基互补配对具有特异性,所以用荧光RT-PCR技术测定病毒的核酸具有特异性,D项正确。
5.A 解析在光学显微镜下不能直接观察到病人的痰液中是否含有新型冠状病毒,A项错误;利用PCR技术可在短时间内把新型冠状病毒的基因数量扩增到数百万倍,更有利于检测,B项正确;根据新型冠状病毒蛋白与血清中抗体发生特异性结合的特征,可检测是否感染过新型冠状病毒,C项正确;用标记的DNA分子做探针可检测新型冠状病毒的核酸,以便确定是否被感染,D项正确。
6.A 解析2019-nCoV病毒为RNA病毒,具有RNA聚合酶基因,无逆转录基因,其RNA首先侵入机体,经过复制并指导相关蛋白质合成,进而完成病毒自身的增殖过程,同时机体产生相应的抗体,抗体产生的快慢可能会因人而异,据此推测,RNA检测和抗原蛋白检测需要从患者体内采集病毒样本,而抗体检测不需要采集病毒样本,A项错误;方法②③都是检测蛋白质,都需要用到抗原—抗体杂交的方法,B项正确;某人有可能①②为阳性,③为阴性,即感染了新冠病毒但还未产生抗体,也可能③为阳性①②为阴性,即抗体阳性,可能感染该病毒但痊愈或注射疫苗产生了抗体,C项正确;由于RNA相比DNA稳定性差,往往将病毒样本的RNA反转录成cDNA,该过程中需要用到的酶有逆转录酶、耐高温的DNA聚合酶,D项正确。
7.A 解析根据题干信息可知,荧光蛋白指示的应是脑神经元活动,但脑活动不能被离体观察,为了防止其他体细胞的荧光信号对实验结果造成干扰,启动子M应当是一种只在脑组织中启动基因表达的启动子,A项正确;据图分析可知,只有与启动子M相邻的荧光蛋白基因会表达,在没有Cre酶存在的条件下,小鼠脑神经元活动时只会发出红色荧光,B项错误;Cre酶可以随机识别两个相同的loxP序列,并将两段序列之间的DNA敲除,当Cre酶识别的是loxP1序列时,小鼠脑神经元活动时发出黄色荧光,当识别的是loxP2序列时,小鼠脑神经元活动时发出蓝色荧光,C项错误;PEG多用于诱导细胞融合,动物细胞转基因时常用显微注射技术,显微注射技术不需要用到PEG,D项错误。
8.C 解析为获得目的基因片段,又保留质粒上的标记基因,切割时应选择的限制酶组合是酶F和酶G,A项正确;质粒上有1个酶F的酶切位点,被酶F切割后,会出现2个游离的磷酸基团,B项正确;重组质粒和原质粒均含有Ampr,用含氨苄青霉素的培养基筛选出的有导入重组质粒的受体菌和导入原质粒的受体菌,C项错误;据图可知同时用三种限制酶处理图中质粒,因酶E有两个作用位点,故将质粒切割成了4个DNA片段,D项正确。
9.C 解析PCR扩增依据的是DNA分子半保留复制的原理,是体外扩增DNA的一种方式,A项正确;PCR技术需要在高温条件下进行变性,故进行PCR扩增需要耐高温的DNA聚合酶,B项正确;由于DNA的两条链反向平行,且子链从引物的3'端开始延伸,故利用图中的引物①④组合可扩增出两侧的未知序列,C项错误;通过与受体细胞的基因组序列比对,可确定T-DNA的插入位置,D项正确。
10.A 解析液泡中含有的花青素使花、果实呈现不同的颜色,所以蓝色翠雀花素分布于蓝玫瑰花瓣细胞的液泡中,A项正确;培育蓝玫瑰用到的技术是转基因技术,用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶,载体不属于工具酶,B项错误;基因的表达具有选择性,所以蓝色素基因不是在所有玫瑰细胞中都能控制合成蓝色翠雀花素,如在叶肉细胞、根毛细胞内不表达,C项错误;转基因植物的受体细胞可以是体细胞和受精卵细胞,一般不用卵细胞,D项错误。
11.B 解析作物脱毒属于细胞工程的应用;改善畜产品的品质、抗除草剂作物属于基因工程的应用;可保存的干扰素属于蛋白质工程的应用。
12.B 解析图中①是采用反转录法获取目的基因的过程,这样获取的目的基因不含内含子、启动子等结构,因此与比目鱼染色体中的抗冻基因序列不完全相同,不能用于比目鱼基因组测序,A项错误;将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因不再是抗冻基因,所以得不到抗冻性增强的抗冻蛋白,B项正确;②是基因表达载体的构建过程,基因表达载体通常由启动子、目的基因、终止子和标记基因等构成,其中标记基因的作用是筛选重组质粒,利用农杆菌转化法只能将质粒导入受体细胞,不能对重组质粒进行筛选,C项错误;利用DNA探针技术检测目的基因是否导入到受体细胞,利用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否表达,D项错误。
13.C 解析PCR扩增过程无需加入解旋酶,通过温度的调控实现DNA的解聚。
14.B 解析用相同的限制酶处理含CHS基因的DNA和载体,使其含有相同的黏性末端,以便两者连接形成重组DNA分子,A项错误;从图中可以看出,2道中外源的条带处为0,内源的条带较粗,说明没有外源基因的表达,而3道中外源的条带较粗,内源的条带较细,说明转基因植物中内源基因(CHS基因)的转录水平明显低于野生型,B项正确;转基因植株内源CHS基因的转录被抑制,外源CHS基因的转录正常,C项错误;从图中3道看出,外源基因转入成功,没有获得紫色更深的植株可能是因为内源CHS基因表达被抑制,外源CHS基因和内源CHS基因的综合表达量没有野生型的内源CHS基因表达量高,D项错误。
15.C 解析抗虫转基因作物的使用,减少了农药的使用,降低了生产成本,同时减少了对环境的污染,A项正确;利用基因工程的方法能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品,B项正确;转基因食品虽然都经过严格实验,但是可能出现滞后效应或出现新的过敏原,C项错误;把外源基因转入叶绿体DNA中,有助于防止花粉传播引起的基因污染,D项正确。
16.AB 解析②过程为红霉素抗性基因与重组质粒1结合,该过程中重组质粒1与红霉素抗性基因有两个切口需要连接,共形成4个磷酸二酯键,A项正确;①过程需要用同种限制性内切核酸酶切割质粒和ch1L基因,然后用DNA连接酶连接ch1L基因和质粒,②过程同样需要使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶,B项正确;该技术是为了获得缺失ch1L基因的蓝细菌细胞,故该技术成功的标志是蓝细菌细胞无ch1L基因控制的性状即蓝细菌不能合成叶绿素,C项错误;红霉素抗性基因属于标记基因,用于筛选缺失ch1L基因的蓝细菌细胞,D项错误。
17.C 解析根据“待测的DNA分子中正好有能与芯片上的DNA配对序列,则互补的序列就会结合起来,并在结合的位置发出荧光或者射线,出现‘反应信号’”可知,基因芯片的工作原理是碱基互补配对,A项正确;探针是已知的单链DNA分子,因此待测的DNA分子首先要解旋变为单链,才可用基因芯片检测,B项正确,C项错误;由于基因芯片技术可以检测未知DNA碱基序列,因而具有广泛的应用前景,D项正确。
18.AC 解析C过程用到的酶为耐高温的DNA聚合酶,在高温下不会失活,因此在PCR扩增时不需要再添加,A项错误;PCR中解旋是通过高温进行的,故A过程高温使DNA变性解聚,该过程不需要解旋酶的作用,B项正确;如果把模板DNA的两条链用15N标记,游离的脱氧核苷酸不做标记,循环3次后,形成的DNA分子为8个,而含有15N标记的DNA分子为2个,故在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占2/8=1/4,即25%,C项错误;PCR中由碱基错配引起的基因结构的改变属于基因突变,D项正确。
19.BC 解析由图可知,步骤①所代表的过程是逆转录,A项正确;步骤②需使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶,B项错误;步骤③可用CaCl2处理大肠杆菌,使其细胞从常态转化为感受态(易吸收环境中DNA的状态),C项错误;检验Q蛋白的免疫反应特性,可用Q蛋白与患禽流感康复的鸡的血清(含Q蛋白抗体)进行抗原—抗体特异性反应实验,D项正确。
20.AC 解析“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是有性生殖,A项正确;题图所示时期是胚胎发育的囊胚期,①代表内细胞团,②代表囊胚腔,③代表滋养层,B项错误;“试管婴儿”的形成用到的技术有体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植,C项正确;“试管婴儿”技术主要用于治疗不孕夫妇的不孕症,“设计试管婴儿”可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病,D项错误。
21.答案(1)EcoRⅠ、PstⅠ EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ
(2)磷酸二酯键
(3)自我复制 一个至多个限制酶切割位点 用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,能存活的细胞含有质粒载体
(4)一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位
解析(1)E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端,故EcoRⅠ、PstⅠ酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接;T4DNA连接酶可以连接黏性末端和平末端,故EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。
(2)DNA连接酶可催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成磷酸二酯键。
(3)复制原点可以确保质粒在受体细胞中能自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制酶切割位点,酶切后可以产生不同的末端,便于外源DNA插入。标记基因有助于筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是用含有该种抗生素的培养基培养宿主细胞,不含质粒载体的细胞被抗生素杀死,能存活的细胞含有质粒载体。
(4)启动子是一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶识别和结合的部位。
22.答案(1)三种目的基因间发生反接或自身环化现象 EcoRⅠ、EcoRⅤ、T4 DNA连接酶
(2)构建基因表达载体 2
(3)花粉管通道 1∶1
(4)杂合植株做父本产生两种花粉,携带串联基因的花粉中α-淀粉酶基因会造成花粉败育,不携带串联基因的花粉虽然可以作为雄配子,但不会导致基因漂移 串联基因中有红色荧光蛋白基因且只能在种子中表达,故自交后代可通过种子的颜色进行分选
解析(1)用图中不同的限制酶切割目的基因后进行串联可以有效防止三种目的基因间发生反接或自身环化现象,将串联成功的基因插入载体,串联成的目的基因两端有EcoRⅠ、EcoRⅤ两种限制酶的酶切序列,同时载体中也有这两种限制酶的酶切序列,因此需要向反应体系中加入的酶有EcoRⅠ、EcoRⅤ、T4DNA连接酶,这样可以保证相应的基因有效切割,并正确连接。(2)为保证串联的基因都能在转基因水稻中成功表达,至少需要2种启动子,因为正常的OsNP1基因和α-淀粉酶基因需要在花粉细胞中表达,而红色荧光蛋白基因只能在种子中表达,因此需要2种启动子。(3)导入植物细胞的方法有花粉管通道法、基因枪法和农杆菌转化法,而其中花粉管通道法是我国科学家独创的。串联基因导入OsNP1突变的雄性不育植株后形成的杂合植株自交,杂合植株恢复育性,但带有转基因的花粉表现为不育,即只能产生一种不带有转基因的花粉,因此后代雄性不育植株与转基因植株的比例为1∶1。(4)杂合植株做父本产生两种花粉,携带串联基因的花粉中α-淀粉酶基因会造成花粉败育,不携带串联基因的花粉虽然可以作为雄配子,但不会导致基因漂移,据此可推测,转基因杂合植株自交能有效阻止花粉介导的基因漂移;对自交后代进行筛选不用培育到成熟个体就能准确分选,只需要通过种子的性状即可进行筛选,因为串联基因中有红色荧光蛋白基因且只能在种子中表达,故自交后代可通过种子的颜色进行分选,只要表现荧光的种子即为所需的种子。
23.答案(1)逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶 (2)BamHⅠ和Sau3AⅠ EcoRⅠ和KpnⅠ 便于重组DNA的筛选 (3)反向 只有反向插入,转录出的mRNA碱基序列才跟目的基因转录出的mRNA形成互补双链RNA,使目的基因不能表达出两种酶,从而抑制乙烯的合成 (4)不能 番茄细胞内本来就存在ACC氧化(合成)酶基因,能与ACC氧化(合成)酶基因探针发生分子杂交
解析(1)通过RNA获取目的基因应用逆转录酶,而通过PCR技术扩增目的基因应用耐高温的DNA聚合酶。(2)因为合成出的ACC氧化酶基因两端分别含限制酶BamHⅠ和EcoRⅠ的酶切位点,ACC合成酶基因两端含KpnⅠ和Sau3AⅠ的酶切位点,而限制酶BamHⅠ和Sau3AⅠ得到的黏性末端相同,可将ACC氧化酶基因和ACC合成酶基因拼接成融合基因,最后对相应的Ti质粒和融合基因均使用限制酶EcoRⅠ和KpnⅠ进行切割,以确保融合基因能够插入载体中,载体上卡那霉素抗性基因作为标记基因,其作用是便于重组DNA的筛选。(3)为了获得耐储藏、宜运输的番茄,应将融合基因反向插入启动子2A11的下游,因为只有反向插入,转录出的mRNA碱基序列才跟目的基因转录出的mRNA形成互补双链RNA,使目的基因不能表达出两种酶,从而抑制乙烯的合成。(4)在检测番茄细胞中是否存在反义融合基因时不能用放射性物质标记的ACC氧化(合成)酶基因片段作探针进行检测,理由是番茄细胞内本来就存在ACC氧化(合成)酶基因,能与ACC氧化(合成)酶基因探针发生分子杂交。
24.答案(1)基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的 受体细胞不同以及目的基因导入受体细胞的方法不同
(2)调控细胞无限增殖 将某种抗体基因导入酵母菌中,通过大量培养获得单克隆抗体(合理即可)
(3)单细胞、易培养、繁殖快
(4)人的糖蛋白中的糖链是在内质网和高尔基体中进行蛋白质加工过程中完成的,大肠杆菌是原核细胞,不存在这两种细胞器
解析(1)基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的,因此基因工程又叫作重组DNA技术。由于受体细胞不同以及目的基因导入受体细胞的方法不同,方案Ⅰ、Ⅱ基因表达载体的构建不同。(2)免疫过的B淋巴细胞能产生抗体,但不能在体外培养条件下无限增殖,由此可见,方案Ⅰ中A基因最可能的作用是调控细胞(无限)增殖;还可以利用基因工程菌生产单克隆抗体。(3)酵母菌作为基因工程中的受体菌具有单细胞、易培养、繁殖快、遗传物质相对较少等优点。(4)大肠杆菌是原核细胞,没有内质网、高尔基体等加工糖蛋白的细胞器。
25.答案(1)基因的选择性表达 (2)囊胚 有丝分裂 (3)核移植 胚胎分割 (4)供体器官不足 免疫排斥反应
解析胚胎干细胞分裂分化形成不同类型的细胞,是基因选择性表达的结果;重构胚从囊胚开始分化,卵裂是受精卵进行的初步分裂,属于有丝分裂;治疗性克隆利用细胞核移植技术获得,通过胚胎分割可获得基因型完全相同的胚胎;治疗性克隆既可解决器官移植中供体不足的问题,同时避免产生免疫排斥反应。
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