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第3章测评卷
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这是一份第3章测评卷，共13页。
第3章测评
(时间:75分钟 满分:100分)
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.下列关于限制性内切核酸酶的说法,错误的是( )
A.限制性内切核酸酶主要是从原核生物中分离纯化出来的
B.限制性内切核酸酶不能将目的基因连接到不同的载体上
C.一种限制性内切核酸酶只能识别一种特定的核苷酸
D.限制性内切核酸酶既可切割链状DNA也可切割环状DNA
答案C
解析限制性内切核酸酶主要是从原核生物中提取的,A项正确;限制性内切核酸酶的作用是切割载体和目的基因,不能连接载体和目的基因,B项正确;限制性内切核酸酶识别特定的核苷酸序列,而非核苷酸,C项错误;限制性内切核酸酶可以切割DNA,无论是链状DNA还是环状DNA,D项正确。
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
答案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GAATTC碱基序列,并在GA之间切割,限制酶乙识别CAATTG碱基序列,在C与A之间切割,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CAATTC,另一条链为GAATTG,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.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
答案A
解析在光学显微镜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。
4.SRY—PCR是对移植前的胚胎进行性别鉴定的有效方法,利用的是Y染色体上特有的性别决定基因(即SRY基因)设计引物,进行PCR扩增,最后用SRY特异性探针对扩增产物进行检测即可确定性别。下列说法错误的是( )
A.为了定向扩增SRY基因,PCR过程中仅可加入一种引物
B.Taq酶是从引物的3'端延伸DNA链的
C.PCR结束后进行DNA分子杂交技术检测,阳性结果代表胚胎为雄性
D.由于该技术有PCR过程,环境DNA的进入可能导致假阳性结果
答案A
解析定向扩增大量获得SRY基因,PCR扩增时可以加入两种引物,A项错误;Taq酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸,延伸DNA链,B项正确;用SRY特异性探针对扩增产物进行检测,若形成杂交带,即呈阳性,则说明其含有SRY基因(位于Y染色体上性别决定基因),则胚胎的性别为雄性,C项正确;如环境中的DNA进入,SRY特异性探针可能与其形成杂交带,由此出现假阳性,D项正确。
5.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、Taq酶
答案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,而检测抗体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。
6.在基因工程中,为将目的基因导入植物受体细胞常采用土壤农杆菌转化法,在土壤农杆菌中常含有一个Ti质粒。某科研小组欲将某抗虫基因导入某植物,下列分析错误的是( )
A.Ti质粒含有对宿主细胞生存具有决定性作用的基因,是基因工程中重要的载体
B.用Ca2+处理细菌是重组Ti质粒导入土壤农杆菌中的重要方法
C.含有重组Ti质粒的土壤农杆菌成功感染植物细胞,可通过植物组织培养技术将该细胞培养成具有抗虫性状的植物
D.若能够在植物细胞中检测到抗虫基因,则说明重组质粒成功地导入了受体细胞
答案A
解析Ti质粒是基因工程中重要的载体,但不含有对宿主细胞生存具有决定性作用的基因,A项错误;用Ca2+处理细菌可增加细胞壁的通透性,有利于将重组Ti质粒导入土壤农杆菌,B项正确;转基因成功的植物细胞可通过植物组织培养技术培育获得转基因植物,C项正确;若在植物细胞中检测到抗虫基因,则说明目的基因已成功导入受体细胞中,D项正确。
7.科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品种,下列相关叙述错误的是( )
A.可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞
B.含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株
C.可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性
D.如果目的基因的核苷酸序列是完全未知的,可用PCR技术得到大量目的基因
答案D
解析通过农杆菌转化法可将重组质粒导入棉花受体细胞,A项正确;含耐盐基因的棉花细胞经植物组织培养可获得完整的耐盐植株,B项正确;棉花植株是否耐盐,主要看植株能否在高浓度的盐溶液或高盐土壤中生活,因此,可以用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性,C项正确;如果目的基因的核苷酸序列是完全未知的,可从基因文库中获取目的基因,不能通过PCR扩增目的基因,D项错误。
8.利用细菌大量生产人类干扰素,下列有关叙述错误的是( )
A.用适当的酶对质粒载体与人类干扰素基因进行切割与黏合
B.用Ca2+处理受体细菌表面,将重组DNA导入受体细菌
C.通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌
D.重组DNA必须能在受体细菌内进行复制、转录与翻译
答案C
解析在构建基因表达载体时,通常要对含有目的基因的DNA分子和载体进行同种限制酶的切割和DNA连接酶的黏合,A项正确;因为受体细胞是细菌,通常对其进行Ca2+处理,使受体细胞处于容易吸收周围环境中DNA分子的状态,以便更好地导入目的基因,B项正确;通常利用标记基因来检测重组DNA是否导入受体细菌,C项错误;重组DNA进入细胞后,其上的目的基因会随着受体细胞DNA的复制而复制,并表达(转录和翻译)出相应的基因产物,D项正确。
9.下图表示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.应选择的限制性内切核酸酶组合是酶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.同时用三种限制性内切核酸酶处理图中质粒,充分酶切后可得到4个DNA片段
答案C
解析为避免切割后DNA片段的自身环化,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Amp,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。
10.埃博拉病毒(EBOV)呈纤维状,EBOV衣壳外有包膜,包膜上有5种蛋白棘突(VP系列蛋白和GP蛋白),其中GP蛋白最为关键,能被宿主细胞强烈识别。2014年首个埃博拉疫苗成功通过临床试验,接受疫苗的志愿者均产生了抗体,且未出现严重副作用。疫苗种类有:灭活疫苗、DNA疫苗、病毒样颗粒疫苗等。下列相关叙述错误的是( )
A.可利用埃博拉病毒的RNA逆转录合成DNA以获得编码GP蛋白抗原的DNA疫苗
B.以GP蛋白制作的病毒样颗粒疫苗比利用毒性减弱的埃博拉病毒作为疫苗更安全
C.为了获取乳汁中含有GP蛋白的转基因牛,必须使目的基因的首段含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的启动子
D.产GP蛋白的转基因牛是否培育成功,可通过抗原—抗体杂交技术从个体水平进行检测
答案D
解析疫苗种类有灭活疫苗、DNA疫苗、病毒样颗粒疫苗等,因此可以利用埃博拉病毒的RNA逆转录合成DNA以获得编码GP蛋白抗原的DNA疫苗,A项正确;以GP蛋白制作的病毒样颗粒疫苗比利用毒性减弱的埃博拉病毒作为疫苗更安全,其原因是GP蛋白自身没有感染能力,但保留有抗原性,B项正确;为了从牛分泌的乳汁中生产GP蛋白,在目的基因导入受体细胞前,目的基因的首段必须含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的(乳腺蛋白基因的)启动子,才能驱动转录过程,C项正确;产GP蛋白的转基因牛是否培育成功,可通过抗原—抗体杂交技术从分子水平进行检测,D项错误。
11.(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分子双链复制的原理
B.进行PCR扩增需要热稳定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
答案C
解析PCR扩增依据的是DNA分子双链复制的原理,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扩增需要热稳定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。
12.(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
答案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。
13.人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白,可在转htPA基因母羊的羊乳中获得,生产流程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.构建重组表达载体时需要用DNA聚合酶和DNA连接酶
B.检测目的基因是否已转录出mRNA,可采用分子杂交技术
C.将重组表达载体导入受精卵之前用CaCl2处理,有利于提高转化效率
D.若在母羊的体细胞中检测到htPA基因,说明目的基因成功表达
答案B
解析构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶,不需要DNA聚合酶,A项错误;检测目的基因是否已转录出mRNA,可采用分子杂交技术,B项正确;将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法,将目的基因导入微生物细胞时需要用CaCl2处理微生物细胞,C项错误;若在母羊的体细胞中检测到htPA基因,说明目的基因成功导入受体细胞,但不能说明目的基因已经表达,只有在转htPA基因母羊的羊乳中检测到htPA,才能说明目的基因已成功表达,D项错误。
14.下列有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( )
A.收集大量的蛋白质分子结构的信息,以便分析结构与功能之间的关系
B.可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
C.根据特定的生物功能,设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构
D.根据人们的需要,直接对氨基酸的分子结构进行改造
答案D
解析蛋白质工程是根据人们的需要,通过对基因的改造从而实现对蛋白质的改造,D项错误。
15.(2021福建莆田一中高二期中)下列有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( )
A.蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程
B.蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质结构出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
C.干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现
D.蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造,蛋白质工程产生的变异可以遗传
答案B
解析蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,A项正确;蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发,最终找到脱氧核苷酸序列的过程,B项错误;蛋白质工程可改变原有蛋白质的结构,故干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现,C项正确;蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造,而是对基因进行改造,蛋白质工程产生的变异可以遗传,D项正确。
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
答案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.采用基因工程技术可培育出含人凝血因子基因的转基因羊,但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述正确的是( )
A.人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子氨基酸数目的3倍
B.在该转基因羊中,人凝血因子基因也会存在于成熟的红细胞中
C.人凝血因子基因开始转录后,在DNA连接酶的作用下合成mRNA
D.科学家利用基因工程技术将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,目的是制成乳腺生物反应器
答案AD
解析人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子氨基酸数目的3倍,A项正确;由于羊的成熟的红细胞中没有细胞核,所以人的凝血因子基因不会存在于该转基因羊的成熟红细胞中,B项错误;人凝血因子基因转录过程中,所需要的酶是RNA聚合酶,C项错误;制作乳腺生物反应器时需要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,D项正确。
18.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”。下列说法中错误的是( )
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
答案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。
19.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。下列说法中错误的是( )
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
答案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。
20.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
答案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。
三、非选择题:本题包括5小题,共55分。
21.(11分)下表中列出了几种限制酶识别序列及切割位点,图1和图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
限制酶
BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
SmaⅠ
识别序
列及切
割位点
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有 个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ识别序列越多,质粒的热稳定性越 。
(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是 。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较,使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止 。
(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入 酶。
(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 。
答案(1)0、2 (2)强 (3)SmaⅠ会破坏质粒的抗生素抗性基因及外源DNA中的目的基因 (4)质粒和目的基因自身环化或连接错误 (5)DNA连接 (6)便于鉴别和筛选含有目的基因的细胞
解析(1)质粒为小型环状的DNA分子,环状DNA分子中没有游离的磷酸基团;质粒分子经SmaⅠ切割后,在切口处每端各含1个游离的磷酸基团,即共有2个游离的磷酸基团。(2)因SmaⅠ的识别序列中全部是G—C碱基对,而G—C碱基对间氢键数目比A—T碱基对间的多,故插入的SmaⅠ识别序列越多,质粒的热稳定性越强。(3)若用SmaⅠ切割质粒和外源DNA,质粒中作为标记基因的抗生素抗性基因的结构会被破坏,外源DNA中目的基因的结构也会被破坏。(4)若只使用EcoRⅠ切割目的基因和外源DNA,则质粒和含目的基因的片段可能会自身连接而环化,质粒与目的基因也可能连接错误。(5)含目的基因的片段与质粒连接形成重组质粒,需DNA连接酶将两个DNA片段连接起来。(6)重组质粒中的抗性基因作为标记基因,用于鉴别和筛选含有目的基因的细胞。
22.(10分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过聚合酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题。
(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过 获得cDNA用于PCR扩增。
(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的 序列。设计引物时需要避免引物之间 ,而造成引物自连。
(3)图中步骤1代表 ,步骤2代表复性,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。
(4)PCR扩增时,复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏 的碱基配对。复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的复性温度。
(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有 (填序号:①升高复性温度
②降低复性温度 ③重新设计引物)。
答案(1)逆转录 (2)限制性内切核酸酶的识别 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 G、C碱基含量高 (5)②③
解析(1)目的基因的获取:从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过逆转录获得cDNA用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便基因与载体相连构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶的识别序列。为了避免引物自连,设计引物时需要避免引物之间碱基互补配对。(3)根据PCR的过程可知,图中步骤1为变性,步骤2为复性,步骤3为延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)复性温度过高,会破坏引物与模板的碱基配对。因A、T之间形成两个氢键,G、C之间形成三个氢键,G、C碱基含量高的引物,需要设定更高的复性温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,可能的原因是复性温度过高,或者设计的引物不合适,不能与模板碱基配对。因此可采取的改进措施有降低复性温度、重新设计引物等。
23.(10分)成熟的番茄果实中,由于PG基因表达使果实变软,而不利于保鲜。科学家们将PG基因反向接到Ti质粒上(可转录PG基因正常时不转录的链),导入番茄细胞中,得到转基因番茄,具体操作流程如图所示。请据图回答下列问题。
(1)PG基因可从 中获取。若已获取PG基因的mRNA,可通过 法获取PG基因,PG基因可利用 技术进行扩增。
(2)重组质粒转移到大肠杆菌前,先用 处理细胞,使其成为感受态细胞。用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后,可用含有 的培养基进行筛选。之后,还需将其置于质量分数为3%的蔗糖溶液中,通过观察细胞 现象来鉴别细胞壁是否再生。
(3)由于导入的目的基因能转录出反义RNA,且能与 互补结合,因此可抑制PG基因的正常表达。从个体水平上看,若 ,则可确定转基因番茄培育成功。
答案(1)基因文库 逆转录 PCR (2)Ca2+ 卡那霉素 是否发生质壁分离 (3)正常的mRNA(或天然的PG基因转录的mRNA) 番茄果实的保鲜期延长(合理即可)
解析(1)番茄的PG基因可以从番茄的基因文库中获取。若已获取了该基因的mRNA,可通过逆转录获得该基因。利用PCR技术可对基因进行体外扩增。(2)用Ca2+处理大肠杆菌可使之成为感受态细胞,有利于其吸收重组DNA分子。因Ti质粒含卡那霉素抗性基因且未被破坏,所以可以用含卡那霉素的培养基对导入目的基因的番茄原生质体进行筛选。3%的蔗糖溶液可使正常植物细胞发生质壁分离,可鉴别细胞壁是否再生。(3)反义RNA与正常的mRNA结合后,阻止了正常mRNA的翻译过程,即抑制了PG基因的正常表达。该实验操作成功的标志是出现相应性状,即转基因番茄培育成功后,番茄的保鲜期延长。
24.(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。
(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)为了获得耐运储存、宜储存的番茄,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 。
答案(1)逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶 (2)BamHⅠ和Sau3A Ⅰ EcoR Ⅰ和Kpn Ⅰ 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(Taq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BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ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EcoR Ⅰ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)为了获得耐运储存、宜储存的番茄,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。
25.(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 。
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。
第3章测评
(时间:75分钟 满分:100分)
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.下列关于限制性内切核酸酶的说法,错误的是( )
A.限制性内切核酸酶主要是从原核生物中分离纯化出来的
B.限制性内切核酸酶不能将目的基因连接到不同的载体上
C.一种限制性内切核酸酶只能识别一种特定的核苷酸
D.限制性内切核酸酶既可切割链状DNA也可切割环状DNA
答案C
解析限制性内切核酸酶主要是从原核生物中提取的,A项正确;限制性内切核酸酶的作用是切割载体和目的基因,不能连接载体和目的基因,B项正确;限制性内切核酸酶识别特定的核苷酸序列,而非核苷酸,C项错误;限制性内切核酸酶可以切割DNA,无论是链状DNA还是环状DNA,D项正确。
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
答案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GAATTC碱基序列,并在GA之间切割,限制酶乙识别CAATTG碱基序列,在C与A之间切割,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CAATTC,另一条链为GAATTG,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.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
答案A
解析在光学显微镜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。
4.SRY—PCR是对移植前的胚胎进行性别鉴定的有效方法,利用的是Y染色体上特有的性别决定基因(即SRY基因)设计引物,进行PCR扩增,最后用SRY特异性探针对扩增产物进行检测即可确定性别。下列说法错误的是( )
A.为了定向扩增SRY基因,PCR过程中仅可加入一种引物
B.Taq酶是从引物的3'端延伸DNA链的
C.PCR结束后进行DNA分子杂交技术检测,阳性结果代表胚胎为雄性
D.由于该技术有PCR过程,环境DNA的进入可能导致假阳性结果
答案A
解析定向扩增大量获得SRY基因,PCR扩增时可以加入两种引物,A项错误;Taq酶从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸,延伸DNA链,B项正确;用SRY特异性探针对扩增产物进行检测,若形成杂交带,即呈阳性,则说明其含有SRY基因(位于Y染色体上性别决定基因),则胚胎的性别为雄性,C项正确;如环境中的DNA进入,SRY特异性探针可能与其形成杂交带,由此出现假阳性,D项正确。
5.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、Taq酶
答案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,而检测抗体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。
6.在基因工程中,为将目的基因导入植物受体细胞常采用土壤农杆菌转化法,在土壤农杆菌中常含有一个Ti质粒。某科研小组欲将某抗虫基因导入某植物,下列分析错误的是( )
A.Ti质粒含有对宿主细胞生存具有决定性作用的基因,是基因工程中重要的载体
B.用Ca2+处理细菌是重组Ti质粒导入土壤农杆菌中的重要方法
C.含有重组Ti质粒的土壤农杆菌成功感染植物细胞,可通过植物组织培养技术将该细胞培养成具有抗虫性状的植物
D.若能够在植物细胞中检测到抗虫基因,则说明重组质粒成功地导入了受体细胞
答案A
解析Ti质粒是基因工程中重要的载体,但不含有对宿主细胞生存具有决定性作用的基因,A项错误;用Ca2+处理细菌可增加细胞壁的通透性,有利于将重组Ti质粒导入土壤农杆菌,B项正确;转基因成功的植物细胞可通过植物组织培养技术培育获得转基因植物,C项正确;若在植物细胞中检测到抗虫基因,则说明目的基因已成功导入受体细胞中,D项正确。
7.科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因棉花新品种,下列相关叙述错误的是( )
A.可通过农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞
B.含耐盐基因的棉花细胞可经植物组织培养获得完整植株
C.可用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性
D.如果目的基因的核苷酸序列是完全未知的,可用PCR技术得到大量目的基因
答案D
解析通过农杆菌转化法可将重组质粒导入棉花受体细胞,A项正确;含耐盐基因的棉花细胞经植物组织培养可获得完整的耐盐植株,B项正确;棉花植株是否耐盐,主要看植株能否在高浓度的盐溶液或高盐土壤中生活,因此,可以用较高浓度的盐水浇灌来鉴定棉花植株的耐盐性,C项正确;如果目的基因的核苷酸序列是完全未知的,可从基因文库中获取目的基因,不能通过PCR扩增目的基因,D项错误。
8.利用细菌大量生产人类干扰素,下列有关叙述错误的是( )
A.用适当的酶对质粒载体与人类干扰素基因进行切割与黏合
B.用Ca2+处理受体细菌表面,将重组DNA导入受体细菌
C.通常通过检测目的基因产物来检测重组DNA是否已导入受体细菌
D.重组DNA必须能在受体细菌内进行复制、转录与翻译
答案C
解析在构建基因表达载体时,通常要对含有目的基因的DNA分子和载体进行同种限制酶的切割和DNA连接酶的黏合,A项正确;因为受体细胞是细菌,通常对其进行Ca2+处理,使受体细胞处于容易吸收周围环境中DNA分子的状态,以便更好地导入目的基因,B项正确;通常利用标记基因来检测重组DNA是否导入受体细菌,C项错误;重组DNA进入细胞后,其上的目的基因会随着受体细胞DNA的复制而复制,并表达(转录和翻译)出相应的基因产物,D项正确。
9.下图表示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.应选择的限制性内切核酸酶组合是酶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.同时用三种限制性内切核酸酶处理图中质粒,充分酶切后可得到4个DNA片段
答案C
解析为避免切割后DNA片段的自身环化,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Amp,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。
10.埃博拉病毒(EBOV)呈纤维状,EBOV衣壳外有包膜,包膜上有5种蛋白棘突(VP系列蛋白和GP蛋白),其中GP蛋白最为关键,能被宿主细胞强烈识别。2014年首个埃博拉疫苗成功通过临床试验,接受疫苗的志愿者均产生了抗体,且未出现严重副作用。疫苗种类有:灭活疫苗、DNA疫苗、病毒样颗粒疫苗等。下列相关叙述错误的是( )
A.可利用埃博拉病毒的RNA逆转录合成DNA以获得编码GP蛋白抗原的DNA疫苗
B.以GP蛋白制作的病毒样颗粒疫苗比利用毒性减弱的埃博拉病毒作为疫苗更安全
C.为了获取乳汁中含有GP蛋白的转基因牛,必须使目的基因的首段含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的启动子
D.产GP蛋白的转基因牛是否培育成功,可通过抗原—抗体杂交技术从个体水平进行检测
答案D
解析疫苗种类有灭活疫苗、DNA疫苗、病毒样颗粒疫苗等,因此可以利用埃博拉病毒的RNA逆转录合成DNA以获得编码GP蛋白抗原的DNA疫苗,A项正确;以GP蛋白制作的病毒样颗粒疫苗比利用毒性减弱的埃博拉病毒作为疫苗更安全,其原因是GP蛋白自身没有感染能力,但保留有抗原性,B项正确;为了从牛分泌的乳汁中生产GP蛋白,在目的基因导入受体细胞前,目的基因的首段必须含有使其仅能在牛的乳腺细胞中特异性表达的(乳腺蛋白基因的)启动子,才能驱动转录过程,C项正确;产GP蛋白的转基因牛是否培育成功,可通过抗原—抗体杂交技术从分子水平进行检测,D项错误。
11.(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分子双链复制的原理
B.进行PCR扩增需要热稳定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
答案C
解析PCR扩增依据的是DNA分子双链复制的原理,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扩增需要热稳定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。
12.(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
答案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。
13.人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白,可在转htPA基因母羊的羊乳中获得,生产流程如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.构建重组表达载体时需要用DNA聚合酶和DNA连接酶
B.检测目的基因是否已转录出mRNA,可采用分子杂交技术
C.将重组表达载体导入受精卵之前用CaCl2处理,有利于提高转化效率
D.若在母羊的体细胞中检测到htPA基因,说明目的基因成功表达
答案B
解析构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶,不需要DNA聚合酶,A项错误;检测目的基因是否已转录出mRNA,可采用分子杂交技术,B项正确;将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法,将目的基因导入微生物细胞时需要用CaCl2处理微生物细胞,C项错误;若在母羊的体细胞中检测到htPA基因,说明目的基因成功导入受体细胞,但不能说明目的基因已经表达,只有在转htPA基因母羊的羊乳中检测到htPA,才能说明目的基因已成功表达,D项错误。
14.下列有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( )
A.收集大量的蛋白质分子结构的信息,以便分析结构与功能之间的关系
B.可以预测具有一定氨基酸序列的蛋白质的空间结构和生物功能
C.根据特定的生物功能,设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构
D.根据人们的需要,直接对氨基酸的分子结构进行改造
答案D
解析蛋白质工程是根据人们的需要,通过对基因的改造从而实现对蛋白质的改造,D项错误。
15.(2021福建莆田一中高二期中)下列有关蛋白质工程的叙述,不正确的是( )
A.蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程
B.蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质结构出发最终找到脱氧核苷酸序列的过程
C.干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现
D.蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造,蛋白质工程产生的变异可以遗传
答案B
解析蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程,A项正确;蛋白质工程的原理是从预期的蛋白质功能出发,最终找到脱氧核苷酸序列的过程,B项错误;蛋白质工程可改变原有蛋白质的结构,故干扰素结构中改变某个氨基酸提高了它的保存时间是蛋白质工程应用的体现,C项正确;蛋白质工程不是对蛋白质结构的直接改造,而是对基因进行改造,蛋白质工程产生的变异可以遗传,D项正确。
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
答案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.采用基因工程技术可培育出含人凝血因子基因的转基因羊,但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。下列有关叙述正确的是( )
A.人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子氨基酸数目的3倍
B.在该转基因羊中,人凝血因子基因也会存在于成熟的红细胞中
C.人凝血因子基因开始转录后,在DNA连接酶的作用下合成mRNA
D.科学家利用基因工程技术将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,目的是制成乳腺生物反应器
答案AD
解析人体细胞中凝血因子基因的碱基对数目大于凝血因子氨基酸数目的3倍,A项正确;由于羊的成熟的红细胞中没有细胞核,所以人的凝血因子基因不会存在于该转基因羊的成熟红细胞中,B项错误;人凝血因子基因转录过程中,所需要的酶是RNA聚合酶,C项错误;制作乳腺生物反应器时需要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,D项正确。
18.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”。下列说法中错误的是( )
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
答案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。
19.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。下列说法中错误的是( )
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
答案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。
20.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
答案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。
三、非选择题:本题包括5小题,共55分。
21.(11分)下表中列出了几种限制酶识别序列及切割位点,图1和图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
限制酶
BamHⅠ
HindⅢ
EcoRⅠ
SmaⅠ
识别序
列及切
割位点
(1)一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后,分别含有 个游离的磷酸基团。
(2)若对图中质粒进行改造,插入的SmaⅠ识别序列越多,质粒的热稳定性越 。
(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用SmaⅠ切割,原因是 。
(4)与只使用EcoRⅠ相比较,使用BamHⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止 。
(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入 酶。
(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了 。
答案(1)0、2 (2)强 (3)SmaⅠ会破坏质粒的抗生素抗性基因及外源DNA中的目的基因 (4)质粒和目的基因自身环化或连接错误 (5)DNA连接 (6)便于鉴别和筛选含有目的基因的细胞
解析(1)质粒为小型环状的DNA分子,环状DNA分子中没有游离的磷酸基团;质粒分子经SmaⅠ切割后,在切口处每端各含1个游离的磷酸基团,即共有2个游离的磷酸基团。(2)因SmaⅠ的识别序列中全部是G—C碱基对,而G—C碱基对间氢键数目比A—T碱基对间的多,故插入的SmaⅠ识别序列越多,质粒的热稳定性越强。(3)若用SmaⅠ切割质粒和外源DNA,质粒中作为标记基因的抗生素抗性基因的结构会被破坏,外源DNA中目的基因的结构也会被破坏。(4)若只使用EcoRⅠ切割目的基因和外源DNA,则质粒和含目的基因的片段可能会自身连接而环化,质粒与目的基因也可能连接错误。(5)含目的基因的片段与质粒连接形成重组质粒,需DNA连接酶将两个DNA片段连接起来。(6)重组质粒中的抗性基因作为标记基因,用于鉴别和筛选含有目的基因的细胞。
22.(10分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过聚合酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题。
(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过 获得cDNA用于PCR扩增。
(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的 序列。设计引物时需要避免引物之间 ,而造成引物自连。
(3)图中步骤1代表 ,步骤2代表复性,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。
(4)PCR扩增时,复性温度的设定是成败的关键。复性温度过高会破坏 的碱基配对。复性温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的复性温度。
(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有 (填序号:①升高复性温度
②降低复性温度 ③重新设计引物)。
答案(1)逆转录 (2)限制性内切核酸酶的识别 碱基互补配对 (3)变性 (4)引物与模板 G、C碱基含量高 (5)②③
解析(1)目的基因的获取:从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过逆转录获得cDNA用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便基因与载体相连构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶的识别序列。为了避免引物自连,设计引物时需要避免引物之间碱基互补配对。(3)根据PCR的过程可知,图中步骤1为变性,步骤2为复性,步骤3为延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)复性温度过高,会破坏引物与模板的碱基配对。因A、T之间形成两个氢键,G、C之间形成三个氢键,G、C碱基含量高的引物,需要设定更高的复性温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,可能的原因是复性温度过高,或者设计的引物不合适,不能与模板碱基配对。因此可采取的改进措施有降低复性温度、重新设计引物等。
23.(10分)成熟的番茄果实中,由于PG基因表达使果实变软,而不利于保鲜。科学家们将PG基因反向接到Ti质粒上(可转录PG基因正常时不转录的链),导入番茄细胞中,得到转基因番茄,具体操作流程如图所示。请据图回答下列问题。
(1)PG基因可从 中获取。若已获取PG基因的mRNA,可通过 法获取PG基因,PG基因可利用 技术进行扩增。
(2)重组质粒转移到大肠杆菌前,先用 处理细胞,使其成为感受态细胞。用含目的基因的农杆菌感染番茄原生质体后,可用含有 的培养基进行筛选。之后,还需将其置于质量分数为3%的蔗糖溶液中,通过观察细胞 现象来鉴别细胞壁是否再生。
(3)由于导入的目的基因能转录出反义RNA,且能与 互补结合,因此可抑制PG基因的正常表达。从个体水平上看,若 ,则可确定转基因番茄培育成功。
答案(1)基因文库 逆转录 PCR (2)Ca2+ 卡那霉素 是否发生质壁分离 (3)正常的mRNA(或天然的PG基因转录的mRNA) 番茄果实的保鲜期延长(合理即可)
解析(1)番茄的PG基因可以从番茄的基因文库中获取。若已获取了该基因的mRNA,可通过逆转录获得该基因。利用PCR技术可对基因进行体外扩增。(2)用Ca2+处理大肠杆菌可使之成为感受态细胞,有利于其吸收重组DNA分子。因Ti质粒含卡那霉素抗性基因且未被破坏,所以可以用含卡那霉素的培养基对导入目的基因的番茄原生质体进行筛选。3%的蔗糖溶液可使正常植物细胞发生质壁分离,可鉴别细胞壁是否再生。(3)反义RNA与正常的mRNA结合后,阻止了正常mRNA的翻译过程,即抑制了PG基因的正常表达。该实验操作成功的标志是出现相应性状,即转基因番茄培育成功后,番茄的保鲜期延长。
24.(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。
(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)为了获得耐运储存、宜储存的番茄,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 。
答案(1)逆转录酶和耐高温的DNA聚合酶 (2)BamHⅠ和Sau3A Ⅰ EcoR Ⅰ和Kpn Ⅰ 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(Taq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BamH Ⅰ和Sau3A Ⅰ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EcoR Ⅰ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)为了获得耐运储存、宜储存的番茄,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。
25.(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 。
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。
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