2021_2021年新教材高中生物第34章基因工程生物技术的安全性与伦理问题单元素养评价含解析新人教版选择性必修.doc

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1、单元素养评价(三)(第3、4章)(60分钟100分)一、选择题(共15小题,每题3分,共45分)1.下列关于基因工程的叙述,错误的是()A.基因工程的原理是染色体变异B.基因工程可定向改变生物的性状C.基因工程是在分子水平上进行的设计和施工D.基因工程可以将外源基因导入不同种的生物体内【解析】选A。基因工程的原理是基因重组,A错误;基因工程可按照人们的意愿定向改变生物的性状,B正确;基因工程是在分子水平上进行的设计和施工,C正确;基因工程可以将外源基因导入不同种的生物体内,D正确。2.在基因表达载体的构建中,下列说法正确的是()一个表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子基因表达载

2、体的构建是基因工程的核心步骤有了启动子才能驱动基因转录出mRNA,终止子的作用是使转录在所需要的地方停止启动子就是起始密码子,终止子就是终止密码子A.B.C.D.【解析】选A。表达载体组成至少包括目的基因、标记基因、启动子、终止子,还有复制原点等,正确;基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤,正确;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,能驱动基因转录出mRNA,最终获得所需的蛋白质,所以有了启动子才能驱动基因转录出mRNA,终止子的作用是使转录在所需要的地方停止,正确;起始密码子和终止密码子都位于mRNA上,启动子和终止子位于基因中,错误。3.下列

3、关于DNA的粗提取和鉴定实验的叙述,正确的是()A.用鸡血作为材料,原因是鸡血红细胞有细胞核,其他动物红细胞没有细胞核B.用二苯胺试剂进行鉴定,原因是DNA溶液中加入二苯胺试剂即呈蓝色C.用酒精进行提纯,原因是DNA溶于酒精,蛋白质不溶于酒精D.用不同浓度的NaCl溶液进行DNA粗提取,原因是DNA在其中溶解度不同【解析】选D。做DNA粗提取和鉴定实验时,实验材料用鸡血而不用猪血,原因是哺乳动物的成熟的红细胞中没有细胞核和细胞器,因此不含DNA,并不是其他动物红细胞均不含细胞核,A错误;DNA溶液中加入二苯胺试剂必须在沸水浴条件下才呈现蓝色,B错误;在对DNA提纯时,由于DNA不溶于酒精,而其

4、他杂质可以溶于酒精,因此可以除去溶于酒精的杂质,C错误;由于DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,根据此原理可以对DNA粗提取,D正确。4.(2020徐州高二检测)下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容,正确的组合是()选项供体剪刀针线载体受体A质粒限制性内切核酸酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物DNA连接酶限制性内切核酸酶质粒大肠杆菌等C提供目的基因的生物限制性内切核酸酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制性内切核酸酶提供目的基因的生物质粒【解析】选C。供体是指提供目的基因的生物;限制酶能切割DNA分子,是基因的剪刀;DNA连接酶

5、能将DNA片段连接起来,是基因的针线;载体包括质粒、噬菌体或动植物病毒;基因工程的受体可以是动物细胞、植物细胞或微生物细胞,但常以大肠杆菌等微生物细胞作为受体。综上所述,C正确。5.下列有关基因工程与蛋白质工程的说法,正确的是()A.基因工程需要对基因进行分子水平操作,蛋白质工程不对基因进行操作B.基因工程合成的是天然的蛋白质,蛋白质工程合成的不一定是天然存在的蛋白质C.基因工程是分子水平操作,蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的D.蛋白质工程无须构建基因表达载体,改造后的蛋白质的性状不遗传给子代【解析】选B。基因工程和蛋白质工程都需要对基因进行分子水平操作,A错误;基因工程合成的是天然

6、的蛋白质,蛋白质工程合成的不一定是天然存在的蛋白质,B正确;基因工程是分子水平操作,蛋白质工程是通过改造基因来实现对蛋白质的改造,C错误;蛋白质工程改造基因后还要通过基因工程实现,因此需要构建基因表达载体,且改造后的蛋白质的性状能遗传给子代,D错误。6.某实验小组将人生长激素基因导入大肠杆菌以制备工程菌,下列相关叙述正确的是()A.人生长激素基因可以通过以下丘脑细胞的mRNA为模板的逆转录获得B.将人的生长激素基因导入大肠杆菌常采用Ca2+处理细胞C.利用工程菌制备的生长激素和人体细胞合成的具有相同的空间结构D.在生长激素基因的首端插入终止子的目的是保证目的基因成功转录【解析】选B。人的生长激

7、素mRNA只能从人的垂体细胞中提取,下丘脑细胞不表达生长激素基因,A错误;将人的生长激素基因导入大肠杆菌常采用Ca2+处理细胞,Ca2+诱导是使大肠杆菌成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞的方法,B正确;生长激素是由垂体分泌的小分子的多肽,人体细胞合成的生长激素需要经过内质网和高尔基体的加工,与利用工程菌制备的生长激素的空间结构不相同,C错误;为保证生长激素基因的正常转录,表达载体中目的基因的首端应有启动子,尾端应有终止子,D错误。7.限制酶Mun和限制酶EcoR的识别序列及其切割位点分别如下:CAATTG和GAATTC如图表示某一目的基因片段与质粒拼接形成重组质粒的过程,相关叙述错误

8、的是() A.用限制酶EcoR切割目的基因,同时用限制酶Mun切割质粒B.两种限制酶切割后形成的黏性末端的碱基可以互补配对C.限制酶能使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开D.将重组质粒同时用2种限制酶切割会形成2种DNA片段【解析】选D。由图可知,目的基因两侧都是限制酶EcoR的切割位点,因此应选用限制酶EcoR切割含有目的基因的外源DNA分子,质粒中含有限制酶Mun和限制酶EcoR的切割位点,但EcoR的切割位点位于标记基因中,用其切割会破坏标记基因,因此为保证重组质粒表达载体的准确构建,应选用限制酶Mun切割质粒,A正确;图中两种限制酶切割后形成的黏性末端的碱基可以互补配对,B正确;

9、限制酶的作用是使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,C正确;将重组质粒同时用2种限制酶切割会形成1种DNA片段,D错误。8.利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如下图所示,下列叙述正确的是() A.过程需使用逆转录酶B.过程需使用解旋酶和 PCR 获取目的基因C.过程使用的感受态细胞可用 NaCl 溶液制备D.过程可利用抗原抗体杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞【解析】选A。过程表示利用mRNA通过逆转录法合成目的基因,逆转录过程中需要逆转录酶的催化,A正确;过程表示利用PCR技术对目的基因进行扩增,该过程中不需要利用解旋酶,解旋是通过高温解链实现的,B错误;感受态细胞法利

10、用的是CaCl2溶液,C错误;过程可利用PCR技术检测目的基因是否已导入受体细胞,D错误。9.如图表示构建重组质粒和筛选含人胰岛素原基因的细菌的过程,其中和表示抗性基因,表示过程,其他数字表示菌落。下列有关叙述正确的是() (注:过程表示用灭菌绒布从含氨苄青霉素培养基中蘸取菌种,再按到含四环素培养基中培养)A.只能用同一种限制性内切核酸酶进行切割B.表示抗氨苄青霉素基因,表示抗四环素基因C.3、5菌落是筛选出的含有人胰岛素原基因的细菌D.该过程成功的标志是细菌合成具有生物活性的胰岛素【解析】选C。由于不同限制酶切割形成的黏性末端可能相同,因此不一定用同一种限制性内切核酸酶进行切割,A错误;根据

11、筛选结果可知,构建基因表达载体后,四环素抗性基因被破坏,而氨苄青霉素基因没有被破坏,因此表示抗四环素基因,表示抗氨苄青霉素基因,B错误;3、5菌落中的细菌能抗氨苄青霉素,但不能抗四环素,筛选出的含有人胰岛素原基因的细菌,C正确;细菌是原核生物,不含内质网和高尔基体,不能对胰岛素进行加工,因此细菌不能合成具有生物活性的胰岛素,D错误。10.下图表示蛋白质工程的操作过程,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.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因【解析】选C。a过程是

12、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顺序的多肽链的翻译过程,A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,通过基因修饰或基因合成,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正确;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,C错误;蛋白质工程中,可能根据已经明确的蛋白质的结构构建出一种全新的基因,D正确。11.某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂,积累于茎叶中,让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而死亡

13、。下列就该玉米对人类安全性的评论中,不符合生物学原理的是()A.不安全。这种玉米的果实(种子)也可能含有蛋白酶抑制剂,食用后使人因无法消化食物而患病B.不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链富集并在人体细胞内表达,使人体无法消化食物而患病C.安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异,玉米的蛋白酶抑制剂对人体很可能无影响D.安全。人类通常食用煮熟的玉米食品,玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏,不会影响人的消化【解析】选B。该种玉米的果实(种子)也可能含有蛋白酶抑制剂,食用后使人因无法消化食物而患病,不安全,A正确;生物体摄取的蛋白酶抑制剂基因会被生物体消化为小分子核苷酸被吸收,不会在体内表达,是

14、安全的,B错误;由于不同物种的酶在结构上有差异,该抑制剂对人体消化酶无影响,因此对人体是安全的,C正确;人类通常食用煮熟的玉米,该抑制剂会被高温破坏,因此不会影响人体,是安全的,D正确。12.生物技术安全性和伦理问题是社会关注的热点,下列叙述不正确的是()A.应严格选择转基因植物的目的基因,避免产生对人类有害的物质 B.当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验,但不反对治疗性克隆 C.反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿D.生物武器是用微生物、毒素、干扰素及重组致病菌等来形成杀伤力 【解析】选D。严格选择转基因植物的目的基因,可避免产生对人类有害的物质,减少人们对转基因食物安全

15、的担忧,A正确;当今社会的普遍观点是禁止克隆人的实验,特别是生殖性克隆,但不反对治疗性克隆,B正确;试管婴儿可以设计婴儿的性别,反对设计试管婴儿的原因之一是有人滥用此技术选择性设计婴儿,C正确;生物武器是指有意识地利用微生物、毒素、昆虫侵袭敌人的军队、人口、农作物或者牲畜等目标,以达到战争目的的一类武器,干扰素为淋巴因子,并非生物武器,D错误。13.在基因工程操作中,科研人员利用识别两种不同序列的限制酶(R1和R2)处理基因载体,进行琼脂糖凝胶电泳检测,结果如图所示。以下相关叙述中,不正确的是() A.该载体最可能为环状DNA分子B.两种限制酶在载体上各有一个酶切位点C.限制酶R1与R2的切点

16、最短相距约200 bpD.限制酶作用位点会导致氢键和肽键断裂【解析】选D。由题图可知,当仅用一种限制酶切割载体时,仅产生一种长度的DNA片段,因此该载体最有可能为环状DNA分子,A正确;当仅用一种限制酶切割载体时,两种限制酶切割产生的DNA片段等长,而两种限制酶同时切割时则产生两种长度的DNA片段,所以两种限制酶在载体上各有一个酶切位点,B正确;两种限制酶同时切割时产生600 bp和200 bp两种长度的DNA片段,所以两种限制酶的酶切位点至少相距200 bp,C正确;限制酶切割DNA分子,破坏的是作用位点上两脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键,D错误。14.(不定项)下图为利用生物技术获得生物新

17、品种的过程,有关说法错误的是() A.AB过程中一般用4种脱氧核苷酸为原料,并加入两种引物B.BC为转基因绵羊的培育过程,常选用的受体细胞是卵母细胞C.AB过程利用了DNA(双链)复制原理,需要使用RNA聚合酶D.BD为转基因植物的培育过程,其中过程常用的方法是农杆菌转化法【解析】选B、C。AB过程是多聚酶链式反应扩增DNA片段的过程,需要加入两种引物和4种脱氧核苷酸,A正确;BC为转基因绵羊的培育过程,常选用的受体细胞是受精卵,B错误;AB过程是多聚酶链式反应扩增DNA片段的过程,利用了DNA复制原理,需要使用耐高温的DNA聚合酶,C错误;BD为转基因植物的培育过程,其中过程常用的方法是农杆

18、菌转化法,D正确。15.(不定项)PCR技术现在已经应用到临床诊断、法医鉴定、分子生物学、农牧业等领域。下图为某同学实验中,所用引物与模板配对情况(DNA聚合酶能够从引物的3端开始连接脱氧核苷酸)。下列说法正确的是() A.若用引物和进行该DNA分子扩增2次后可获得5种序列不同的产物B.复性温度过高导致引物不能与模板牢固结合,PCR扩增效率下降C.设计以上引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对造成引物自连D.为方便构建基因表达载体,可在引物中增加限制性内切核酸酶位点【解析】选B、C、D。若用引物和进行扩增,因新形成的DNA子链中,有的含有与引物互补配对的碱基序列,有的含有与引物互补配对的碱基序

19、列,则至少在连续扩增3次后可以获得5种序列不同的产物,A错误;PCR技术中,复性是指引物结合到互补DNA链。复性温度过高会引起碱基之间的氢键断裂,导致引物不能与互补DNA链(模板)牢固结合,DNA扩增效率下降,B正确;设计以上引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对造成引物自连,C正确;构建基因表达载体时可在引物中增加限制性内切核酸酶位点,D正确。二、非选择题(共7小题,共55分)16.(8分)研究发现,从锥形蜗牛体内提取出的锥形蜗牛毒蛋白(Con-Ins GI)能加速受体细胞信号转换,比人类胰岛素更加快速地发挥作用,因此制造这类“速效胰岛素”以及利用转基因技术实现批量生产为型糖尿病治疗的新思路

20、。(1)利用基因工程制造速效胰岛素过程中,构建的基因表达载体一般包括目的基因、启动子、_、标记基因和复制原点,标记基因的作用是_。(2)为了获得目的基因,可以通过提取分析毒蛋白中的_序列推知毒蛋白基因的核苷酸序列,再用DNA合成仪直接合成。基因工程中需要DNA连接酶,根据酶的来源不同分为两类,其中“缝合”双链DNA片段平末端的是_。(3)将人工合成的目的基因导入大肠杆菌体内,一般先用_处理大肠杆菌,使细胞处于_的生理状态,再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与该类细胞混合,在一定温度下促进细胞吸收DNA分子完成转化过程。(4)经过目的基因的检测和表达,获得Con-Ins GI 毒蛋白活性未能

21、达到期待的“速效胰岛素”的生物活性,导致这种差异的原因可能是_。【解析】(1)基因表达载体的构建是基因工程的核心内容,一个基因表达载体的组成,除了目的基因外,还有启动子、终止子、标记基因和复制原点,标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来,所以说标记基因的作用是鉴别和筛选含有目的基因的细胞。(2)蛋白质的氨基酸序列就是蛋白质的组成分子,即氨基酸的排列顺序,为了获得目的基因,可以通过提取分析毒蛋白中的氨基酸序列推知毒蛋白基因的核苷酸序列,再用DNA合成仪直接合成。基因工程中需要DNA连接酶,根据酶的来源不同分为E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶

22、两类,E.coliDNA连接酶只能连接黏性末端,而T4DNA连接酶既可以连接黏性末端,也可以连接平末端。(3)将人工合成的目的基因导入大肠杆菌体内,一般先用Ca2+处理大肠杆菌,使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与该类细胞混合,在一定温度下促进细胞吸收DNA分子完成转化过程。(4)大肠杆菌细胞内没有复杂的细胞器,不能对蛋白质进行加工,不能形成具有功能的蛋白质,获得Con-Ins GI毒蛋白活性未能达到期待的“速效胰岛素”的生物活性,原因可能是大肠杆菌中基因表达获得的蛋白质未加工。答案:(1)终止子鉴别和筛选含有目的基因的细胞(2)氨基酸 T4

23、DNA连接酶(3) Ca2+一种能吸收周围环境中DNA分子(4)大肠杆菌中基因表达获得的蛋白质未加工17.(9分)2020年新型冠状病毒对世界各国都造成了不同程度的影响,中国在抗击新型冠状病毒疫情的过程中做出了巨大的牺牲和努力,为世界树立了狙击流行病的旗帜和标杆;某科研队伍提出了利用基因工程技术手段研制两种新冠病毒疫苗的思路,主要研制流程如下图,请回答以下问题: (1)图中的名称是_。(2)进行PCR技术需要的条件有_。(3)两种疫苗的研制过程中均涉及了基因工程的相关操作,其核心步骤是_。进行过程需要用到的工具酶有_。(4)将重组质粒导入受体细胞可采用_法。(5)疫苗最重要的目的是对新冠病毒引

24、起的肺炎进行免疫_(填“治疗”或“预防”);对该疑似患者确诊时,可以对疑似患者进行核酸检测,即采集其咽拭子,与已知病毒进行_比较。(6)接种基因工程疫苗比接种灭活或减毒的病毒疫苗更安全,试从疫苗的结构特点解释原因:_。【解析】(1)图中是新冠病毒RNA逆转录的产物,因此为cDNA。(2)图中进行PCR技术必备的条件有目的基因片段、游离的四种脱氧核苷酸、一对引物、耐高温的DNA聚合酶等。(3)基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。图中过程就是基因表达载体构建的过程,该步骤中需要用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶,限制酶能识别双链DNA中特定的核苷酸序列,并在该部位把单链中的磷酸二酯键切开,DN

25、A连接酶能够将DNA片段连接起来。(4)将重组质粒导入受体细胞的方法很多,具体用哪一种要看受体细胞的种类,这里的受体细胞是动物细胞,因此这里用显微注射法将重组质粒导入受体细胞。(5)疫苗能够激起人体免疫系统产生相应的抗体和记忆细胞,据此可知疫苗的最重要的目的是对新冠病毒引起的肺炎进行免疫预防,对疑似患者确诊时,可以对疑似患者进行核酸检测,即采集其咽拭子,与已知病毒进行核酸序列(或RNA序列或核糖核苷酸序列)比较,以此来确定病原体的种类。(6)由图示可知基因工程疫苗是蛋白质疫苗,而灭活或减毒的病毒疫苗依然含有核酸成分,也就是说基因工程疫苗不具有遗传物质,不会出现病毒增殖和感染,因此该疫苗更安全。

26、答案:(1)cDNA(2)目的基因片段、游离的四种脱氧核苷酸、一对引物、耐高温的DNA聚合酶(3)构建基因表达载体限制酶、DNA连接酶(4)显微注射(5)预防核酸序列(或RNA序列或核糖核苷酸序列)(6)该疫苗不具有遗传物质,不会出现病毒增殖和感染18.(8分)干扰素是一种重要的免疫活性物质,具有抗病毒、调节免疫等功效。研究人员利用基因工程通过培育山羊乳腺生物反应器大量生产干扰素。请回答下列问题:(1)基因工程获取的人干扰素基因一般来自cDNA文库,cDNA中_(填“有”或“没有”)启动子。获取的目的基因可通过_大量扩增,扩增需要的条件有_。(至少写出3项)(2)重组人干扰素基因表达载体由山羊

27、酪蛋白基因启动子、人干扰素基因、标记基因和终止子等组成,其中_决定了人干扰素基因只能在山羊乳腺细胞中特异性表达,将该重组表达载体导入受体细胞一般采用_。(3)一般需要将重组人干扰素基因表达载体导入_(填“雄性”或“雌性”)胚胎细胞中。在转基因羊发育成熟时,为了检测羊奶中是否有人干扰素,可用_方法。(4)如果我们采用蛋白质工程来合成人干扰素,可以通过_,对现有蛋白质进行改造,或制造新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需要。【解析】(1)cDNA是以mRNA为模板逆转录形成的,不包含启动子。PCR的原理是DNA半保留复制;利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这

28、一序列合成引物;扩增过程是在较高温度下进行的,因此需要加入耐高温的DNA聚合酶。(2)启动子能够启动基因的转录,重组人干扰素基因表达载体中的山羊酪蛋白基因启动子决定了人干扰素基因只能在山羊乳腺细胞中特异性表达。培育转基因动物时,常以受精卵为受体细胞,且将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法。故将该重组表达载体导入受体细胞一般采用显微注射法。(3)雌羊能够泌乳,故一般需要将重组人干扰素基因表达载体导入雌性胚胎细胞中。在转基因羊发育成熟时,为了检测羊奶中是否有人干扰素,可用抗原-抗体杂交的方法。(4)通过蛋白质工程对干扰素进行改造,需通过基因合成或基因修饰来实现。答案:(1)没有PCR目的

29、基因、引物、耐高温的DNA聚合酶(或Taq酶) (2)山羊酪蛋白基因启动子显微注射法(3)雌性 抗原抗体杂交(4)基因修饰或基因合成19.(8分)已知生物体内有一种蛋白质(P),该蛋白质是一种转运蛋白,由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸,240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸,改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能,而且具有了酶的催化活性。回答下列问题:(1)从上述资料可知,若要改变蛋白质的功能,可以考虑对蛋白质的_进行改造。(2)以P基因序列为基础,获得P1基因的途径有修饰_基因或合成_基因,所获得的基因表达时是遵循中心法则的,中心法则的全部内容包括_的复制;以及遗传信息

30、在不同分子之间的流动,即:_。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程,其基本途径是从预期蛋白质功能出发,通过_和_,进而确定相对应的脱氧核苷酸序列,据此获得基因,在经表达、纯化获得蛋白质,之后还需要对蛋白质的生物_进行鉴定。【解析】(1)由题干信息可知改造蛋白质的功能,可通过改变蛋白质的结构实现。(2)依据蛋白质工程的定义及题中信息可知获得P1基因的途径有修饰现有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法则的全部内容包括:DNA的复制、RNA的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径: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应的脱氧核苷酸序列。通过蛋白质工程

31、合成的蛋白质还需要进行生物活性的鉴定即功能鉴定,看是否达到人们的需求。答案:(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNARNA、RNADNA、RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译) (3) 设计蛋白质结构推测氨基酸序列功能20.(8分)径柳匙叶草是一种泌盐植物,科研工作者将径柳匙叶草液泡膜 Na+/K+逆向转运蛋白基因(TaNHX2 基因)转移到棉花细胞内,获得了转基因耐盐棉花新品种,图 1 是获取的含有目的基因的 DNA 片段,Sau3A、 EcoR、BamH为三种限制酶,图中箭头所指为三种酶的切点;图 2 是三种限制酶的识别序列与酶切位点示意图;图 3 是土壤农杆

32、菌中用于携带目的基因的 Ti 质粒结构示意图,请分析回答问题: (1)若图 1 所示 DNA 片段是利用径柳匙叶草的 DNA 直接获得的,则该获取目的基因的方法为_。(2)不能在径柳匙叶草根尖分生区细胞中获得 TaNHX2 基因的 mRNA,其原因是_。(3)若用BamH切割图 1 所示的 DNA 片段,获得目的基因,则需选用_切割图 3所示质粒,以便构建基因表达载体,该方案的缺陷是_。故切割图 1 所示 DNA 片段的最佳方案是选用_酶。(4)用上述最佳方案构建基因表达载体,所得重组质粒_(填“能”“不能”或“不一定能”)被BamH切割。(5)图 3 中,质粒上的抗生素抗性基因的作用是_。(

33、6)为了检测技术成果,科研工作者将转基因棉花种植在盐碱地,观察其生长状况,这属于_水平的检测。【解析】(1)目的基因的获取方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。利用径柳匙叶草的 DNA 直接获得目的基因的方法为从基因文库中获取。 (2)径柳匙叶草根尖分生区细胞中TaNHX2基因不能表达,故不能在径柳匙叶草根尖分生区细胞中获得 TaNHX2 基因的 mRNA。 (3)由图2分析可知,Sau3A与BamH切后露出的黏性末端相同,故若用BamH切割图 1 所示的 DNA 片段获得目的基因,则需选用Sau3A切割图 3所示质粒,以便构建基因表达载体,该方案由于切出后的目的基因和质粒两端

34、的黏性末端相同,故容易出现目的基因和质粒的自我环化、目的基因在质粒上的连接方向不确定的缺陷。为了防止目的基因和质粒的自我环化和反接,可选用EcoR和BamH同时切割图 1 所示 的DNA 片段。(4)用EcoR和BamH切出的黏性末端再用DNA连接酶连接在一起形成的序列不一定还是BamH识别的序列,故所得重组质粒不一定能被BamH切割。(5)图 3 中质粒上的抗生素抗性基因属于标记基因,其作用是筛选出含有目的基因的受体细胞。(6)将转基因棉花种植在盐碱地,观察其生长状况属于个体水平的检测。答案:(1)从基因文库中获取(2)基因的选择性表达(径柳匙叶草根尖分生区细胞中TaNHX2基因不能表达)(

35、3)Sau3A易出现目的基因和质粒的自我环化、目的基因在质粒上的连接方向不确定EcoR和BamH (4)不一定能 (5)筛选出含有目的基因的受体细胞(6)个体21.(7分)CRISPRCas9是细菌和古细菌在长期演化过程中形成的一种适应性免疫防御机制,可用来对抗入侵的病毒及外源DNA,受此机制启发,科学家研发了CRISPRCas9基因编辑技术,这是一种对靶向基因进行特定DNA修饰的技术,其原理是由一个向导RNA分子引导核酸内切酶Cas9到一个特定的基因位点进行切割。通过设计向导RNA中20个碱基的识别序列,可人为选择DNA上的任一目标位点进行切割(见图)。 (1)CRISPRCas9基因编辑复

36、合体中Cas9蛋白是由相应基因指导,在细胞的_中合成的,其工作原理是特异性地切断目标DNA的_(填具体部位);向导RNA中的识别序列与目标DNA的识别遵循_原则,该复合体中,决定其在DNA上切割位点的是_。(2)中国科学家从肺癌患者血液中提取某种细胞,利用CRISPRCas9基因编辑技术加入一个帮助这种细胞定向清除肿瘤的新基因序列,然后再把这些细胞注入患者的血液,以达到杀死癌细胞的目的。这些细胞应该是人体的_,这种治疗方法属于_(填“体内”或“体外”)基因治疗。(3)分析上述信息可知,CRISPRCas9基因编辑技术与早期基因工程相比最明显的优势是_。【解析】(1)CRISPRCas9基因编辑

37、复合体中Cas9蛋白是由相应基因指导,在细胞的核糖体中合成的,其工作原理是特异性地切断目标DNA的磷酸二酯键;向导RNA中的识别序列与目标DNA的识别遵循碱基互补配对原则,该复合体中,决定其在DNA上切割位点的是向导RNA中的识别序列。(2)这种细胞定向清除肿瘤的新基因序列,然后再把这些细胞注入患者的血液,以达到杀死癌细胞的目的。这些细胞可以杀死癌细胞可判断其应该是人体的T淋巴细胞,这种治疗方法属于体外基因治疗。(3)分析上述信息可知,与早期基因工程相比,CRISPRCas9基因编辑技术可以对特定位点进行编辑,故其最明显的优势是可人为地选择DNA上的目标位点进行切割,目的性更强。答案:(1)核

38、糖体磷酸二酯键碱基互补配对向导RNA中的识别序列(2)T淋巴细胞体外 (3)CRISPRCaS9基因编辑技术可人为地选择DNA上的目标位点进行切割,目的性更强22.(7分)2018年11月,有关“中国基因编辑婴儿新闻占据了各大网络媒介,一场“科学发展”与“伦理道德沦丧”争辩响彻全国。请根据你所学的知识,分析以下问题:(1)为了达到所谓的“阻断感染艾滋病”效果,该实验团队主要针对CCR5基因进行编辑,实施基因敲除,该过程中可能要用到的工具酶是_,敲除后为了使DNA上“缺口”补上,可能用到的工具酶是_。(2)人们担心这种行为会打开“潘多拉魔盒”,驱使另一些科研者开展人类基因编辑研究,出现“基因完美

39、的定制人”。在这些研究中,外源基因能与受体细胞DNA成功重组的原因是_,这些基因拼接成功后能正常表达的理论基础是_。(3)由于基因组计划尚未圆满完成,人类对自身基因在DNA分子上的位置知之甚少,在这种情况下开展对人类的基因编辑计划风险非常大。你认为该转基因技术存在安全性争论的原因:_。(4)转基因技术并不是令人闻之色变的疯狂技术,它已在作物品种改良上取得一定的成绩。比如,为了获得“多彩的牵牛花”,可将_(目的基因名称)与质粒形成重组质粒,导入普通牵牛花细胞中,再通过_技术培养得到符合要求的植株。【解析】(1)基因工程用到的工具酶包括限制酶和DNA连接酶。实施基因敲除,该过程中可能要用到的工具酶

40、是限制性内切核酸酶,敲除后为了使DNA上断裂的磷酸二酯键重新形成,可能用到的工具酶是DNA连接酶。(2)在基因工程中,外源基因能与受体细胞中的DNA具有共同的结构和化学组成是成功重组的基础,这些基因拼接成功后能正常表达的理论基础是所有的生物都共用一套遗传密码子,都遵循中心法则。(3)“中国基因编辑婴儿”转基因技术存在安全性争论的原因:目前对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制等都了解得相当有限;外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的,可能导致生命活动必需的正常基因遭到破坏。(4)转基因技术并不是令人闻之色变的疯狂技术,它已在作物品种改良上取得一定的成绩。比如,为了获得“多彩的牵牛花”,可将与花青素代谢有关的基因与质粒形成重组质粒,导入普通牵牛花细胞中,再利用植物细胞的全能性,通过植物组织培养技术培养得到符合要求的植株。答案:(1)限制性内切核酸酶DNA连接酶(2)两者都具有共同的结构和化学组成所有的生物都共用一套遗传密码子,都遵循中心法则(3)目前对基因的结构、基因间的相互作用以及基因的调控机制等都了解得相当有限;外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的,可能导致生命活动必需的正常基因遭到破坏(4)与花青素代谢有关的基因植物组织培养 - 16 -