課時跟蹤檢測（十五）基因工程的基本操作程序

課時跟蹤檢測（十五）基因工程的基本操作程序一、概念檢測1．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)從已知結(jié)構(gòu)和功能清晰的基因中篩選目的基因是獲取目的基因的一種有效方法。(√)(2)基因表達(dá)載體中啟動子是DNA聚合酶識別和結(jié)合的部位。 (×)提示：啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位。(3)將重組表達(dá)載體導(dǎo)入動物受精卵常用顯微注射法。 (√)(4)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉植株抗蟲效果的鑒定必須通過分子檢測才能達(dá)到目的。 (×)提示：抗蟲效果的鑒定要在個體生物學(xué)水平上做抗蟲接種實(shí)驗(yàn)來鑒定。(5)可通過PCR等技術(shù)檢測棉花的染色體上是否插入了Bt基因。 (√)2．下列有關(guān)基因工程的說法，錯誤的是 ()A．遺傳密碼的成功破譯為基因的分離和合成等提供了理論依據(jù)B．核苷酸序列已知且比較小的基因可以通過PCR擴(kuò)增儀直接人工合成C．導(dǎo)入調(diào)節(jié)滲透壓的基因能夠提高農(nóng)作物的抗鹽堿、抗干旱的能力D．我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育中目的基因的轉(zhuǎn)化，采用的獨(dú)創(chuàng)方法是花粉管通道法解析：選B尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼為基因的分離和合成提供了理論依據(jù)，與基因工程直接相關(guān)，A正確；若目的基因比較小，核苷酸序列已知，可以通過DNA合成儀用化學(xué)方法直接人工合成，B錯誤；通過基因工程技術(shù)導(dǎo)入調(diào)節(jié)滲透壓的基因可以增強(qiáng)細(xì)胞的吸水能力，能夠提高農(nóng)作物抗鹽堿、抗干旱的能力，C正確；我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉培育中目的基因的轉(zhuǎn)化，采用的獨(dú)創(chuàng)方法是花粉管通道法，D正確。3．在基因工程技術(shù)構(gòu)建抗蟲棉的過程中，下列操作正確的是 ()A．該技術(shù)的原理和培育雜交水稻的原理不一樣B．用同一種DNA聚合酶連接經(jīng)切割的抗蟲基因和載體C．此過程中可能會使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)D．用限制酶切割棉花的核酸解析：選C該技術(shù)的原理和培育雜交水稻的原理都是基因重組，A錯誤；用同一種DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗蟲基因和載體，B錯誤；此過程中目的基因成功導(dǎo)入植物細(xì)胞后，經(jīng)過檢測與鑒定，發(fā)育成完整抗蟲棉植株的過程使用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，C正確；用限制酶切割抗蟲基因和載體，D錯誤。4．下列關(guān)于PCR擴(kuò)增DNA片段和電泳檢測擴(kuò)增產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的敘述，錯誤的是()A．PCR過程需要耐高溫的Taq酶B．PCR過程需要DNA連接酶C．PCR擴(kuò)增區(qū)域由2個引物來決定D．不同大小的DNA在電場中遷移速率不同解析：選BPCR反應(yīng)需要高溫使DNA變性解旋，所以PCR過程中用耐高溫的DNA聚合酶(Taq聚合酶)來催化脫氧核苷酸的聚合，不需要DNA連接酶，A正確，B錯誤；PCR過程中DNA聚合酶不能從頭開始合成DNA，而只能從3′端延伸DNA鏈，因此DNA復(fù)制需要引物，由于DNA的兩條模板鏈為反向平行，所以復(fù)制時需要2個引物，C正確；不同大小的DNA在電場中的遷移速率不同，因此可通過電泳的方法檢測擴(kuò)增產(chǎn)物，D正確。5．據(jù)研究，新冠病毒表面的S蛋白是其主要的病毒抗原，在康復(fù)病人的血清中有抗S蛋白的特異性抗體。如圖為研制新冠病毒疫苗的部分過程。下列敘述錯誤的是 ()A．對發(fā)熱病人進(jìn)行核酸檢測可使用帶標(biāo)記的S基因做探針B．使用PCR選擇性擴(kuò)增的前提條件是掌握S基因的核苷酸序列C．過程②通常是將S基因和質(zhì)粒連接以構(gòu)建重組表達(dá)載體D．S基因與培養(yǎng)的動物細(xì)胞核DNA整合是其穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵解析：選B對疑似病人進(jìn)行核酸檢測時以S基因單鏈作為探針，若出現(xiàn)雜交鏈則說明細(xì)胞內(nèi)有病毒存在，A正確；使用PCR選擇性擴(kuò)增的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，便于根據(jù)這一序列合成引物，不需要掌握S基因的全部序列，B錯誤；過程②是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，通常是將S基因和質(zhì)粒用相同的限制酶處理后連接以構(gòu)建重組表達(dá)載體，C正確；S基因整合到細(xì)胞核DNA分子后能使S基因在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在，是其穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵，D正確。二、綜合遷移6．某新型基因治療藥物的本質(zhì)是利用腺病毒和人P53基因(抑癌基因)拼裝得到的重組病毒。人的P53蛋白可對癌變前的DNA損傷進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)正常，或誘導(dǎo)其進(jìn)入休眠狀態(tài)或細(xì)胞凋亡，阻止其細(xì)胞癌變。該藥物的載體采用第一代人5型腺病毒，其自我復(fù)制功能受到限制。下列敘述錯誤的是 ()A．限制腺病毒的自我復(fù)制功能有利于該藥物的安全性B．可用DNA分子雜交技術(shù)檢測P53基因是否插入染色體上C．只能從人細(xì)胞中分離獲取人類基因組中的P53基因D．腺病毒對人體細(xì)胞的生理代謝不起決定作用解析：選C限制腺病毒的自我復(fù)制功能，可降低其毒性，有利于該藥物的安全性，A正確；可利用DNA分子雜交技術(shù)檢測P53基因是否插入到染色體上，若出現(xiàn)雜交帶，則證明基因插入成功，B正確；獲取目的基因的方法有從基因庫中獲取、人工合成以及利用PCR技術(shù)擴(kuò)增等，C錯誤；腺病毒的作用是作為載體攜帶目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞，對人體細(xì)胞的生理代謝不起決定作用，D正確。7．玉米柄銹菌是引起玉米條銹病的主要病菌，已知某種玉米(甲)對該菌具有優(yōu)良的穩(wěn)定的抗性，而玉米乙對該菌不具有抗性。將抗菌基因?qū)胗衩滓业娜~肉細(xì)胞或原生質(zhì)體，進(jìn)一步培育可獲得抗該菌的玉米新品種乙。下列對有關(guān)操作的敘述，錯誤的是 ()A．新品種乙對該菌的抗性一定能穩(wěn)定遺傳B．玉米新品種乙的培育需用到植物組織培養(yǎng)技術(shù)C．可從玉米甲細(xì)胞中提取相應(yīng)的mRNA人工合成該抗菌基因D．要獲得玉米乙葉肉細(xì)胞的原生質(zhì)體需用到纖維素酶和果膠酶解析：選A將抗菌基因?qū)胗衩滓业娜~肉細(xì)胞或原生質(zhì)體，經(jīng)培育獲得的抗該菌的玉米新品種乙不一定是純合子，故新品種玉米乙對該菌的抗性不一定能穩(wěn)定遺傳，A錯誤；將玉米的葉肉細(xì)胞或原生質(zhì)體培養(yǎng)成完整植株，利用的是植物組織培養(yǎng)技術(shù)，B正確；從玉米甲細(xì)胞中提取相應(yīng)的mRNA可通過人工逆轉(zhuǎn)錄為DNA，進(jìn)而獲得該抗菌基因，C正確；高等植物細(xì)胞的細(xì)胞壁由果膠和纖維素組成，可以利用相應(yīng)的酶(纖維素酶和果膠酶)將其細(xì)胞壁破壞，獲得原生質(zhì)體，D正確。8．質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，它存在于許多細(xì)菌體內(nèi)，質(zhì)粒上有標(biāo)記基因如圖所示，通過標(biāo)記基因可以推知外源基因(目的基因)是否轉(zhuǎn)入成功。外源基因插入的位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同，下表是外源基因插入位置(插入點(diǎn)有a、b、c)，請根據(jù)表中提供的細(xì)菌生長情況，推測①②③三種重組后細(xì)菌的外源基因插入點(diǎn)，正確的一組是 ()細(xì)菌在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上的生長情況細(xì)菌在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上的生長情況①能生長能生長②能生長不能生長③不能生長能生長A.①是c；②是b；③是aB．①是a和b；②是a；③是bC．①是a和b；②是b；③是aD．①是c；②是a；③是b解析：選A分析圖示和表格可知，對①細(xì)菌來說，能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，也能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明抗氨芐青霉素基因和抗四環(huán)素基因都沒有被破壞，所以①插入點(diǎn)是c；對②細(xì)菌來說，能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗氨芐青霉素基因正常，不能在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗四環(huán)素基因被破壞，所以②插入點(diǎn)為b；對③細(xì)菌來說，不能在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上生長，說明其抗氨芐青霉素基因插入外源基因而被破壞，所以③插入點(diǎn)為a。綜上所述，A正確。9．番茄葉片受害蟲的損傷后，葉肉細(xì)胞迅速合成蛋白酶抑制劑，抑制害蟲的消化作用。人們嘗試將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩?，以對付猖獗的玉米螟。下圖為培育轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的流程圖，下列敘述正確的是 ()A．用限制酶切割番茄的DNA得到的產(chǎn)物就是蛋白酶抑制劑基因B．用氯化鈣處理玉米受體細(xì)胞，有利于含目的基因的重組質(zhì)粒導(dǎo)入C．重組Ti質(zhì)粒應(yīng)有DNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，以啟動蛋白酶抑制劑基因的轉(zhuǎn)錄D．若將目的基因?qū)攵扼w玉米的花粉細(xì)胞，通過花藥離體培養(yǎng)，再用秋水仙素處理單倍體植株，可獲得穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米解析：選D用限制酶切割番茄的DNA得到的產(chǎn)物不一定是蛋白酶抑制劑基因，需要進(jìn)行篩選，A錯誤；將番茄的蛋白酶抑制基因轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞時，最常采用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，氯化鈣用于處理微生物，B錯誤；重組Ti質(zhì)粒應(yīng)有RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，即啟動子，以啟動蛋白酶抑制劑基因的轉(zhuǎn)錄，C錯誤；若將目的基因?qū)胗衩谆ǚ奂?xì)胞，通過花藥離體培養(yǎng)和秋水仙素處理可獲得穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因玉米，D正確。10．利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶(CarE)制劑的流程如圖所示，下列有關(guān)敘述正確的是 ()A．過程②需使用逆轉(zhuǎn)錄酶B．過程②利用PCR擴(kuò)增CarE基因需使用解旋酶和耐高溫的DNA聚合酶C．過程②利用PCR擴(kuò)增CarE基因的前提是要有一段已知CarE基因的核苷酸序列D．通過過程①獲得的基因中含有啟動子、終止子、內(nèi)含子等序列解析：選C過程②表示利用PCR技術(shù)對目的基因進(jìn)行擴(kuò)增，該過程中解旋是通過高溫解鏈實(shí)現(xiàn)的，不需要解旋酶，也不需要逆轉(zhuǎn)錄酶，A、B錯誤；利用PCR技術(shù)獲取目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，則利用PCR擴(kuò)增CarE基因的前提是要有一段已知CarE基因的核苷酸序列，C正確；通過過程①獲得的基因中只含有編輯對應(yīng)蛋白質(zhì)的信息，沒有控制該基因表達(dá)的啟動子、終止子，也沒有內(nèi)含子，D錯誤。11．人血清白蛋白(HSA)是血漿中含量最豐富的蛋白質(zhì)，在維持血漿滲透壓、抗凝血等方面起著重要作用，具有重要的醫(yī)用價值。如圖是用基因工程技術(shù)獲取重組HSA(rHSA)的兩條途徑。請據(jù)圖分析回答：(1)獲取的HSA基因可以利用__________技術(shù)進(jìn)行快速擴(kuò)增，這一過程需要以HSA基因的一段序列合成的________，以及________酶等條件。(2)一個基因表達(dá)載體除了目的基因外，還應(yīng)包括________、________、________________等。(3)在利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細(xì)胞的過程中，為了吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細(xì)胞，需添加________物質(zhì)。為了提高Ⅱ過程的導(dǎo)入成功率，通常用________處理大腸桿菌。(4)人體合成的初始HSA多肽，需要經(jīng)過系統(tǒng)加工形成正確的空間結(jié)構(gòu)才能有活性，所以，選擇________構(gòu)建(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)獲取rHSA更有優(yōu)勢。(5)為了鑒定宿主細(xì)胞中是否產(chǎn)生rHSA，可以用________________方法來進(jìn)行檢驗(yàn)。解析：(1)獲取的HSA基因可以利用PCR技術(shù)進(jìn)行快速擴(kuò)增，PCR過程中，需要一段已知目的基因的核苷酸序列合成引物，還需要Taq酶等條件。(2)一個基因表達(dá)載體除了目的基因外，還應(yīng)包括啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。(3)酚類物質(zhì)會吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細(xì)胞，在利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細(xì)胞的過程中，故需添加酚類物質(zhì)。將目的基因?qū)擘虼竽c桿菌細(xì)胞時常用感受態(tài)細(xì)胞法，即用Ca2＋處理微生物細(xì)胞，使之成為易于吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)。(4)由于大腸桿菌是原核生物，其細(xì)胞中不含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，而人體合成的初始HSA多肽，需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結(jié)構(gòu)才能有活性，所以，選擇Ⅰ途徑獲取rHSA更有優(yōu)勢。(5)檢測目的基因是否表達(dá)形成蛋白質(zhì)可以采用抗原－抗體雜交法。答案：(1)PCR引物Taq(2)啟動子終止子標(biāo)記基因(3)酚類Ca2＋(4)Ⅰ(5)抗原－抗體雜交三、應(yīng)用創(chuàng)新12．用PCR方法檢測轉(zhuǎn)基因植株是否成功導(dǎo)入目的基因時，得到以下電泳圖譜。其中1號為DNA標(biāo)準(zhǔn)樣液(Marker)，10號為蒸餾水，PCR時加入的模板DNA如圖所示。以下?lián)俗鞒龅姆治?，不合理的? ()A．PCR產(chǎn)物的分子大小在250～500bp之間B．3號樣品為不含目的基因的載體DNAC．9號樣品對應(yīng)植株不是所需的轉(zhuǎn)基因植株D．10號確定反應(yīng)體系等對結(jié)果沒有干擾解析：選BPCR過程中，可以通過設(shè)計(jì)特定的引物來擴(kuò)增特定的DNA片段。4～9號是轉(zhuǎn)基因植株，理論上都應(yīng)包含目的基因，結(jié)合2號野生型和10號蒸餾水組的結(jié)果，推測包含目的基因的片段大小應(yīng)為250～500bp，A合理；3號PCR結(jié)果包含250～500bp片段，應(yīng)包含目的基因，B不合理；9號PCR結(jié)果不包含250～500bp片段，所以不是所需的轉(zhuǎn)基因植株，C合理；10號為蒸餾水，可排除反應(yīng)體系等對結(jié)果的干擾，D合理。13．戊型肝炎病毒是一種RNA病毒，pORF2基因編碼的結(jié)構(gòu)蛋白(pORF2)位于病毒表面，構(gòu)成病毒的衣殼。我國科研人員利用基因工程技術(shù)，在大腸桿菌中表達(dá)pORF2，制備戊型肝炎疫苗，過程如圖。下列關(guān)于該疫苗的敘述正確的是()A．過程①需要的酶是RNA聚合酶，原料是A、U、G、CB．重組基因表達(dá)載體上的啟動子需來源于戊型肝炎病毒C．過程⑤需要用聚乙二醇處理大腸桿菌使其處于感受態(tài)D．過程⑥大量制備pORF2蛋白前應(yīng)做相應(yīng)的檢測與鑒定解析：選D戊型肝炎病毒是一種RNA病毒，過程①是以病毒RNA為模板合成DNA，獲取目的基因的過程，需要的酶是逆轉(zhuǎn)錄酶，原料是四種脫氧核苷酸，A錯誤；啟動子是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段，其作用是供RNA聚合酶的識別和結(jié)合以驅(qū)動目的基因的轉(zhuǎn)錄，啟動子具有物種或組織特異性，構(gòu)建在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)特異表達(dá)pORF2蛋白的載體時，需要選擇大腸桿菌細(xì)胞的啟動子，而不能選擇其他物種和組織細(xì)胞的啟動子，B錯誤；將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞的方法是感受態(tài)細(xì)胞法，需要用Ca2＋處理大腸桿菌，增大大腸桿菌細(xì)胞壁的透過性，使其處于感受態(tài)，C錯誤；過程⑥大量制備pORF2蛋白前應(yīng)對受體大腸桿菌進(jìn)行目的基因的檢測與鑒定，篩選出能表達(dá)pORF2蛋白的大腸桿菌進(jìn)行培養(yǎng)，大量制備pORF2蛋白，D正確。14．科學(xué)家卡彭蒂娜和杜德娜發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌中存在清除入侵病毒DNA的功能系統(tǒng)，并發(fā)明了CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，因此獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎。該系統(tǒng)主要包含向?qū)NA(sgRNA)和Cas9蛋白兩部分：sgRNA能特異性識別結(jié)合特定的DNA序列，從而引導(dǎo)Cas9蛋白到相應(yīng)位置剪切DNA，最終實(shí)現(xiàn)對靶基因序列定點(diǎn)編輯，其工作原理如圖1所示。科研人員通過誘變得到喪失剪接功能的dCas9，并建構(gòu)CRISPR/dCas9系統(tǒng)，保留了sgRNA引導(dǎo)蛋白進(jìn)入基因組的能力；dCas9與VP64、P65等轉(zhuǎn)錄激活因子融合，形成的dCas9-SAM可用于基因調(diào)控等研究，如圖2所示。回答下列問題：(1)CRISPR/Cas9系統(tǒng)能精準(zhǔn)識別相關(guān)基因，依據(jù)的原理是sgRNA與目標(biāo)DNA發(fā)生____________；Cas9蛋白可催化____________(填化學(xué)鍵名稱)水解，剪切特定DNA片段。CRISPR/Cas9系統(tǒng)廣泛存在于細(xì)菌等原核生物中的生理意義是______________________________________________________________________________________________。(2)將OCT4、KLF4、MYC及SOX2四個基因的sgRNA序列串聯(lián)成的sgRNA質(zhì)粒和dCas9SAM質(zhì)粒與磷脂等混合，形成包埋DNA脂質(zhì)體，將脂質(zhì)體加入細(xì)胞系MCF7的細(xì)胞培養(yǎng)皿中，即可將外源DNA導(dǎo)入細(xì)胞中。24h后通過添加____________________篩選并進(jìn)行單細(xì)胞培養(yǎng)即可得到基因編輯后的細(xì)胞。此過程須在37℃，氣體環(huán)境為________________________________________________________________________的細(xì)胞培養(yǎng)箱中進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)通過4種sgRNA對MCF7細(xì)胞進(jìn)行基因編輯，可實(shí)現(xiàn)多基因________________________________________________________________________的目的。(3)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CRISRP/Cas9基因編輯技術(shù)有時存在編輯對象出錯而造成“脫靶”現(xiàn)象，sgRNA的序列長短影響成功率，序列越短，脫靶率越高。分析脫靶最可能的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)為了獲得某水稻品種的不育系，研究人員利用Cas9蛋白對該品種的TMS5基因進(jìn)行編輯。首先從水稻組織中提取總RNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄獲得總cDNA，然后通過PCR技術(shù)可準(zhǔn)確擴(kuò)增出TMS5基因，原因是______________________________________。在篩選出成功導(dǎo)入TMS5基因表達(dá)載體的水稻愈傷組織后，經(jīng)多代培養(yǎng)仍能提取出TMS5基因，你認(rèn)為TMS5基因是否已成功轉(zhuǎn)化？說明你的觀點(diǎn)及理由：__________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)圖1為CRISPR/Cas9系統(tǒng)作用示意圖，向?qū)NA與DNA根據(jù)堿基互補(bǔ)配對原則結(jié)合；轉(zhuǎn)入的基因與原DNA片段之間要形成新的磷酸二酯鍵才能連接起來。CRISPR/Cas9系統(tǒng)廣泛存在于原核生物中，細(xì)菌等原核生物的這種清除入侵病毒DNA的生理意義是防止外源基因插入并表達(dá)，保證了細(xì)菌等原核生物遺傳性狀的穩(wěn)定。(2)分析圖2可知，將OCT4、KLF4、MYC及SOX2四個基因的sgRNA序