1、第第 3 3 节节 基因工程的应用基因工程的应用 知识点 1 基因工程在农牧业上的应用 1.(2020 四川雅安中学高二期中)草甘膦是一种广泛应用的除草剂，能不加选择地杀死各种杂草和农作物，将抗草甘膦基因转入油菜中，使油菜能抗草甘膦。在转基因油菜种植多年后，调查发现在公路边的野生油菜有 80%含有抗草甘膦基因。下列叙述正确的是( ) A.80%的野生油菜体内出现抗草甘膦基因是人工选择的结果 B.含抗草甘膦基因的野生油菜是经自然选择进化出的新物种 C.野生油菜体内的抗草甘膦基因主要源自转基因油菜的花粉 D.大量使用单一除草剂可以减轻环境污染，提高农作物产量 解析 转基因油菜与野生油菜杂交，会将抗
2、草甘膦基因传递给野生油菜所产生的后代，从而使野生油菜也获得抗草甘膦的性状，A 错误；含抗草甘膦基因的野生油菜并不是新物种，因为它仍可以与油菜杂交，产生后代，没有出现生殖隔离，B错误； 转基因油菜与野生油菜杂交(在转基因油菜作为父本， 提供花粉的情况下)，会将抗草甘膦基因传递给野生油菜所产生的后代，C 正确；大量使用单一除草剂会加重环境污染，D 错误。 答案 C 2.(2020 辽宁葫芦岛第一高级中学高二期中)科学家运用转基因技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因 DXT 转移到大白菜细胞中，培育出抗虫效果很好的优质大白菜。下列说法正确的是( ) A.DXT 基因的编码区由内含子和外显子组成 B.DX
3、T 基因能在大白菜细胞中正常表达 C.转基因大白菜培育的过程中，可以用灭活的病毒作为载体 D.转基因大白菜能抵抗各种害虫 解析 苏云金芽孢杆菌属于原核生物，原核生物基因编码区是连续的，没有内含子，A 错误；所有生物共用一套密码子，所以 DXT 基因能在大白菜细胞中正常表达，B 正确；灭活病毒可用于动物细胞融合，不能用作基因工程的载体，C 错误；转基因大白菜只能抵抗特定害虫，D 错误。 答案 B 3.(2020 大名县第一中学高二期末)科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的表达载体，并将其导入了大西洋鲑的细胞中，获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。相关叙述正确的是(
4、) A.转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加 B.构建基因表达载体需要限制酶和 DNA 聚合酶 C.大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过 PCR 技术扩增获得 D.转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快 解析 转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白有所增加，但是不会明显增加，A 错误；构建基因表达载体需要限制酶和 DNA 连接酶，B 错误；大鳞鲑鱼生长激素基因能通过 PCR 技术扩增获得，C 错误；转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快，D 正确。 答案 D 4.(2020 大名县第一中学高二期末)1987 年，美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞， 获得高水平的表达。 长成的植物通体光亮
5、， 堪称自然界的奇迹。这一研究成果表明( ) 萤火虫与烟草植物的 DNA 结构基本相同 萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码 烟草植物体内合成了荧光素 萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同 A.和 B.和 C.和 D. 解析 荧光素基因转入烟草植物细胞能够表达，首先说明萤火虫与烟草植物的DNA 结构都是双螺旋结构，其次它们都共用一套遗传密码，烟草通体光亮，说明其合成了荧光素，由于萤火虫和烟草都是真核生物，所以它们合成蛋白质都要经过转录和翻译。 答案 D 5.(2020 北京高三期末)缺乏维生素 A 就容易导致出现夜盲症，营养不良，甚至有一些能够威胁到生命。而 胡萝卜素可以在人体内转化成维生素
6、A。科学家尝试通过转基因技术生产富含胡萝卜素的大米。 八氢番茄红素合酶(其基因用 psy 表示)和胡萝卜素脱饱和酶(其基因用 crtl 表示)参与 胡萝卜素的合成。根据以上信息分析正确的是( ) A.重组质粒中的目的基因含有 psy 基因和 crtl 基因 B.构建重组质粒需要限制酶、DNA 连接酶和核酸酶 C.可通过显微注射法将目的基因导入水稻受体细胞 D.PCR 既可扩增特定基因也可检测目的基因表达 解析 根据“八氢番茄红素合酶和胡萝卜素脱饱和酶参与胡萝卜素的合成”可知，重组质粒中的目的基因含有 psy 基因和 crtl 基因，A 正确；构建重组质粒需要限制酶、DNA 连接酶，不需要核酸酶
7、，B 错误；可通过农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞，C 错误；PCR 可扩增特定基因，但要检测目的基因是否表达应该用抗原抗体杂交法，D 错误。 答案 A 知识点 2 基因工程在医药卫生和食品工业方面的应用 6.(2020 丘北县第二中学校高一月考)1979 年，科学家成功培育出了能够产生人胰岛素的大肠杆菌。 通过体外培养能够大量生产人胰岛素， 为糖尿病病人带来福音。培育产生人胰岛素大肠杆菌的目的基因是( ) A.大肠杆菌质粒中的标记基因 B.人体细胞控制胰岛素合成的基因 C.大肠杆菌质粒中的抗性基因 D.大肠杆菌拟核中控制胰岛素合成的基因 解析 科学家成功培育出了能够产生人胰岛素的大肠杆
8、菌，该大肠杆菌能产生人的胰岛素，故目的基因是来自于人体细胞中控制胰岛素合成的基因。 答案 B 7.(2020 安徽师范大学附属中学高二期中)蜘蛛丝(丝蛋白)被称为“生物钢”， 有着超强的抗张强度，可制成防弹背心、降落伞绳等。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造肌腱。科学家研究出集中生产蜘蛛丝的方法培育转基因羊作为乳腺生物反应器。下列有关乳腺生物反应器的说法，错误的是( ) A.将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成表达载体 B.将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物乳腺细胞中即可获得乳腺生物反应器 C.与乳腺生物反应器相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛 D.转基因动物产
9、生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因 解析 该过程需要将蜘蛛丝蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等结合在一起构建成表达载体，再通过显微注射导入受精卵中，A 正确；将含有丝蛋白基因的表达载体导入动物受精卵中才可获得乳腺生物反应器，B 错误；与乳腺生物反应器(只能选雌性)相比，膀胱生物反应器不受性别等限制，受体来源更广泛，C 正确；转基因动物产生的生殖细胞可能含有药用蛋白基因，因为体细胞中含有药用蛋白基因，D 正确。 答案 B 8.(2020 福建省福州第一中学高二期中)利用乳房生物反应器生产人白蛋白的转基因牛的相关叙述中，正确的是( ) A.“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物 B.所谓“提高基
10、因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因 C.人们只有在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在转基因牛的乳腺细胞中是纯合的，而在其他细胞中则是杂合的 D.转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因， 但因种种原因， 不发生转录、 翻译，故不能合成人白蛋白 解析 “转基因动物”是指体细胞中导入外源基因的动物，其所获得的目的基因是指原来就存在于其他生物体内的正常基因，并非是“新”基因，A 错误；所谓“提高基因表达水平”是指设法加快目的基因通过转录、翻译产生相应蛋白质的速度，使牛的乳腺细胞中合成更多的人白蛋白，B 错误；只有在转基因牛的乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白
11、蛋白基因只有在乳腺细胞表达，而在其他细胞中不表达，C 错误；转基因牛的肌肉细胞中虽也含有人白蛋白基因，但人白蛋白基因只有在乳腺细胞中才能表达，D 正确。 答案 D 9.(2020 江西高二期末)采用基因工程技术培育转基因羊，使其能合成人凝血因子且只存在于乳汁中。下列有关叙述，正确的是( ) A.该过程的核心技术是获取人凝血因子基因 B.显微注射前需要将含有人凝血因子基因的表达载体提纯 C.在该转基因羊中，人凝血因子基因只存在于乳腺细胞中 D.人凝血因子基因与载体的结合不涉及碱基互补配对 解析 基因工程的核心技术是构建基因表达载体，A 错误；将目的基因导入受体细胞之前需要构建基因表达载体，显微注
12、射前需要将含有人凝血因子基因的表达载体提纯，B 正确；用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，所形成的转基因羊中，人凝血因子基因存在于所有的体细胞中，C 错误；人凝血因子基因与载体的结合涉及碱基互补配对，D 错误。 答案 B 10.(2020 黑龙江高二期末)美、 英研究人员在 2002 年相继宣布， “敲除排斥基因”的猪已经降生。人们可望利用这种猪大量“生产”适用于移植手术的器官。在此之前如果把猪器官移植给人体，人类的免疫系统能识别猪细胞上的某种物质，从而发生强烈的排异反应。该物质所处的位置和化学成分分别是( ) A.细胞膜 胆固醇 B.细胞膜 糖与蛋白质的复合物 C.细胞质 蛋白质
13、D.细胞核 脱氧核糖核酸 解析 由题干信息“人体的免疫系统能识别猪细胞上的某种物质，从而发生强烈的排斥反应”可知： 该种物质是糖蛋白(糖与蛋白质的复合物)， 分布在细胞膜上。 答案 B 11.(2020 江苏启东中学高二期末)环境雌激素(EEs)影响动物和人类的性腺发育。 斑马鱼在 EEs 的诱导下，会表达出卵黄蛋白原(vtg)。已知绿色荧光蛋白(GFP)基因能使斑马鱼发光，欲获得能检测水中是否含有 EEs 的转基因斑马鱼，下列操作合理的是( ) A.将 vtg 基因的启动子与 GFP 基因重组 B.将 EEs 基因的启动子与 GFP 基因重组 C.将 GFP 基因的启动子与 GFP 基因重组
14、 D.将 GFP 基因的启动子与 vtg 基因重组 解析 EEs 能诱导斑马鱼表达出卵黄蛋白原(vtg)， 绿色荧光蛋白(GFP)基因能使斑马鱼发光，基因表达载体的组成包括启动子、目的基因、标记基因和终止子等，因此，欲获得能检测水中是否含有 EEs 的转基因斑马鱼，需要将 vtg 基因的启动子与 GFP 基因重组。 答案 A 12.(2020 吉林高三期末)科学家将某药物蛋白合成基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的 DNA 中，发育后的雌鸡就能产出含该药物蛋白的鸡蛋，在每一只鸡蛋的蛋清中都含有大量的药物蛋白；而且这些鸡蛋孵出的鸡，仍能产出含该药物蛋白的鸡蛋。据此分析不正确的是( ) A.这些鸡是基因
15、工程的产物 B.这种变异属于可遗传的变异 C.食用此鸡蛋后药用蛋白可发挥作用 D.该种变异属于定向变异 解析 这些鸡是将某药物蛋白合成基因转移到白色来亨鸡胚胎细胞的 DNA 中获得的，是基因工程的产物，A 正确；这种变异属于基因重组，是可遗传的变异，B 正确；食用此鸡蛋后，药用蛋白会被水解，不能再发挥作用，C 错误；转基因技术可以定向改造生物的性状，故该种变异属于定向变异，D 正确。 答案 C 13.(2020 上海高二期末)100 多年前， “疫苗之父”巴斯德开创了第一次疫苗革命，其特点是接种灭活或减毒的病原微生物。20 世纪 70 年代开始，现代生物技术的迅猛发展开创了第二次疫苗革命， 使
16、疫苗的研制进入分子水平， 图 1 是 1986 年通过基因工程制备乙型肝炎表面抗原(HbsAg)从而获得乙肝疫苗的过程。 图 1 在如图 1 步骤和的过程中，需要用合适的限制酶切割乙肝表面抗原基因和质粒。现将乙肝表面抗原基因及质粒的部分限制酶的识别序列及位置表示为图 2。质粒中的启动子是质粒中基因得以正常表达所必需的部分。 lacZ基因合成某种酶，该酶能将无色染料 X- gal 变成蓝色，最终能在无色染料 X- gal 的培养基上将含该基因的菌落染成蓝色。 限制酶 EcoR Bcl BamH Hind 识别序 GAATTC TGATCA GGATCC AAGCTT 列及切 割位点 图 2 (1
17、) 为 了 避 免 自 身 环 化 及 便 于 筛 选 ， 则 切 割 质 粒 选 用 的 限 制 酶 是_，切割乙肝表面抗原基因选用的限制酶是_。 (2)为筛选含有乙肝表面抗原的大肠杆菌细胞，需要将导入操作之后的大肠杆菌接种到含_ 的固体牛肉膏蛋白胨培养基上，挑选_的菌落纯化培养。 (3)下列有关限制酶的叙述中，正确的是_。 A.限制酶催化的反应类型是氧化分解反应 B.限制酶破坏的是氢键 C.一种限制酶只能识别双链 DNA 中某种特定的脱氧核苷酸序列 D.EcoR 酶与 Hind酶相比较，EcoR 酶切割后 DNA 片段较容易分离 (4)在图 1 步骤中，使用基因工程工具酶是_。一个乙肝表面
18、抗原基因与一个质粒重组的过程中(图 1 步骤)，游离的磷酸基团数目减少_个 (5)通过基因工程生产的疫苗与灭活或减毒的病原微生物的疫苗，在安全性方面的比较结果及理由是_ _ _。 解析 (1)目的基因中含有限制酶 EcoR 的切割位点，因此不能用该酶切割外源DNA 分子， 为了避免自身环化及便于筛选， 切割乙肝表面抗原基因选用的限制酶是 Bcl 和 Hind 。用限制酶 Bcl 切割质粒会破坏启动子，因此切割质粒选用的限制酶是 BamH和 Hind (Bcl和 BamH切割产生的黏性末端相同)。(2)构建基因表达载体时使用了限制酶 Hind ， 导致 lac Z 基因被破坏(导入重组质粒的大肠
19、杆菌不能合成某种酶，不能使无色染料 X- gal 变成蓝色)，但没有破坏氨苄青霉素抗性基因(导入重组质粒的大肠杆菌能抗氨苄青霉素)。为筛选含有乙肝表面抗原的大肠杆菌细胞，需要将导入操作之后的大肠杆菌接种到含氨苄青霉素和无色染料 X- gal 的固体牛肉膏蛋白胨培养基上，挑选未被染上蓝色的菌落纯化培养。 (3)限制酶催化的反应类型是水解反应， A 错误； 限制酶破坏的是磷酸二酯键，B 错误； 一种限制酶只能识别双链 DNA 中某种特定的脱氧核苷酸序列， C 正确；C 和 G 含量越高，DNA 分子越稳定，因此 EcoR 酶与 Hind 酶相比较，EcoR 酶切割后 DNA 片段较容易分离，D 正
20、确。(4)图 1 步骤表示基因表达载体的构建过程，该过程需要 DNA 连接酶。一个乙肝表面抗原基因(含有 2 个游离的磷酸基团)与一个质粒(被切开的质粒含有2个游离的磷酸基团)重组的过程中(图1的步骤)， 游离的磷酸基团数目减少 4 个。 (5)通过基因工程生产的疫苗与灭活或减毒的病原微生物的疫苗，在安全性方面的比较结果及理由是基因工程疫苗更安全，因为疫苗成分中只含病毒蛋白，不含病毒核酸，不会出现病毒侵染的情况。 答案 (1)BamH 和 Hind Bcl 和 Hind (2)氨苄青霉素和无色染料 X- gal 未被染上蓝色 (3)CD (4)DNA 连接酶 4 (5)基因工程疫苗更安全，因为
21、疫苗成分中只含病毒蛋白，不含病毒核酸，不会出现病毒侵染的情况 14.(2020 福建高二期末)我国科学家以唾液腺作为生物反应器， 从转基因小鼠的唾液中制备出人的神经生长因子蛋白(hNGF)。 (1)制备方法有两种： 方法 1：hNGF 基因与_、终止子等调控组件构建成基因表达载体，使 hNGF 基因在唾液腺中表达，获得唾液 A。 方法 2：将 hNGF 基因插入_基因中，使 hNGF 基因在唾液腺中表达，获得唾液 B。 (2)hNGF 具有促进 TF1(人红系白血病细胞)增殖的作用， 以此为原理， 请设计实验比较通过上述两种方法获得的唾液中的 hNGF 活性，写出实验思路。_。 (3)与乳腺反
22、应器相比，唾液腺生物反应器的优势表现在 _。 解析 (1)依题意可知： hNGF 基因为目的基因， 若使 hNGF 基因在唾液腺中表达，可将 hNGF 基因与能在唾液腺细胞中特异性表达基因的启动子(唾液淀粉酶基因的启动子或唾液分泌蛋白基因的启动子)、终止子等调控元件重组在一起，或者将hNGF 基因插入唾液分泌蛋白(唾液淀粉酶)基因中，以构建相应的基因表达载体，再通过显微注射的方法将构建的基因表达载体导入小鼠的受精卵中，然后将由该受精卵发育成的早期胚胎送入母体内，使其生长发育为转基因小鼠。在该转基因小鼠分泌的唾液中就会含有人的神经生长因子蛋白(hNGF)。 (2)设计实验比较通过上述两种方法获得
23、的唾液中的 hNGF 活性， 其实验原理是 hNGF 具有促进 TF1(人红系白血病细胞)增殖的作用，自变量为唾液的种类，因变量为 TF1 细胞数量，而其他对实验结果有影响的因素均为无关变量， 无关变量应控制相同且适宜。 据此，依据“实验设计遵循的对照原则和单一变量原则等可确定该实验的思路为：将等量的 TF1 细胞分别置于含有等量的唾液 A、唾液 B、普通小鼠的唾液的三组培养液中培养一段时间，统计比较各组 TF1 细胞数量变化情况。(3)乳腺反应器是从进入泌乳期后的转基因动物分泌的乳汁中获取所需要的药品。与乳腺反应器相比，唾液腺生物反应器的优势表现在：生产周期短、不受性别和年龄的限制。 答案 (1)在唾液腺细胞中特异性表达的启动子(唾液淀粉酶基因的启动子或唾液分泌蛋白基因的启动子) 唾液分泌蛋白(唾液淀粉酶) (2)将等量的 TF1 细胞分别置于含有等量的唾液 A、唾液 B、普通小鼠的唾液的三组培养液中培养一段时间，统计比较各组 TF1 细胞数量变化情况 (3)生产周期短、不受性别和年龄的限制