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1.3 基因工程的应用
1．下列关于基因工程成果的概述，不正确的是( )
A．医药卫生方面，主要用于诊断治疗疾病
B．在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
C．在畜牧养殖业上培育出了体型大、品质优良的动物
D．在环境保护方面主要用于环境监测和对污染环境的净化
解析：基因工程在医药卫生方面的应用，主要是用于生产药物，基因治疗现在处于临床试验阶段。
答案：A
2．利用基因工程技术将生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊生长速率比一般的绵羊提高30%，体型大50%，在基因操作过程中生长激素基因的受体细胞最好采用( )
A．乳腺细胞 B．体细胞
C．受精卵 D．精巢
解析：转基因羊全身所有的组织细胞均来自受精卵的有丝分裂，遗传物质都与受精卵完全相同，且受精卵体积较大，容易操作，也能保证发育成的个体的所有细胞都含有生长激素基因，故正确答案为C。
答案：C
3．下列不属于基因工程方法生产的药物是( )
A．干扰素 B．白细胞介素
C．青霉素 D．乙肝疫苗
解析：青霉素是青霉菌产生的一种代谢产物，高产青霉素菌株的获得是通过人工诱变育种实现的。
答案：C
4．近年来基因工程的发展非常迅速，科学家可以用DNA探针和外源基因导入的方法进行遗传病的诊断和治疗。下列做法不正确的是( )
A．用DNA探针检测镰刀型细胞贫血症
B．用DNA探针检测病毒性肝炎
C．用导入外源基因的方法治疗半乳糖血症
D．用基因替换的方法治疗21三体综合征
解析：基因工程是基因水平上的现代生物技术，21三体综合征是染色体异常遗传病，
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是患者第21号染色体比正常人多了一条，无法从基因水平上治疗。
答案：D
5．(2014·全国Ⅱ卷)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。
回答下列问题：
(1)理论上，基因组文库含有生物的________基因；而cDNA文库含有生物的________基因。
(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中________出所需的耐旱基因。
(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物________的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的________，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的________是否得到提高。
(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为3∶1时，则可推测该耐旱基因整合到了__________________(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。
解析：(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库，基因组文库包含生物基因组的全部基因，cDNA文库是以mRNA反转录后构建的，只含有已经表达的基因(并不是所有基因都会表达)，即部分基因。
(2)从基因文库中获取目的基因需要进行筛选。
(3)要提高植物乙的耐旱性，需要利用农杆菌转化法将耐旱基因导入植物乙的体细胞中。要检测目的基因(耐旱基因)是否表达应该用抗原—抗体杂交法检测目的基因(耐旱基因)的表达产物(即耐旱的相关蛋白质)；个体水平检测可以通过田间试验，观察检测其耐旱情况。
(4)如果耐旱基因整合到同源染色体的一条上，则转基因植株的基因型可以用A_表示(A表示耐旱基因，_表示另一条染色体上没有相应的基因)，A_自交后代基因型为AA∶A_∶__＝1∶2∶1，所以耐旱：不耐旱＝3∶1，与题意相符；如果耐旱基因整合到同源染色体的两条上，则子代将全部表现耐旱，不会出现性状分离。
答案：(1)全部 部分
(2)筛选
(3)乙 表达产物 耐旱性
(4)同源染色体的一条上
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[A级 基础巩固]
1．苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，其检测方法是( )
A．是否有抗生素抗性
B．是否能检测到标记基因
C．是否有相应的性状
D．是否能分离到目的基因
解析：抗虫基因表达出的性状只能是抗虫，不可能有抗生素抗性，A错误；载体上的标记基因用于筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，B错误；转基因成功的标志是目的基因在受体细胞内表达，受体细胞表现出一定的性状，C正确，D错误。
答案：C
2．1987年，美国科学家将萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞并获得高水平的表达。长成的烟草植株通体光亮，堪称自然界的奇迹。这一研究成果表明( )
①萤火虫与烟草的DNA结构基本相同 ②萤火虫与烟草共用一套遗传密码 ③烟草体内合成了荧光素 ④萤火虫和烟草合成蛋白质的方式基本相同
A．①③ B．②③
C．①④ D．①②③④
解析：萤火虫与烟草的遗传物质都是双链DNA，这是完成基因重组的基础，①正确；自然界的所有生物几乎都共用一套遗传密码，即无论在高等生物还是低等生物中，相同的密码子决定的氨基酸种类都相同，②正确；萤火虫的荧光素基因导入烟草细胞使得该植株通体光亮，可见荧光素基因在该植株中成功表达，③正确；基因的表达包括转录和翻译，最后合成出蛋白质，④正确。
答案：D
3．“黄金大米”是将胡萝卜素转化酶的基因导入到水稻细胞中而制备成功的。一般地说，制备“黄金大米”植株的过程中，不需要使用下列中的( )
A．限制性核酸内切酶 B．纤维素酶
C．DNA连接酶 D．DNA聚合酶
解析：获取目的基因和构建基因表达载体时都需要使用限制性核酸内切酶；采用基因工程技术培育“黄金大米”植株的过程中不需要使用纤维素酶；构建基因表达载体时，需要使用DNA连接酶；基因在受体细胞中复制时需要DNA聚合酶。
答案：B
4．抗病毒转基因植物成功表达后，以下说法正确的是( )
A．抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒
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B．抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性
C．抗病毒转基因植物可以抗害虫
D．抗病毒转基因植物可以稳定遗传，不会变异
解析：抗病毒转基因植物只抵抗某些病毒，不是抵抗所有病毒，也不可以抗虫。基因在传递的过程中，可能会发生变异。
答案：B
5．关于应用基因工程治疗人类遗传病的叙述，不正确的是( )
A．基因治疗可以有效地改善患者的生理状况，其操作对象是基因
B．进行基因治疗时，基因的受体细胞是受精卵
C．基因治疗并不是对患者体内细胞的缺陷基因改造
D．基因治疗时可只对患者部分细胞输入正常基因
解析：基因治疗是利用基因工程将健康的外源基因导入到有基因缺陷的细胞中，其操作对象是基因，一般用的受体细胞是淋巴细胞或者脐带血细胞。
答案：B
B级 能力训练
6．在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanr)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程，请据图回答下列问题。
(1)A过程需要的酶有___________________________________。
(2)B过程及其结果体现了质粒作为载体必须具备的两个条件是
_____________________________________________________。
(3)C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外，还必须加入_______________________________________________。
(4)如果利用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用____________________________________________作为探针。
(5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。
①将转基因植株与________________杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1∶1。
②若该转基因植株自交，
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则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为__________。
解析：(1)A过程为目的基因与载体相结合的过程，需要同一种限制酶和DNA连接酶。(2)B过程为目的基因导入受体细胞过程，目的基因是否导入受体细胞需检测标记基因，在培养过程中，质粒能进行复制并能稳定保存。(3)过程中加入卡那霉素对含卡那霉素抗性基因的细胞进行选择。(4)D过程用含放射性同位素标记的抗虫基因作探针检验植株中是否含有抗虫基因。(5)①转基因植株相当于杂合子，与非转基因植株杂交，后代两种性状个体比例为1∶1；②转基因植株自交，后代两种性状个体比例为3∶1。
答案：(1)限制酶和DNA连接酶
(2)具有标记基因；能在宿主细胞中复制并稳定保存
(3)卡那霉素
(4)放射性同位素标记的抗虫基因
(5)①非转基因植株 ②3∶1
[B级 能力训练]
7．下列关于植物、动物以及微生物在基因工程的应用方面的叙述，错误的是( )
A．动物和微生物可以生产基因工程药物，植物不能
B．三类生物技术操作中目的基因导入受体细胞的方式不同
C．三类生物技术操作原理相同
D．三类生物技术操作中用到的工具酶相同
解析：除基因工程的第三步“将目的基因导入受体细胞”的方法不同外，三类生物在基因工程的应用中，从原理、使用工具到操作流程等基本一致，B、C、D正确；三类转基因生物都可以用来生产基因工程药物，A错误。
答案：A
8．下列转基因植物与所选用的目的基因对应错误的是( )
A．抗虫棉——Bt毒蛋白基因
B．抗病毒转基因烟草——几丁质酶基因
C．抗盐碱和抗旱植物——调节细胞渗透压的基因
D．耐寒的番茄——抗冻基因
解析：抗病毒转基因植物常使用病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。几丁质酶基因及抗毒素合成基因一般用作抗真菌转基因植物的目的基因，故选项B错。
答案：B
9．天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是( )
A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经反转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B．利用限制酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
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C．利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
解析：提取矮牵牛蓝色花的mRNA，反转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确。从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误。目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误。目的基因需要和载体连接后形成重组质粒再导入，而且应该用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。
答案：A
10．腺苷脱氨酶(ADA)基因缺陷症是一种免疫缺陷病，对患者采用基因治疗的方法是：取出患者的白细胞，进行体外培养时转入正常ADA基因，再将这些白细胞注入患者体内，使其免疫功能增强，能正常生活。下列有关叙述正确的是( )
A．正常ADA基因替换了患者的缺陷基因
B．正常ADA基因通过控制ADA的合成来影响免疫功能
C．正常ADA基因可遗传给后代
D．ADA基因缺陷症属于获得性免疫缺陷病
解析：基因治疗是将正常的基因导入有基因缺陷的细胞中，正常的ADA基因可以控制合成正常的ADA来影响免疫功能；ADA基因缺陷症是先天性免疫缺陷病。
答案：B
11．下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述正确的是( )
A．②的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与
B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上
C．④的染色体上若含抗虫基因，则⑤就表现出抗虫性状
D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异
解析：②重组质粒的构建需要限制酶和DNA连接酶参与，A错误；③侵染植物细胞后，重组Ti；质粒上的T－DNA整合到棉花细胞的染色体上，B错误；④的染色体上若含抗虫基因，但不代表该基因就一定成功表达，因此不能确定⑤是否表现出抗虫性状，C错误。
答案：D
12.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。如右图所示是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：
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(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
(2)①过程需要的酶有__________、________。
(3)重组质粒除了带有抗冻蛋白基因afp以外，还必须含有________、终止子和________，这样才能构成一个完整的基因表达载体。
(4)如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的________________上，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入到受体细胞C2中________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达，在分子水平上可用________________法进行检测，如果出现杂交带，说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。
解析：(1)目的基因的获取可采取直接分离获得也可采用人工合成方法，人工合成目的基因的常用方法有逆转录法和化学合成法。(2)提取目的基因需要限制酶，将目的基因与载体结合需要DNA连接酶，故①过程需要的酶有限制酶和DNA连接酶。(3)基因表达载体的构建包含：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。(4)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，将目的基因导入农杆菌的Ti质粒的T－DNA上，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入受体细胞C2中染色体DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。
答案：(1)(用逆转录等方法进行)人工合成 (2)限制酶 DNA连接酶 (3)启动子 标记基因 (4)Ti质粒的T－DNA 染色体DNA 抗原—抗体杂交
13．科学家将小麦液泡膜Na＋/K＋逆向转运蛋白基因(TaNHX2基因)转移到水稻细胞内，获得了转基因耐盐水稻新品种。据此回答下列有关问题：
(1)为保证目的基因在水稻细胞中能够表达，运载体上应含有特定的________(填“复制原点”“启动子”或“标记基因”)。
(2)水稻的转化过程为：将水稻幼胚接种到诱导培养基上，经过脱分化过程，培养出愈伤组织，然后用________法，将目的基因和相关功能片段整合到愈伤组织细胞的染色体DNA
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上，最后诱导愈伤组织形成水稻植株。
(3)为验证外源基因整合到水稻基因组后是否转录，可从转基因植株的细胞中提取所有mRNA并反转录成________，再以反转录产物为模板，利用TaNHX2基因特异引物，通过________方法进行基因扩增。若以根细胞为材料扩增结果为阳性(有产物生成)，以叶细胞为材料扩增结果为阴性(无产物生成)，则说明___________________
______________________________________________________。
(4)将生长至4叶期的转基因幼苗转入高浓度的NaCl溶液中培养，进行耐盐试验，用非转基因幼苗作为对照。培养30天后观察现象，若________________则说明转基因植株获得了耐盐特性。
答案：(1)启动子 (2)农杆菌转化 (3)cDNA(互补DNA) PCR 目的基因(TaNHX2基因)仅在根细胞中转录，未在叶细胞中转录(回答“基因选择性表达”不正确) (4)转基因植株存活率高于非转基因植株(转基因植株叶片不变黄，非转基因植株叶片变黄，其他答案合理也可)
14．利用转基因植物作为生物反应器生产人类药用蛋白的研究逐渐受到各国的重视。下图为我国科研人员利用转基因植物反应器生成丙肝病毒(HCV)抗原蛋白的流程。请据图回答：
(1)该转基因技术所“转”的基因是______________________，
它来源于________。
(2)a过程中需要使用的工具酶是______，b表示____________过程。在质粒中至少含________个限制酶识别位点。
(3)d过程采用的是目的基因导入受体细胞的常用方法，叫________。
(4)检测目的基因是否整合到染色体上，所用的方法是______________________。检测目的基因在生物体内是否已经表达，常用________技术。
解析：(1)通过阅读题干和图解，可以判断出该技术涉及的目的基因是丙肝病毒(HCV)抗原蛋白基因，或称为HCV抗原蛋白基因，或称为抗原基因；该基因来自丙肝病毒或HCV。(2)据图可知，目的基因是从病毒内获取的，要用到限制酶；b过程表示的是基因工程的第二步：基因表达载体的构建；运载目的基因的载体必须含有1个或多个(至少1个)限制酶切点，才能保证目的基因的接入。(3)目的基因导入植物受体细胞最常用的方法是农杆菌转化法。(4)要检测目的基因是否导入并整合到受体细胞的染色体DNA上，通常采用DNA分子杂交技术；要检测目的基因是否在受体细胞内表达，即合成抗原蛋白，通常采用抗原—抗体杂交技术。
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答案：(1)丙肝病毒(HCV)抗原蛋白基因(HCV抗原蛋白基因或抗原基因) 丙肝病毒(HCV)
(2)限制酶 基因表达载体的构建 1
(3)农杆菌转化法
(4)DNA分子杂交技术 抗原抗体杂交
15．马铃薯是重要的经济作物，在基因育种方面取得丰硕成果。
(1)马铃薯是双子叶植物，常用________法将目的基因导入马铃薯的体细胞中。构建好的基因表达载体的基本结构有：目的基因、________、________、________、复制原点五部分。
(2)马铃薯易患多种疾病，导致产量下降，基因工程中常用的抗病基因为____________________________________________
_________________________________________(写一种即可)。
(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，主要从两个方面进行设计：
①修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂________，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。
②引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前________。
(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行____________。
解析：(1)马铃薯是双子叶植物，常用农杆菌转化法将目的基因导入双子叶植物体细胞中，构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点五部分。
(2)基因工程中常用的抗病基因为病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因等。
(3)①除草剂只能作用于杂草，不能作用于马铃薯，因此需要修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感(抵抗)，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。
②也可以引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前被降解(分解)。
(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行检测和鉴定。
答案：(1)农杆菌转化 启动子 终止子 标记基因
(2)病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因(写一种即可)
(3)不敏感(抵抗) 被降解(分解)
(4)检测和鉴定
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