基因工程
(时间：45分钟 满分：50分)
一、选择题(每小题2分，共24分)
1．下列关于基因工程中有关酶的叙述错误的是( )
A．限制酶水解相邻核苷酸间的化学键打断DNA
B．DNA连接酶可将末端碱基互补的两个DNA片段连接
C．DNA聚合酶能够从引物末端延伸DNA或RNA
D．逆转录酶以一条RNA为模板合成互补的DNA
解析：选C DNA聚合酶只能从引物末端延伸DNA而不能延伸RNA。
2．下列对基因工程中基因表达载体的叙述，错误的是( )
A．基因表达载体上的标记基因不一定是抗生素抗性基因
B．基因表达载体的构建是基因工程的核心
C．基因表达载体中一定不含有起始密码子和终止密码子
D．基因表达载体的构建需要使用限制酶和DNA聚合酶等特殊工具
解析：选D 基因表达载体上的标记基因一般是抗性基因，也可能是荧光基因等；基因表达载体一般包括启动子、目的基因、标记基因、终止子等。构建基因表达载体时，需要使用限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
3．下列关于应用基因工程技术治疗人类遗传病的叙述，错误的是( )
A．基因治疗可以有效地改善患者生理状况，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进行改造
D．基因治疗时可只向患者部分细胞内输入正常基因
解析：选B 基因工程操作的动物受体细胞一般为受精卵，但基因治疗时，不用对全部体细胞发挥作用，受体细胞不是受精卵，而是部分体细胞。基因治疗不是对缺陷基因的改造，一般是将正常基因导入受体细胞，从功能上“覆盖”缺陷基因的表达。
4．我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述错误的是( )
A．抗虫基因的提取和运输都需要专用的工具和载体
B．重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失
C．抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递到近缘作物，从而造成基因污染
D．转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素抗性来确定的
解析：选D 转基因棉花是否具有抗虫特性是通过个体生物学水平来鉴定的，即接种相应的害虫，观察棉花是否抗虫。
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5．科学家将来自大鼠的编码一种离子通道蛋白的基因转入果蝇体内，培养出一种转基因果蝇，人们可以通过照射激光来遥控它们的行为，让懒散的果蝇活动起来。以下叙述正确的是( )
A．获取编码离子通道蛋白的基因的方法有从基因文库中提取、人工合成法
B．为了保持基因的完整性，应该将目的基因直接导入果蝇细胞
C．将该基因导入果蝇细胞最常用的方法是基因枪法
D．该转基因果蝇有性生殖的后代能保持该性状的稳定遗传
解析：选A 基因工程中获取目的基因的方法有从基因文库中提取、人工合成；将目的基因导入受体细胞前需要构建基因表达载体，其目的是使目的基因在受体细胞中稳定存在并表达；将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法；转基因果蝇有性生殖的后代可能会发生性状分离，该性状不一定能稳定遗传。
6．我国转基因技术发展态势良好，农业部依法批准发放了转植酸酶基因玉米、转基因抗虫水稻的生产应用安全证书。下列关于转基因玉米和转基因水稻的叙述错误的是( )
A．转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因
B．转基因抗虫水稻减少了化学农药的使用，减轻了环境污染
C．转基因抗虫水稻是否具有抗虫性，可通过饲养卷叶螟进行检测
D．转基因抗虫水稻的外源基因是几丁质酶基因
解析：选D 转植酸酶基因玉米的外源基因是植酸酶基因；转基因抗虫水稻的外源基因是Bt毒蛋白基因，而几丁质酶基因是抗真菌转基因植物常用的外源基因；转基因抗虫水稻减少了农药的使用，减轻了环境污染，同时降低了农业生产的成本；检测目的基因是否表达最简便的方法是个体水平的检测。
7．以下有关蛋白质工程的叙述，错误的是( )
A．蛋白质工程发展的基础是基因工程
B．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
C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的
D．T4溶菌酶中引入二硫键提高了它的热稳定性是蛋白质工程应用的体现
解析：选C 蛋白质工程是通过对基因的操作来实现对蛋白质改造的。
8．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述错误的是( )
A．获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①
B．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞
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C．连接基因a与载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
解析：选C DNA连接酶和限制酶的作用部位都是磷酸二酯键，即图中①部位。
9．下列关于目的基因的检测与鉴定的叙述，错误的是( )
A．目的基因在真核细胞中能否稳定遗传的关键是目的基因是否插入质DNA中
B．检测受体细胞是否含有目的基因及其是否成功转录的方法都是分子杂交法
C．目的基因的鉴定通常是在个体水平上进行的
D．如在受体细胞内检测到目的基因表达的蛋白质，可确定目的基因首端含有启动子
解析：选A 目的基因在真核细胞中能否稳定遗传的关键是目的基因是否插入到核DNA中；检测受体细胞是否含有目的基因的方法是DNA分子杂交法，检测目的基因是否转录出mRNA可用DNA—RNA分子杂交法；基因能成功表达，说明其首端含有启动子。
10．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质。生产流程：
甲生物的蛋白质→mRNA目的基因与质粒DNA重组导入乙细胞获得甲生物的蛋白质
下列说法正确的是( )
A．①过程需要的酶是逆转录酶，原料是A、U、G、C
B．②要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起
C．如果受体细胞是动物细胞，③过程可以用农杆菌转化法
D．参与④过程的物质不含有A、U、G、C
解析：选B ①过程是逆转录，利用逆转录酶，合成DNA片段，所以需要的原料是A、T、G、C；②过程是目的基因与质粒DNA的重组，需要用限制酶切断质粒DNA，再用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起；如果受体细胞是动物细胞，重组基因的导入常用显微注射法，农杆菌转化法多用于植物细胞；④过程是基因的表达过程，此过程中的mRNA和tRNA都含有A、U、G、C。
11．基因工程利用某目的基因(图甲)和Pl噬菌体载体(图乙)构建重组DNA。限制酶的酶切位点分别是BglⅡ、EcoRⅠ和Sau3AⅠ。下列分析错误的是( )
A．构建重组DNA时，可用BglⅡ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体
B．构建重组DNA时，可用EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体
C．图乙中的Pl噬菌体载体只用EcoRⅠ切割后，含有2个游离的磷酸基团
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D．用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，只能产生一种重组DNA
解析：选D 由题图可知，BglⅡ、Sau3AⅠ及EcoRⅠ三种酶在目的基因和Pl噬菌体上都有切口，故可用BglⅡ和Sau3AⅠ或EcoRⅠ和Sau3AⅠ切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体；从图乙知Pl噬菌体载体为环状DNA，只用EcoRⅠ切割后产生两条反向双螺旋链状DNA，有2个游离的磷酸基团；用EcoRⅠ切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，能产生不止一种重组DNA。
12．chlL基因是蓝藻拟核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chlL基因的蓝藻细胞。技术路线如下图所示，对此技术的以下描述，正确的是( )
A.②过程共形成2个磷酸二酯键
B．①②过程都需要使用限制酶和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 chlL基因的受体细胞
解析：选B 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，故会形成4个磷酸二酯键。①过程需要用限制酶切割质粒和chlL基因，然后用DNA连接酶连接chlL基因和质粒。该技术是为了获得缺失chlL基因的蓝藻细胞，故该技术成功的标志是蓝藻细胞无chlL基因控制的性状，即蓝藻不能合成叶绿素。红霉素抗性基因可插入蓝藻拟核DNA中，从而破坏蓝藻拟核DNA上的chlL基因，因此可用于筛选缺失chlL基因的蓝藻细胞。
二、非选择题(除注明外，每空1分，共26分)
13．(8分)科学家运用基因工程技术将结核杆菌MPT64基因(能控制合成MPT64蛋白)成功导入胡萝卜细胞，最终表达出肺结核疫苗。请回答下列问题：
(1)为获取MPT64基因，可从结核杆菌的细胞中提取对应mRNA，在____________的作用下合成双链cDNA片段，获得的cDNA片段与结核杆菌中该基因碱基序列________(填“相同”或“不同”)。
(2)通常采用PCR技术扩增MPT64基因，前提是要有一段已知MPT64基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成________，在操作步骤中需要加热至90～95 ℃的目的是____________________________。
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(3)根据农杆菌的特点，如果将MPT64基因插入到________________上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入胡萝卜细胞，并将其插入到植物细胞中的________________上。
(4)研究发现，如果将MPT64蛋白第20位和24位的氨基酸改变为半胱氨酸，其保存时间将大大延长，科学家可以生产上述耐储存的MPT64蛋白的现代生物工程技术是________________。
解析：(1)以mRNA模板，合成cDNA的过程是逆转录，需要逆转录酶的催化。由于DNA转录形成mRNA的过程中非编码序列不转录，所以形成的cDNA与结核杆菌中该基因碱基序列不同。(2)在PCR技术中，以已知MPT64基因的核苷酸序列为模板合成引物。在操作步骤中需要加热至90～95 ℃，以打开DNA的双链。(3)在农杆菌转化法中，将MPT64基因插入到农杆菌的Ti质粒的TDNA上，通过农杆菌的转化作用，就可以使目的基因进入胡萝卜细胞，并将其插入到植物细胞的染色体DNA上。基因的表达产物是蛋白质，要确认MPT64基因是否在胡萝卜植株中表达，应检测胡萝卜植株中是否含有MPT64蛋白。(4)蛋白质工程又叫第二代基因工程，可以通过设计改造原有蛋白质的结构和功能。
答案：(1)逆转录酶 不同 (2)引物 目的基因DNA受热变性解链为单链(2分) (3)Ti质粒的TDNA 染色体DNA (4)蛋白质工程
14．(9分)虫草中的超氧化物歧化酶(SOD)具有抗衰老作用。研究人员培育了能合成SOD的转基因酵母菌。据图回答下列问题：
注：Hind Ⅲ和ApaLⅠ是两种限制酶，箭头表示酶的切割位置。
(1)将图中的重组DNA分子用Hind Ⅲ和ApaLⅠ完全酶切后，可得到________种DNA片段。图示的表达载体存在氨苄青霉素抗性基因，不能导入用于食品生产的酵母菌中，据图分析，可用________切除该抗性基因的部分片段使其失效，再用DNA连接酶使表达载体重新连接起来。
(2)作为受体细胞的酵母菌缺失URA3基因，必须在含有尿嘧啶的培养基中才能存活，因此，图示表达载体上的URA3基因可作为________供鉴定和选择；为了筛选出成功导入表达载体的酵母菌，所使用的培养基________(填“需要”或“不需要”)添加尿嘧啶。
(3)目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为________。为了确定受体细胞中SOD基因是否转录，可用标记的________作探针进行分子杂交检测，分子杂交的原理是____________。
(4)利用蛋白质工程获得活性更高的SOD时，需根据所设计蛋白质的结构推测其________序列，最终确定相对应的脱氧核苷酸序列并经____________获得所需的基因。
解析：(1)由图可知，图中的基因表达载体中存在Hind Ⅲ的一个酶切位点，存在Apa
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LⅠ的两个酶切位点，因此用两种酶同时切割环状质粒会得到3种不同的DNA片段。图示的表达载体存在氨苄青霉素抗性基因，不能导入用于生产的酵母菌中，否则会导致人体对抗生素不敏感，因此可以利用ApaLⅠ切除该抗性基因的部分片段使其失效，再用DNA 连接酶使表达载体重新连接起来。(2)作为受体细胞的酵母菌缺失URA3基因，必须在含有尿嘧啶的培养基中才能存活，因此，图示表达载体上的URA3基因可作为标记基因供鉴定和选择；由于导入表达载体的酵母菌中含有URA3基因，而普通酵母菌中不含有URA3基因，因此为了筛选出成功导入表达载体的酵母菌，所使用的培养基不需要添加尿嘧啶。(3)目的基因进入受体细胞内并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程，称为转化。为了确定受体细胞中SOD基因是否转录，可用标记的SOD基因作为探针进行分子杂交检测，分子杂交的原理是碱基互补配对。(4)利用蛋白质工程获得活性更高的SOD时，需根据所涉及蛋白质的结构推测其氨基酸序列，最终确定相对应的脱氧核苷酸序列并经基因修饰获得所需的基因。
答案：(1)3 ApaLⅠ (2)标记基因 不需要 (3)转化 SOD基因 碱基互补配对 (4)氨基酸 基因修饰
15．(9分)下图为科研人员制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流程，①～④表示相关的操作，EcoRⅠ、BamHⅠ为限制酶，它们的识别序列及切割位点如表所示。请回答下列问题：
(1)步骤①中，利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是________________________。科研人员还在两种引物的一端分别加上了________和________序列，以便于后续的剪切和连接。
(2)过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需结构还有__________，过程③中需先用________处理农杆菌以便将基因表达载体导入细胞。
(3)过程④中，科研人员提取愈伤组织细胞的RNA后，先通过________过程获得DNA，再进行PCR扩增，若最终未能检测出干扰素基因，其可能的原因是_________________________________。
(4)治疗中发现，用于口服的α干扰素在胃中会受到一定程度的破坏影响其功效，需要利用________________技术加以改造，以达到满意效果。
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解析：(1)设计引物序列的主要依据是干扰素基因两端的部分核苷酸序列。后期需要用限制酶进行切割，所以在两种引物的一端分别加上了GAATTC和GGATCC序列。(2)构建的基因表达载体中还需要复制原点。过程③中需先用Ca2＋处理农杆菌以便将基因表达载体导入细胞。(3)RNA通过逆转录形成DNA，若最终未能检测出干扰素基因，其可能原因是干扰素基因未能导入人参愈伤组织细胞或导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录。(4)对α干扰素进行改造需要利用蛋白质工程
答案：(1)干扰素基因两端的部分核苷酸序列
GAATTC GGATCC (2)复制原点 Ca2＋ (3)逆转录 干扰素基因未能导入人参愈伤组织细胞或导入人参愈伤组织细胞的干扰素基因未能转录(2分)
(4)蛋白质工程
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