专题四 第四讲 细胞质遗传、基因结构与基因工程
[基础等级评价]
1．通过分析下列细胞核遗传与细胞质遗传的比较表，确定与表中①②③④所代表的意思相符的一项是( )
遗传物
质的载体
遗传规律
正、反交结果
性状分离及分离比
细胞核
遗传
①
孟德尔遗传定律
一般相同
有，有一定分离比
细胞质
遗传
叶绿体、线粒体
②
③
④
A．DNA；母系遗传；不同；有，无一定分离比
B．染色体；母系遗传；不同；有，无一定分离比
C．染色体；母系遗传；相同；有，有一定分离比
D．染色体；父系遗传；不同；有，无一定分离比
解析：细胞核遗传中遗传物质的载体是染色体；细胞质遗传的特点包括：①母系遗传，正、反交的结果不同；②两个亲本杂交，后代的性状会出现性状分离，但无一定的分离比。
答案：B
2．若表示正交，则能表示其反交的是( )
解析：反交时应以正交的母方为父方，父方为母方，与正交相比，其核遗传状况相同，但质遗传不同——细胞质遗传性状总与母方一致，表现为母系遗传。
答案：B
3．由下图中复合体结构变化引起的细胞衰老，属于下列哪种情况( )
A．只受复合体控制，而与核基因和质基因无关
B．细胞质遗传
C．细胞核和细胞质共同作用的结果
D．细胞核遗传
解析：由图示可以看出，复合体的形成受核基因和质基因共同控制，缺少任何一方都不能形成。
答案：C
4．(精选考题·平凉调研)如图是生物体遗传物质的示意图，对此示意图的相关叙述中正确的一项是( )
A．如果①③代表具有遗传效应的片段，则②代表基因的非编码区
B．如果图示代表基因，则该基因含有2个外显子，1个内含子
C．如果①③代表基因中的外显子，②中碱基对的改变一定能引起合成的蛋白质结构改变
D．如果①③代表基因的非编码区，②代表编码区，则原核细胞中②只有外显子而无内含子
解析：具有遗传效应的片段是基因，①③若为完整的基因，②不可能是非编码区，可能是基因间区。如果①③代表基因中的外显子，则②属于非编码序列，它的改变不一定影响合成的蛋白质结构的改变。原核细胞的②编码区是连续、不间隔的，无外显子和内含子之分。
答案：B
5．应用生物工程技术培育人们需要的生物新品种或新产品，提高了经济效益。如图表示培育生物新品种的过程，请据图判断下列叙述中不正确的是( )
A．图中①过程需要的工具酶是限制性内切酶和DNA连接酶
B．图中⑤过程需要的培养基中一定含有植物激素和有机养料
C．将prG导入到细胞Ⅰ，则Ⅰ最可能是效应B细胞
D．图中①～⑤过程中都发生了碱基互补配对现象
解析：获得重组DNA需要的酶是限制性内切酶和DNA连接酶；植物组织培养需要有机营养和植物激素；能产生抗体的细胞是效应B细胞；目的基因导入受体细胞的过程内没有碱基互补配对现象。
答案：D
6．基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用，基因工程基本操作流程如图所示，请据图分析回答：
(1)图中A是__________；最常用的是________；在基因工程中，需要在
____________________酶的作用下才能完成剪接过程。
(2)在上述基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有____________。(用图解中序号表示)
(3)不同种生物之间的基因移植成功，从分子水平分析，进行基因工程的主要理论依据是______________，也说明了生物共用一套______________。
(4)研究中发现，番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米这种变异的来源是____________________。
(5)科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，并用基因工程的方法将该基因导入金茶花叶片细胞的染色体DNA上，经培养长成的植株具备了抗病性，这说明
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
如果把该基因导入叶绿体DNA中，将来产生的配子中________(选填“一定”或“不一定”)含有抗病基因。
解析：(1)图中A是运载体，最常用的是质粒。(2)解题的关键点是“可以”遵循碱基互补配对的步骤。获取目的基因的方法主要有直接分离法和人工合成法，人工合成法包括mRNA逆转录和蛋白质氨基酸序列推测法，人工合成目的基因涉及碱基互补配对。另外，过程②拼接和过程④目的基因扩增和筛选也涉及碱基互补配对。(3)审题有两个方面：①基因移植成功，②分子水平分析；分子水平就是要求考虑DNA结构：都是双链结构，碱基都是按照相同的互补配对原则进行配对。外源基因能够在不同生物体细胞内表达，说明基因表达的过程中共用一套遗传密码子进行翻译，也说明基因表达都遵循中心法则。(4)植株具备了抗病性说明已经产生了相应的蛋白质，从而获得新的性状，即基因已经表达。(5)叶绿体中的DNA遗传不遵循孟德尔定律，无法确定是否将目的基因传递给配子。
答案：(1)运载体 质粒 限制性核酸内切酶和DNA连接 (2)①②④ (3)不同生物的DNA结构基本形式相同 密码子 (4)基因重组 (5)目的基因(抗枯萎病的基因)已表达 不一定
[发展等级评价]
(限时30分钟，满分100分)
一、选择题(每小题5分，共60分)
1．关于核基因和质基因相同点的说法不正确的是( )
A．都能够储存、传递和表达遗传信息
B．都不能准确地平均分配到子细胞中去
C．都能决定生物的性状
D．都可能发生突变
解析：一般情况下，进行有丝分裂和减数分裂的细胞，其核基因能够准确地平均分配到子细胞中去，而质基因是随机地、不均等地分配。
答案：B
2．花斑紫茉莉叶绿体的遗传属于细胞质遗传。绿色(♀)×花斑(♂)→F1都是绿色植株；白色(♀)×花斑(♂)→F1都是白色植株。据此推测，花斑(♀)×花斑(♂)→F1表现为( )
A．绿色植株
B．白色植株
C．花斑植株
D．绿色植株、白色植株、花斑植株
解析：由于花斑植株的叶肉细胞中含有两种质体——叶绿体和白色体，在减数分裂形成卵细胞时，由于细胞质中的遗传物质不均等地分配，会产生只含白色体、只含叶绿体、同时含白色体和叶绿体的三种卵细胞，F1植株就会出现绿色、白色、花斑三种表现型。
答案：D
3．如图所示真核生物染色体组成。1、2、3、4分别表示( )
A．非编码区、编码区、非编码序列、编码序列
B．内含子、外显子、调控序列、编码序列
C．内含子、外显子、非编码区、编码区
D．非编码序列、编码序列、与RNA聚合酶的结合位点、编码区
解析：图示中3与4构成基因，而③为基因中具调控作用的区段，故应为基因的非编码区，④为编码区，编码区又分为①与②，且②直接编码蛋白质，故②为外显子，①为内含子(①②③均含若干脱氧核苷酸对)。
答案：C
4．果蝇某条染色体上存在图示基因，则相关叙述不正确的是( )
A．R中的全部脱氧核苷酸序列未必都能编码蛋白质
B．信使RNA中能决定氨基酸的密码子和不决定氨基酸的终止密码子均来自基因编码区的转录
C．片断M应是基因R或S的非编码区
D．每个基因有一个碱基对的替换，未必会引起生物性状的改变
解析：片断M应属DNA分子中“无遗传效应”的部分，基因R或S的非编码区，应分别位于R或S中(基因非编码区应位于编码区上游与下游)。
答案：C
5．下图表示基因工程中获取目的基因DNA片段的不同方法，有关叙述中正确的是
( )
A．①②③片段均不含内含子，且其彻底水解的产物都是脱氧核苷酸
B．方法a要用到的酶有逆转录酶和DNA连接酶
C．通过这三种方法获得的目的基因中，核苷酸的序列可能不同
D．方法b操作简便、应用广泛，如大肠杆菌生产人胰岛素时，胰岛素基因的获得就是一例
解析：方法a为逆转录法，需要逆转录酶和DNA聚合酶；方法b为直接分离法；方法c为直接合成法。通过方法a得到的片段不含非编码序列，通过方法b得到的片段可能含有内含子。获取真核生物的目的基因往往用人工合成的方法，而不是直接分离法。
答案：C
6．据报道，华中农业大学科研人员日前成功分离出一个对水稻抗旱改良有显著作用的基因OsSKIPa。科研人员研究表明，提高此基因在植物体内的表达水平可以显著提高水稻的抗旱性，缺水的戈壁滩今后也将可能种植水稻。根据上述资料可知，要想显著提高水稻的抗旱性，应该对OsSKIPa基因的哪一个部位进行“修饰”( )
A．非编码区 B．编码区
C．内含子 D．外显子
解析：由题意可知，提高OsSKIPa基因在植物体内的“表达”水平，可以显著提高水稻的抗旱性，而非编码区对遗传信息的表达具有重要的调控作用。
答案：A
7．下图为利用生物技术获得生物新品种的过程，下列叙述错误的是( )
A．①过程使用的酶区别于其他酶的特点是，能够识别和切割特定的脱氧核苷酸序列
B．④过程涉及的生物技术，主要有动物细胞培养、胚胎的体外培养、胚胎移植
C．④⑤过程均需加入动物血清
D．培育转基因绵羊C和转基因抗虫棉D的生物学原理是基因重组和细胞的全能性
解析：因为⑤过程为植物组织培养无需加动物血清。
答案：C
8．(精选考题·南宁调研)鸡的输卵管细胞能合成卵清蛋白，红细胞能合成β-珠蛋白，胰岛细胞能合成胰岛素。用编码上述蛋白质的基因分别作探针，对三种细胞中提取的总DNA用限制酶切割形成的片段进行杂交实验；另用同样的三种基因探针，对上述三种细胞中提取的总RNA进行杂交实验，上述实验结果如下表(“＋”表示杂交过程中有杂合双链，“－”表示杂交过程中没有杂合双链)
细胞总DNA
细胞总RNA
输卵管
细胞
红细胞
胰岛细胞
输卵管细胞
红细胞
胰岛细胞
卵清蛋白基因
＋
①
＋
卵清蛋白基因
＋
②
－
β－珠蛋白基因
③
＋
＋
β-珠蛋白基因
④
＋
－
胰岛素基因
＋
＋
⑤
胰岛素基因
－
－
⑥
下列是表中①到⑥中填写内容，其中正确的是( )
A．＋ ＋ ＋ － － － B．＋ － ＋ － ＋ ＋
C．＋ － ＋ － ＋ － D．－ － － － ＋ ＋
解析：同一个体在细胞增殖分化过程中遗传物质保持不变，故①③⑤的实验结果呈现为“＋”，由于基因的选择性表达，合成的RNA不同，故②④的实验结果呈现为“－”、⑥的实验结果呈现为“＋”。
答案：B
9．(精选考题·江苏高考)下列关于转基因植物的叙述，正确的是
A．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中
B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题
解析：转基因的抗虫植物在长期栽培过程中，会导致以该植物为食物来源的昆虫的抗性基因频率增加，所以B选项错误。动物和植物共用一套遗传密码，因此转入植物体内的动物生长激素基因也能进行表达，故C选项错误。转基因植物的外源基因来源于自然界，也可能存在食物安全、生物安全和环境安全等安全性问题，因此D选项错误。
答案：A
10．下表有关基因表达的选项中，不可能的是( )
基因
表达的细胞
表达产物
A.
细菌抗虫蛋白基因
抗虫棉叶肉细胞
细菌抗虫蛋白
B.
人酪氨酸酶基因
正常人皮肤细胞
人酪氨酸酶
C.
动物胰岛素基因
大肠杆菌工程菌细胞
动物胰岛素
D.
兔血红蛋白基因
兔成熟红细胞
兔血红蛋白
解析：哺乳动物成熟红细胞无细胞核及细胞器，其内的血红蛋白基因是在其成熟之前表达的。通过基因工程可将细菌抗虫蛋白基因导入抗虫棉叶肉细胞而后表达生成细菌抗虫蛋白；也可将动物胰岛素基因导入大肠杆菌使其在大肠杆菌内表达生成动物胰岛素。正常人皮肤细胞中的酪氨酸酶基因表达，可生成酪氨酸酶，在该酶的作用下产生黑色素使其肤色正常。
答案：D
11．下列与人类基因组计划相关的说法错误的是( )
A．人类基因组是指人体DNA分子所携带的全部遗传信息
B．人类基因组计划就是分析测定人类基因组的核苷酸序列
C．DNA测序技术在人类基因组计划中具有重要作用，而DNA克隆技术与此无关
D. 人类基因组计划对人类各种遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义
解析：DNA克隆技术和DNA测序技术等高新技术，为研究人类基因组提供了可能。
答案：C
12．下图表示质粒中的某基因，②表示RNA聚合酶结合位点。为使人工合成的目的基因(如人的胰岛素基因)在大肠杆菌内直接表达，目的基因插入的最佳位点是图中的( )
A．① B．②
C．③ D．④
解析：经人工合成的目的基因不具有非编码区和内含子，也就不具有调控基因表达的功能，因此，需要借助质粒中基因的非编码区实现表达，故最好插入到紧接在RNA聚合酶结合位点之后，即图中的③处。
答案：C
二、非选择题(共40分)
13．(12分)A(红花)和对a(白花)为完全显性，由核基因控制；R(茸毛叶)对r(光滑叶)为完全显性，由质基因控制。结合下列两组杂交实验，回答问题：
(1)两组杂交得到的F1开花的颜色分别是_______，叶的性状分别是_________________。
(2)如果甲组的F1自交，得到的F2的性状是________________________；乙组的F1自交，得到的F2的性状是________________________。
(3)如果在上述植物种群中，发现了能稳定遗传的有托叶(B)和无托叶(b)两个品系。应该怎样设计实验方案，通过一对亲本的两代杂交，来确定有、无托叶是由质基因控制还是核基因控制？控制托叶的基因与控制花色的基因是否位于同一对染色体上？
解析：(1)、(2)小题根据分离定律和质遗传的特点易得出答案。对于第(3)小题，可将两对性状分开来处理。亲本的选取最关键，必须用无托叶(b)的个体作为母本，用有托叶(B)的个体作为父本。若为核基因控制，则bb×BB→Bb，F1都表现为有托叶；若为质基因控制，则F1都表现母本性状——无托叶。判断两对基因是否位于同一对染色体上，则看F2的性状分离比，出现了9∶3∶3∶1的性状分离比，控制花色的基因与控制托叶的基因位于两对同源染色体上，否则位于同一对染色体上。
答案：(1)红色、红色、茸毛叶、光滑叶 (2)红花茸毛叶、白花茸毛叶 红花光滑叶、白花光滑叶 (3)以红花(AA)无托叶为母本，白花(aa)有托叶为父本进行杂交得到F1，F1自交得到F2。如果F1(和F2)都表现无托叶，则有、无托叶是由质基因控制；如果F1表现为有托叶，则有、无托叶是由核基因控制；若F2出现了9∶3∶3∶1的性状分离比，控制花色的基因与控制托叶的基因位于两对同源染色体上，否则位于同一对染色体上。
14．(8分)2007年我国科学家率先完成了家蚕基因组精细图谱的绘制，将13000多个基因定位于家蚕染色体DNA上，请回答以下有关家蚕遗传变异的问题：
(1)在家蚕的基因工程实验中，分离基因的做法包括用__________对DNA进行切割，然后将DNA片段与__________结合成重组DNA，再将重组DNA转入大肠杆菌进行扩增等。
(2)家蚕的体细胞共有56条染色体，对家蚕基因组进行分析(参照人类基因组计划要求)，应测定家蚕________条双链DNA分子的核苷酸序列。
(3)决定家蚕丝心蛋白H链的基因编码区有1 6000个碱基对，其中有1 000个碱基对的序列不编码蛋白质，该序列叫________；剩下的序列最多能编码________个氨基酸(不考虑终止密码子)，该序列叫________。
(4)为了提高蚕丝的产量和品质，可以通过家蚕遗传物质改变引起变异和进一步选育来完成，这些变异的来源有______________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)基因工程中提取目的基因需利用限制性内切酶进行切割而获得所需要的目的基因，然后将其与运载体结合，在DNA连接酶作用下形成重组DNA分子，然后将重组DNA分子导入受体细胞中。
(2)家蚕体细胞中的56条染色体包括27对常染色体和1对性染色体，对其基因组进行分析时，需分析27条常染色体和两条性染色体。
(3)真核细胞的基因包括编码蛋白质的编码区和不编码蛋白质的非编码区，编码区内存在不编码蛋白质的内含子和编码蛋白质的外显子。DNA单链上的15000个碱基最多可编码氨基酸数量是15000÷3＝5000个。
(4)家蚕是真核生物进行有性生殖，其变异来源有基因突变、基因重组和染色体变异三个。
答案：(1)限制酶(或限制性内切酶) 运载体(或质粒)
(2)29 (3)内含子 5 000 外显子
(4)基因突变、基因重组、染色体变异
15．(20分)(精选考题·延庆模拟)某研究小组进行了甲型H1N1流感病毒的疫苗研制工作，下图为他们前期研究工作的简要操作流程图：
(1)实验步骤①所代表的反应过程是________；在步骤②之前扩增H基因常采用的方法是________________________________________________________________________。
(2)步骤②构建重组表达载体A和重组表达载体B必须使用的酶是_________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)构建重组表达载体时，一般需要将H基因与载体结合，常用做基因工程载体的是________；在检测受体细胞中是否已经导入目的基因时，常常要借助载体上________的表达。
(4)某志愿者接种甲型H1N1流感疫苗后，第15天感染甲型H1N1流感病毒，则体内________细胞将迅速增殖分化形成________细胞，从而产生大量抗体；当该病毒侵入人体细胞后所引起的免疫反应是________________________与宿主细胞紧密接触并使其裂解。
(5)机体能合成数百万种特异性抗体，抗体种类如此多的原因是其结构中的
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①所代表的为RNA→DNA，是逆转录过程，目的基因的扩增常用的方法就是PCR技术。(2)基因表达载体的重组将用到的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。(3)基因工程中常用的运载体有质粒、噬菌体或动植物病毒，目的基因的检测常借助于基因表达载体中的标记基因。(4)注射疫苗后，再感染甲型H1N1流感病毒，记忆细胞将迅速增殖分化形成效应B(浆)细胞产生抗体，当病毒进入机体细胞时，将由效应T细胞发挥免疫作用。(5)抗体种类的多样性从根本上讲是基因的多样性，但是从抗体结构角度考虑则是因为组成抗体的氨基酸种类、数目和排列次序不同，形成的空间结构不同。
答案：(1)逆转录 PCR(或聚合酶链式反应) (2)限制性核酸内切酶和DNA连接酶 (3)质粒(或病毒) 标记基因(或抗生素抗性基因) (4)记忆 效应B(浆) 效应T细胞 (5)氨基酸种类、数目和排列次序不同，形成的空间结构不同
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