2020版高考生物總復(fù)習(xí)第38講基因工程訓(xùn)練（含解析）新人教版.docx

第38講基因工程測控導(dǎo)航表知識點題號1.基因工程的基本工具12.基因工程的基本操作程序及應(yīng)用3,4,73.PCR技術(shù)24.蛋白質(zhì)工程65.綜合考查5,81.(2019山西太原月考)根據(jù)基因工程的有關(guān)知識,回答下列問題:(1)限制性核酸內(nèi)切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段,其末端類型有 和。(2)質(zhì)粒運載體用EcoR切割后產(chǎn)生的片段如下:為使運載體與目的基因相連,含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外,還可用另一種限制性核酸內(nèi)切酶切割,該酶必須具有的特點是。(3)按其來源不同,基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類,即DNA連接酶和DNA連接酶。(4)反轉(zhuǎn)錄作用的模板是 ,產(chǎn)物是 。若要在體外獲得大量反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,常采用技術(shù)。(5)基因工程中除質(zhì)粒外,和也可作為運載體。(6)若用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌,一般情況下,不能直接用未處理的大腸桿菌作為受體細胞,原因是 。解析:(1)限制性核酸內(nèi)切酶可以將DNA分子切成兩種類型的末端,平末端和黏性末端。(2)為使兩種不同酶切割之后能夠相連接,所產(chǎn)生的黏性末端必須相同。(3)E.coli DNA連接酶可以連接黏性末端,T4DNA連接酶可以連接兩種末端。(4)反轉(zhuǎn)錄是以mRNA為模板逆轉(zhuǎn)錄先合成單鏈DNA,再合成雙鏈DNA,常利用PCR技術(shù)進行大量擴增。(5)基因工程中可以選用質(zhì)粒、噬菌體的衍生物及動植物病毒做載體。(6)當受體細胞是細菌時,為了增大導(dǎo)入的成功率,常用Ca2+處理,得到感受態(tài)細胞,此時細胞壁和細胞膜的通透性增大,容易吸收重組質(zhì)粒。答案:(1)平末端黏性末端(2)切割產(chǎn)生的DNA片段末端與EcoR切割產(chǎn)生的相同(3)T4E.coli(4)mRNA單鏈DNAPCR(多聚酶鏈式反應(yīng))(5)動植物病毒噬菌體的衍生物(6)未處理的大腸桿菌吸收質(zhì)粒(外源DNA)的能力極弱2.(2018湖北武漢調(diào)研)含有限制酶的細胞中通常還具有相應(yīng)的甲基化酶,這兩種酶對DNA分子有相同的作用序列,但具有不同的催化功能。甲基化酶可以對DNA序列進行修飾,使限制酶不能對這一序列進行識別和切割?；卮鹣铝袉栴}:(1)目前,基因工程中使用的限制酶主要是從生物中分離純化獲得的。構(gòu)建“基因組文庫”和“DNA文庫”的過程中需要使用DNA連接酶的是 (填“基因組文庫”“DNA文庫”或“基因組文庫和cDNA文庫”)。(2)含有某種限制酶的細胞,可以利用限制酶切割外源DNA,但不破壞細胞自身的DNA,其原因可能有; 。(3)利用PCR擴增目的基因的過程由高溫變性(9095 )、低溫復(fù)性(5560 )、適溫延伸(7075 )三個步驟構(gòu)成一個循環(huán),為使得DNA聚合酶能夠重復(fù)利用,選用的酶應(yīng)在處理后仍然具備催化活性。(4)在PCR擴增目的基因時,為實現(xiàn)序列中的腺嘌呤被放射性同位素標記,反應(yīng)體系中添加的原料應(yīng)包括堿基已被標記的(填“腺嘌呤核糖核苷酸”“dATP”或“ATP”)。解析:(1)限制酶主要是從原核生物中分離純化出來的。兩者的構(gòu)建過程中均將目的基因與載體連接后導(dǎo)入受體菌群,因此均需用到DNA連接酶。(2)限制酶不切割原核細胞自身的DNA的原因在于細胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識別序列;甲基化酶對細胞自身的DNA分子進行了修飾。(3)PCR擴增目的基因時需要耐高溫的TaqDNA聚合酶,因此選用的酶應(yīng)在9095(或95)處理后仍然具備催化活性。(4)PCR擴增目的基因時,所需原料為四種dNTP,由此可知反應(yīng)體系中添加的原料應(yīng)包括堿基已被標記的dATP。答案:(1)原核基因組文庫和cDNA文庫(2)細胞自身的DNA分子沒有該限制酶的識別序列甲基化酶對細胞自身的DNA分子進行了修飾(3)9095(或95)(4)dATP3.(2018全國卷)回答下列問題:(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Coben)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外,還證明了 (答出兩點即可)。(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^Ca2+參與的 方法導(dǎo)入大腸桿菌細胞;而體外重組的噬菌體DNA通常需與 組裝成完整噬菌體后,才能通過侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細胞,在細菌、心肌細胞、葉肉細胞中,可作為重組噬菌體宿主細胞的是 。(3)真核生物基因(目的基因)在大腸桿菌細胞內(nèi)表達時,表達出的蛋白質(zhì)可能會被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解,在實驗中應(yīng)選用的大腸桿菌作為受體細胞,在蛋白質(zhì)純化的過程中應(yīng)添加的抑制劑。解析:(1)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質(zhì)粒重組后導(dǎo)入大腸桿菌中,該過程利用的技術(shù)是基因工程。該研究除了證明質(zhì)?？勺鳛檩d體外,還證明了體外重組的質(zhì)粒可以進入受體細胞,真核生物基因可在原核細胞中表達等。(2)重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌細胞可采用Ca2+參與的轉(zhuǎn)化方法;體外重組噬菌體要通過將體外重組的噬菌體DNA和外殼蛋白(或噬菌體蛋白)進行組裝獲得;因為噬菌體是專門寄生在細菌中的病毒,所以宿主細胞選用細菌。(3)為防止蛋白質(zhì)被降解,在實驗中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細胞;在蛋白質(zhì)純化過程中,為防止目的蛋白質(zhì)被降解,需要添加蛋白酶的抑制劑。答案:(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M入受體細胞;真核生物基因可在原核細胞中表達(2)轉(zhuǎn)化外殼蛋白(或答噬菌體蛋白)細菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶4.(2018全國卷)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光,這一特性可用于檢測細胞中目的基因的表達,某科研團隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5末端,獲得了L1-GFP融合基因(簡稱為甲),并將其插入質(zhì)粒P0,構(gòu)建了真核表達載體P1,其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點的示意圖如下,圖中E1E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同?；卮鹣铝袉栴}:(1)據(jù)圖推斷,該團隊在將甲插入質(zhì)粒P0時,使用了兩種限制酶,這兩種酶是 。使用這兩種酶進行酶切是為了保證 ,也是為了保證 。(2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細胞后,若在該細胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1基因在牛的皮膚細胞中完成了和過程。(3)為了獲得含有甲的牛,該團隊需要做的工作包括:將能夠產(chǎn)生綠色熒光細胞的移入牛的中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細胞中,某同學(xué)用PCR方法進行鑒定,在鑒定時應(yīng)分別以該牛不同組織細胞中的(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。解析:(1)由題意可知,L1基因和GFP基因合成了L1-GFP融合基因(簡稱為甲),題圖中顯示了四個酶切位點,當將L1-GFP融合基因插入質(zhì)粒P0時,可用E1和E4限制酶進行酶切,用這兩種酶進行酶切不會破壞甲的完整性,同時能保證甲按照正確的方向與載體連接。(2)若在牛皮膚細胞中觀察到了綠色熒光,則說明L1-GFP融合基因得到表達,即目的基因在受體細胞中通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成了熒光蛋白。(3)為了獲得含有甲的牛,可將含有目的基因的細胞的細胞核移入牛的去核卵母細胞中,然后進行體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)利用PCR技術(shù)擴增目的基因,可以檢測目的基因是否存在。PCR擴增的模板是DNA。答案:(1)E1和E4甲的完整甲與載體正確連接(2)轉(zhuǎn)錄翻譯(3)細胞核去核卵母細胞(4)核DNA5.(2018山東德州一模)S多肽是構(gòu)成乙肝病毒的主要成分,現(xiàn)利用基因工程制造乙肝疫苗?；卮鹣铝袉栴}:(1)利用PCR技術(shù)擴增S基因前,需根據(jù)S基因的核苷酸序列設(shè)計種引物,進行PCR時需加熱至9095 然后冷卻至5560 ,此操作的目的是 。(2)將S基因插入Ti質(zhì)粒中(如圖所示)構(gòu)建基因表達載體時,需要在S基因前后兩端分別引入 的酶切位點,目的是(答出一點即可)。(3)用分子雜交技術(shù)檢測S基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的具體操作過程是,若,則表明轉(zhuǎn)錄出了mRNA。(4)乙肝疫苗的接種需要在一定時期內(nèi)間隔注射3次,其目的是使機體產(chǎn)生更多的 。解析:(1)利用PCR技術(shù)擴增S基因前,需根據(jù)S基因的核苷酸序列設(shè)計2種引物。PCR技術(shù)擴增目的基因的過程包括高溫變性、低溫復(fù)性、中溫延伸等,因此加熱至9095 的目的使DNA解鏈,冷卻至5560的目的使引物結(jié)合到互補DNA鏈上。(2)通常用一種限制酶切割目的基因和載體時,由于切割后產(chǎn)生相同的末端,目的基因易發(fā)生自身環(huán)化,因此為防止S基因的自身環(huán)化、防止S基因的反向連接,圖示中分別引入Xba和Sac的酶切位點。(3)用分子雜交技術(shù)檢測S基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA的具體操作過程是從受體細胞中提取mRNA,用標記的S基因作探針,與mRNA雜交,若出現(xiàn)基因探針與mRNA的雜交帶,說明已經(jīng)轉(zhuǎn)錄出了mRNA。(4)乙肝疫苗的接種需要在一定時期內(nèi)間隔注射3次,其目的是使機體產(chǎn)生更多的抗體和記憶細胞。答案:(1)2(兩)使DNA解鏈,然后使引物結(jié)合到互補DNA鏈上(2)Xba和Sac防止目的基因(S基因)自身環(huán)化、防止目的基因(S基因)反向連接(3)從受體細胞中提取mRNA,用標記的S基因作探針,與mRNA雜交顯示出雜交帶(4)抗體和記憶(B)細胞6.(2018廣東東莞二模)香港大學(xué)的研究人員將某印度芥菜的HMGS基因編碼的蛋白質(zhì)的第359位氨基酸“絲氨酸”替換成“丙氨酸”后形成s359a蛋白,通過一定的方法獲得新HMGS基因,然后將其導(dǎo)入番茄細胞,獲得類胡蘿卜素增加111%的轉(zhuǎn)基因番茄,該番茄具有強抗氧化性。請回答下列問題:(1)請按照蛋白質(zhì)工程的原理寫出獲得新HMGS基因的基本途徑: 。(2)下圖的4種質(zhì)粒中,E表示EcoR的切割位點,將這些質(zhì)粒用EcoR充分切割后,產(chǎn)生的線性雙鏈DNA片段的種類分別為 個,接著將新HMGS基因分別與這4組酶切產(chǎn)物、DNA連接酶在適宜環(huán)境下混合,編號為1、2、3、4組,結(jié)果發(fā)現(xiàn)除第 組外,其余3組都有含新HMCS基因的基因表達載體(重組質(zhì)粒)出現(xiàn)?；虮磉_載體的組成除目的基因和標記基因外,還包括及復(fù)制原點。(3)若質(zhì)粒3是農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒,則圖示E所處的位置在Ti質(zhì)粒上的 ,將含新HMGS基因的重組Ti質(zhì)粒的農(nóng)桿菌導(dǎo)入番茄細胞,成功獲得含新HMGS基因的轉(zhuǎn)基因番茄,將其果實色素提取法分離后,用法分離,可發(fā)現(xiàn)濾紙條上(填顏色)的條帶比第4組的寬。解析:(1)蛋白質(zhì)工程的原理為從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因),由此可寫出獲得新HMGS基因的基本途徑:從s359a蛋白的功能出發(fā)設(shè)計s359a蛋白的結(jié)構(gòu)將HMGS蛋白的第359位絲氨酸替換成丙氨酸找到并改造HMGS基因的脫氧核苷酸序列。(2)圖中質(zhì)粒1、2、3、4的切割位點分別為3、2、1、0,用EcoR充分切割后,產(chǎn)生的線性雙鏈DNA片段的種類分別為3、2、1、0。第4組無EcoR切割位點,因此無法構(gòu)建基因表達載體?；虮磉_載體的組成包括目的基因、標記基因、啟動子、終止子以及復(fù)制原點。(3)Ti質(zhì)粒上的TDNA可將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細胞且整合到受體細胞染色體的DNA上。色素的提取方法為紙層析法。新HMGS基因?qū)敕鸭毎?獲得類胡蘿卜素增加,因此濾紙條上橙黃色和黃色的條帶比第4組的寬。答案:(1)從s359a蛋白的功能出發(fā)設(shè)計s359a蛋白的結(jié)構(gòu)將HMGS蛋白的第359位絲氨酸替換成丙氨酸找到并改造HMGS基因的脫氧核苷酸序列(或者從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)(2)3、2、1、04啟動子和終止子(3)TDNA紙層析橙黃色和黃色7.(2018貴州模擬)人抗凝血酶是人體血液中一種重要的抗凝血因子,具有抑制血液中凝血酶活性的作用,利用人工合成的人抗凝血酶對治療抗凝血酶缺失癥有顯著效果。下圖表示利用乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人抗凝血酶的過程?；卮鹣铝袉栴}:(1)乳腺生物反應(yīng)器是指將目的基因與的啟動子等調(diào)控組件重組在一起,通過顯微注射導(dǎo)入哺乳動物受精卵,最終獲得轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物進入哺乳期后,可以通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的藥品。若將上述過程中受體細胞改為大腸桿菌,生產(chǎn)出來的人抗凝血酶往往不具有生物活性,原因是 。(2)人抗凝血酶基因?qū)胧芫研枰胺肿舆\輸車”(載體)?！胺肿舆\輸車”應(yīng)具備的條件是 。(3)完成過程所需的技術(shù)是;早期胚胎能夠在代孕羊體內(nèi)存活的原因是 。(4)為了能從乳汁中分離出人抗凝血酶,需要對轉(zhuǎn)基因羊進行性別鑒定,在胚胎移植前,最好取囊胚中 的細胞進行性別鑒定。轉(zhuǎn)基因羊只有乳腺細胞分泌的乳汁中含有人抗凝血酶,其根本原因是 。解析:(1)該過程中目的基因是人抗凝血酶基因,利用基因工程技術(shù)最終通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的人抗凝血酶,因此應(yīng)該將該目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調(diào)控組件重組在一起。若將受體細胞改為大腸桿菌,由于大腸桿菌沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,不能對蛋白質(zhì)進行加工和修飾,因此生產(chǎn)出來的人抗凝血酶往往不具有生物活性。(2)基因工程中,作為運輸目的基因的載體必須具備的條件有:自我復(fù)制的能力、有一個或多個限制酶的切割位點、帶有標記基因、分子大小適宜等。(3)過程表示早期胚胎培養(yǎng)技術(shù);由于受體細胞對外來胚胎一般不發(fā)生免疫排斥,因此早期胚胎能夠在代孕羊體內(nèi)存活。(4)用囊胚期胚胎進行性別鑒定時,可用分割針分割部分滋養(yǎng)層細胞進行性別鑒定;由于人抗凝血酶基因只能在乳腺細胞中選擇性表達,所以轉(zhuǎn)基因羊只有乳腺細胞分泌的乳汁中含有人抗凝血酶。答案:(1)乳腺蛋白基因大腸桿菌不含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體,不能對蛋白質(zhì)進行加工和修飾(2)自我復(fù)制的能力;有一個或多個限制酶的切割位點;帶有標記基因;分子大小適宜(3)早期胚胎培養(yǎng)受體對外來胚胎一般不發(fā)生免疫排斥(4)滋養(yǎng)層人抗凝血酶基因只能在乳腺細胞中選擇性表達(或基因的選擇性表達)8.(2018福建質(zhì)檢)苜蓿是目前我國種植最廣的豆科牧草,但是病菌往往威脅著苜蓿的生長。為提高產(chǎn)量,研究人員將溶菌酶基因(LYZ基因)和綠色熒光蛋白基因(GFP基因)連接為LYZGFP基因,利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將其導(dǎo)入苜蓿細胞中,并通過組織培養(yǎng)成功獲得了抗病植株。圖1表示Ti質(zhì)粒,其中Vir區(qū)的基因產(chǎn)物是TDNA轉(zhuǎn)移的必備條件;圖2表示含有LYZGFP基因的DNA片段。圖中箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點?；卮鹣铝袉栴}:(1)構(gòu)建含有LYZGFP基因的重組質(zhì)粒時,應(yīng)選用限制酶進行切割,原因是 。(2)據(jù)圖分析,在培育轉(zhuǎn)基因苜蓿植株過程中,應(yīng)選擇LYZGFP基因中的GFP基因為標記基因,而不選擇質(zhì)粒中原有的卡那霉素抗性基因為標記基因,這種做法的優(yōu)點是 。(3)在組織培養(yǎng)過程中,對愈傷組織進行顯微檢測,若,則表明細胞中GFP基因存在并表達。(4)選擇含有GFP基因的愈傷組織為材料,用PCR技術(shù)擴增并檢測LYZ基因,需選用一段 合成引物,該過程所用到的酶必須具有的特性。(5)對該苜蓿植株進行病菌接種實驗,通過觀察其抗病程度可以進行個體生物學(xué)水平的鑒定,原因是 。解析:(1)構(gòu)建含有LYZGFP基因的重組質(zhì)粒時,含有LYZGFP基因