2021生物統(tǒng)考版二輪復(fù)習(xí)課后限時(shí)集訓(xùn)18基因工程和細(xì)胞工程含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2021高考生物統(tǒng)考版二輪復(fù)習(xí)課后限時(shí)集訓(xùn)18基因工程和細(xì)胞工程含解析課后限時(shí)集訓(xùn)（十八）基因工程和細(xì)胞工程(建議用時(shí)：40分鐘)(教師用書(shū)獨(dú)具）非選擇題1．(2018·全國(guó)卷Ⅰ)回答下列問(wèn)題：(1)博耶（H。Boyer）和科恩(S.Cohen)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(xì)胞中進(jìn)行了表達(dá)。該研究除證明了質(zhì)?？梢宰鳛檩d體外，還證明了____________________(答出兩點(diǎn)即可).(2)體外重組的質(zhì)?？赏ㄟ^(guò)Ca2＋參與的________方法導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)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(guò)侵染的方法將重組的噬菌體DNA導(dǎo)入宿主細(xì)胞。在細(xì)菌、心肌細(xì)胞、葉肉細(xì)胞中，可作為重組噬菌體宿主細(xì)胞的是________。(3）真核生物基因(目的基因）在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)時(shí)，表達(dá)出的蛋白質(zhì)可能會(huì)被降解。為防止蛋白質(zhì)被降解，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用__________________的大腸桿菌作為受體細(xì)胞,在蛋白質(zhì)純化的過(guò)程中應(yīng)添加________的抑制劑。[解析](1）兩位科學(xué)家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(xì)胞中并進(jìn)行了表達(dá),因此，該研究可以證明：質(zhì)?？梢宰鳛檩d體、真核細(xì)胞的基因在原核細(xì)胞中也可以表達(dá)（不同生物共用一套密碼子)、體外重組的質(zhì)粒可以進(jìn)入受體細(xì)胞等.（2）目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化,將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌時(shí)，常用的轉(zhuǎn)化方法是用Ca2＋處理大腸桿菌細(xì)胞，使其處于感受態(tài)。噬菌體DNA沒(méi)有侵染能力，體外重組的噬菌體DNA通常需與外殼蛋白組裝成完整噬菌體后才能完成侵染過(guò)程。噬菌體多寄生在細(xì)菌中，但不能寄生在心肌細(xì)胞和葉肉細(xì)胞中.（3）若要使蛋白質(zhì)不被降解，則大腸桿菌體內(nèi)不能存在蛋白酶，因此，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細(xì)胞。同理，在蛋白質(zhì)純化過(guò)程中，也不能使蛋白質(zhì)降解,因此，應(yīng)添加蛋白酶抑制劑.[答案］(1)體外重組的質(zhì)?？梢赃M(jìn)入受體細(xì)胞;真核生物基因可在原核細(xì)胞中表達(dá)(2）轉(zhuǎn)化外殼蛋白（或噬菌體蛋白）細(xì)菌（3)蛋白酶缺陷型蛋白酶2．大腸桿菌β.半乳糖苷酶(Z酶)可催化底物(X-gal）水解產(chǎn)生藍(lán)色物質(zhì).在pUC18質(zhì)粒中，lacZ′編碼Z酶氨基端的一個(gè)片段(稱為α。肽)，該質(zhì)粒結(jié)構(gòu)及限制酶識(shí)別位點(diǎn)如圖甲所示。已知α。肽、缺失α。肽的Z酶片段單獨(dú)存在時(shí)均無(wú)Z酶活性，共同存在時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出Z酶活性。利用圖乙中的DNA片段與pUC18質(zhì)粒進(jìn)行基因工程操作.甲乙（1）限制酶能催化雙鏈DNA分子中______________（填化學(xué)鍵名稱）的斷裂.本實(shí)驗(yàn)可使用限制酶______________處理pUC18質(zhì)粒和圖乙中的DNA片段，再通過(guò)DNA連接酶連接，獲得含目的基因的重組質(zhì)粒。(2)用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌,然后將大腸桿菌接種到含氨芐青霉素的固體培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，由于未發(fā)生轉(zhuǎn)化的大腸桿菌沒(méi)有該質(zhì)粒，因而不具有________，在該培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。從功能上劃分，該培養(yǎng)基屬于________培養(yǎng)基.(3)當(dāng)上述培養(yǎng)基中含有X。gal時(shí),生長(zhǎng)出的菌落有藍(lán)色和白色兩種類型，其中含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌的菌落顏色為_(kāi)____________，這是因?yàn)開(kāi)________________。為保證能通過(guò)菌落顏色辨別出含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌，本實(shí)驗(yàn)作為受體細(xì)胞的大腸桿菌中Z酶基因應(yīng)滿足的條件是_______________。[解析]（1)限制酶能催化雙鏈DNA分子中磷酸二酯鍵的斷裂，將DNA降解。從圖中可知，限制酶HindⅢ可破壞目的基因，而質(zhì)粒和目的基因兩側(cè)都有限制酶SalⅠ識(shí)別位點(diǎn)，因此本實(shí)驗(yàn)可使用限制酶SalⅠ處理pUC18質(zhì)粒和圖乙中的DNA片段。（2）重組質(zhì)粒上有氨芐青霉素抗性基因，由于未發(fā)生轉(zhuǎn)化的大腸桿菌沒(méi)有該質(zhì)粒，因而不具有氨芐青霉素抗性，在含氨芐青霉素培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。從功能上劃分，該培養(yǎng)基屬于選擇培養(yǎng)基，選擇了含重組質(zhì)粒的大腸桿菌。(3)從圖中可知，重組質(zhì)粒是用酶SalⅠ分別處理過(guò)的質(zhì)粒和目的基因片段形成的，重組質(zhì)粒的lacZ′基因被破壞，不能合成β.半乳糖苷酶（Z酶），不能催化底物(X。gal）水解產(chǎn)生藍(lán)色物質(zhì)，故菌落呈白色。已知α。肽、缺失α-肽的Z酶片段單獨(dú)存在時(shí)均無(wú)Z酶活性，共同存在時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出Z酶活性，為保證能通過(guò)菌落顏色辨別出含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌，本實(shí)驗(yàn)作為受體細(xì)胞的大腸桿菌中Z酶基因應(yīng)滿足的條件是編碼α。肽的DNA序列缺失，其他序列正常。［答案］(1）磷酸二酯鍵SalⅠ(2）氨芐青霉素抗性選擇(3）白色目的基因與質(zhì)粒連接后使lacZ′被破壞,不能合成α.肽編碼α。肽的DNA序列缺失，其他序列正常3．(2019·全國(guó)卷Ⅲ)培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過(guò)程如圖所示.eq\x(\a\al(切取潔凈的，胡蘿卜根段））→eq\x（\a\al（對(duì)根段進(jìn)，行消毒））→eq\x（\a\al(切取1cm3左右?guī)в?形成層的組織塊）)→①②③eq\x（\a\al（接種組,織塊))→eq\x（\a\al（誘導(dǎo)組織塊形,成愈傷組織）)→eq\x(\a\al（誘導(dǎo)愈傷組織,形成試管苗）)④⑤⑥回答下列問(wèn)題。(1)利用胡蘿卜根段進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成試管苗.用分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株，這是因?yàn)橹参锛?xì)胞具有__________________。(2)步驟③切取的組織塊中要帶有形成層,原因是__________________。(3）從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養(yǎng)基，其原因是________________________________________。在新的培養(yǎng)基上愈傷組織通過(guò)細(xì)胞的________過(guò)程,最終可形成試管苗。（4）步驟⑥要進(jìn)行照光培養(yǎng)，其作用是___________________。(5）經(jīng)組織培養(yǎng)得到的植株，一般可保持原品種的__________，這種繁殖方式屬于________繁殖。［解析]（1）分化的植物細(xì)胞可以培養(yǎng)成完整的植株，這是因?yàn)橹参锛?xì)胞具有全能性。（2)在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊時(shí)要切取含有形成層的部分，原因是形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。（3）決定植物細(xì)胞脫分化和再分化的關(guān)鍵因素是植物激素的種類和比例，步驟⑤(誘導(dǎo)愈傷組織形成）和步驟⑥（誘導(dǎo)愈傷組織分化形成試管苗)所需的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例不同，故從步驟⑤到步驟⑥需更換培養(yǎng)基。愈傷組織通過(guò)細(xì)胞的再分化過(guò)程形成試管苗.（4)步驟⑥需要進(jìn)行光照培養(yǎng)，其作用是誘導(dǎo)葉綠素的形成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用.(5)組織培養(yǎng)沒(méi)有經(jīng)過(guò)兩性生殖細(xì)胞的結(jié)合，因此屬于無(wú)性繁殖，組織培養(yǎng)得到的植株保持了原品種的遺傳特性。[答案］(1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因）（2）形成層容易誘導(dǎo)形成愈傷組織(3）誘導(dǎo)愈傷組織形成和誘導(dǎo)愈傷組織分化形成試管苗所需的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例不同分化(或再分化）(4)誘導(dǎo)葉綠素的形成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用（5）遺傳特性無(wú)性4．下表表示高等動(dòng)植物親代個(gè)體產(chǎn)生新個(gè)體的3種不同途徑，請(qǐng)據(jù)表分析并回答問(wèn)題：生物途徑主要流程動(dòng)植物甲親代個(gè)體→受精卵→胚→新個(gè)體植物乙親代個(gè)體→體細(xì)胞→胚狀體→新個(gè)體動(dòng)物丙親代個(gè)體→核移植細(xì)胞→早期胚胎→新個(gè)體(1)甲、乙、丙途徑中屬于有性生殖的是________，三種途徑中由胚(胚狀體或早期胚胎)發(fā)育成新個(gè)體都需要經(jīng)過(guò)細(xì)胞的________________.(2）相比于甲，乙、丙途徑在應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)是__________________。乙途徑依據(jù)的原理是____________________________，動(dòng)物一般采用丙而不采用乙途徑繁殖新個(gè)體的原因是________________________________________。(3）丙途徑中，從早期胚胎→新個(gè)體的流程中還需要進(jìn)行的生物工程技術(shù)是______________________。該途徑獲得的新個(gè)體與供核的親代個(gè)體性狀不完全相同的原因是_________________________.（4）若從乙、丙途徑獲得的新個(gè)體中各取一小塊組織進(jìn)行體外培養(yǎng).下列敘述錯(cuò)誤的有________（填字母）。a．前者需先用鹽酸解離,后者需先用胰蛋白酶處理b．前者培養(yǎng)基中一般加入蔗糖，后者一般加入葡萄糖c．前者培養(yǎng)過(guò)程需要持續(xù)光照，后者可在暗處培養(yǎng)d.兩者培養(yǎng)過(guò)程中均需要保證無(wú)菌條件防止雜菌污染［解析]（1)分析題表可知:甲表示動(dòng)植物正常有性生殖的過(guò)程;乙表示植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生新個(gè)體的過(guò)程，為無(wú)性繁殖；丙表示通過(guò)核移植產(chǎn)生新個(gè)體的方式，生殖方式為無(wú)性繁殖。三種途徑中由胚(胚狀體或早期胚胎)發(fā)育成新個(gè)體都需要經(jīng)過(guò)細(xì)胞的分裂、分化才能完成新個(gè)體的發(fā)育過(guò)程。（2)相比于甲，乙、丙途徑在應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)是快速繁殖優(yōu)良品種。乙途徑為植物組織培養(yǎng)，該過(guò)程的原理是植物體細(xì)胞的全能性，由于高度分化的動(dòng)物體細(xì)胞的全能性受到限制，分化潛能弱，故動(dòng)物繁殖新個(gè)體一般采用丙途徑。（3)丙途徑中，從早期胚胎→新個(gè)體的流程中還需要進(jìn)行的生物工程技術(shù)是胚胎移植。胚胎移植是動(dòng)物細(xì)胞工程產(chǎn)生新個(gè)體的最后一步，該途徑獲得的新個(gè)體的遺傳物質(zhì)由供核親代的核基因和供質(zhì)親代的質(zhì)基因共同組成，進(jìn)而卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會(huì)對(duì)克隆動(dòng)物的性狀產(chǎn)生影響，故新個(gè)體性狀與供核親本不完全相同。(4)植物組織離體后直接進(jìn)行組織培養(yǎng)操作，不需先用鹽酸解離,后者為動(dòng)物細(xì)胞需先用胰蛋白酶處理，分散成單個(gè)細(xì)胞再進(jìn)行培養(yǎng)，a錯(cuò)誤；前者培養(yǎng)過(guò)程為植物組織培養(yǎng)，培養(yǎng)基中一般加入蔗糖,后者為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)，培養(yǎng)液中一般加入葡萄糖,b正確；前者為植物組織培養(yǎng)，前期不需要光，后期需要持續(xù)光照，后者為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)，可在適宜條件下培養(yǎng)，c錯(cuò)誤；兩者培養(yǎng)過(guò)程中均需要保證無(wú)菌條件，這是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，d正確。［答案］(1）甲分裂和分化(或分裂、分化、衰老、凋亡等）(2)快速繁殖優(yōu)良品種植物體細(xì)胞的全能性高度分化的動(dòng)物體細(xì)胞的全能性受到限制,分化潛能弱（3)胚胎移植卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)會(huì)對(duì)克隆動(dòng)物的性狀產(chǎn)生影響（4)ac5．（2020·山東等級(jí)考)水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強(qiáng).科研人員將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列轉(zhuǎn)入水稻，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直鏈淀粉合成酶基因（Wx基因)啟動(dòng)子序列的定點(diǎn)編輯，從而獲得了3個(gè)突變品系。(1)將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí)，所需的酶是________________，重組載體進(jìn)入水稻細(xì)胞并在細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為_(kāi)_______。（2)根據(jù)啟動(dòng)子的作用推測(cè)，Wx基因啟動(dòng)子序列的改變影響了________________，從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平.與野生型水稻相比,3個(gè)突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列________（填“發(fā)生”或“不發(fā)生”）改變,原因是______________________________________.(3）為檢測(cè)啟動(dòng)子變化對(duì)Wx基因表達(dá)的影響，科研人員需要檢測(cè)Wx基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA（WxmRNA）的量。檢測(cè)時(shí)分別提取各品系胚乳中的總RNA，經(jīng)________過(guò)程獲得總cDNA。通過(guò)PCR技術(shù)可在總cDNA中專一性地?cái)U(kuò)增出Wx基因的cDNA,原因是____________________________。(4)各品系WxmRNA量的檢測(cè)結(jié)果如圖所示,據(jù)圖推測(cè)糯性最強(qiáng)的品系為_(kāi)_______，原因是____________________________.［解析]（1)限制性核酸內(nèi)切酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開(kāi)；DNA連接酶能將DNA片段拼接起來(lái)。將能表達(dá)出基因編輯系統(tǒng)的DNA序列插入Ti質(zhì)粒構(gòu)建重組載體時(shí),需要限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的參與。轉(zhuǎn)化是指目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi),并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程。（2）啟動(dòng)子是RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的部位，能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mRNA。Wx基因啟動(dòng)子序列的改變影響了RNA聚合酶與啟動(dòng)子的識(shí)別和結(jié)合，從而改變了Wx基因的轉(zhuǎn)錄水平，使直鏈淀粉合成酶基因的表達(dá)量改變。根據(jù)題干信息可知,基因編輯系統(tǒng)是對(duì)啟動(dòng)子序列進(jìn)行定點(diǎn)編輯，由于編碼直鏈淀粉合成酶的堿基序列中不含啟動(dòng)子，所以與野生型水稻相比，3個(gè)突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列沒(méi)有發(fā)生變化。（3）用提取的各品系胚乳中的總RNA合成總cDNA的過(guò)程為逆轉(zhuǎn)錄，需要逆轉(zhuǎn)錄酶的參與。由于引物能與Wx基因的cDNA特異性結(jié)合，故通過(guò)PCR技術(shù)可在總cDNA中專一性地?cái)U(kuò)增出Wx基因的cDNA。（4)mRNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板，根據(jù)題圖分析可知，4個(gè)品系中品系3的WxmRNA量最低,控制合成的直鏈淀粉合成酶最