2020版高考生物總復習第38講基因工程訓練（含解析）新人教版.docx

第38講基因工程測控導航表知識點題號1.基因工程的基本工具12.基因工程的基本操作程序及應用3,4,73.PCR技術24.蛋白質工程65.綜合考查5,81.(2019山西太原月考)根據(jù)基因工程的有關知識,回答下列問題:(1)限制性核酸內切酶切割DNA分子后產(chǎn)生的片段,其末端類型有 和。(2)質粒運載體用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)反轉錄作用的模板是 ,產(chǎn)物是 。若要在體外獲得大量反轉錄產(chǎn)物,常采用技術。(5)基因工程中除質粒外,和也可作為運載體。(6)若用重組質粒轉化大腸桿菌,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)反轉錄是以mRNA為模板逆轉錄先合成單鏈DNA,再合成雙鏈DNA,常利用PCR技術進行大量擴增。(5)基因工程中可以選用質粒、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)(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粒(外源DNA)的能力極弱2.(2018湖北武漢調研)含有限制酶的細胞中通常還具有相應的甲基化酶,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 )、低溫復性(5560 )、適溫延伸(7075 )三個步驟構成一個循環(huán),為使得DNA聚合酶能夠重復利用,選用的酶應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,反應體系中添加的原料應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。兩者的構建過程中均將目的基因與載體連接后導入受體菌群,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,由此可知反應體系中添加的原料應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粒重組后導入大腸桿菌細胞中進行了表達。該研究除證明了質?？梢宰鳛檩d體外,還證明了 (答出兩點即可)。(2)體外重組的質粒可通過Ca2+參與的 方法導入大腸桿菌細胞;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)在大腸桿菌細胞內表達時,表達出的蛋白質可能會被降解。為防止蛋白質被降解,在實驗中應選用的大腸桿菌作為受體細胞,在蛋白質純化的過程中應添加的抑制劑。解析:(1)將非洲爪蟾核糖體蛋白基因與質粒重組后導入大腸桿菌中,該過程利用的技術是基因工程。該研究除了證明質?？勺鳛檩d體外,還證明了體外重組的質?？梢赃M入受體細胞,真核生物基因可在原核細胞中表達等。(2)重組質粒導入大腸桿菌細胞可采用Ca2+參與的轉化方法;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)為防止蛋白質被降解,在實驗中應選用蛋白酶缺陷型的大腸桿菌作為受體細胞;在蛋白質純化過程中,為防止目的蛋白質被降解,需要添加蛋白酶的抑制劑。答案:(1)體外重組的質粒可以進入受體細胞;真核生物基因可在原核細胞中表達(2)轉化外殼蛋白(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),并將其插入質粒P0,構建了真核表達載體P1,其部分結構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,某同學用PCR方法進行鑒定,在鑒定時應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多肽是構成乙肝病毒的主要成分,現(xiàn)利用基因工程制造乙肝疫苗。回答下列問題:(1)利用PCR技術擴增S基因前,需根據(jù)S基因的核苷酸序列設計種引物,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質粒中(如圖所示)構建基因表達載體時,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)用分子雜交技術檢測S基因是否轉錄出mRNA的具體操作過程是,若,則表明轉錄出了mRNA。(4)乙肝疫苗的接種需要在一定時期內間隔注射3次,其目的是使機體產(chǎn)生更多的 。解析:(1)利用PCR技術擴增S基因前,需根據(jù)S基因的核苷酸序列設計2種引物。PCR技術擴增目的基因的過程包括高溫變性、低溫復性、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)用分子雜交技術檢測S基因是否轉錄出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)轉錄出了mRNA。(4)乙肝疫苗的接種需要在一定時期內間隔注射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)香港大學的研究人員將某印度芥菜的HMGS基因編碼的蛋白質的第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,然后將其導入番茄細胞,獲得類胡蘿卜素增加111%的轉基因番茄,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種質粒中,E表示EcoR的切割位點,將這些質粒用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,還包括及復制原點。(3)若質粒3是農桿菌的Ti質粒,則圖示E所處的位置在Ti質粒上的 ,將含新HMGS基因的重組Ti質粒的農桿菌導入番茄細胞,成功獲得含新HMGS基因的轉基因番茄,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)蛋白質工程的原理為從預期的蛋白質功能出發(fā)設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列(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)設計s359a蛋白的結構將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、終止子以及復制原點。(3)Ti質粒上的TDNA可將目的基因轉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基因導入番茄細胞,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)設計s359a蛋白的結構將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(或者從預期的蛋白質功能出發(fā)設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列(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器生產(chǎn)人抗凝血酶的過程?；卮鹣铝袉栴}:(1)乳腺生物反應器是指將目的基因與的啟動子等調控組件重組在一起,通過顯微注射導入哺乳動物受精卵,最終獲得轉基因動物。轉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)人抗凝血酶基因導入受精卵需要“分子運輸車”(載體)?！胺肿舆\輸車”應具備的條件是 。(3)完成過程所需的技術是;早期胚胎能夠在代孕羊體內存活的原因是 。(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,利用基因工程技術最終通過分泌乳汁來生產(chǎn)所需要的人抗凝血酶,因此應該將該目的基因與乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起。若將受體細胞改為大腸桿菌,由于大腸桿菌沒有內質網(wǎng)和高爾基體,不能對蛋白質進行加工和修飾,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;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質網(wǎng)和高爾基體,不能對蛋白質進行加工和修飾(2)自我復制的能力;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,利用農桿菌轉化法將其導入苜蓿細胞中,并通過組織培養(yǎng)成功獲得了抗病植株。圖1表示Ti質粒,其中Vir區(qū)的基因產(chǎn)物是TDNA轉移的必備條件;圖2表示含有LYZGFP基因的DNA片段。圖中箭頭表示相關限制酶的酶切位點。回答下列問題:(1)構建含有LYZGFP基因的重組質粒時,應選用限制酶進行切割,原因是 。(2)據(jù)圖分析,在培育轉基因苜蓿植株過程中,應選擇LYZGFP基因中的GFP基因為標記基因,而不選擇質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水平的鑒定,原因是 。解析:(1)構建含有LYZGFP基因的重組質粒時,含有LYZGFP基因