高考生物一輪復習課時分層集訓38基因工程

課時分層集訓訓(三十八)(建議用時：45分鐘)(對應學生用書第337頁)A組基礎達標1．圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質粒的結構和部分堿基序列?，F有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題。圖1圖2(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由________________連接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產生的末端是________末端，其產物長度為_______________________________________________________________________________________________________________(3)若圖1中虛線方框內的堿基對被T－A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產物中共有________種不同長度的DNA片段。(4)若將圖2中質粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進行連接，形成重組質粒，那么應選用的限制酶是________。在導入重組質粒后，為了篩選出含重組質粒的大腸桿菌，一般需要用添加________的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經檢測，部分含有重組質粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達，其最可能的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)題干中強調“一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基”，可通過畫出DNA結構示意圖解決。(2)SmaⅠ識別并切割的序列為CCC↓GGG，所以產生的末端為平末端，經SmaⅠ切割后，DNA片段會形成三個小的DNA片段，按切割位點算分別是：534＋3＝537(bp)；796－3－3＝790(bp)；658＋3＝661(bp)。(3)用SmaⅠ切割基因D，會形成537bp、790bp、661bp三種類型。題圖1中虛線方框內C-G被T-A替換，失去了一個酶切位點，則會被切割成534＋796－3＝1327(bp)和658＋3＝661(bp)兩種類型。所以一共會得到537bp、790bp、1327bp、661bp4種類型的片段。(4)根據基因D和質粒的核苷酸序列可知，可選用BamHⅠ和MboⅠ進行切割，但MboⅠ會破壞掉兩種抗生素抗性基因，因此只能用BamHⅠ進行切割。[答案](1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質粒反向連接2．(2017·江蘇高考)金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在的金屬結合蛋白，某研究小組計劃通過多聚酶鏈式反應(PCR)擴增獲得目的基因，構建轉基因工程菌，用于重金屬廢水的凈化處理。PCR擴增過程示意圖如下，請回答下列問題：【導學號：41780170】(1)從高表達MT蛋白的生物組織中提取mRNA，通過________獲得________用于PCR擴增。(2)設計一對與MT基因兩端序列互補配對的引物(引物1和引物2)，為方便構建重組質粒，在引物中需要增加適當的________位點。設計引物時需要避免引物之間形成________，而造成引物自連。(3)圖中步驟1代表________，步驟2代表退火，步驟3代表延伸，這三個步驟組成一輪循環(huán)。(4)PCR擴增時，退火溫度的設定是成敗的關鍵。退火溫度過高會破壞________的堿基配對。退火溫度的設定與引物長度、堿基組成有關，長度相同但________的引物需要設定更高的退火溫度。(5)如果PCR反應得不到任何擴增產物，則可以采取的改進措施有________(填序號：①升高退火溫度②降低退火溫度③重新設計引物)。[解析]本題主要考查目的基因的獲取及PCR技術的有關知識。(1)依據題中表述現象分析，mRNA合成目的基因的過程應為逆轉錄過程，由mRNA直接逆轉錄形成的DNA為cDNA。(2)構建重組質粒時需要限制酶和DNA連接酶，因此推測在引物中需要增加適當的限制酶識別的位點。設計引物時需要注意避免引物1和引物2之間形成堿基互補配對。(3)圖中步驟1代表變性。(4)退火溫度過高會破壞引物與模板鏈之間的堿基互補配對。由于含G/C堿基對多的DNA穩(wěn)定性強，因此在PCR過程中設置的溫度應視G/C的含量而定。(5)溫度過高不利于引物與模板結合；引物設計不合理也會影響PCR擴增反應。[答案](1)逆轉錄cDNA(2)限制性核酸內切酶堿基互補配對(3)變性(4)引物與模板GC含量高(5)②③3．(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的醫(yī)用價值，只能從人血漿中制備。下圖是以基因工程技術獲取重組HSA(rHSA)的兩條途徑。(1)為獲取HSA基因，首先需采集人的血液，提取________合成總cDNA，然后以cDNA為模板，使用PCR技術擴增HSA基因。下圖中箭頭表示一條引物結合模板的位置及擴增方向，請用箭頭在方框內標出另一條引物的位置及擴增方向。(2)啟動子通常具有物種及組織特異性，構建在水稻胚乳細胞內特異表達rHSA的載體，需要選擇的啟動子是________(填寫字母，單選)。A．人血細胞啟動子B．水稻胚乳細胞啟動子C．大腸桿菌啟動子D．農桿菌啟動子(3)利用農桿菌轉化水稻受體細胞的過程中，需添加酚類物質，其目的是____________________________________________________________________________________________________________________________。(4)人體合成的初始HSA多肽，需要經過膜系統(tǒng)加工形成正確空間結構才有活性。與途徑Ⅱ相比，選擇途徑Ⅰ獲取rHSA的優(yōu)勢是_____________________。(5)為證明rHSA具有醫(yī)用價值，須確認rHSA與________的生物學功能一致。[解析](1)要想合成總cDNA，需要采集人的血液獲得總RNA。由于DNA的復制只能從脫氧核苷酸單鏈的5′端向3′端延伸，因而引物均應結合在DNA單鏈的3′端，而DNA的兩條鏈反向平行，由此可以確定引物在另一條脫氧核苷酸單鏈的位置和方向。(2)若要從水稻胚乳細胞內獲得目的產物，需要控制該目的基因只在水稻胚乳細胞內表達。由題干中的信息“啟動子通常具有物種及組織特異性”可知，此處需要選擇水稻胚乳細胞啟動子。(3)酚類物質能吸引農桿菌，因此在水稻受體細胞中添加該類物質，能吸引農桿菌移向水稻受體細胞，有利于目的基因的成功轉化。(4)途徑Ⅰ和Ⅱ的主要區(qū)別是途徑Ⅰ的受體細胞是真核細胞，途徑Ⅱ的受體細胞是原核細胞。由于人體合成的初始HSA多肽需要經膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結構才有生物活性，所以選擇途徑Ⅰ獲取rHSA更具有優(yōu)勢。(5)rHSA是基因工程的產物，其是否具有醫(yī)用價值，還需要在個體水平上進一步確認其與HAS的生物學功能是否一致。[答案](1)總RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引農桿菌移向水稻受體細胞，有利于目的基因成功轉化(4)水稻是真核生物，具有膜系統(tǒng)，能對初始rHSA多肽進行高效加工(5)HSA4．(2018·山東文登三模)在培育轉基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作為標記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長。下圖為獲得抗蟲棉的技術流程。請據圖回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獲取、__________________、將目的基因導入受體細胞、____________________。(2)A過程需要的酶有________和________。(3)要把重組質粒導入土壤農桿菌，首先必須用________處理土壤農桿菌，使土壤農桿菌轉變?yōu)開_______態(tài)；然后將____________________在緩沖液中混合培養(yǎng)完成轉化過程。(4)含有重組質粒的土壤農桿菌侵染離體棉花葉片組織后，將離體棉花葉片組織培養(yǎng)成再生植株要經過[C]________和[E]________。如要確保再生植株中含有抗蟲基因，可在C過程的培養(yǎng)基中加入________。(5)目的基因能否在棉花植株體內維持和表達其遺傳特性的關鍵是________________________________________________。這需要通過檢測才能知道，檢測采用的方法是______________。[解析](1)基因工程的基本操作程序主要包括四個步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。(2)基因表達載體構建過程中，需要用同種限制酶切割目的基因和載體，使它們產生相同的黏性末端，再用DNA連接酶把這兩個DNA片段連接起來。(3)農桿菌轉化法導入目的基因時，首先必須用Ca2＋處理土壤農桿菌，使土壤農桿菌轉變?yōu)楦惺軕B(tài)；然后將重組質粒和感受態(tài)細胞在緩沖液中混合培養(yǎng)完成轉化過程。(4)植物組織培養(yǎng)過程的關鍵步驟是脫分化和再分化。因為只有含卡那霉素抗性基因的細胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長，故若要確保再生植株中含有抗蟲基因，可在C過程的培養(yǎng)基中加入卡那霉素。(5)目的基因能否在棉花植株體內維持和表達其遺傳特性的關鍵是目的基因是否插入受體細胞的DNA分子上，檢測采用的方法是DNA分子雜交技術。[答案](1)基因表達載體的構建目的基因的檢測與鑒定(2)限制酶DNA連接酶(3)Ca2＋感受重組質粒和感受態(tài)細胞(4)脫分化再分化卡那霉素(5)目的基因是否插入受體細胞的DNA分子上DNA分子雜交技術5．(2018·豫南九校聯盟模擬)2014年，上映了《超凡蜘蛛俠2》。電影中，“蜘蛛俠”能產生高強度的蜘蛛絲，現實中的基因工程也創(chuàng)造出了“蜘蛛羊”，該羊的乳汁中含有蛛絲蛋白，高強度的蛛絲蛋白可用于許多重要的特種工業(yè)領域。請回答：(1)基因工程操作的關鍵步驟是__________________；如果是將目的基因導入植物細胞，采用最多的方法是____________，其次，還有________和花粉管通道法等。(2)如果是將目的基因導入動物細胞，最常用的方法是________，此方法的受體細胞多是________。(3)重組DNA導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是________。(4)科學家為保證乳汁中有蛛絲蛋白，應該先用________技術，檢測蛛絲蛋白基因是否整合到了染色體上。[解析](1)基因工程操作的關鍵步驟是基因表達載體的構建。將目的基因導入植物細胞采用最多的方法是農桿菌轉化法，其次，還有基因槍法和花粉管通道法等。(2)將目的基因導入動物細胞最常用的方法是顯微注射法，此方法的受體細胞多是受精卵。(3)重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。(4)科學家為保證乳汁中有蛛絲蛋白，應該先用DNA分子雜交技術，檢測蛛絲蛋白基因是否整合到了染色體上。[答案](1)基因表達載體的構建農桿菌轉化法基因槍法(2)顯微注射法受精卵(3)標記基因是否表達(4)DNA分子雜交B組能力提升6．(2018·河北唐山期末)科學家通過利用PCR定點突變技術改造Rubisco酶基因，提高了光合作用過程中Rubisco酶對CO2的親和力，從而顯著提高了植物的光合作用速率。請回答下列問題：(1)PCR過程所依據的原理是____________，利用PCR技術擴增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根據這一序列合成________；擴增過程需要加入____________酶。(2)啟動子是一段有特殊結構的DNA片段，其作用是_____________________________________________________________________________。目的基因能在不同生物體內正常表達原來的蛋白質，說明整個生物界________________。PCR定點突變技術屬于________的范疇。(3)可利用定點突變的DNA構建基因表達載體。常用________________將基因表達載體導入植物細胞，還需用到植物細胞工程中的________________技術，來最終獲得轉基因植物。[解析](1)PCR依據的原理是DNA雙鏈復制，在用PCR技術擴增目的基因前要依據一段已知目的基因的脫氧核苷酸序列合成引物；擴增過程需要加入耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)啟動子是RNA聚合酶識別和結合部位，可驅動基因轉錄出mRNA；因生物界共用一套遺傳密碼，所以目的基因可以在不同細胞內表達合成相同蛋白質。(3)常用農桿菌轉化法將基因表達載體導入植物細胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術，獲得轉基因植物。[答案](1)DNA雙鏈復制引物耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶識別和結合部位，可驅動基因轉錄出mRNA共用一套密碼子蛋白質工程(3)農桿菌轉化法植物組織培養(yǎng)7．人類的遺傳性疾病是很難用一般藥物進行治療的，基因工程的興起迎來了基因治療的曙光，SCID是一種重癥聯合免疫缺陷病，SCID患者細胞的一個常染色體上編碼腺苷酸脫氨酶(簡稱ADA)的基因(ada)發(fā)生了突變或缺失。下圖為對SCID患者進行基因治療的步驟，據圖分析回答下列問題：SCID患者基因治療的基本步驟(1)若圖中細菌為人類基因文庫的受體菌，則從該基因文庫中獲取ada基因時，一般要根據ada基因的有關信息，如基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在________上的位置、以及基因的轉錄或翻譯產物等特性。(2)逆轉錄病毒在基因治療中充當________(工具)，過程Ⅰ用到的工具酶為______________________________________________________________。(3)基因工程的核心是過程________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”或“Ⅳ”)；過程Ⅱ為基因工程的第________步；過程Ⅲ為________。(4)基因治療方法分為體外基因治療和體內基因治療兩種，圖示采用的是兩種方法中的____________；兩種方法中，操作復雜，但效果較為可靠的是____________。[解析](1)根據教材知識可知，根據目的基因的有關信息，如：基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色體上的位置、基因的轉錄產物mRNA，以及基因的表達產物蛋白質等特性來獲取目的基因。(2)由圖可知，逆轉錄病毒相當于基因工程中的工具——運載體。過程Ⅰ為基因表達載體的構建，用到的工具酶為限制性核酸內切酶(限制酶)和DNA連接酶。(3)過程Ⅰ為基因表達載體的構建，是基因工程的核心；圖中過程Ⅱ為將目的基因導入受體細胞，是基因工程的第三步；過程Ⅲ代表2個細胞生成4個細胞的過程，即細胞增殖的過程。(4)基因治療的方法包括：體外基因治療和體內基因治療，題圖所示的是體外基因治療；兩種方法相比，體外基因治療雖然操作復雜，但效果較為可靠。[答案](1)染色體(2)運載體限制性核酸內切酶(限制酶)和DNA連接酶(3)Ⅰ三細胞增殖(或有絲分裂)(4)體外基因治療體外基因治療8．(2018·云南昆明摸底調研)科學家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質粒載體上的SacⅠ、XbaⅠ、EcoRⅠ、Hin