高考生物一輪復(fù)習(xí)課時分層集訓(xùn)38基因工程

課時分層集訓(xùn)訓(xùn)(三十八)(建議用時：45分鐘)(對應(yīng)學(xué)生用書第337頁)A組基礎(chǔ)達標(biāo)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(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列。現(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)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(chǎn)生的末端是________末端，其產(chǎn)物長度為_______________________________________________________________________________________________________________(3)若圖1中虛線方框內(nèi)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(yīng)的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有________種不同長度的DNA片段。(4)若將圖2中質(zhì)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(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是________。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加________的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)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(diào)“一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基”，可通過畫出DNA結(jié)構(gòu)示意圖解決。(2)SmaⅠ識別并切割的序列為CCC↓GGG，所以產(chǎn)生的末端為平末端，經(jīng)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(nèi)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(jù)基因D和質(zhì)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(zhì)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(jié)合蛋白，某研究小組計劃通過多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴增獲得目的基因，構(gòu)建轉(zhuǎn)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(dǎo)學(xué)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(shè)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(gòu)建重組質(zhì)粒，在引物中需要增加適當(dāng)?shù)腳_______位點。設(shè)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(shè)定是成敗的關(guān)鍵。退火溫度過高會破壞________的堿基配對。退火溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成有關(guān)，長度相同但________的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。(5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴增產(chǎn)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(shè)計引物)。[解析]本題主要考查目的基因的獲取及PCR技術(shù)的有關(guān)知識。(1)依據(jù)題中表述現(xiàn)象分析，mRNA合成目的基因的過程應(yīng)為逆轉(zhuǎn)錄過程，由mRNA直接逆轉(zhuǎn)錄形成的DNA為cDNA。(2)構(gòu)建重組質(zhì)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(dāng)?shù)南拗泼缸R別的位點。設(shè)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(shè)置的溫度應(yīng)視G/C的含量而定。(5)溫度過高不利于引物與模板結(jié)合；引物設(shè)計不合理也會影響PCR擴增反應(yīng)。[答案](1)逆轉(zhuǎn)錄cDNA(2)限制性核酸內(nèi)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(shù)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(shù)擴增HSA基因。下圖中箭頭表示一條引物結(jié)合模板的位置及擴增方向，請用箭頭在方框內(nèi)標(biāo)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(gòu)建在水稻胚乳細胞內(nèi)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(nóng)桿菌啟動子(3)利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化水稻受體細胞的過程中，需添加酚類物質(zhì)，其目的是____________________________________________________________________________________________________________________________。(4)人體合成的初始HSA多肽，需要經(jīng)過膜系統(tǒng)加工形成正確空間結(jié)構(gòu)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(xué)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(fù)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(yīng)結(jié)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(nèi)獲得目的產(chǎn)物，需要控制該目的基因只在水稻胚乳細胞內(nèi)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(zhì)能吸引農(nóng)桿菌，因此在水稻受體細胞中添加該類物質(zhì)，能吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細胞，有利于目的基因的成功轉(zhuǎn)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(jīng)膜系統(tǒng)加工形成正確的空間結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(xué)功能是否一致。[答案](1)總RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引農(nóng)桿菌移向水稻受體細胞，有利于目的基因成功轉(zhuǎn)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(zhuǎn)基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作為標(biāo)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(shù)流程。請據(jù)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?qū)胧荏w細胞、____________________。(2)A過程需要的酶有________和________。(3)要把重組質(zhì)粒導(dǎo)入土壤農(nóng)桿菌，首先必須用________處理土壤農(nóng)桿菌，使土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變?yōu)開_______態(tài)；然后將____________________在緩沖液中混合培養(yǎng)完成轉(zhuǎn)化過程。(4)含有重組質(zhì)粒的土壤農(nóng)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(jīng)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(nèi)維持和表達其遺傳特性的關(guān)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(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與鑒定。(2)基因表達載體構(gòu)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(chǎn)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(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法導(dǎo)入目的基因時，首先必須用Ca2＋處理土壤農(nóng)桿菌，使土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài)；然后將重組質(zhì)粒和感受態(tài)細胞在緩沖液中混合培養(yǎng)完成轉(zhuǎn)化過程。(4)植物組織培養(yǎng)過程的關(guān)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(nèi)維持和表達其遺傳特性的關(guān)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(shù)。[答案](1)基因表達載體的構(gòu)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(zhì)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(shù)5．(2018·豫南九校聯(lián)盟模擬)2014年，上映了《超凡蜘蛛俠2》。電影中，“蜘蛛俠”能產(chǎn)生高強度的蜘蛛絲，現(xiàn)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(lǐng)域。請回答：(1)基因工程操作的關(guān)鍵步驟是__________________；如果是將目的基因?qū)胫参锛毎?，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?qū)雱游锛毎?，最常用的方法是________，此方法的受體細胞多是________。(3)重組DNA導(dǎo)入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是________。(4)科學(xué)家為保證乳汁中有蛛絲蛋白，應(yīng)該先用________技術(shù)，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(guān)鍵步驟是基因表達載體的構(gòu)建。將目的基因?qū)胫参锛毎捎米疃嗟姆椒ㄊ寝r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，其次，還有基因槍法和花粉管通道法等。(2)將目的基因?qū)雱游锛毎畛Ｓ玫姆椒ㄊ秋@微注射法，此方法的受體細胞多是受精卵。(3)重組細胞導(dǎo)入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標(biāo)記基因是否表達。(4)科學(xué)家為保證乳汁中有蛛絲蛋白，應(yīng)該先用DNA分子雜交技術(shù)，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(gòu)建農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法基因槍法(2)顯微注射法受精卵(3)標(biāo)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(xué)家通過利用PCR定點突變技術(shù)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(jù)的原理是____________，利用PCR技術(shù)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(jù)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(jié)構(gòu)的DNA片段，其作用是_____________________________________________________________________________。目的基因能在不同生物體內(nèi)正常表達原來的蛋白質(zhì)，說明整個生物界________________。PCR定點突變技術(shù)屬于________的范疇。(3)可利用定點突變的DNA構(gòu)建基因表達載體。常用________________將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，還需用到植物細胞工程中的________________技術(shù)，來最終獲得轉(zhuǎn)基因植物。[解析](1)PCR依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制，在用PCR技術(shù)擴增目的基因前要依據(jù)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(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)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(nèi)表達合成相同蛋白質(zhì)。(3)常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將基因表達載體導(dǎo)入植物細胞，借助于植物組織培養(yǎng)技術(shù)，獲得轉(zhuǎn)基因植物。[答案](1)DNA雙鏈復(fù)制引物耐高溫的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶識別和結(jié)合部位，可驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA共用一套密碼子蛋白質(zhì)工程(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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(lián)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(jù)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(jù)ada基因的有關(guān)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(zhuǎn)錄或翻譯產(chǎn)物等特性。(2)逆轉(zhuǎn)錄病毒在基因治療中充當(dāng)________(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(nèi)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(fù)雜，但效果較為可靠的是____________。[解析](1)根據(jù)教材知識可知，根據(jù)目的基因的有關(guān)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(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA，以及基因的表達產(chǎn)物蛋白質(zhì)等特性來獲取目的基因。(2)由圖可知，逆轉(zhuǎn)錄病毒相當(dāng)于基因工程中的工具——運載體。過程Ⅰ為基因表達載體的構(gòu)建，用到的工具酶為限制性核酸內(nèi)切酶(限制酶)和DNA連接酶。(3)過程Ⅰ為基因表達載體的構(gòu)建，是基因工程的核心；圖中過程Ⅱ為將目的基因?qū)胧荏w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(nèi)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(fù)雜，但效果較為可靠。[答案](1)染色體(2)運載體限制性核酸內(nèi)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(diào)研)科學(xué)家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉(zhuǎn)入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質(zhì)粒載體上的SacⅠ、XbaⅠ、EcoRⅠ、Hin