高中生物大一轮精练第十一单元现代生物科技专题第1讲 基因工程.docx

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高中生物大一轮精练第十一单元现代生物科技专题第1讲基因工程

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1．（2019·四川绵阳诊断）基因工程的应用十分广泛，利用此项技术可创造出更加符合人类需求的优良品种或产品。

如美洲拟鲽（是鲽科下的一种比目鱼）的体液中存在抗冻蛋白，能够降低鱼的血液冰点。

科学家按cDNA路线分离和克隆了抗冻蛋白基因，并将其导入番茄，获得了抗冻的番茄品种。

根据有关知识，回答下列问题：

（1）基因工程操作的核心步骤为____________，以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_______________________________________。

（2）将目的基因导入植物细胞最常用的方法是______________。

（3）构建重组质粒，需要限制性核酸内切酶切取目的基因、切割质粒。

限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切割位点是—C↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切割位点是—↓GATC—。

在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。

在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的末端能否连接？

________。

理由是______________________________。

（4）质粒作为基因工程常用运载体必须具备的条件是_________________（至少答2点）。

解析：

（1）以mRNA为材料获得cDNA，其实质是逆转录过程。

（2）目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法等。

其中最常用的是农杆菌转化法。

（3）分析可知，限制性核酸内切酶Ⅰ和限制性核酸内切酶Ⅱ切割形成的末端相同，故在DNA连接酶的作用下，这两种限制酶切割后形成的末端能连接。

（4）作为基因工程的运载体，必须有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上；必须具备自我复制的能力，或可以整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制；必须带有标记基因，以便进行重组后的筛选等。

答案：

（1）基因表达载体的构建　在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA

（2）农杆菌转化法

（3）可以　因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性（或平）末端相同

（4）能在宿主细胞内复制并稳定保存；具有多个限制酶切位点有利于剪切；具有标记基因有利于检测等

2．科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。

请回答下列问题：

（1）PCR过程所依据的原理是________，利用PCR技术扩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，以便根据这一序列合成________；扩增过程需要加入________酶。

（2）启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是_______________________。

目的基因能在不同生物体内正常表达原来的蛋白质，说明整个生物界________。

（3）可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。

常用________将基因表达载体导入植物细胞，还需用到植物细胞工程中的________技术，来最终获得转基因植物。

解析：

（1）PCR依据的原理是DNA双链复制原理，要依据目的基因两端已知的脱氧核苷酸序列合成引物，扩增过程需要加入热稳定DNA聚合酶（或Taq酶）。

（2）启动子是RNA聚合酶识别和结合部位，能驱动转录出mRNA；因生物界共用一套遗传密码子，所以目的基因可以在不同细胞内表达合成出相同的蛋白质。

（3）常用农杆菌转化法将基因表达载体导入受体细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。

答案：

（1）DNA双链复制　引物　热稳定DNA聚合（或Taq）

（2）RNA聚合酶识别和结合部位，驱动转录出mRNA　共用一套密码子

（3）农杆菌转化法　植物组织培养

3．镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病，患者的血红蛋白分子β肽链第6位氨基酸——谷氨酸被缬氨酸代替，导致功能异常。

回答下列问题：

（1）异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的________序列发生改变。

（2）将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中，可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的。

此操作________（填“属于”或“不属于”）蛋白质工程，理由是该操作______________________。

（3）用基因工程方法制备血红蛋白时，可先提取早期红细胞中的________，以其作为模板，在________酶的作用下反转录合成cDNA。

cDNA与载体需在______________酶的作用下，拼接构建基因表达载体，导入受体菌后进行表达。

（4）检测受体菌是否已合成血红蛋白，可从受体菌中提取________，用相应的抗体进行________杂交，若出现杂交带，则表明该受体菌已合成血红蛋白。

解析：

（1）基因是具有遗传效应的DNA片段，遗传信息储存在基因碱基对的排列顺序中。

（2）蛋白质工程是指通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求，故题中所述不属于蛋白质工程。

（3）利用反转录法获取目的基因时，需先提取mRNA，在逆转录酶的作用下反转录合成cDNA。

cDNA与载体需要在限制酶和DNA连接酶的作用下拼接构建基因表达载体，才可导入受体菌。

（4）检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。

答案：

（1）碱基对

（2）不属于　没有对现有的蛋白质进行改造

（3）mRNA　逆转录　限制酶和DNA连接

（4）蛋白质　抗原—抗体

4．（2019·河南新乡模拟）噬菌体抗体库技术是指将人的全部抗体基因插入噬菌体的基因组中，然后让该噬菌体感染大肠杆菌，最终使抗体以融合蛋白的形式表达于噬菌体的表面，形成含有全套抗体谱的噬菌体抗体库。

请回答下列问题：

（1）人体内的抗体是在________（细胞名称）中合成后，以胞吐的方式分泌到内环境中的。

（2）若要获取人的抗体基因，可以从细胞中提取相应的RNA，通过逆转录过程获取________片段，再合成目的基因。

采用PCR技术扩增目的基因的过程中，需要的物质除模板链、四种脱氧核苷酸外，还需要__________________。

（3）构建重组DNA分子的目的是______________________________。

在噬菌体抗体库的构建过程中，是否需要利用CaCl2处理大肠杆菌以制备感受态细胞？

请写出原因：

____________________________________________________________。

（4）检测大肠杆菌转录出的相应RNA时应采用________技术，即从原核细胞中提取RNA，以__________________________为探针，与RNA杂交。

该技术的原理是____________。

解析：

（1）人体唯一能够产生抗体的细胞是浆细胞。

（2）逆转录法合成目的基因的实质是以提取的RNA为模板，在反转录酶的作用下合成cDNA片段，再进一步获得目的基因。

PCR技术扩增目的基因需要的物质条件有：

模板、原料、引物、Taq酶等。

（3）利用CaCl2制备感受态细胞的目的是利于外源DNA进入大肠杆菌，而噬菌体可以侵染大肠杆菌，可将重组DNA分子注入大肠杆菌，因此在噬菌体抗体库的构建过程中，不需要利用CaCl2处理。

（4）检测是否转录出RNA，应以放射性同位素标记的目的基因为探针，与从大肠杆菌中提取出的RNA杂交，看是否出现杂交带。

答案：

（1）浆细胞

（2）cDNA　引物和DNA聚合酶（Taq酶）

（3）使人的抗体基因在大肠杆菌细胞中稳定表达，并能传递给下一代　不需要，噬菌体可以侵染大肠杆菌，可将重组DNA分子注入大肠杆菌

（4）分子杂交　用放射性同位素标记的目的基因（放射性同位素标记的抗体基因）　碱基互补配对

5．下面是利用基因工程培育抗虫大豆的流程图，请据图回答：

农杆菌

（1）上述流程的核心步骤是________（填序号），完成步骤④利用了________技术。

（2）如果从基因文库中获取抗虫基因，在构建基因文库过程需要用到的操作工具有________________；如果通过PCR技术获取抗虫基因，则需要准备4个物质条件，除需含目的基因的DNA和原料外，还需要______________。

（3）该流程选用农杆菌中Ti质粒作为载体的主要原因是

________________________________________________________________________。

（4）从分子水平上检测大豆细胞中是否导入抗虫基因的方法是____________，从个体水平上检测大豆植株是否有抗虫特性的方法是_______________。

解析：

（1）基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。

步骤④由大豆细胞发育成大豆植株，利用了植物组织培养技术。

（2）基因文库指含某种生物全部或部分基因的受体菌群，其构建过程中需要用到限制酶、DNA连接酶以及载体。

获得抗虫基因后，常利用PCR技术进行扩增，利用该技术扩增的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成一对引物，该技术的完成还需要热稳定的DNA聚合酶（Taq酶）。

（3）根据受体细胞不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不一样。

使用农杆菌将抗虫基因导入大豆细胞中，农杆菌中的Ti质粒上的TDNA可将抗虫基因转移至大豆细胞染色体的DNA上。

（4）检测转基因大豆细胞染色体的DNA上是否插入目的基因可用DNA分子杂交技术；检测大豆植株是否有抗虫特性可进行抗虫接种实验，即将害虫放置在棉花上观察害虫是否死亡。

答案：

（1）①　植物组织培养　

（2）DNA连接酶、限制酶、载体　已知核苷酸序列的引物、Taq酶　（3）载体上TDNA能将抗虫基因整合到宿主的染色体上　（4）DNA分子杂交　将害虫放置在棉花上观察害虫是否死亡

6．在基因工程中，将目的基因导入受体细胞是一个重要的环节：

（1）如果是将目的基因导入植物细胞：

采用最多的方法是________。

其次还有________和________等。

（2）如果是将目的基因导入动物细胞：

最常用的方法是________。

此方法的受体细胞多是________。

（3）原核生物作为受体细胞的优点是________________，最常用的原核细胞是________，其转化方法是：

先用________处理细胞，使其成为________，再将________溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的________下促进受体细胞吸收DNA分子，完成转化过程。

（4）重组DNA导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是________________________________________________________________。

解析：

（1）如果是将目的基因导入植物细胞，方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，其中采用最多的方法是农杆菌转化法。

（2）如果是将目的基因导入动物细胞，最常用的方法是显微注射法，受体细胞一般是受精卵。

（3）基因工程中细菌等原核生物具有的优点是：

繁殖速度快、遗传物质相对较少、多为单细胞且操作简便。

最常用的原核细胞是大肠杆菌，其转化方法是：

先用CaCl2溶液处理细胞，使其成为感受态细胞，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进受体细胞吸收DNA分子，完成转化过程。

（4）基因表达载体上的抗性基因可用于筛选出含有基因表达载体的受体细胞，因此重组DNA导入受体细胞后，筛选含有基因表达载体受体细胞的依据是标记基因是否表达，受体细胞是否产生相应的性状。

答案：

（1）农杆菌转化法　基因枪法　花粉管通道法

（2）显微注射技术　受精卵

（3）繁殖速度快、多为单细胞、遗传物质相对较少　大肠杆菌　Ca2＋　感受态细胞　重组表达载体DNA分子　温度

（4）标记基因是否表达

7．下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。

据图回答：

（1）获得A有两条途径：

一是以A的mRNA为模板，在__________酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在__________的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的__________序列，推测出相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的__________序列，再通过化学方法合成所需基因。

（2）利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有__________、__________、4种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。

（3）由A和载体B拼接形成的C通常称为______________。

（4）在基因工程中，常用Ca2＋处理D，其目的是___________________________。

解析：

（1）利用逆转录法获得目的基因的过程是：

以mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成双链DNA分子；蛋白质工程中根据所设计蛋白质获取目的基因的途径是：

根据目标蛋白质的功能→推测蛋白质中氨基酸序列→推测相应的mRNA序列→推测目的基因中脱氧核苷酸序列→化学方法合成目的基因。

（2）利用PCR扩增DNA时，需要在PCR扩增仪中加入引物、模板、原料、酶等物质。

（3）目的基因A与载体B拼接的结果是构建了重组DNA（C）。

（4）利用Ca2＋处理大肠杆菌D，可使其成为感受态细胞，提高受体细胞的转化率。

答案：

（1）逆转录　DNA聚合酶　氨基酸　脱氧核苷酸（其他合理答案也可）　

（2）引物　模板DNA　（3）重组DNA（其他合理答案也可）　（4）提高受体细胞的转化率（其他合理答案也可）

8．（2019·河南中原名校质检）干旱会影响农作物产量，科学家们对此进行了研究。

如图为用探针检验某一抗旱植物基因型的原理，相关基因用R和r表示。

（1）基因R与r的本质区别是______________的不同。

在利用PCR技术扩增R或r基因过程中，利用________可寻找抗旱基因的位置并进行扩增。

（2）若被检植株发生A现象，不发生B、C现象，则被检植物的基因型为__________。

（3）用从基因文库中获取目的基因的方法获取抗旱基因时需要用到限制酶，限制酶的具体作用部位是__________。

（4）将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，其依据主要是：

当植物受到损伤时、伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的_____________________________________。

（5）经检测，抗旱基因已经导入烟草细胞，但未检测出抗旱基因转录出的mRNA，从构建基因表达载体的角度推测，最可能的原因是__________________。

解析：

（1）等位基因的本质区别是脱氧核苷酸（或碱基对）的排列顺序的不同。

用PCR技术扩增R或r基因时，需要用引物寻找抗旱基因的位置。

（2）被检植物发生A现象，不发生B、C现象，即单链DNA分子与r探针没有形成杂交斑，所以被检植物不含有r基因，其基因型为RR。

（3）限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定脱氧核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。

（4）农杆菌转化法的原理是：

如果将目的基因插入到Ti质粒中的TDNA上，通过农杆菌的转化作用，就可使目的基因进入植物细胞，并将其整合到植物细胞中染色体的DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。

（5）基因表达载体上与转录直接有关的是目的基因首端的启动子。

答案：

（1）脱氧核苷酸排列顺序（或碱基对排列顺序）　引物

（2）RR　（3）磷酸二酯键

（4）Ti质粒上的TDNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上

（5）基因表达载体上的目的基因首端未加入启动子

9．糖尿病已经成为危害人类健康的严重疾病之一，注射胰岛素是目前治疗糖尿病最为有效的途径和手段，如何生产优质而不昂贵的人胰岛素，是当下医疗界和制药界急需攻克的科学难题。

如图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请回答：

（1）在基因表达载体中，________是RNA聚合酶识别和结合的部位，并驱动基因转录出mRNA。

（2）图中细胞1是________细胞。

过程②必需的酶是________。

过程③④⑤为________技术扩增目的基因，此过程必需的酶是________。

过程③断开的是________。

能否利用人的皮肤细胞来完成过程①，为什么？

__________________________________________________。

（3）图中B的基本组成单位有________种；为便于重组DNA的鉴定和选择，图中C的组成必须有________；将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。

为使过程⑧更易进行，可用________处理大肠杆菌，目的是使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围环境中DNA分子的生理状态（或使大肠杆菌处于感受态细胞状态）。

（4）若过程⑨发生了变异，则此变异为________。

过程⑩得到的人胰岛素需要体外加工才具有生物活性，原因是大肠杆菌_______________________。

（5）目的基因在受体细胞中是否能转录出mRNA，可用________技术来检测。

解析：

（1）启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，并驱动基因转录出mRNA。

（2）图中过程①为胰岛素基因转录出mRNA，过程②为胰岛素mRNA经逆转录获得目的基因，过程③④⑤为PCR技术扩增目的基因，过程⑥为限制酶切割载体，过程⑦为目的基因与载体连接构建基因表达载体，过程⑧为将目的基因导入受体细胞。

逆转录过程需要逆转录酶，PCR技术扩增DNA需要耐高温的Taq酶。

过程③断开的是DNA两条链间的氢键。

只有胰岛B细胞中的胰岛素基因才能转录出胰岛素mRNA。

（3）图中B为质粒，其实质为DNA，基本组成单位为脱氧核苷酸，有4种。

构建的基因表达载体中必须有标记基因，以利于重组DNA的鉴定和选择。

基因工程中，将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。

常用Ca2＋（CaCl2）处理大肠杆菌，目的是使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围环境中DNA分子的生理状态。

（4）大肠杆菌能发生的可遗传的变异只有基因突变，大肠杆菌细胞内没有内质网和高尔基体，不能将肽链加工成有活性的人胰岛素。

（5）检测目的基因是否在受体细胞中转录出mRNA，常用DNA分子杂交技术。

答案：

（1）启动子

（2）胰岛B　逆转录酶　PCR　Taq酶（或热稳定DNA聚合酶）　氢键　不能。

皮肤细胞中的胰岛素基因未表达，不能形成胰岛素mRNA

（3）4　标记基因　Ca2＋（CaCl2）

（4）基因突变　没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工

（5）DNA分子杂交