2018_2019学年高中生物备考满分冲刺专题01基因工程（含解析）（选修3）.docx

专题01 基因工程1基因工程的概念（1）供体：提供目的基因。（2）操作环境：体外。（3）操作水平：分子水平。（4）原理：基因重组。（5）受体：表达目的基因。（6）本质：性状在受体体内的表达。（7）优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的遗传性状。2DNA重组技术的基本工具（1）限制性核酸内切酶(简称：限制酶)来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。作用：识别特定的核苷酸序列并切开特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。结果：产生黏性末端或平末端。（2）DNA连接酶种类：按来源可分为Ecoli DNA连接酶和T4DNA连接酶。作用：将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。DNA连接酶和限制酶的关系（3）载体种类：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒等。质粒的特点3基因工程的操作过程与应用（1）基因工程的操作步骤（2）基因工程的应用：培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。（3）目的基因导入不同受体细胞的过程生物种类植物动物微生物常用方法农杆菌转化法显微注射技术感受态细胞法受体细胞体细胞或受精卵受精卵原核细胞转化过程将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上农杆菌导入植物细胞整合到受体细胞染色体的DNA上表达将含有目的基因的表达载体提纯取卵(受精卵)显微注射受精卵发育获得具有新性状的动物Ca2处理细胞感受态细胞重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收DNA分子（4）基因治疗与基因诊断的不同点原理操作过程进展基因治疗基因表达利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病)临床实验基因诊断碱基互补配对制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况临床应用4蛋白质工程（1）流程图写出流程图中字母代表的含义：A转录，B翻译，C分子设计，D多肽链，E预期功能。（2）结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。（3）应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。（2530分钟）一、 选择题1下列关于基因工程的叙述中错误的是A基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建B将目的基因导入大肠杆菌细胞常用Ca2+处理法C基因工程技术可以定向改造生物的性状，培育新的生物品种D基因工程技术是唯一能打破远缘杂交不亲和障碍培育生物新品种的方法【答案】D【解析】基因工程的步骤为：获取目的基因、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定，其中基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤，A正确；以大肠杆菌为受体细胞时，先要用Ca2+处理细胞以使其处于感受态，以便目的基因的导入，B正确；基因工程可以按照人们的意愿，克服不同物种之间的生殖隔离，实现生物的定向变异，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，培育新的生物品种，C正确；基因工程技术和细胞工程技术都能打破远缘杂交不亲和障碍，培育生物新品种，D错误。2酵母菌细胞壁的主要成分是几丁质。酿酒酵母产酒精能力强，但没有合成淀粉酶的能力；糖化酵母能合成淀粉酶，但酒精发酵能力弱。科研人员通过两种途径改良酵母菌种，实现以淀粉为底物高效生产酒精的目的。下列叙述正确的是A途径需用纤维素酶处理酵母菌，再利用PEG诱导融合B途径需要以淀粉酶基因作为目的基因构建表达载体C途径和途径最终获得的目的酵母菌染色体数目相同D以淀粉转化为还原糖的效率作为最终鉴定目的菌的指标【答案】B【解析】途径需用几丁质酶处理酵母菌，再利用PEG诱导融合，A错误；根据题意，途径需要以淀粉酶基因作为目的基因构建表达载体，以便于导入受体细胞中，B正确；途径获得的目的菌株为多倍体，是原来两种酵母菌染色体数目之和，途径获得的目的酵母菌染色体数目与原来酵母菌染色体数目相同，C错误；鉴定目的菌株的依据是酵母菌合成淀粉的能力和酒精发酵的能力，D错误。3科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的表达载体，并将其导入了大西洋鲑的细胞中，获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。相关叙述正确的是A转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加B构建基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶C大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得D转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快【答案】D【解析】转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白有所增加，但是不会明显增加，A错误；构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，B错误；大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得，C错误；转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快，D正确；故选D。4近年诞生的 CRISPRCas9基因编辑技术可进行基因定点编辑。 CRISPRCas9系统主要包括Cas9（核酸内切酶）和向导RNA，其原理是由向导RNA引导Cas9到一个特定的基因位点进行切割。（上述过程见下图）。下列相关叙述正确的是ACRISPRCas的组成物质是在核糖体上合成的B向导RNA的合成需要逆转录酶的参与C基因的定点编辑过程只涉及碱基AU，GC互补配对D切割后形成的每个DNA片段均含有两个游离的磷酸基团【答案】D【解析】根据题意，向导RNA可携带识别序列，与目标DNA的特定位点结合，并进行切割，该识别序列与链的互补链互补配对，据此分析。CRISPRCas9系统主要包括Cas9（核酸内切酶）和向导RNA，前者是在核糖体上合成，后者是通过转录形成的，其场所不在核糖体，A错误；向导RNA可通过转录形成，逆转录酶以RNA为模板合成DNA，B错误；向导RNA和目标DNA互补配对过程中，涉及的配对方式有AU，GC，TA，CG，C错误；由于DNA分子是双链结构，因此切割后形成的每个DNA分子的片段中均含有2个游离的磷酸基团，D正确。5干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，是一种抗病毒的特效药。科学家可用基因工程的方法生产干扰素。下列相关叙述不正确的是A基因工程可以克服生殖隔离B基因工程是在个体水平上进行的操作C用于生产干扰素的受体细胞可以是酵母菌D基因工程的原理是基因重组【答案】B【解析】基因工程可以突破生殖隔离，实现不同物种之间的基因交流，A正确；基因工程是在分子水平上进行的操作，B错误；用于生产干扰素的受体细胞可以是酵母菌，C正确；基因工程又叫DNA重组技术，其原理是基因重组，D正确。6受体细胞不同，将目的基因导入受体细胞的方法也不相同，下列受体细胞与导入方法匹配错误的一项是选项受体细胞导入方法A棉花细胞花粉管通道法B大肠杆菌农杆菌转化法C羊受精卵显微注射技术D玉米细胞基因枪法AABBCCDD【答案】B【解析】棉花细胞是植物细胞，可采用花粉管通道法，A正确；Ca2+处理法能使大肠杆菌细胞的生理状态发生改变，使之成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，所以将目的基因导入微生物细胞，常采用感受态细胞法，农杆菌转化法常用于植物，B错误；动物受精卵为受体细胞时，常用显微注射法，C正确；在自然条件下，农杆菌感染双子叶植物和裸子植物，因此农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法，对于某些单子叶植物细胞如玉米细胞，可以用基因枪法，D正确。7采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出转基因羊。但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是A人凝血因子基因只存在于山羊的乳腺细胞中B可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C在该转基因羊中，人凝血因子基因在各种体细胞中都能表达D人凝血因子基因开始转录时，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA【答案】B【解析】用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出的转基因羊中，人凝血因子基因存在于几乎所有的体细胞中，A错误；将目的基因导入动物细胞常采用显微注射法，B正确；在该转基因羊中，人凝血因子基因是选择性表达的，C错误；人凝血因子基因开始转录时，RNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA，D错误。8下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是A表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得B表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原（起）点C借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来D胰岛素基因表达载体中要有启动子和终止密码子【答案】C【解析】由于基因的选择性表达，在人的肝细胞中，没有胰岛素基因转录的mRNA，A错误；表达载体的复制启动于复制原（起）点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因属于标记基因，作用是鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，C正确；胰岛素基因的表达启动于启动子，终止于终止子，而终止密码子在翻译过程中起作用，D错误。二、非选择题9铝在土壤中常以铝酸盐的形式存在，可造成土壤酸化而影响植物生长。铝能抑制植物根尖细胞的分裂，抑制根生长，破坏根组织。部分植物能通过根部细胞膜上的苹果酸通道蛋白(ALMT)将苹果酸转运到细胞外来缓解铝毒。可将ALMT基因导入植物细胞，来培育转基因耐铝植物，请回答下列问题：（1）从基因文库中获得目的基因的依据有：_（答出两点即可）。在cDNA的合成过程中，反应体系内加入的物质有_（答出三点即可）。（2）可将ALMT基因插入农杆菌Ti质粒的_片段中，以便目的基因进入植物细胞。利用该方法导入的目的基因的遗传一般遵循孟德尔遗传定律，原因是_。（3）启动子是_特异性识别并结合的位点，能调控目的基因的表达。ALMT基因的启动子有两种类型，其中启动子能使ALMT基因在酸性土壤的诱导下表达，启动子能使ALMT基因高效表达而无需酸性诱导。则在获得转ALMT基因耐铝植物时应使用_启动子，不使用另外一种启动子的原因是_，导致正常土壤酸化，并影响植物自身的生长。【答案】（1）基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、以及基因的表达产物蛋白质等的特性 模板mRNA、四种脱氧核苷酸、逆转录酶和DNA聚合酶等 （2）T-DNA T-DNA可携带目的基因，整合并转移到宿主细胞染色体的DNA上 （3）RNA聚合酶 启动子可使植物根细胞持续转运有机酸 【解析】（1）从基因文库中获取目的基因是根据目的基因的有关信息，例如根据基因的核苷酸序列、基因功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的表达产物蛋白质的特性来获取目的基因。cDNA是用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，因此在cDNA的合成过程中，反应体系内加入的物质有模板mRNA、四种脱氧核苷酸、逆转录酶和DNA聚合酶等。（2）在农杆菌Ti质粒上有一段T-DNA，是一段可转移的DNA，可将ALMT基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA上，以便目的基因进入植物细胞。而T-DNA携带的目的基因，可整合并转移到宿主细胞细胞核的染色体的DNA上，因此用此方法导入的目的基因的遗传一般遵循孟德尔遗传定律。（3）启动子是RNA聚合酶特异性识别并结合的位点，在基因表达的过程中，RNA聚合酶与启动子结合然后进行转录。因为铝在土壤中常以铝酸盐的形式存在，可造成土壤酸化而影响植物生长，根据题干信息给出的两种启动子的作用，则在获得转ALMT基因耐铝植物时应使用启动子，不使用启动子，因为启动子可使植物根细胞持续转运有机酸，导致正常土壤酸化，并影响植物自身的生长。10黑麦草具有抗除草剂草甘膦的能力，是因为黑麦草具有抗草甘膦基因。科学家利用该基因通过转基因技术获得了抗除草剂草甘膦的玉米新品种，回答下列问题:（1）科研人员选择能够茁壮生长在喷洒过草甘膦溶液环境中的黑麦草，从黑麦草细胞中提取_，通过反转录法构建_文库，再从中选取抗草甘膦基因。该方法获得的目的基因直接导入玉米细胞中不能正常表达，其原因是_。（2）将目的基因导入植物细胞有多种方法，最常用的是_。（3）经研究发现该种玉米新品种抗草甘膦的能力较低，可通过_工程修饰或合成编码抗草甘膦的基因。（4）种植该转基因玉米作为食物会引发公众在食物安全方面的担忧，主要是担心转基因生物会产生出_。（5）与传统的焚烧玉米秸秆相比，将玉米秸秆用来生产食用菌和饲料，饲料喂养牲畜，人、畜粪尿作为原料生产沼气，发展以沼气工程为核心的农村生态工程建设主要遵循的生态工程的基本原理是_。【答案】（1）mRNA cDNA 缺少基因表达所需要的启动子 （2）农杆菌转化法 （3）蛋白质 （4）毒性蛋白或过敏蛋白 （5）物质循环再生原理 【解析】（1）从黑麦草细胞中提取mRNA，再反转录构建cDNA文库，再从中选取抗草甘膦基因。采用反转录的方法得到的目的基因没有启动子、终止子，故该方法获得的目的基因直接导入玉米细胞中不能正常表达。（2）将目的基因导入植物细胞有多种方法，最常用的是农杆菌转化法。（3）若实验结果不理想，为了提高抗草甘麟酶活性，可以通过蛋白质工程设计和改造编码抗草甘麟酶的基因。（4）转基因生物可能会产生出毒性蛋白或过敏蛋白。（5）发展以沼气工程为核心的农村生态工程建设主要遵循的生态工程的基本原理是物质循环再生原理。11据英国路透社1月22日报道，英国科学家正在积极探索通过转基因技术培育出抗H5N1型禽流感病毒的转基因鸡。科学家们希望这项研究成果阻止人类致命性流感疫情的暴发。回答下列问题：（1）要获得转基因鸡，首先要利用_酶获取目的基因，实验室中要先对该基因利用_技术进行扩增。将该基因导人鸡细胞所用的方法是_。（2）获得转基因鸡的基因工程步骤中的核心步骤是_，通常采用_技术检测外源基因是否插入到鸡的基因组。（3）若获得的转基因鸡抗H5N1型禽流感病毒的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是_。（4）由于转基因鸡从孵化到长成的时间比转基因奶羊和奶牛都短得多，从孵化成鸡到能下蛋只需7个半月，因此有可能成为一种更快速和更丰富的生物制药来源，检测鸡体内是否出现药用蛋白，在分子水平上的检测方法及结果是什么?_【答案】（1）限制性核酸内切（或限制） PCR 显微注射法 （2）基因表达载体的构建（或目的基因与运载体结合） DNA分子杂交 （3）目的的基因的复制、转录或翻译异常 （4）从转基因鸡体内提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原抗体杂交，若出现杂交带，表明鸡体内出现了相应蛋白，实验成功；若没有出现杂交带，表明鸡体内没有出现相应蛋白，实验失败 【解析】（1）获取目的基因一般要用限制酶进行切割，再利用PCR技术扩增目的基因；将目的基因导入鸡（动物）细胞常用显微注射法。（2）基因工程的核心步骤是构建基因表达载体；检测外源基因是否插入到鸡的基因组一般采用DNA分子杂交技术。（3）根据题意分析，已知获得的转基因鸡抗H5N1型禽流感病毒的能力没有提高，说明目的基因已经导入了鸡细胞，但是鸡没有得到相应的能力，可能是目的基因的复制、转录或翻译异常导致的。（4）检测目的基因产生的蛋白质一般采用抗原抗体杂交法，若出现杂交带，表明鸡体内出现了相应蛋白，实验成功；若没有出现杂交带，表明鸡体内没有出现相应蛋白，实验失败。12北方寒冷地区为了延长大豆的生长时间来提高产量，科学家采用农杆菌转化法将一种抗冻蛋白基因成功导入大豆细胞，得到了转基因植株。回答下列问题： （1）用农杆菌感染时，应优先选用大豆_（填“受伤的”或“完好的”）叶片与含重组质粒的农杆菌共培养，选用这种叶片的理由是_ 。 （2）植物基因工程常采用农杆菌转化法是因为农杆菌细胞中的Ti质粒上有一段特殊序列称为_，其特点是_。（3）若要检测转基因大豆中是否产生这种抗冻蛋白，采用的方法是_。若有_，表明目的基因已形成蛋白质产品。即使检测出抗冻蛋白也还需进行个体水平鉴定，可以采用的方法为_。（4）通常基因工程操作主要有4个步骤，核心步骤是_。【答案】（1）受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞 （2）T-DNA 可以整合到宿主细胞的染色体DNA上 （3）抗原抗体杂交 杂交带出现 将大豆在低温环境中种植，观察生长情况 （4）基因表达载体的构建 【解析】（1）由于受伤叶片的伤口处的细胞释放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体上，根据这一特点，故用农杆菌感染时，应优先选用大豆受伤的叶片与含重组质粒的农杆菌共同培养。（2）农杆菌细胞中的Ti质粒上有一段特殊序列称为T-DNA，T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞的染色体上，使目的基因能够在受体细胞中稳定存在。（3）若要检测转基因大豆中是否产生这种抗冻蛋白，在分子水平检测通常采用抗原抗体杂交技术，若有杂交带出现，表明目的基因已形成蛋白质产品；个体水平鉴定可以采用的方法为：将大豆在低温环境中种植，观察生长情况，若生长良好，说明转基因成功。（4）基因工程的核心步骤为基因表达载体的构建。13DNA 免疫是将编码特异性抗原的重组表达载体转入动物体内，特异性基因序列在动物体内得以表达并诱导其产生特异性抗体的一系列免疫应答过程。 下图中的 SmaI、 EcoRI、 BamHI、 HindIII 都是限制