2021生物统考版二轮复习课后限时集训18基因工程和细胞工程含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2021高考生物统考版二轮复习课后限时集训18基因工程和细胞工程含解析课后限时集训（十八）基因工程和细胞工程(建议用时：40分钟)(教师用书独具）非选择题1．(2018·全国卷Ⅰ)回答下列问题：(1)博耶（H。Boyer）和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外，还证明了____________________(答出两点即可).(2)体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的________方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与________组装成完整噬菌体后，才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中，可作为重组噬菌体宿主细胞的是________。(3）真核生物基因(目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时，表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解，在实验中应选用__________________的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加________的抑制剂。[解析](1）两位科学家将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中并进行了表达,因此，该研究可以证明：质粒可以作为载体、真核细胞的基因在原核细胞中也可以表达（不同生物共用一套密码子)、体外重组的质粒可以进入受体细胞等.（2）目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化,将质粒导入大肠杆菌时，常用的转化方法是用Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其处于感受态。噬菌体DNA没有侵染能力，体外重组的噬菌体DNA通常需与外壳蛋白组装成完整噬菌体后才能完成侵染过程。噬菌体多寄生在细菌中，但不能寄生在心肌细胞和叶肉细胞中.（3）若要使蛋白质不被降解，则大肠杆菌体内不能存在蛋白酶，因此，实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞。同理，在蛋白质纯化过程中，也不能使蛋白质降解,因此，应添加蛋白酶抑制剂.[答案］(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达(2）转化外壳蛋白（或噬菌体蛋白）细菌（3)蛋白酶缺陷型蛋白酶2．大肠杆菌β.半乳糖苷酶(Z酶)可催化底物(X­gal）水解产生蓝色物质.在pUC18质粒中，lacZ′编码Z酶氨基端的一个片段(称为α。肽)，该质粒结构及限制酶识别位点如图甲所示。已知α。肽、缺失α。肽的Z酶片段单独存在时均无Z酶活性，共同存在时就会表现出Z酶活性。利用图乙中的DNA片段与pUC18质粒进行基因工程操作.甲乙（1）限制酶能催化双链DNA分子中______________（填化学键名称）的断裂.本实验可使用限制酶______________处理pUC18质粒和图乙中的DNA片段，再通过DNA连接酶连接，获得含目的基因的重组质粒。(2)用重组质粒转化大肠杆菌,然后将大肠杆菌接种到含氨苄青霉素的固体培养基上进行培养，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有________，在该培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于________培养基.(3)当上述培养基中含有X。gal时,生长出的菌落有蓝色和白色两种类型，其中含有重组质粒的大肠杆菌的菌落颜色为_____________，这是因为_________________。为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中Z酶基因应满足的条件是_______________。[解析]（1)限制酶能催化双链DNA分子中磷酸二酯键的断裂，将DNA降解。从图中可知，限制酶HindⅢ可破坏目的基因，而质粒和目的基因两侧都有限制酶SalⅠ识别位点，因此本实验可使用限制酶SalⅠ处理pUC18质粒和图乙中的DNA片段。（2）重组质粒上有氨苄青霉素抗性基因，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有氨苄青霉素抗性，在含氨苄青霉素培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于选择培养基，选择了含重组质粒的大肠杆菌。(3)从图中可知，重组质粒是用酶SalⅠ分别处理过的质粒和目的基因片段形成的，重组质粒的lacZ′基因被破坏，不能合成β.半乳糖苷酶（Z酶），不能催化底物(X。gal）水解产生蓝色物质，故菌落呈白色。已知α。肽、缺失α­肽的Z酶片段单独存在时均无Z酶活性，共同存在时就会表现出Z酶活性，为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中Z酶基因应满足的条件是编码α。肽的DNA序列缺失，其他序列正常。［答案］(1）磷酸二酯键SalⅠ(2）氨苄青霉素抗性选择(3）白色目的基因与质粒连接后使lacZ′被破坏,不能合成α.肽编码α。肽的DNA序列缺失，其他序列正常3．(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示.eq\x(\a\al(切取洁净的，胡萝卜根段））→eq\x（\a\al（对根段进，行消毒））→eq\x（\a\al(切取1cm3左右带有,形成层的组织块）)→①②③eq\x（\a\al（接种组,织块))→eq\x（\a\al（诱导组织块形,成愈伤组织）)→eq\x(\a\al（诱导愈伤组织,形成试管苗）)④⑤⑥回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗.用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有__________________。(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层,原因是__________________。(3）从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的________过程,最终可形成试管苗。（4）步骤⑥要进行照光培养，其作用是___________________。(5）经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的__________，这种繁殖方式属于________繁殖。［解析]（1）分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有全能性。（2)在本实验中，切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分，原因是形成层容易诱导形成愈伤组织。（3）决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，步骤⑤(诱导愈伤组织形成）和步骤⑥（诱导愈伤组织分化形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同，故从步骤⑤到步骤⑥需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗.（4)步骤⑥需要进行光照培养，其作用是诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用.(5)组织培养没有经过两性生殖细胞的结合，因此属于无性繁殖，组织培养得到的植株保持了原品种的遗传特性。[答案］(1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因）（2）形成层容易诱导形成愈伤组织(3）诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或再分化）(4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用（5）遗传特性无性4．下表表示高等动植物亲代个体产生新个体的3种不同途径，请据表分析并回答问题：生物途径主要流程动植物甲亲代个体→受精卵→胚→新个体植物乙亲代个体→体细胞→胚状体→新个体动物丙亲代个体→核移植细胞→早期胚胎→新个体(1)甲、乙、丙途径中属于有性生殖的是________，三种途径中由胚(胚状体或早期胚胎)发育成新个体都需要经过细胞的________________.(2）相比于甲，乙、丙途径在应用上的优点是__________________。乙途径依据的原理是____________________________，动物一般采用丙而不采用乙途径繁殖新个体的原因是________________________________________。(3）丙途径中，从早期胚胎→新个体的流程中还需要进行的生物工程技术是______________________。该途径获得的新个体与供核的亲代个体性状不完全相同的原因是_________________________.（4）若从乙、丙途径获得的新个体中各取一小块组织进行体外培养.下列叙述错误的有________（填字母）。a．前者需先用盐酸解离,后者需先用胰蛋白酶处理b．前者培养基中一般加入蔗糖，后者一般加入葡萄糖c．前者培养过程需要持续光照，后者可在暗处培养d.两者培养过程中均需要保证无菌条件防止杂菌污染［解析]（1)分析题表可知:甲表示动植物正常有性生殖的过程;乙表示植物组织培养产生新个体的过程，为无性繁殖；丙表示通过核移植产生新个体的方式，生殖方式为无性繁殖。三种途径中由胚(胚状体或早期胚胎)发育成新个体都需要经过细胞的分裂、分化才能完成新个体的发育过程。（2)相比于甲，乙、丙途径在应用上的优点是快速繁殖优良品种。乙途径为植物组织培养，该过程的原理是植物体细胞的全能性，由于高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，分化潜能弱，故动物繁殖新个体一般采用丙途径。（3)丙途径中，从早期胚胎→新个体的流程中还需要进行的生物工程技术是胚胎移植。胚胎移植是动物细胞工程产生新个体的最后一步，该途径获得的新个体的遗传物质由供核亲代的核基因和供质亲代的质基因共同组成，进而卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响，故新个体性状与供核亲本不完全相同。(4)植物组织离体后直接进行组织培养操作，不需先用盐酸解离,后者为动物细胞需先用胰蛋白酶处理，分散成单个细胞再进行培养，a错误；前者培养过程为植物组织培养，培养基中一般加入蔗糖,后者为动物细胞培养，培养液中一般加入葡萄糖,b正确；前者为植物组织培养，前期不需要光，后期需要持续光照，后者为动物细胞培养，可在适宜条件下培养，c错误；两者培养过程中均需要保证无菌条件，这是实验成功的关键，d正确。［答案］(1）甲分裂和分化(或分裂、分化、衰老、凋亡等）(2)快速繁殖优良品种植物体细胞的全能性高度分化的动物体细胞的全能性受到限制,分化潜能弱（3)胚胎移植卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响（4)ac5．（2020·山东等级考)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强.科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因（Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。（2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了________________，从而改变了Wx基因的转录水平.与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列________（填“发生”或“不发生”）改变,原因是______________________________________.(3）为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA（WxmRNA）的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经________过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA,原因是____________________________。(4)各品系WxmRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为________，原因是____________________________.［解析]（1)限制性核酸内切酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，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开；DNA连接酶能将DNA片段拼接起来。将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶的参与。转化是指目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。（2）启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA。Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合，从而改变了Wx基因的转录水平，使直链淀粉合成酶基因的表达量改变。根据题干信息可知,基因编辑系统是对启动子序列进行定点编辑，由于编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子，所以与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列没有发生变化。（3）用提取的各品系胚乳中的总RNA合成总cDNA的过程为逆转录，需要逆转录酶的参与。由于引物能与Wx基因的cDNA特异性结合，故通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA。（4)mRNA是蛋白质合成的直接模板，根据题图分析可知，4个品系中品系3的WxmRNA量最低,控制合成的直链淀粉合成酶最