统考版2024高考生物二轮专题复习整合训练15基因工程和细胞工程

整合训练(十五)基因工程和细胞工程全员必做题1.[2023·湖南衡阳校考三模]转基因抗虫棉的迅速推广普及，有效地控制了棉铃虫的危害。抗虫棉培育过程如下图所示：注：质粒中“Bt”代表“Bt毒蛋白基因”，“Km”代表“卡那霉素抗性基因”(1)基因工程中的转化是指__________________________________________________的过程。种植转基因抗虫棉可以大大减少______________的使用，以减轻环境污染。(2)体外快速扩增目的基因，常采用PCR技术，该技术的原理为________________。(3)卡那霉素抗性基因的作用是____________________________________________。(4)若要检测转基因棉花细胞中Bt毒蛋白基因是否转录出了mRNA，可采用核酸分子杂交技术，用______________________作探针；若要鉴定转基因棉花是否被赋予抗虫特性，需要做________实验。2．[2023·吉林白山统考一模]为探究M基因的功能，科研人员将克隆得到的M基因导入拟南芥植株(自交繁殖)，流程如图所示。回答下列问题：(1)通过过程a、b，依次采用________________________来获得了大量的M基因，过程b中需先加热至90～95℃然后冷却至55～60℃，冷却的目的是__________________。(2)为获得转基因植物，采用____________法侵染拟南芥的花序，基本过程如下。①过程d：将重组质粒导入大肠杆菌，其目的是______________________。②过程e：将重组质粒导入农杆菌，再将含有重组质粒的农杆菌离心、富集，得到含有M基因的农杆菌液。③过程f：在拟南芥植株产生大量花序时，将其花表面部分在农杆菌悬浮液中浸泡20～30s，3～4周后收获转化拟南芥植株的种子(T0)。浸泡之前，需先剪去已经长成的角果(这些角果将来可发育成种子)，原因是____________________________。④将收获的拟南芥T0种子，播种在含有________的培养基上，能健康生长的幼苗含有________。3．[2023·陕西渭南统考模拟]下图1为生产转基因抗虫棉时使用的质粒，图2为生产转基因抗虫棉时所用目的基因侧翼涉及的限制酶的酶切位点。请回答下列问题：(1)为了高效地构建基因表达载体，最好选用________________(填限制酶名称)同时切割质粒和目的基因。(2)为了筛选出基因表达载体，需要将__________酶处理后的溶液与大肠杆菌混合在一起进行培养。为了促使大肠杆菌吸收外源DNA，需要用________处理大肠杆菌使其处于感受态。随后再将大肠杆菌涂布在含____________的培养基中培养。(3)图示质粒在设计时插入了T­DNA序列，并且将启动子、多克隆位点和终止子序列插入到T­DNA中(注：插入不会破坏T­DNA的作用)，T­DNA的作用是__________________________________，启动子的作用是__________________________________________。(4)将目的基因导入植物细胞中常用________法，若要在个体水平上鉴定目的基因是否在棉花植株体内表达，需要进行的操作是：________________________________________________________________。4．[2023·青海海东市模拟预测]研究发现，新冠病毒外壳中的S蛋白是关键抗原，可利用其制备单克隆抗体，制备流程如下图。请回答有关问题：(1)单克隆抗体技术是建立在________技术和________技术的基础之上的。(2)③和⑤过程，需要用到的工具酶是______________________。(3)体外培养细胞Y时，首先应保证其处于________________的环境，其次还要适宜的温度、pH、营养和气体环境，这里的气体环境是指________________________。(4)prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入prG可制备单克隆抗体。受体细胞X是________________________，细胞Y具有______________________________的特点。(5)单克隆抗体可用于诊断人体是否携带新冠病毒，其诊断原理是__________________。重点选做题5.[2023·青海海东统考三模]我国抗虫棉研究居国际领先水平，具体操作是将苏云金杆菌的Bt蛋白基因导入棉花细胞中，可获得抗棉铃虫的转基因棉花，其操作过程如下图所示。回答下列问题：(1)苏云金杆菌的Bt蛋白基因能够导入棉花细胞中并且能够表达，原因是__________________________________________。(2)过程②的操作方法是__________，该方法利用了T­DNA__________________________________________________的特点。(3)为了使目的基因的DNA片段更方便与Ti质粒连接，通常需要利用两种限制酶切割Bt蛋白基因和Ti质粒，主要目的是____________________________________。(4)过程②中，应优先选用棉花受伤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______________________________________________________。(5)导入了含重组Ti质粒的农杆菌的棉花细胞经过程③________形成愈伤组织，该过程需要添加的植物激素是____________________，③～⑤过程需要适当提供光照的是________。6．[2023·河南校联考模拟]细胞中NF­kB蛋白的活性水平与肿瘤的发生发展密切相关。为了高效地筛选出以NF­kB为靶点的抗肿瘤药物，利用基因工程构建NF­kB的报告基因载体。具体原理为把已确定的NF­kB基因的调控序列(响应元件)正确地剪切到报告基因GFP(其表达产物荧光蛋白可被实时检测)上，使报告基因能与NF­kB基因同步表达，其工作模式见下图。回答下列问题：(1)构建pGL6­NF­kB­GFP报告基因质粒时，首先以pcDNA3.1­Flag­GFP质粒为模板，利用PCR技术扩增GFP基因，能否准确扩增出GFP基因的关键是______________；升温至72℃时PCR反应体系中完成的变化主要是________________________。(2)用BamHⅠ和HindⅢ限制性核酸内切酶(二者切割后的黏性末端不同)对上述PCR产物及pGL6－NF－kB－Luc质粒进行双酶切，该方法的优点是________________________________________。然后还需要使用______________，才能得到pGL6­NF­kB­GFP报告基因质粒。(3)将pGL6­NF­kB­GFP报告基因质粒导入肿瘤细胞常用的方法是____________；体外培养肿瘤细胞的培养基除细胞所需的营养物质外，还需加入________；再放入气体具体组成成分为______________的培养箱中进行培养。(4)将转染成功的肿瘤细胞置于含待检测抗肿瘤药物的培养基中培养一段时间，并通过特定方法检测细胞中GFP蛋白表达量的变化，以显示NF­kB的活性水平。若药物抗肿瘤效果显著，可观测到的现象为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。7．[2023·四川遂宁统考模拟预测]腺病毒载体因其转导效率高、宿主细胞范围广以及可以感染不同时期的细胞等优点成为应用最广泛的活病毒载体之一，腺病毒是双链DNA病毒，其基因组中的E1区含有腺病毒复制的必需基因。回答下列问题：(1)利用腺病毒为载体生产疫苗时，一般将完整的抗原基因插入到缺失E1区的腺病毒中，该过程中用到的工具酶有____________________；抗原基因表达时启动子的功能是______________________________________________________；该种载体的优点是______________________________。(2)培养腺病毒需要以人胚胎肾细胞293(HEK293细胞)为宿主细胞，该细胞具有转染效率高，易于培养等特点。培养HEK293细胞的培养基中除营养物质外还需要加入________等天然成分，且气体环境应设置为____________。(3)我国研发的重组新冠病毒疫苗以改造后的人5型腺病毒为载体，构建携带抗原基因—S蛋白基因的重组病毒，重组病毒转染改造后的HEK293细胞，扩大培养宿主细胞后经纯化可获得悬浮液，再与辅料配制成肌肉注射剂，注射后可使接种者获得对新冠病毒的免疫能力，上述流程中扩大培养宿主细胞的目的是____________________________________；接种者可获得对新冠病毒的免疫能力的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。8．[2023·河北九师联盟一模]受到放射性污染的核废水一旦排放入海，将对全球生态环境造成重大影响。某小组从耐辐射奇球菌中克隆出抗胁迫调节基因(pprⅠ基因)，研究转pprⅠ基因油菜对放射性污染物133Cs(铯)的吸收能力，结果如下表。回答下列各题：133Cs浓度(mmoL·kg－1)非转基因转基因地上部分含量(mg·g－1)根系含量(mg·g－1)地上部分含量(mg·g－1)根系含量(mg·g－1)0．51.391.731.242.111．02.794.422.374.595．06.306.374.589.69108.7710.027.5512.54(1)与细胞中DNA复制不同的是，利用PCR技术扩增pprⅠ基因时无需添加解旋酶，而是通过__________________的方式使模板DNA解旋为单链。(2)通常采用__________________(酶)将pprⅠ基因与Ti质粒构建成基因表达载体。为检测目的基因是否插入受体细胞的染色体DNA上，可采用________技术，以__________________为探针进行杂交。利用分子杂交技术检测发现，某些受体植物细胞中的pprⅠ基因无法转录，其原因最可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)由表可知，对133Cs污染的土壤进行生物修复时，应优先选择转pprⅠ基因油菜，其原因在于________________________________________________________________。在后续处理中，应加强对转基因油菜________(填“地上部分”或“根系”)的处理，这是因为________________________________________________________________________。9．[2023·福建省泉州市一模]糖类抗原19­9(CA19­9)是一种糖蛋白，可作为肿瘤标志物。CA19­9在正常人血清中含量较低，而在胰腺癌患者血清中含量较高。制备出抗CA19­9单克隆抗体，可用于定量检测该抗原含量。(1)科研人员以CA19­9作为抗原获得免疫小鼠，取小鼠的脾脏细胞与________细胞经灭活的仙台病毒诱导融合。该过程的原理是仙台病毒表面的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，细胞膜上的________分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。(2)用特定的选择培养基筛选融合细胞，得到杂交瘤细胞。将得到的细胞接种到多孔培养板上，进行________________检测，经多次筛选获得足够数量的能分泌________________的杂交瘤细胞。(3)医学上常用双抗体夹心法定量检测CA19­9抗原，该检测方法的基本原理如图：①为实现定量检测的目的，固相抗体和CA19­9抗原的结合部位应与酶标抗体和CA19­9抗原的结合部位________(填“相同”或“不同”)。②该检测方法中，酶标抗体的作用是______________________________________________________(写出2点即可)。10．[2023·吉林长春三模]单纯疱疹病毒Ⅰ型(HSV­1)可引起口唇炎。利用现代生物技术制备出抗HSV­1的单克隆抗体可快速检测HSV­1。请回答下列问题：(1)在制备抗HSV­1的单克隆抗体的过程中要用到________________技术和动物细胞融合技术。(2)制备此单克隆抗体过程中，给小鼠注射一种纯化的HSV­1蛋白相当于________，使小鼠体内发生体液免疫，产生分泌相应抗体的B淋巴细胞。将该B淋巴细胞与小鼠的骨髓瘤细胞融合，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有B淋巴细胞相互融合形成的细胞、骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞，体系中出现多种类型细胞的原因是____________________________。融合后的细胞再用特定选择培养基进行培养，最终可获得__________________________的杂交瘤细胞。(3)若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体，还需对选择性培养后的杂交瘤细胞进行________培养和抗体检测，最后将该杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养或注射到小鼠的腹腔内使其增殖，从培养液或小鼠________中提取大量的单克隆抗体。(4)通过上述方法得到的单克隆抗体可准确地识别HSV­1蛋白，其原因是该抗体具有________________________等特性。整合训练(十五)1．解析：(1)基因工程的转化是指将目的基因导入到受体细胞，并在受体细胞中维持稳定和表达的过程；种植转基因抗虫棉，棉花具有抗虫的特性，能减少农药的使用，以减轻环境污染。(2)体外快速扩增目的基因，常采用PCR技术，该技术的原理为DNA的半保留复制。(3)卡那霉素抗性基因的作用是作为标记基因，以便检测目的基因是否导入受体细胞。(4)若要检测转基因棉花细胞中Bt毒蛋白基因是否转录出了mRNA，可采用核酸分子杂交技术，用标记的Bt毒蛋白(目的)基因作探针(单链)；若要鉴定转基因棉花是否被赋予抗虫特性，需要做抗虫接种实验，若棉铃虫大量死亡，说明转基因成功。答案：(1)将目的基因导入到受体细胞，并在受体细胞中维持稳定和表达农药(杀虫剂)(2)DNA的半保留复制(3)作为标记基因，检测目的基因是否导入受体细胞(供重组DNA的鉴定和选择)(4)标记的Bt毒蛋白(目的)基因抗虫接种2．解析：(1)在逆转录酶的作用下，通过过程a，采用逆转录法获得M基因；通过过程b，采用PCR法来获得大量的M基因。过程b中需先加热至90～95℃然后冷却至55～60℃，冷却的目的是使引物结合到互补DNA链上。(2)由图可知，为获得转基因植物，采用农杆菌转化法侵染拟南芥的花序。①过程d：为了让目的基因在大肠杆菌里扩增，获取大量重组质粒，需要将重组质粒导入大肠杆菌；③过程f：由于已受精的角果将来结的种子是非转基因的，所以在浸泡之前，需先剪去已经长成的角果。④由于重组质粒中有卡那霉素抗性基因，所以将收获的拟南芥T0种子，播种在含有卡那霉素的培养基上，能筛选出是否成功导入目的基因，能健康生长的幼苗含有M基因。答案：(1)反转录法(逆转录法)和PCR技术使引物结合到互补DNA链上(2)农杆菌转化①获取大量重组质粒(让目的基因扩增)③这些已受精的角果将来结的种子是非转基因的④卡那霉素M(目的)基因3．解析：(1)目的基因需要插入启动子和终止子之间，为了防止目的基因的自连，常用双酶切的方法切割DNA以获取目的基因，根据目的基因两端限制酶的酶切序列可知，最好选用HindⅢ和BamHⅠ同时酶切质粒和目的基因，这样可以实现目的基因和质粒的定向连接。(2)为了筛选出基因表达载体，需要将DNA连接酶处理后的溶液与大肠杆菌混合在一起进行培养。同时为了促使大肠杆菌吸收外源DNA，需用CaCl2处理大肠杆菌使其处于感受态，即使其处于易于吸收周围DNA分子的状态。由于质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，导入质粒的大肠杆菌具有氨苄青霉素抗性，故随后再将大肠杆菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基中培养，从而将带有目的基因的大肠杆菌筛选出来。(3)质粒中的T-DNA可将T-DNA之间的DNA序列转移并整合至受体细胞的染色体DNA上，使目的基因能够稳定遗传。启动子是位于基因首端的特殊的碱基序列，是RNA聚合酶的结合位点，其作用是驱动基因的转录过程。(4)将目的基因导入植物细胞中常用农杆菌转化法，若要在个体水平上鉴定目的基因是否在棉花植株体内表达，并表现出抗虫性状，则在个体水平上需要进行的操作是让种类、数量、生理状态都相同的害虫分别啃食普通植株和“抗虫植株”，然后观察和记录害虫的存活情况。答案：(1)HindⅢ和BamHⅠ(2)DNA连接CaCl2氨苄青霉素(3)将T-DNA之间的DNA序列转移并整合至受体细胞的染色体DNA上RNA聚合酶的结合位点，驱动基因的转录(4)农杆菌转化让种类、数量、生理状态都相同的害虫分别啃食普通植株和“抗虫植株”，然后观察和记录害虫的存活情况。4．解析：(1)单克隆抗体制备流程：先给小鼠注射特定抗原使之发生免疫反应，之后从小鼠脾脏中获取已经免疫的B淋巴细胞；诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞；进行抗体检测，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞；进行克隆化培养，即用培养基培养和注入小鼠腹腔中培养。用到了(动物)细胞培养和(动物)细胞融合技术。(2)由题图分析可知，③过程为用大肠杆菌构建新冠病毒的基因组文库，⑤过程表示获取无限增殖的调控基因的基因表达载体，在这两个过程中均需用到基因工程中的工具酶—限制酶和DNA连接酶。(3)由动物细胞培养的条件可知，体外培养动物细胞Y时，首先应保证其处于无菌无毒的环境；其次还要适宜的温度、pH、营养和气体环境，这里的气体环境指95%的空气加5%二氧化碳的混合气体。(4)prG为无限增殖调控基因，将其导入受体细胞X使得细胞Y具有无限增殖的能力，因此可知受体细胞X为能产生特定抗体的浆细胞；根据单克隆抗体制备的过程及对题图的分析可知，细胞Y应为类似于杂交瘤细胞，即细胞Y应具有既能无限增殖又能产生专一的抗体的特点。(5)根据单克隆抗体的特异性，将其用于诊断人体是否携带新冠病毒时，依据抗原—抗体杂交原理即可进行检测。若携带新冠病毒，则抗原—抗体杂交呈阳性。答案：(1)(动物)细胞培养(动物)细胞融合(2)限制酶和DNA连接酶(3)无菌、无毒95%空气加5%二氧化碳的混合气体(4)能产生特定抗体的浆细胞既能无限增殖又能产生专一性抗体(5)抗原—抗体杂交5．解析：(1)基因工程导入的基因能够在受体细胞中表达的原因是，基因是控制生物性状的基本单位，生物界共用一套遗传密码。(2)过程②是将目的基因导入受体细胞，图中所示的操作方法是农杆菌转化法，该方法利用了T-DNA可转移至受体细胞中，并且可整合到受体细胞染色体DNA上的特点。(3)如果只用一种限制酶切割目的基因和载体质粒，则会出现两者自身连接或同类连接的情况，利用两种限制酶切割Bt蛋白基因和Ti质粒，使Bt蛋白基因和Ti质粒能定向连接，减少自身连接和环化。(4)受伤叶片伤口处的细胞释放出的大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞，因此进行农杆菌转化时选用棉花受伤的叶片与含重组质粒的农杆菌共培养。(5)图中过程③由组织细胞诱导出愈伤组织，为脱分化，该过程需要添加的植物激素是生长素和细胞分裂素。诱导愈伤组织期间不需要光，后续培养过程中，为了诱导叶绿素的形成，每日需要给予适当时间和适当强度的光照，因此③～⑤过程需要适当提供光照的是④⑤。答案：(1)基因是控制生物性状的基本单位，生物界共用一套遗传密码(2)农杆菌转化法可转移至受体细胞中，并且可整合到受体细胞染色体DNA上(3)使Bt蛋白基因和Ti质粒能定向连接，减少自身连接和环化(4)受伤叶片伤口处的细胞释放出的大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞(5)脱分化生长素和细胞分裂素④⑤6．解析：(1)利用PCR技术能准确扩增出基因的关键是引物的正确设计；升温至72℃时反应体系中完成的变化主要是子链的延伸，即合成GFP基因的子链。(2)用两种切割后形成不同黏性末端的限制酶切割质粒和GFP基因，可以避免质粒和GFP基因自身环化，也可以避免GFP基因反向连接；该反应体系中还需要加入DNA连接酶才能将切割完的pGL6-NF-kB-Luc质粒(去除了Luc)，与GFP基因连接成pGL6-NF-kB-GFP报告基因质粒。(3)将外源基因导入动物细胞常用显微注射法；体外培养肿瘤细胞的培养基除细胞所需的营养物质外，还需加入血清等天然成分；将含肿瘤细胞的培养基置于37℃恒温培养箱中培养，培养箱中的气体具体组成成分为95%空气＋5%CO2，其中O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(4)本研究的目的是高效地筛选出以NF-kB为靶点的抗肿瘤药物，由于GFP基因是NF-kB基因的报告基因，因此抗肿瘤效果显著的药物使用后会使NF-kB表达量显著下降，与NF-kB基因具有相同响应元件的GFP基因表达量也显著下降，因此会观测到肿瘤细胞GFP蛋白表达量显著下降的现象。答案：(1)引物的正确设计合成GFP基因的子链(合成DNA子链)(2)避免质粒和GFP基因自身环化，避免GFP基因反向连接DNA连接酶(3)显微注射法血清95%空气＋5%CO2(4)添加该药物的培养基中，肿瘤细胞GFP蛋白表达量显著下降7．解析：(1)将外源抗原基因插入到缺失E1区的腺病毒中，需要利用限制酶和DNA连接酶，分别对抗原基因和腺病毒载体进行剪切、拼接；启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA；由于载体是缺失了E1区的腺病毒，因此能避免腺病毒(DNA)的自我复制，安全性高。(2)人胚胎肾细胞293(HEK293细胞)是动物细胞，培养时除营养物质外还需要加入血清或血浆等天然成分，气体环境应设置为95%空气加5%CO2。(3)由于病毒必须在宿主细胞内才能增殖，因此扩大培养宿主细胞的目的是使重组腺病毒借助宿主细胞大量增殖以提高重组病毒的浓度；重组腺病毒感染人体细胞后，表达出的S蛋白作为抗原刺激人体免疫系统产生特异性抗体和记忆细胞，因此接种者可获得对新冠病毒的免疫能力。答案：(1)限制酶和DNA连接酶RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA能避免病毒(DNA的)复制，安全性高(2)血清(血浆)95%空气加5%CO2(3)重组腺病毒可借助宿主细胞大量增殖以提高重组病毒的浓度重组腺病毒感染人体细胞后，表达出的S蛋白作为抗原刺激人体免疫系统产生特异性抗体和记忆细胞8．解析：(1)在体外利用PCR技术扩增目的基因时，利用DNA的高温变性加热至90～95℃，破坏双链之间的氢键，使DNA解链为单链。(2)基因工程在构建基因表达载体时，通常用限制酶和DNA连接酶将pprⅠ基因与Ti质粒连接成重组质粒；DNA分子杂交是指以放射性同位素标记的目的基因为探针，进行杂交，若出现杂交带则说明含有目的基因，若没有出现则说明目的基因未转入；启动子和终止子分别控制转录的起始和终止，某些受体植物细胞中的pprⅠ基因无法转录，其原因可能是pprⅠ基因在Ti质粒上的插入位点不在启动子和终止子之间，无法启动正常的转录过程。(3)由表可知，转基因油菜整株植物(地上部分和根系)中的133Cs吸收量大于非转基因油菜，有利于对133Cs污染的土壤进行生物修复；由于转基因油菜根系对133Cs的吸收量大于地上部分，