高考生物一轮复习课时分层集训38基因工程

课时分层集训训(三十八)(建议用时：45分钟)(对应学生用书第337页)A组基础达标1．图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题。图1图2(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由________________连接。(2)若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是________末端，其产物长度为_______________________________________________________________________________________________________________(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有________种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是________。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加________的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)题干中强调“一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基”，可通过画出DNA结构示意图解决。(2)SmaⅠ识别并切割的序列为CCC↓GGG，所以产生的末端为平末端，经SmaⅠ切割后，DNA片段会形成三个小的DNA片段，按切割位点算分别是：534＋3＝537(bp)；796－3－3＝790(bp)；658＋3＝661(bp)。(3)用SmaⅠ切割基因D，会形成537bp、790bp、661bp三种类型。题图1中虚线方框内C­G被T­A替换，失去了一个酶切位点，则会被切割成534＋796－3＝1327(bp)和658＋3＝661(bp)两种类型。所以一共会得到537bp、790bp、1327bp、661bp4种类型的片段。(4)根据基因D和质粒的核苷酸序列可知，可选用BamHⅠ和MboⅠ进行切割，但MboⅠ会破坏掉两种抗生素抗性基因，因此只能用BamHⅠ进行切割。[答案](1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平537bp、790bp、661bp(3)4(4)BamHⅠ抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向连接2．(2017·江苏高考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下，请回答下列问题：【导学号：41780170】(1)从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，通过________获得________用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)，为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的________位点。设计引物时需要避免引物之间形成________，而造成引物自连。(3)图中步骤1代表________，步骤2代表退火，步骤3代表延伸，这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏________的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但________的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有________(填序号：①升高退火温度②降低退火温度③重新设计引物)。[解析]本题主要考查目的基因的获取及PCR技术的有关知识。(1)依据题中表述现象分析，mRNA合成目的基因的过程应为逆转录过程，由mRNA直接逆转录形成的DNA为cDNA。(2)构建重组质粒时需要限制酶和DNA连接酶，因此推测在引物中需要增加适当的限制酶识别的位点。设计引物时需要注意避免引物1和引物2之间形成碱基互补配对。(3)图中步骤1代表变性。(4)退火温度过高会破坏引物与模板链之间的碱基互补配对。由于含G/C碱基对多的DNA稳定性强，因此在PCR过程中设置的温度应视G/C的含量而定。(5)温度过高不利于引物与模板结合；引物设计不合理也会影响PCR扩增反应。[答案](1)逆转录cDNA(2)限制性核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板GC含量高(5)②③3．(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值，只能从人血浆中制备。下图是以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。(1)为获取HSA基因，首先需采集人的血液，提取________合成总cDNA，然后以cDNA为模板，使用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向，请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。(2)启动子通常具有物种及组织特异性，构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体，需要选择的启动子是________(填写字母，单选)。A．人血细胞启动子B．水稻胚乳细胞启动子C．大肠杆菌启动子D．农杆菌启动子(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，其目的是____________________________________________________________________________________________________________________________。(4)人体合成的初始HSA多肽，需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途径Ⅱ相比，选择途径Ⅰ获取rHSA的优势是_____________________。(5)为证明rHSA具有医用价值，须确认rHSA与________的生物学功能一致。[解析](1)要想合成总cDNA，需要采集人的血液获得总RNA。由于DNA的复制只能从脱氧核苷酸单链的5′端向3′端延伸，因而引物均应结合在DNA单链的3′端，而DNA的两条链反向平行，由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸单链的位置和方向。(2)若要从水稻胚乳细胞内获得目的产物，需要控制该目的基因只在水稻胚乳细胞内表达。由题干中的信息“启动子通常具有物种及组织特异性”可知，此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)酚类物质能吸引农杆菌，因此在水稻受体细胞中添加该类物质，能吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因的成功转化。(4)途径Ⅰ和Ⅱ的主要区别是途径Ⅰ的受体细胞是真核细胞，途径Ⅱ的受体细胞是原核细胞。由于人体合成的初始HSA多肽需要经膜系统加工形成正确的空间结构才有生物活性，所以选择途径Ⅰ获取rHSA更具有优势。(5)rHSA是基因工程的产物，其是否具有医用价值，还需要在个体水平上进一步确认其与HAS的生物学功能是否一致。[答案](1)总RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞，有利于目的基因成功转化(4)水稻是真核生物，具有膜系统，能对初始rHSA多肽进行高效加工(5)HSA4．(2018·山东文登三模)在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kan)常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。请据图回答：(1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、__________________、将目的基因导入受体细胞、____________________。(2)A过程需要的酶有________和________。(3)要把重组质粒导入土壤农杆菌，首先必须用________处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为________态；然后将____________________在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)含有重组质粒的土壤农杆菌侵染离体棉花叶片组织后，将离体棉花叶片组织培养成再生植株要经过[C]________和[E]________。如要确保再生植株中含有抗虫基因，可在C过程的培养基中加入________。(5)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是________________________________________________。这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是______________。[解析](1)基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。(2)基因表达载体构建过程中，需要用同种限制酶切割目的基因和载体，使它们产生相同的黏性末端，再用DNA连接酶把这两个DNA片段连接起来。(3)农杆菌转化法导入目的基因时，首先必须用Ca2＋处理土壤农杆菌，使土壤农杆菌转变为感受态；然后将重组质粒和感受态细胞在缓冲液中混合培养完成转化过程。(4)植物组织培养过程的关键步骤是脱分化和再分化。因为只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长，故若要确保再生植株中含有抗虫基因，可在C过程的培养基中加入卡那霉素。(5)目的基因能否在棉花植株体内维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入受体细胞的DNA分子上，检测采用的方法是DNA分子杂交技术。[答案](1)基因表达载体的构建目的基因的检测与鉴定(2)限制酶DNA连接酶(3)Ca2＋感受重组质粒和感受态细胞(4)脱分化再分化卡那霉素(5)目的基因是否插入受体细胞的DNA分子上DNA分子杂交技术5．(2018·豫南九校联盟模拟)2014年，上映了《超凡蜘蛛侠2》。电影中，“蜘蛛侠”能产生高强度的蜘蛛丝，现实中的基因工程也创造出了“蜘蛛羊”，该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白，高强度的蛛丝蛋白可用于许多重要的特种工业领域。请回答：(1)基因工程操作的关键步骤是__________________；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________和花粉管通道法等。(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)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________。(4)科学家为保证乳汁中有蛛丝蛋白，应该先用________技术，检测蛛丝蛋白基因是否整合到了染色体上。[解析](1)基因工程操作的关键步骤是基因表达载体的构建。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，其次，还有基因枪法和花粉管通道法等。(2)将目的基因导入动物细胞最常用的方法是显微注射法，此方法的受体细胞多是受精卵。(3)重组细胞导入受体细胞后，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。(4)科学家为保证乳汁中有蛛丝蛋白，应该先用DNA分子杂交技术，检测蛛丝蛋白基因是否整合到了染色体上。[答案](1)基因表达载体的构建农杆菌转化法基因枪法(2)显微注射法受精卵(3)标记基因是否表达(4)DNA分子杂交B组能力提升6．(2018·河北唐山期末)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________________。PCR定点突变技术属于________的范畴。(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，在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)酶。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA；因生物界共用一套遗传密码，所以目的基因可以在不同细胞内表达合成相同蛋白质。(3)常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。[答案](1)DNA双链复制引物耐高温的DNA聚合(或TaqDNA聚合)(2)RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA共用一套密码子蛋白质工程(3)农杆菌转化法植物组织培养7．人类的遗传性疾病是很难用一般药物进行治疗的，基因工程的兴起迎来了基因治疗的曙光，SCID是一种重症联合免疫缺陷病，SCID患者细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶(简称ADA)的基因(ada)发生了突变或缺失。下图为对SCID患者进行基因治疗的步骤，据图分析回答下列问题：SCID患者基因治疗的基本步骤(1)若图中细菌为人类基因文库的受体菌，则从该基因文库中获取ada基因时，一般要根据ada基因的有关信息，如基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在________上的位置、以及基因的转录或翻译产物等特性。(2)逆转录病毒在基因治疗中充当________(工具)，过程Ⅰ用到的工具酶为______________________________________________________________。(3)基因工程的核心是过程________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”或“Ⅳ”)；过程Ⅱ为基因工程的第________步；过程Ⅲ为________。(4)基因治疗方法分为体外基因治疗和体内基因治疗两种，图示采用的是两种方法中的____________；两种方法中，操作复杂，但效果较为可靠的是____________。[解析](1)根据教材知识可知，根据目的基因的有关信息，如：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特性来获取目的基因。(2)由图可知，逆转录病毒相当于基因工程中的工具——运载体。过程Ⅰ为基因表达载体的构建，用到的工具酶为限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶。(3)过程Ⅰ为基因表达载体的构建，是基因工程的核心；图中过程Ⅱ为将目的基因导入受体细胞，是基因工程的第三步；过程Ⅲ代表2个细胞生成4个细胞的过程，即细胞增殖的过程。(4)基因治疗的方法包括：体外基因治疗和体内基因治疗，题图所示的是体外基因治疗；两种方法相比，体外基因治疗虽然操作复杂，但效果较为可靠。[答案](1)染色体(2)运载体限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶(3)Ⅰ三细胞增殖(或有丝分裂)(4)体外基因治疗体外基因治疗8．(2018·云南昆明摸底调研)科学家将拟南芥的抗寒基因(CBFl)，转入香蕉以获得抗寒的香蕉品种。如图是某质粒载体上的SacⅠ、XbaⅠ、EcoRⅠ、Hin