二轮创新思维生物（人教版）练习第一部分专题十六基因工程与细胞工程

1．(2016·广东深圳调研)叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，该技术能有效改良植物的品质。请回答下列问题：(1)转基因技术的核心步骤是________，完成该步骤所需要的酶有________。(2)将植物体细胞处理得到原生质体，再通过________或________法，将目的基因导入原生质体，使原生质体再生细胞壁之后，通过________技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)来自原核生物中有重要价值的外源基因，无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，据此分析，原因是_____________________________________________。(4)对大多数高等植物而言，与传统的细胞核转基因相比，叶绿体转基因更稳定，其遗传方式________(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔分离定律，不会随________(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代，从而保持了________(填“父本”或“母本”)的遗传特性。解析：(1)转基因技术的操作分四步：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、目的基因的检测和鉴定，其中构建基因表达载体是核心步骤，需要用到限制酶和DNA连接酶。(2)将目的基因导入原生质体，可以用农杆菌转化法、基因枪法。原生质体再生细胞壁之后，通过植物组织培养技术培养可得到相应的转基因幼苗。(3)外源基因无需改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，原因是叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似。(4)叶绿体转基因属于细胞质基因，不遵循孟德尔分离定律，受精卵的细胞质几乎全部来自于卵细胞，所以叶绿体转基因不会随花粉传给后代，从而保持了母本的遗传特性。答案：(1)构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶(2)农杆菌转化法基因枪植物组织培养(3)叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似(4)不遵循花粉母本2．(2017·安徽安庆二模)将外源生长激素基因导入绵羊体内，转基因绵羊的生长速度比一般绵羊提高30%，体型增大50%。回答下列问题：(1)外源生长激素基因除可以从基因组文库中获取外，还可通过以下途径合成：利用从供体动物的________细胞中提取的mRNA，在________酶催化下合成；二是通过分析生长激素________的序列推测基因的结构，进而人工合成。这两种途径合成的生长激素基因____(填“是”或“否”)一定相同，原因是_________。(2)外源生长激素基因导入绵羊体内并成功表达，其核心步骤是______________。(3)转基因绵羊胚胎的早期培养时添加血清的原因是__________________。为让移植胚胎容易成活，应对受体绵羊进行________处理。解析：(1)生长激素是垂体合成分泌的，故只有在垂体细胞中才能提取到生长激素基因转录形成的mRNA，再在逆转录酶的催化作用下合成生长激素基因。也可以通过分析生长激素的氨基酸序列，推测出其对应mRNA中的碱基序列，进而推测出生长激素基因中的碱基序列，最后人工化学合成。因为决定氨基酸的密码子具有简并性，因而这两种方法合成的生长激素基因结构不一定相同。(2)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。(3)因为血清中含有细胞分裂、分化所必需的生长因子，早期胚胎进行培养时添加血清或血浆可促进胚胎细胞的分裂和分化。为让供体胚胎容易成活，需用一定的激素对受体进行同期发情处理。答案：(1)垂体逆转录氨基酸否一种氨基酸可能不止由一种密码子决定(密码子的简并性)(答案合理即可)(2)基因表达载体的构建(3)血清中含有细胞分裂、分化所必需的生长因子(答案合理即可)同期发情3．科学家将鱼的抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄的耐寒能力大大提高。回答下列相关问题：(1)在该过程中，研究人员首先获取目的基因，并采用________技术对目的基因进行扩增，该技术需要的条件是：引物、酶、原料和________。(2)为了在番茄中获得抗冻蛋白必须将抗冻蛋白基因连接在质粒中的_____之后。(3)研究人员通常采用________法将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄细胞内，通常采用________技术，在分子水平检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质。(4)抗冻番茄的获得要经过脱分化和再分化过程，通过脱分化过程形成________组织，该组织在再分化过程中细胞分裂的方式是________。解析：(1)在基因工程中，研究人员首先获取目的基因，并采用PCR技术对目的基因进行扩增，该技术需要的条件是：引物、酶、原料和模板。(2)基因工程核心步骤的名称是基因表达载体的构建。为了在番茄中获得抗冻蛋白必须将抗冻蛋白基因连接在质粒中的启动子之后。(3)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，即采用农杆菌转化法将鱼的抗冻蛋白基因导入番茄细胞内；通常采用抗原—抗体杂交技术，在分子水平检测目的基因是否翻译成了相应的蛋白质。(4)抗冻番茄的获得要经过脱分化和再分化过程，通过脱分化过程形成愈伤组织，该组织在再分化过程中细胞分裂的方式是有丝分裂。答案：(1)PCR模板(2)启动子(3)农杆菌转化抗原—抗体杂交(4)愈伤有丝分裂4．为增加油菜种子的含油量，科研人员将酶D基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。(1)研究人员采用PCR技术获取酶D基因和转运肽基因，该技术是利用________的原理，使相应基因呈指数增加。所含三种限制酶(XbaⅠ、ClaⅠ、SacⅠ)的切点如图所示，则用________和________处理两个基因后，可得到酶D基因和转运肽基因的融合基因。(2)将上述融合基因插入上图所示Ti质粒的________中，构建基因表达载体并导入农杆菌中。为了获得含融合基因的单菌落，应进行的操作是______________。随后再利用液体培养基将该单菌落菌株振荡培养，可以得到用于转化的侵染液。(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间的目的是________________，进一步筛选后获得转基因油菜细胞，提取上述转基因油菜的mRNA，在逆转录酶的作用下获得cDNA，再依据________的DNA片段设计引物进行扩增，对扩增结果进行检测，可判断融合基因是否完成________。最后采用抗原—抗体杂交法可检测转基因油菜植株中的融合基因是否成功表达。解析：(1)采用PCR技术扩增目的基因，利用的是DNA双链复制的原理。转运肽基因、酶D基因具有相同的酶切位点ClaⅠ，故用ClaⅠ和DNA连接酶处理两个基因后可得到两基因相连的融合基因。(2)利用农杆菌转化法导入目的基因，需要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的T­DNA中，所以构建基因表达载体需要将上述的融合基因插入Ti质粒的T­DNA中。重组Ti质粒上有四环素抗性基因，所以筛选含有融合基因的单菌落需要将获得的农杆菌接种在含有四环素的固体培养基上培养，再利用液体培养基将筛选得到的单菌落菌株振荡培养，可以得到用于转化的侵染液。(3)受体细胞是植物细胞时通常采用农杆菌转化法，故需剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞。若融合基因完成转录，则提取转基因油菜的mRNA，再逆转录获得cDNA，cDNA可以在融合基因的引物作用下进行扩增，故可通过检测扩增结果判断融合基因是否完成转录。答案：(1)DNA双链复制ClaⅠDNA连接酶(2)T­DNA将获得的农杆菌接种在含四环素的固体培养基上培养(3)利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞融合基因转录5．如图是植物细胞杂交过程示意图，请据图回答：(1)植物体细胞杂交的第①步是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。目前此步骤最常用的方法是酶解法，也就是在温和的条件下用________等分解植物的细胞壁。(2)人工诱导②过程原生质体融合的物理方法是：利用________(至少写出两种)等促使原生质体融合；化学方法是用________等试剂作为诱导剂诱导融合。动物细胞融合与植物原生质体融合的诱导方法类似，动物细胞的融合还常用到________作为诱导剂。(3)③表示融合后的原生质体再生细胞壁，新细胞壁的产生与细胞内________(细胞器)有密切关系。(4)图中④过程表示________，⑤过程表示________，由杂种细胞培育成杂种植株所依据的原理是____________。(5)植物体细胞杂交在育种工作中具有广泛的应用价值，其突出的优点是_________。解析：(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，酶解法就是在温和的条件下用纤维素酶、果胶酶等分解植物的细胞壁。(2)人工诱导原生质体融合的物理方法有离心、振动、电激等；化学方法是用聚乙二醇等试剂作为诱导剂诱导融合；动物细胞的融合还可用灭活的病毒作为诱导剂。(3)细胞内的高尔基体与植物细胞壁的形成有关。(4)图中④过程表示脱分化，⑤过程表示再分化，由杂种细胞培育成杂种植株所依据的原理是植物细胞的全能性。(5)植物体细胞杂交突出的优点是克服了远缘杂交不亲和的障碍。答案：(1)纤维素酶、果胶酶(2)离心、振动、电激聚乙二醇灭活的病毒(3)高尔基体(4)脱分化再分化植物细胞的全能性(5)克服远缘杂交不亲和的障碍6．(2017·东北三省四市联合体二模)如图是某实验室做的通过动物纤维母细胞等获得单克隆抗体的实验研究。据图回答相关问题：(1)过程①实施前需将诱导基因与________相连接构建________，在导入小鼠成纤维细胞时一般采用________法导入，此步骤中用到的工具酶有________。(2)过程②的实质是________。甲细胞是________细胞，乙细胞是________细胞。(3)过程③一般用________诱导，丙细胞的特点是_______________________。解析：(1)基因工程操作过程中需要将目的基因与运载体连接构建基因表达载体，将目的基因导入动物细胞常用显微注射法。基因工程中的工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)过程②是干细胞的分化过程，实质是基因的选择性表达。由图可知，病毒注入小鼠体内获得的乙细胞是浆细胞(已免疫的B细胞)，所以甲是骨髓瘤细胞。(3)诱导动物细胞融合用灭活的病毒或PEG，丙细胞是杂交瘤细胞，其特点是既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。答案：(1)载体基因表达载体显微注射限制酶、DNA连接酶(2)基因的选择性表达骨髓瘤B(淋巴)(3)灭活的病毒(或聚乙二醇)既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体7．(2017·山西康杰中学模拟)克隆猪成功率较低，与早期胚胎细胞异常凋亡有关。Bcl2基因是细胞凋亡抑制基因，用PCR技术可以检测该基因转录水平，进而了解该基因与不同胚胎时期细胞凋亡的关系。克隆猪的培育及该基因转录水平检测流程如图。请回答：(1)图中重组细胞的细胞核来自________细胞，早期胚胎移入受体子宫继续发育，经桑椹胚、囊胚和________胚最终发育为克隆猪。(2)在PCR过程中可检测出cDNA中Bcl2cDNA的分子数，进而计算总mRNA中Bcl2mRNA的分子数，从而反映出Bcl2基因的转录水平。①图中X表示________过程。②在PCR过程中利用________技术可检测出cDNA中Bcl2cDNA的分子数。(3)该过程所涉及的现代生物技术有早期胚胎培养、胚胎移植、________和________。(4)目前使用的供体细胞一般都选择传代10代以内的细胞，原因为___________________。解析：(1)图中卵母细胞是受体细胞，良种猪的体细胞是供体细胞提供细胞核，形成重组细胞；早期胚胎发育经桑椹胚、囊胚和原肠胚，最终形成克隆猪。(2)①mRNA→cDNA的过程表示反转录过程。②在PCR过程中利用DNA分子杂交技术可检测出cDNA中Bcl2cDNA的分子数。(3)据图分析，该过程利用的技术有早期胚胎培养、胚胎移植、动物细胞培养和核移植技术。(4)供体细胞一般都选择传代10代以内的细胞，原因是传代10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型。答案：(1)体原肠(2)①反转录②DNA分子杂交(3)动物细胞培养核移植技术(4)传代10代以内的细胞保持正常的二倍体核型8．(2016·高考全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有________________(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是_______________；并且________________和________________的细胞也是不能区分的，其原因是_____________________________________________。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有________的固体培养基。(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于________。解析：(1)质粒作为载体，应具备的基本条件有：有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段(基因)插入其中；在受体细胞中能自我复制，或能整合到染色体DNA上，随染色体DNA进行同步复制；有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择；等等。(2)在培养基中加入氨苄青霉素进行筛选，其中未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌，因不含氨苄青霉素抗性基因而都不能在此培养基上存活，二者不能区分。含有质粒载体的大肠杆菌和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，都能在此培养基上存活，二者也不能区分。若要将含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌进一步筛选出来，还需要使用含有四环素的固体培养基。(3)某些噬菌体经改造后作为载体，导入受体细胞后，其DNA复制所需的原料来自于受体细胞。答案：(1)能自我复制、具有标记基因(答出两点即可)(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞9．(2015·高考全国卷Ⅱ)已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，那么改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。回答下列问题：(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________进行改造。(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：_______________。(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________和________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得的基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。解析：(1)根据题意，P蛋白改变了氨基酸的序列后，蛋白质的结构发生改变，从而导致蛋白质P的功能发生变化，因此若要改变蛋白质的功能，可考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。(2)该小题可从蛋白质工程的操作入手，蛋白质工程的操作流程是进行相关基因修饰或基因合成。中心法则内容包括：答案：(1)氨基酸序列(或结构)(2)PP1DNA和RNA(或遗传物质)DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能10．(2017·高考江苏卷)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