2020年高考生物一輪復習 核心素養(yǎng)提升練 四十一 選修 3.1 基因工程（含解析）.doc

基因工程(30分鐘100分)1.(8分)利用基因工程技術培育馬鈴薯新品種，目前已經(jīng)取得豐碩成果。請根據(jù)所學知識回答下列問題：(1)馬鈴薯易患多種疾病，導致其產(chǎn)量不高。通過導入抗病基因并使其表達可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中使用最多的抗病基因是_和病毒的復制酶基因。(2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用_法將目的基因導入馬鈴薯受體細胞中。構建好的基因表達載體基本結構包括目的基因、標記基因、_、_、_五部分。(3)科學家還培育出抗除草劑的轉基因馬鈴薯，其設計方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑_(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過量表達，植物吸收除草劑后仍能_。(4)將目的基因導入受體細胞后，還需對轉基因植物進行_?！窘馕觥?1)在基因工程中，使用最多的抗病基因是病毒外殼蛋白基因和病毒的復制酶基因。(2)常用農(nóng)桿菌轉化法將目的基因導入馬鈴薯等雙子葉植物的受體細胞中。構建好的基因表達載體的基本結構包括目的基因、標記基因、終止子、啟動子和復制原點五部分。(3)培育抗除草劑的轉基因馬鈴薯，需通過修飾使除草劑作用的靶蛋白對除草劑不敏感，或使靶蛋白過量表達，使植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因導入受體細胞后，還需對轉基因植物進行目的基因的檢測與鑒定。答案：(1)病毒外殼蛋白基因(2)農(nóng)桿菌轉化啟動子終止子復制原點(3)不敏感正常代謝(4)目的基因的檢測與鑒定2.(10分)如圖表示從蘇云金芽孢桿菌分離出殺蟲晶體蛋白基因(簡稱Bt基因)及形成轉基因抗蟲植物的圖解。請分析回答：(1)寫出b過程的表達式：_。(2)人工合成目的基因的方法有：_；_。(3)將目的基因和載體(質粒)結合的工具酶有_酶和_酶。(4)科學家計劃從哺乳動物的乳汁中提取某種抗體，應將控制抗體合成的基因導入該種動物的_中，導入基因成功表達的標志是_?！窘馕觥?1)Bt基因控制晶體蛋白的合成，需要經(jīng)過轉錄、翻譯兩個過程。(2)人工合成目的基因，可以mRNA為模板，在逆轉錄酶的作用下，合成DNA單鏈，然后在DNA聚合酶的作用下，合成目的基因；在目的基因較為短小，且序列已知的前提下，可以直接用DNA合成儀合成。(3)將目的基因和載體(質粒)結合，需要用限制酶分別切割目的基因和質粒，以形成相同的黏性末端，然后用DNA連接酶進行連接。(4)培育轉基因動物應以受精卵為受體細胞，培育成功的標志是在動物乳汁中檢測到特定抗體。答案：(1)Bt基因mRNA原毒素(晶體蛋白)(2)以目的基因的mRNA為模板反轉錄為單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈DNA依照蛋白質的氨基酸序列，通過密碼子推算出基因的堿基序列，然后直接合成目的基因(3)限制性核酸內切DNA連接(4)受精卵動物乳汁中含此種抗體【加固訓練】歐洲哥廷根小型豬因其器官大小、結構和生理特點等方面與人的器官極為相似，已經(jīng)成為國際上理想的異種器官移植的研究材料。目前，歐洲哥廷根小型豬作為糖尿病、心臟病、帕金森氏癥等重大人類疾病及新藥研究的動物模型，也得到了全世界醫(yī)藥管理機構的認可。(1)異種器官移植到人體內會發(fā)生_，從而使外源器官難以存活。為解決這一難題，必須設法除去醫(yī)用小型豬的_基因，或抑制該基因的_。(2)向小型豬轉入外源基因時，其受體細胞通常是_，導入方法是_。(3)要對轉基因成功的醫(yī)用小型豬進行擴大培養(yǎng)，可采用的技術手段是_。(4)為了獲得該動物，需將_基因與_基因的啟動子等調控組件重組在一起，構建基因表達載體?！窘馕觥?1)異種器官移植會引起人體發(fā)生免疫排斥反應。為解決此問題，需除去小型豬體內表達抗原的基因，或抑制該抗原基因的表達。(2)基因工程中常用的動物受體細胞是受精卵，因為受精卵全能性高，通常采用顯微注射技術將目的基因導入受精卵。(3)對轉基因成功的小型豬擴大培養(yǎng)，可采用克隆(核移植)技術。(4)獲得該種動物需將藥用蛋白基因和乳腺蛋白基因的啟動子等調控組件重組在一起，構建基因表達載體。答案：(1)免疫排斥反應抗原決定表達(2)受精卵顯微注射技術(3)克隆(或“核移植”)(4)藥用蛋白乳腺蛋白3.(10分)鐮刀型細胞貧血癥是一種單基因遺傳病，患者的血紅蛋白分子-肽鏈第6位氨基酸谷氨酸被纈氨酸代替，導致功能異常?；卮鹣铝袉栴}：(1)異常血紅蛋白的氨基酸序列改變的根本原因是編碼血紅蛋白基因的_序列發(fā)生改變。(2)將正常的血紅蛋白基因導入患者的骨髓造血干細胞中，可以合成正常的血紅蛋白達到治療的目的。此操作_(填“屬于”或“不屬于”)蛋白質工程，理由是該操作_。(3)用基因工程方法制備血紅蛋白時，可先提取早期紅細胞中的_，以其作為模板，在_酶的作用下反轉錄合成cDNA。cDNA與載體需在限制酶和_酶的作用下，構建基因表達載體，導入受體菌后進行表達。(4)檢測受體菌是否已合成血紅蛋白，可從受體菌中提取_，用相應的抗體進行_雜交，若出現(xiàn)雜交帶，則表明該受體菌已合成血紅蛋白。【解析】(1)編碼血紅蛋白的基因中因堿基對的替換導致編碼的氨基酸種類改變。(2)蛋白質工程是通過基因修飾或基因合成，實現(xiàn)對現(xiàn)有蛋白質的改造或制造出新的蛋白質。此操作不屬于蛋白質工程。(3)因血紅蛋白基因只在早期紅細胞中表達，所以可從早期紅細胞中提取mRNA，以mRNA為模板，在逆轉錄酶的作用下，反轉錄合成cDNA。構建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶。(4)目的基因是否表達可以通過從受體菌中提取蛋白質，進行抗原抗體雜交實驗加以判斷。答案：(1)堿基對(或脫氧核苷酸)(2)不屬于沒有對現(xiàn)有的蛋白質進行改造(或沒有對基因進行修飾)(3)mRNA(或RNA)逆轉錄DNA連接(4)蛋白質抗原抗體4.(11分)(2019貴陽模擬)乙型肝炎病毒簡稱乙肝病毒，是一種DNA病毒。科學家利用基因工程的方法將乙肝病毒的表面抗原H基因轉入某植物葉肉細胞中，從而獲得了能產(chǎn)生乙肝疫苗的植株。(1)通過基因工程技術實現(xiàn)的基因交流通常在_(填“種間”或“種內”)進行，這是一種基于_(填“細胞水平”或“分子水平”或“個體水平”)的技術。(2)質粒能作為基因工程中的基因轉移載體，是因為它_(答兩點)的特點。(3)DNA分子經(jīng)限制酶切割可以產(chǎn)生黏性末端或平末端，_(填酶的名稱)只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間連接起來，而不能連接平末端。將H基因導入葉肉細胞最常用的方法是_，該方法可以使目的基因插入細胞中_的DNA上。(4)用該轉基因植物葉片飼喂家兔，如果在家兔血清中檢測到_，說明轉基因植物疫苗可以口服。【解析】(1)通過基因工程技術實現(xiàn)的基因交流通常在種間進行，是一種基于分子水平的技術。(2)質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核DNA之外，有自我復制能力，可在細菌細胞間轉移，具有多個限制酶的酶切位點，因此質粒能作為基因工程中的基因轉移載體。(3)限制酶能識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，產(chǎn)生黏性末端或平末端。按來源不同，基因工程中所使用的DNA連接酶有兩類，即Ecoli DNA連接酶和T4DNA連接酶，其中Ecoli DNA連接酶只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間連接起來，不能連接平末端；而T4DNA連接酶可以連接黏性末端也可以連接平末端。將目的基因導入不同的受體細胞有不同的方法。導入植物細胞一般采用農(nóng)桿菌轉化法，該方法可以使目的基因插入細胞中染色體的DNA上。(4)用該轉基因植物葉片飼喂家兔，如果在家兔血清中檢測到抗乙肝病毒的抗體，則證明目的基因在受體細胞內已成功表達，說明轉基因植物疫苗可以口服。答案：(1)種間分子水平(2)成分是DNA，有自我復制能力，可在細菌細胞間轉移，具有多個限制酶的酶切位點(3)EcoliDNA連接酶農(nóng)桿菌轉化法染色體(4)抗乙肝病毒的抗體5.(10分)(2019綿陽模擬)基因工程的應用十分廣泛，利用此項技術可創(chuàng)造出更加符合人類需求的優(yōu)良品種或產(chǎn)品。如美洲擬鰈(是鰈科下的一種比目魚)的體液中存在抗凍蛋白，能夠降低魚的血液冰點。科學家按cDNA路線分離和克隆了抗凍蛋白基因，并將其導入番茄，獲得了抗凍的番茄品種。根據(jù)有關知識，回答下列問題：(1)基因工程操作的核心步驟為_，以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是_。(2)將目的基因導入植物細胞最常用的方法是_。(3)構建重組質粒，需要限制性內切酶切取目的基因、切割質粒。限制性內切酶的識別序列和切點是GGATCC，限制性內切酶的識別序列和切點是GATC。在質粒上有酶的一個切點，在目的基因的兩側各有1個酶的切點。在DNA連接酶的作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？_，理由是_。(4)質粒作為基因工程常用載體，必須具備的條件是_(至少答2點)?！窘馕觥?1)基因工程操作的基本步驟：目的基因的獲取、基因表達載體的構建、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測和表達。其中核心步驟為：基因表達載體的構建；以mRNA為材料獲得cDNA，是逆轉錄過程，是以mRNA為模板在相關酶的作用下按照堿基互補配對的原則合成cDNA。(2)目的基因導入植物細胞的方法有農(nóng)桿菌轉化法、基因槍法和花粉管通道法等，其中最常用的是農(nóng)桿菌轉化法。(3)分析可知，限制性內切酶和限制性內切酶切割形成的黏性末端相同，故在DNA連接酶的作用下， 這兩種限制酶切割后形成的黏性末端能連接。(4)作為基因工程的載體，必須有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入載體上；必須具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制；必須帶有標記基因，以便進行重組后的篩選等。答案：(1)基因表達載體的構建在逆轉錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對原則可以合成cDNA(2)農(nóng)桿菌轉化法(3)能由兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(4)能在宿主細胞內復制并穩(wěn)定保存；具有多個限制酶的酶切位點有利于剪切6.(10分)科學家從某細菌中提取抗鹽基因，轉入煙草并培育成轉基因抗鹽煙草。如圖是轉基因抗鹽煙草的培育過程，含目的基因的DNA和質粒上的箭頭表示相關限制酶的酶切位點。請分析回答下列問題：(1)在該過程中，研究人員首先獲取了抗鹽基因(目的基因)，并采用_技術對目的基因進行擴增，該技術需要的條件是_、酶、原料、模板，該技術必須用_酶；然后構建基因表達載體，基因表達載體中除了具有目的基因、啟動子和終止子之外，還需具有_等。(2)用圖中的質粒和目的基因構建重組質粒時，不能使用Sma切割，原因是_。圖中過程為防止質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化，應選用_對外源DNA、質粒進行切割。(3)為確定轉基因抗鹽煙草是否培育成功，既要用放射性同位素標記的_作探針進行分子雜交檢測，又要在個體水平上鑒定，后者具體過程是_?！窘馕觥?1)由題意可知：抗鹽基因屬于目的基因，可采用PCR(聚合酶鏈式反應)技術擴增目的基因，該技術需要的條件是引物、酶、原料、模板；利用PCR技術擴增目的基因時，必須用熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq酶)?；虮磉_載體由目的基因、啟動子、終止子、標記基因等組成。(2)題圖顯示：質粒上的M抗生素抗性基因和目的基因中都含有Sma的識別和切割位點，若使用Sma切割，會破壞質粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因，因此不能使用Sma切割?？果}基因(或目的基因)的兩側都有EcoR的識別和切割位點，因此用EcoR切割目的基因會出現(xiàn)自身環(huán)化；BamH和Hind識別和切割位點分別位于目的基因的兩側，而且質粒中也有相應的酶切位點，因此用BamH和Hind同時進行酶切，才能完整地切下該抗鹽基因，同時保證目的基因與質粒的連接方式的唯一性，防止質粒和含目的基因的外源DNA片段自身環(huán)化。(3)檢測目的基因是否導入受體細胞，在分子水平上進行檢測時，要用放射性同位素標記的抗鹽基因(或目的基因)作探針進行分子雜交檢測；在個體水平上進行鑒定時，可將培養(yǎng)的煙草幼苗栽培于含有一定鹽的土壤中，觀察該煙草植株的生長狀態(tài)。答案：(1)PCR(聚合酶鏈式反應)引物熱穩(wěn)定性DNA聚合(或Taq)標記基因(2)Sma會破壞質粒的抗性基因和外源DNA中的目的基因BamH和Hind(3)抗鹽基因(或目的基因)將培育的煙草幼苗栽培于含有一定鹽的土壤中，觀察該煙草植株的生長狀態(tài)7.(11分)(2016江蘇高考節(jié)選)下表是幾種限制酶識別序列及其切割位點，圖1、圖2中標注了相關限制酶的酶切位點，其中切割位點相同的酶不重復標注。請回答下列問題：(1)用圖中質粒和目的基因構建重組質粒，應選用_兩種限制酶切割，酶切后的載體和目的基因片段，通過_酶作用后獲得重組質粒。為了擴增重組質粒，需將其轉入處于_態(tài)的大腸桿菌。(2)為了篩選出轉入了重組質粒的大腸桿菌，應在篩選平板培養(yǎng)基中添加_，平板上長出的菌落，常用PCR鑒定，所用的引物組成為圖2中_。(3)若BamH酶切的DNA末端與Bcl酶切的DNA末端連接，連接部位的6個堿基對序列為_，對于該部位，這兩種酶_(填“都能”“都不能”或“只有一種能”)切開?！窘忸}指南】解答本題需要注意兩方面：(1)從表格中分析各種限制酶的識別序列和切割位點。(2)構建重組質粒時選擇的限制酶不能將質粒上的標記基因全部破壞?！窘馕觥?1)從圖2中看出，目的基因的兩側含有4種限制酶的切點，但是質粒的兩個標記基因中都含有BamH的切點，因此不能用BamH切割質粒，只能用Bcl和Hind限制酶來切割目的基因和質粒。酶切后的載體和目的基因片段，通過DNA連接酶作用后獲得重組質粒。如果將重組質粒轉入大腸桿菌，需要先用CaCl2處理大腸桿菌，使其處于能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的感受態(tài)。(2)重組質粒中只含有四環(huán)素抗性基因這一個標記基因，為了篩選出轉入了重組質粒的大腸桿菌，應在篩選平板培養(yǎng)基中添加四環(huán)素，凡是能在平板上長出的菌落，就是含有重組質粒的大腸桿菌。如果用PCR擴增目的基因，所用的引物為圖2中引物甲和引物丙，因為這兩個引物與模板鏈結合后能完成目的基因的復制。(3)BamH酶切的DNA末端是，Bcl酶切的DNA末端是那么連接后連接部位的6個堿基對序列為對于該部位，這兩種酶都不能切開，因為連接以后的堿基序列中沒有BamH 和Bcl 能識別的酶切位點。答案：(1)Bcl和Hind(DNA)連接感受(2)四環(huán)素引物甲和引物丙(3) 都不能1.(15分)(2017全國卷)幾丁質是許多真菌細胞壁的重要成分，幾丁質酶可催化幾丁質水解。通過基因工程將幾丁質酶基因轉入植物體內，可增強其抗真菌病的能力?；卮鹣铝袉栴}：(1)在進行基因工程操作時，若要從植物體中提取幾丁質酶的mRNA，常選用嫩葉而不選用老葉作為實驗材料，原因是_。提取RNA時，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是_。(2)以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是_。(3)若要使目的基因在受體細胞中表達，需要通過質粒載體而不能直接將目的基因導入受體細胞，原因是_(答出兩點即可)。(4)當幾丁質酶基因和質粒載體連接時，DNA連接酶催化形成的化學鍵是_。(5)若獲得的轉基因植株(幾丁質酶基因已經(jīng)整合到植物的基因組中)抗真菌病的能力沒有提高，根據(jù)中心法則分析，其可能的原因是_。【解析】(1)嫩葉相對于老葉，細胞壁較薄，較易破碎，容易提取幾丁質酶的mRNA；由于RNA酶可降解RNA，提取RNA時，提取液中應添加RNA酶抑制劑，以防止所提取的RNA降解。(2)以mRNA為模板、4種脫氧核苷酸為原料，在逆轉錄酶的作用下，按照堿基互補配對原則，mRNA可通過逆轉錄合成cDNA。(3)目的基因中缺乏復制原點、啟動子等，而質粒載體中含有，為了使目的基因在受體細胞中表達，應將目的基因與質粒載體形成重組質粒，導入受體細胞。(4)DNA連接酶可將同種限制酶切割產(chǎn)生的末端連接起來，恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。(5)幾丁質酶基因整合到植物基因組中，但植物抗真菌病的能力沒有提高，說明幾丁質酶基因在植物細胞中未表達。依據(jù)中心法則可知，基因表達包括轉錄和翻譯兩個過程，可能是目的基因的轉錄或翻譯過程異常導致目的基因在受體細胞中未表達，進而導致植物抗真菌病的能力沒有提高。答案：(1)嫩葉組織細胞易破碎防止RNA降解(2)在逆轉錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補配對的原則可以合成cDNA(3)目的基因無復制原點；目的基因無表達所需的啟動子(4)磷酸二酯鍵(5)目的基因的轉錄或翻譯異常【加固訓練】啟動子探針型載體是一種有效、經(jīng)濟、快速分離基因啟動子的工具型載體，其結構如圖所示，據(jù)圖回答下列問題：(1)限制性核酸內切酶的作用特點是_。(2)將切割產(chǎn)生的DNA片段群體與無啟動子的探針載體重組，需要用_。(3)若把重組混合物轉化給大腸桿菌，為提高轉化效率，常用的方法是_。(4)若插入片段中所含的編碼區(qū)序列的堿基對數(shù)目不能被3整除，報告基因能否正常表達？為什么？_。(5)若克隆位點插入了啟動子序列，且其中不含編碼區(qū)序列，但報告基因仍不能正常表達，可能的原因是_。【解析】本題主要考查基因工程的工具和操作方法。(1)限制性核酸內切酶具有酶的專一性，能識別并切割特定的脫氧核苷酸序列。(2)將切割產(chǎn)生的DNA片段群體與無啟動子的探針載體重組，可以用DNA連接酶連接二者之間的黏性末端。(3)Ca2+可以增大細胞壁的通透性，提高轉化效率。(4)mRNA中相鄰的三個堿基決定一個氨基酸，若插入片段中所含的編碼區(qū)序列的堿基對數(shù)目不能被3整除，則與之相連的報告基因不能編碼出正確的氨基酸序列，即不能正常表達。(5)啟動子插入克隆位點時有兩種插入方向，若插入方向錯誤，則報告基因不能正常表達。答案：(1)識別并切割特定的脫氧核苷酸序列(2)DNA連接酶(3)用Ca2+處理(4)不能。mRNA中相鄰的三個堿基決定一個氨基酸，若插入片段中所含的編碼區(qū)序列的堿基對數(shù)目不能被3整除，則報告基因不能編碼出正確的氨基酸序列(5)啟動子插入方向不正確2.(15分)(2019大同模擬)Bt基因是從蘇云金芽孢桿菌中分離出來的抗蟲基因，因其表達產(chǎn)物Bt毒蛋白殺蟲效果好、安全、高效等優(yōu)點而成為應用最為廣泛的轉殺蟲基因。如圖為培育轉Bt基因苗的基本操作過程。(1)Bt基因可從構建的Bt基因組文庫中獲取，也可以從其cDNA文庫中獲取，從前者獲取的基因_(填“含有”或“不含有”)啟動子。若利用PCR技術擴增Bt基因，此過程中Taq酶所起的作用是_。(2)步驟中產(chǎn)生的細胞團稱為_，步驟和過程要注意控制培養(yǎng)基中_的濃度和用量比例，以便獲得幼苗。(3)我國西北的一些地區(qū)年降雨量很小，只適宜種植少數(shù)的草本植物，但卻被硬性規(guī)定種植轉Bt基因的植物，結果造成減產(chǎn)。這個案例主要違背了生態(tài)工程的_原理。(4)蛋白質工程也被稱為_，其基本途徑是從_出發(fā)，通過設計預期的蛋白質結構和推測應有的氨基酸序列，進而找到相對應的_，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質的生物功能進行鑒定?！窘馕觥?1)Bt基因組文庫包括蘇云金芽孢桿菌的全部基因，是包含啟動子的。若利用PCR技術擴增Bt基因，Taq酶能夠保證在高溫條件下從引物起始進行DNA子鏈的合成。(2)步驟在適宜培養(yǎng)基中誘導外植體脫分化形成愈傷組織，圖示中的細胞團稱為愈傷組織。步驟和過程分別是脫分化和再分化的過程，需要注意控制培養(yǎng)基中生長素和細胞分裂素的濃度和用量比例，以便獲得幼苗。(3)生態(tài)工程的原理包括物質循環(huán)再生原理、物種多樣性原理、協(xié)調與平衡原理、整體性原理、系統(tǒng)學和工程學原理。我國西北的一些地區(qū)不適合種植轉Bt基因的植物，卻被硬性規(guī)定種植，結果造成減產(chǎn)的案例主要違背了生態(tài)工程的協(xié)調與平衡原理。(4)由于蛋白質工程是在基因工程的基礎上發(fā)展起來的，在技術方面有很多同基因工程技術相似的地方，因此也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預期的蛋白質功能出發(fā)，通過設計預期的蛋白質結構和推測應有的氨基酸序列，進而找到相對應的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達、純化獲得蛋白質，之后還需要對蛋白質的生物功能進行鑒定。答案：(1)含有保證在高溫條件下從引物起始進行DNA子鏈的合成(2)愈傷組織生長素與細胞分裂素(3)協(xié)調與平衡(4)第二代基因工程預期的蛋白質功能脫氧核苷酸序列