2019-2020年高三生物第一輪復習 專題1 基因工程練習 新人教版選修3.doc

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2019-2020年高三生物第一輪復習 專題1 基因工程練習 新人教版選修3 1.(16分)質粒是基因工程中最常用的載體，質粒上有標記基因，如圖所示，通過標記基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，細菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同。如圖表示外源基因的插入位置(插入點有a、b、c)。 Ⅰ.(1)質粒的基本組成單位是　　　　　　　　。 (2)將細菌放在含有四環(huán)素、氨芐青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，屬于基因工程操作中的　　　　　　　　　　　　　步驟。 Ⅱ.設計實驗探究外源基因插入的位置。 (3)步驟： ①將導入外源基因的細菌進行培養(yǎng)產生大量細菌。 ②分組：將細菌平均分成兩組并標號為1、2。 ③培養(yǎng)：將第1組細菌放入　　　　　　　　　　　中培養(yǎng)，將第2組細菌放入　　　　　　　　　　　中培養(yǎng)。 ④觀察并記錄結果。 (4)預測實驗結果及結論： ①若1組、2組均能正常生長，則外源基因插入點是　　　　　　　。 ②若1組能正常生長，2組不能生長，則外源基因插入點是　　　　　。 ③若1組不能生長，2組能正常生長，則外源基因插入點是　　　　　。 【解析】(1)質粒是小型環(huán)狀DNA分子，其基本組成單位是脫氧核苷酸。 (2)抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因都屬于標記基因，其目的是便于目的基因的檢測與鑒定。 (3)分別將導入外源基因的細菌放在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基和含四環(huán)素的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，觀察能否生長。 (4)若目的基因插入a點，則受體細胞既具有抗四環(huán)素的能力，又具有抗氨芐青霉素的能力；若目的基因插入b點，則受體細胞只具有抗四環(huán)素的能力；若目的基因插入c點，則受體細胞只具有抗氨芐青霉素的能力。以此可判斷目的基因插入的位置。 答案：(1)脫氧核苷酸 (2)目的基因的檢測與鑒定 (3)③含氨芐青霉素的培養(yǎng)基　含四環(huán)素的培養(yǎng)基 (4)①a　②c?、踒 2.(20分)(xx天津高考)嗜熱土壤芽孢桿菌產生的β-葡萄糖苷酶(BglB)是一種耐熱纖維素酶，為使其在工業(yè)生產中更好地應用，開展了以下試驗： Ⅰ.利用大腸桿菌表達BglB酶 (1)PCR擴增bglB基因時，選用　　　　　　　　　　　　基因組DNA作模板。 (2)下圖為質粒限制酶酶切圖譜。bglB基因不含圖中限制酶識別序列。為使PCR擴增的bglB基因重組進該質粒，擴增的bglB基因兩端需分別引入　　　　　　 　　　和　　　　　　　不同限制酶的識別序列。 (3)大腸桿菌不能降解纖維素，但轉入上述構建好的表達載體后則獲得了降解纖維素的能力，這是因為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。 Ⅱ.溫度對BglB酶活性的影響 (4)據(jù)圖1、2可知，80℃保溫30分鐘后，BglB酶會　　　　??；為高效利用BglB酶降解纖維素，反應溫度最好控制在　　　(單選)。 A.50℃　　 　 B.60℃　　　 C.70℃　　　 D.80℃ Ⅲ.利用分子育種技術提高BglB酶的熱穩(wěn)定性 在PCR擴增bglB基因的過程中，加入誘變劑可提高bglB基因的突變率。經過篩選，可獲得能表達出熱穩(wěn)定性高的BglB酶的基因。 (5)與用誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌相比，上述育種技術獲取熱穩(wěn)定性高的BglB酶基因的效率更高，其原因是在PCR過程中　　　(多選)。 A.僅針對bglB基因進行誘變 B.bglB基因產生了定向突變 C.bglB基因可快速累積突變 D.bglB基因突變不會導致酶的氨基酸數(shù)目改變 【解題指南】(1)圖示信息：Ⅰ.質粒作為載體，應具備的結構有限制酶切割位點、啟動子、終止子和標記基因等。Ⅱ.圖1表示溫度對酶活性的影響，圖2表示不同溫度下酶的熱穩(wěn)定性的大小。 (2)關鍵知識：獲取目的基因、基因表達載體的構建、酶的活性和熱穩(wěn)定性、誘變育種的原理。 【解析】本題考查基因工程、酶的活性和變異的相關知識。 (1)bglB基因存在于嗜熱土壤芽孢桿菌基因組中，故應以該菌的基因組DNA為模板進行PCR擴增。 (2)目的基因與質粒進行重組時，需將目的基因插入啟動子和終止子之間，且應靠近啟動子和終止子，結合示意圖可知，應在擴增的bglB基因兩端分別引入NdeⅠ和BamHⅠ兩種限制酶的識別序列。 (3)該基因表達載體中含有bglB基因，其可表達產生β-葡萄糖苷酶，可分解纖維素，這樣大腸桿菌就獲得了分解纖維素的能力。 (4)由圖2可知，BglB酶在80℃保溫30分鐘后，就會失活；由圖1可知，當溫度為60～70℃時，酶活性較高，而由圖2可知，70℃保溫30分鐘，酶活性會減弱，而60℃保溫30分鐘后酶活性基本不發(fā)生變化，由此可知為高效利用BglB酶降解纖維素，反應溫度最好控制在60℃。 (5)在bglB基因擴增過程中加入誘變劑進行誘變處理，相比于誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌，針對性更強；基因突變是不定向的；由于PCR過程中基因擴增即DNA復制快速進行，發(fā)生突變后可進行快速累積，進而便于篩選；基因突變可能導致氨基酸數(shù)目的改變，如突變后的密碼子變?yōu)榻K止密碼子，可導致蛋白質合成提前終止，進而導致氨基酸數(shù)目變少。 答案：(1)嗜熱土壤芽孢桿菌 (2)NdeⅠ　BamHⅠ (3)轉基因的大腸桿菌分泌出有活性的BglB酶 (4)失活　B　(5)A、C 【易錯提醒】限制酶的使用及作用特點的三點提醒 (1)獲取目的基因和切割載體時不能選用識別兩種序列的限制酶，否則產生的堿基末端不相同。 (2)當限制酶剪切目的基因一次時，獲得的黏性末端或平末端有2個，而不是1個，若剪切目的基因兩次，共產生4個黏性末端或平末端。 (3)限制酶切割載體的切割位點并不是任意的，必須保證至少有1個標記基因的完整性，以便于檢測。 3.(12分)(xx海南高考)下圖是將某細菌的基因A導入大腸桿菌內，制備“工程菌”的示意圖。 據(jù)圖回答： (1)獲得A有兩條途徑：一是以A的mRNA為模板，在　　　　　酶的催化下，合成互補的單鏈DNA，然后在　　　　的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需基因；二是根據(jù)目標蛋白質的　　　　序列，推測出相應的mRNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測其DNA的　　　　　　　　　　　　　序列，再通過化學方法合成所需基因。 (2)利用PCR技術擴增DNA時，需要在反應體系中添加的有機物質有　　　　、　　　　、4種脫氧核糖核苷酸和耐熱性的DNA聚合酶，擴增過程可以在PCR擴增儀中完成。 (3)由A和載體B拼接形成的C通常稱為　　　　　　　　。 (4)在基因工程中，常用Ca2+處理D，其目的是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解題指南】(1)題干關鍵詞：“將某細菌的基因A導入大腸桿菌內”。 (2)關鍵知識：基因工程的原理和技術、蛋白質工程和PCR技術的應用。 【解析】本題主要考查基因工程及PCR技術應用的相關知識。 (1)利用逆(反)轉錄法合成目的基因的過程是：以mRNA為模板，在逆(反)轉錄酶的催化作用下合成單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成雙鏈DNA分子；根據(jù)蛋白質工程合成目的基因的過程是：根據(jù)目標蛋白質的氨基酸序列，推測相應的mRNA序列，然后按照堿基互補配對原則，推測DNA中脫氧核苷酸的排列順序，通過化學方法合成。 (2)PCR過程中需要酶、底物、模板、引物等條件。 (3)目的基因和載體結合，形成基因表達載體。 (4)在利用大腸桿菌做受體細胞時，需要先用Ca2+處理，使之成為感受態(tài)細胞，有利于其吸收重組DNA分子。 答案：(1)逆轉錄　DNA聚合酶　氨基酸　脫氧核苷酸 (2)引物　模板(A基因) (3)基因表達載體 (4)使其成為感受態(tài)細胞，有利于吸收重組DNA分子 4.(15分)(xx吉林模擬)轉基因草莓中有能表達乙肝病毒表面抗原的基因，由此可獲得用來預防乙肝的一種新型疫苗，其培育過程如下圖所示(①至④代表過程，A至C代表結構或細胞)： (1)在圖中①基因表達載體的構建過程中，為了使目的基因正常表達，目的基因的首端必須有　　　　　　識別和結合的部位。若選擇的限制酶切出的DNA片段是平末端，應選擇　　　　　　　進行連接。 (2)將目的基因導入受體細胞的方法很多，在該題中涉及的方法是　　　　　　 　　　　　，之所以要把目的基因插入Ti質粒的T-DNA中，這是利用T-DNA 　　　　　　　　　　　　　　　　　的特點。 (3)過程②的具體操作是：先用　　　　　　處理農桿菌，使其處于感受態(tài)；再將含乙肝病毒表面抗原基因的重組Ti質粒溶于緩沖液中與經處理的農桿菌混合，完成轉化過程。 (4)圖中③和④過程分別叫做　　　　　　　，將葉盤培養(yǎng)成草莓幼苗所依據(jù)的原理是　　　　　　　　　　　　　。 (5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株體內維持穩(wěn)定遺傳的關鍵是　　　　　　　　　　，通常采用　　　　　　的方法進行檢測。 【解析】本題考查基因工程及轉基因生物的安全性的相關知識，意在考查對基因工程的理解及運用所學知識解決實際問題和識圖的能力。(1)基因表達載體由啟動子、目的基因、終止子和標記基因等組成，其中啟動子是RNA聚合酶識別和結合位點；根據(jù)酶的來源不同，DNA連接酶分為兩類：EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶，這二者都能連接黏性末端，但是T4DNA連接酶還可以連接平末端。(2)將目的基因導入受體細胞的方法很多，在該題中涉及的方法是農桿菌轉化法。農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞，并且整合到受體細胞染色體的DNA上。(3)圖中②過程是將重組質粒導入農桿菌，由于受體細胞是細菌，常用Ca2+處理使其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，稱為感受態(tài)細胞，以完成轉化過程。(4)圖中③過程是讓葉盤細胞脫分化形成愈傷組織，進而再經④再分化形成幼苗，此過程叫做植物組織培養(yǎng)；原理是植物細胞的全能性。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株體內維持穩(wěn)定遺傳的關鍵是目的基因是否插入了受體細胞的染色體DNA上，通常采用DNA分子雜交的方法進行檢測。在分子水平上，還可采用抗原-抗體雜交的方法來檢測轉基因草莓果實提取液中有無相應的抗原。 答案：(1)RNA聚合酶　T4DNA連接酶 (2)農桿菌轉化法　可轉移至受體細胞并整合到受體細胞的染色體DNA上　(3)Ca2+ (4)脫分化和再分化　植物細胞的全能性 (5)目的基因是否插入了受體細胞的染色體DNA上　DNA分子雜交 5.(12分)(xx唐山模擬)生物分子間特異性結合的性質廣泛用于生命科學研究。以下實例為體外處理“蛋白質-DNA復合體”獲得DNA片段信息的過程圖。 據(jù)圖回答： (1)過程①酶作用的部位是　　　　　　，此過程只發(fā)生在非結合區(qū)DNA，過程②酶作用的部位是　　　　。 (2)①②兩過程利用了酶的　　　　特性。 (3)若將得到的DNA片段用于構建重組質粒，需要將過程③的測序結果與 　　　　　　　酶的識別序列進行比對，以確定選用何種酶。 (4)如果復合體中的蛋白質為RNA聚合酶，則其識別、結合的DNA序列區(qū)為基因的　　　　　　　　　　。 (5)以下研究利用了生物分子間特異性結合性質的有　　　(多選)。 A.分離得到核糖體，用蛋白酶酶解后提取rRNA B.用無水乙醇處理菠菜葉片，提取葉綠體基粒膜上的光合色素 C.通過分子雜交手段，用熒光物質標記的目的基因進行染色體基因定位 D.將抑制成熟基因導入番茄，其mRNA與催化成熟酶基因的mRNA互補結合，終止后者翻譯，延遲果實成熟 【解析】(1)DNA酶作用于DNA分子后，若將DNA分子切割成片段，應作用于磷酸二酯鍵，蛋白酶作用于蛋白質中的肽鍵。 (2)酶的作用特點是具有專一性。 (3)若用DNA片段構建重組質粒，需要與限制性核酸內切酶切割的識別序列進行比對，選用切割后獲得的相同片段所對應的限制性核酸內切酶進行切割。 (4)RNA聚合酶特定結合啟動子中RNA聚合酶結合位點。 (5)蛋白酶特定處理蛋白質，DNA分子雜交和mRNA與基因的互補都體現(xiàn)了堿基互補配對原則。 答案：(1)磷酸二酯鍵　肽鍵 (2)專一性　(3)限制性核酸內切 (4)啟動子(或轉錄起始區(qū)) (5)A、C、D 6.(15分)圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質粒的結構和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題： (1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由　　　　　　　　　連接。 (2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產生的末端是　　　　末端，其產物長度為　　　　　　　　。 (3)若圖1中虛線方框內的堿基對被T-A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產物中共有　　　　種不同長度的DNA片段。 (4)若將圖2中質粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進行連接，形成重組質粒，那么應選用的限制酶是　　　　。在導入重組質粒后，為了篩選出含重組質粒的大腸桿菌，一般需要用添加　　　　的培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。經檢測，部分含有重組質粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達，其最可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解題指南】解答本題特別關注以下三點： (1)明確堿基、磷酸和脫氧核糖之間的連接關系。 (2)準確識別各種限制酶的切割位點。 (3)知道重組質粒中最少含有一種抗性基因。 【解析】(1)兩條脫氧核苷酸鏈之間的堿基通過氫鍵相連，一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的堿基通過脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接。 (2)根據(jù)限制酶SmaⅠ識別的堿基序列可知，限制酶SmaⅠ切割產生的末端為平末端。在圖1序列中共有2個SmaⅠ的切割位點，切割后形成3種不同長度的產物，分別為537 bp、790 bp、661 bp。 (3)圖1中有SmaⅠ的兩個識別序列，完全切割后產生3個不同長度的DNA片段，若虛線方框中的堿基對被T-A堿基對替換，再經SmaⅠ識別并完全切割后會產生2個DNA片段，其中1個DNA片段與未替換前完全切割的相同，因此經完全切割后共產生4種不同長度的DNA片段。 (4)切割目的基因可選用限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ，但限制酶MboⅠ可將質粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破壞，而限制酶BamHⅠ只破壞抗生素A抗性基因，因此只能選用限制酶BamHⅠ；重組質粒中含有抗生素B抗性基因，因此可在含抗生素B的培養(yǎng)基上培養(yǎng)。 答案：(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖 (2)平　537 bp、790 bp、661 bp　(3)4 (4)BamHⅠ　抗生素B　同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質粒反向連接 【延伸探究】 (1)若本題(1)中“一條”換為“兩條”，則依靠什么結構連接？ 提示：DNA兩條鏈通過堿基互補配對形成氫鍵的方式連接在一起。 (2)對圖2所示的質粒用MboⅠ限制酶切割后，放在含有抗生素A的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，能否生長？為什么？ 提示：不能生長。因為抗生素A抗性基因中含有GATC序列，一旦用MboⅠ限制酶切割該質粒后，會破壞該基因，從而無法抵抗抗生素A。 7.(10分)家蠶細胞具有高效表達外源基因的能力。將人干擾素基因導入家蠶細胞并大規(guī)模培養(yǎng)，可提取干擾素用于制藥。 (1)進行轉基因操作前，需用　　　　酶短時處理幼蠶組織，以便獲得單個細胞。 (2)為使干擾素基因在家蠶細胞中高效表達，需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入表達載體的　　　　和　　　　之間。 (3)PCR反應體系的主要成分應包含：擴增緩沖液(含Mg2+)、水、4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA、　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　。 (4)利用生物反應器培養(yǎng)家蠶細胞時，貼壁生長的細胞會產生接觸抑制。通常將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反應器中，這樣可以　　　　　　　　　　　　，增加培養(yǎng)的細胞數(shù)量，也有利于空氣交換。 【解析】(1)利用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理動物組織可獲得單個細胞。(2)來自cDNA文庫中的目的基因不含復制原點、標記基因、啟動子和終止子等，故需將該目的基因插入啟動子和終止子之間。(3)PCR技術是在體外高溫條件下進行的，需利用熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(如TaqDNA聚合酶)。由于DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連接在一個片段上，所以在PCR反應體系中還需加入引物。(4)據(jù)題意可知，反應器中放入多孔中空薄壁小玻璃珠可擴大細胞貼壁生長的附著面積，有利于細胞增殖。 答案：(1)胰蛋白(或膠原蛋白)　(2)啟動子　終止子 (3)對干擾素基因特異的DNA引物　TaqDNA聚合酶 (4)擴大細胞貼壁生長的附著面積