2019-2020年高考生物 第十單元 現(xiàn)代生物科技專題 第37講 基因工程課時訓練.doc

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2019-2020年高考生物 第十單元 現(xiàn)代生物科技專題 第37講 基因工程課時訓練 (時間:40分鐘　分值:90分) 測控導航表 知識點 題號及難易度 1.基因工程的工具、步驟及應用 1,4,6,7,8(中),9(中),10(中),11(中) 2.蛋白質工程的原理及設計流程 2,3,5 3.綜合考查 12 一、選擇題:本大題共6小題,每小題5分,共30分。 1.下列關于基因工程的敘述中,正確的是(　A　) A.DNA連接酶和RNA聚合酶催化生成的化學鍵相同 B.DNA連接酶對“縫合”序列不進行特異性識別,無專一性催化特點 C.受體細菌若能表達質粒載體上抗性基因,即表明重組質粒成功導入 D.培育轉基因油菜,需對受體細胞進行氯化鈣處理 解析:DNA連接酶和RNA聚合酶催化生成的化學鍵都是磷酸二酯鍵;酶具有專一性的特點,對于有黏性末端的DNA片段,DNA連接酶只識別連接含有相同黏性末端的DNA片段;有些受體細菌體內(nèi)本身就含有與質粒上相同的抗性基因,故抗性基因的表達不能作為成功導入的標志;用氯化鈣處理大腸桿菌,可增加大腸桿菌細胞壁的通透性,利于重組質粒的導入,對于植物細胞而言,氯化鈣不起作用。 2.(xx廣東理綜)從某海洋動物中獲得一基因,其表達產(chǎn)物為一種抗菌性和溶血性均較強的多肽P1。目前在P1的基礎上研發(fā)抗菌性強但溶血性弱的多肽藥物,首先要做的是(　C　) A.合成編碼目的肽的DNA片段 B.構建含目的肽DNA片段的表達載體 C.依據(jù)P1氨基酸序列設計多條模擬肽 D.篩選出具有優(yōu)良活性的模擬肽作為目的肽 解析:蛋白質工程是設計自然界中不存在的蛋白質,其具體的流程為:預期的蛋白質功能→預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列。所以要先設計P1的多肽鏈,改造DNA序列,之后將新DNA導入受體細胞中表達。 3.如圖表示蛋白質工程的操作過程,下列說法不正確的是(　B　) A.蛋白質工程中對蛋白質分子結構的了解是非常關鍵的工作 B.蛋白質工程是完全擺脫基因工程技術的一項全新的生物工程技術 C.a、b過程分別是轉錄、翻譯 D.蛋白質工程中可能構建出一種全新的基因 解析:蛋白質工程中了解蛋白質分子結構如蛋白質的空間結構、氨基酸的排列順序等,對于合成或改造基因至關重要;蛋白質工程的進行離不開基因工程,對蛋白質的改造是通過對基因的改造來完成的;圖中a、b過程分別是轉錄、翻譯過程;蛋白質工程中可能根據(jù)蛋白質的結構構建出一種全新的基因。 4.(xx湖州二模)MseⅠ、PstⅠ、EcoRⅠ三種限制酶的識別序列及切割位點分別是: GAAT↓TAATTC,C↓TGCAG,G↓AATTC,下圖1、圖2中箭頭表示相關限制酶的酶切點。 若要用上圖質粒和外源DNA構建重組質粒,需要對質粒進行改造,構建新的限制酶切位點。在構建新的限制酶切位點的過程中需要使用的酶是(　B　) A.限制酶PstⅠ、DNA連接酶、DNA聚合酶 B.限制酶EcoRⅠ、DNA連接酶、DNA聚合酶 C.限制酶EcoRⅠ、限制酶PstⅠ、DNA聚合酶 D.限制酶PstⅠ、限制酶EcoRⅠ、DNA連接酶 解析:本題考查基因工程的操作步驟及常用的工具酶的基本知識。對質粒改造是讓它增加第一種酶切點,第二種酶切點又不能破壞,只能用EcoRⅠ切割質粒后增加一部分含有MseⅠ切點的片段,這樣保證了在基因工程中目的基因和抗性基因結構的完整性,這樣先要用限制酶EcoRⅠ切割,然后用聚合酶合成MseⅠ酶的系列,最后DNA連接酶形成環(huán)狀質粒,這樣在構建重組質粒時用MseⅠ和EcoRⅠ酶切割質粒和獲得目的基因即可。 5.(xx河南周口模擬)降鈣素是一種多肽類激素,臨床上用于治療骨質疏松癥等。人的降鈣素活性很低,半衰期較短。某科研機構為了研發(fā)一種活性高、半衰期長的新型降鈣素,從預期新型降鈣素的功能出發(fā),推測相應的脫氧核苷酸序列,并人工合成了兩條72個堿基的DNA單鏈,兩條鏈通過18個堿基對形成部分雙鏈DNA片段,再利用Klenow酶補平,獲得雙鏈DNA,過程如圖: 獲得的雙鏈DNA經(jīng)EcoR Ⅰ(識別序列和切割位點—G↓AATTC—)和BamH Ⅰ(識別序列和切割位點—G↓GATCC—)雙酶切后插入到大腸桿菌質粒中。下列有關分析不正確的是(　B　) A.Klenow酶是一種DNA聚合酶 B.合成的雙鏈DNA有72個堿基對 C.EcoRⅠ和BamHⅠ雙酶切的目的是保證目的基因和運載體的定向 連接 D.篩選重組質粒需要大腸桿菌質粒中含有標記基因 解析:據(jù)圖可知,Klenow酶能以DNA單鏈為模板,合成出其互補鏈,因此Klenow酶是一種DNA聚合酶,A正確。人工合成兩條DNA單鏈各有72個堿基,且兩條鏈通過18個堿基對形成部分雙鏈DNA片段,因此最終合成的雙鏈DNA有(72-18)2=108(個)堿基對,B錯誤。EcoRⅠ和BamHⅠ雙酶切可防止DNA片段的任意連接,保證目的基因和運載體的定向連接,C正確。篩選含重組質粒的大腸桿菌需要根據(jù)標記基因的表達與否,D正確。 6.番茄葉片受害蟲損傷后,葉肉細胞迅速合成蛋白酶抑制劑,抑制害蟲的消化作用。人們嘗試將番茄的蛋白酶抑制劑基因導入玉米,以對付猖獗的玉米螟。下圖為培育轉基因抗蟲玉米的流程圖,下列描述正確的是(　C　) A.可利用限制性核酸內(nèi)切酶從番茄的基因庫中獲取蛋白酶抑制劑 基因 B.用氯化鈣處理玉米受體細胞,有利于含目的基因的重組質粒導入 C.重組Ti質粒應有RNA聚合酶識別和結合的部位,以啟動蛋白酶抑制劑基因的轉錄 D.若將目的基因導入玉米花粉細胞,通過花藥離體培養(yǎng)可獲得穩(wěn)定遺傳的轉基因玉米 解析:本題考查基因工程內(nèi)容。目的基因是用限制性核酸內(nèi)切酶將DNA酶切后得到的,需篩選;氯化鈣是用于處理細菌細胞的,如果受體細胞是植物細胞,則需用纖維素酶處理,以增加目的基因導入的成功率;基因成功表達的前提是能轉錄和翻譯,轉錄時需RNA聚合酶識別轉錄的起點才能啟動;花藥離體培養(yǎng)得到的是玉米的單倍體,需再用秋水仙素處理單倍體,使染色體加倍才能得到穩(wěn)定遺傳的轉基因 玉米。 二、非選擇題:本大題共6小題,共60分。 7.(15分)植物生物反應器是指通過基因工程途徑,以常見的農(nóng)作物作為“化學工廠”,通過大規(guī)模種植,生產(chǎn)具有重要功能的蛋白質,如人或動物的疫苗、抗體、工農(nóng)業(yè)用酶等各種高價值的生物制品的方法。列舉幾例如下表,請據(jù)此回答問題: 反應器名稱 藥物名稱 作用 蕪菁生物反應器 干擾素 抗病毒 煙草生物反應器Ⅰ 生長激素 促進生長 煙草生物反應器Ⅱ 核糖體抑制蛋白 抑制HIV增殖 番茄生物反應器 狂犬病病毒 糖蛋白(G蛋白) 疫苗 馬鈴薯生物反應器 人血清白蛋白(HSA) 維持滲透壓、pH 緩沖、營養(yǎng)等 (1)從基因工程的角度分析,將目的基因導入植物受體細胞的最常用的方法是　　　　　　,運載體是　　　　,目的基因能在植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關鍵是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在檢測受體細胞中是否已經(jīng)導入目的基因時,分子水平上的檢測方法名稱是　　　　　　　　　　　　。 (2)從細胞工程的角度分析,建立“化學工廠”的理論基礎是　　　　　　　　　。從生態(tài)學角度考慮操作過程需要　　　　　　　　。 (3)分析說明煙草生物反應器Ⅱ生產(chǎn)的藥物作用機理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)從細胞膜的結構和功能上分析,生長激素不能使煙草細胞生長的原因是　 ; 吃G蛋白基因已有效表達的番茄果實　　　　(填“能”或“不能”)預防狂犬病。 解析:(1)植物轉基因常用的方法是農(nóng)桿菌轉化法,農(nóng)桿菌中含有Ti質粒,其上的TDNA能將目的基因整合到植物染色體DNA上。目的基因在受體細胞中穩(wěn)定遺傳的關鍵是目的基因是否整合到受體細胞的染色體DNA上,可以利用DNA分子雜交技術來檢測。(2)“化學工廠”指利用轉基因植株生產(chǎn)人類所需功能蛋白,轉基因植物細胞形成轉基因植株過程是通過植物組織培養(yǎng)來實現(xiàn)的,其原理是植物細胞的全能性。整個過程應無菌操作。(3)煙草生物反應器Ⅱ生產(chǎn)的是核糖體抑制蛋白,能抑制HIV感染者的T細胞中核糖體功能,導致HIV蛋白質合成受阻,從而抑制HIV的增殖。(4)植物細胞膜上沒有生長激素的受體,所以生長激素不能促進植物細胞生長。G蛋白是大分子的蛋白質,食用G蛋白后被分解成氨基酸,不能達到預防狂犬病的目的。 答案:(1)農(nóng)桿菌轉化法　Ti質?！≌系绞荏w細胞染色體的DNA上　DNA分子雜交技術　(2)細胞的全能性　無菌操作(或預防微生物感染或預防雜菌污染)　(3)該藥物能抑制HIV感染者T細胞(或被HIV感染的人體細胞)的核糖體合成HIV蛋白質　(4)煙草細胞(膜)上無生長激素的受體　不能 8.(xx福州八中模擬)(15分)自1981年Evans和Kaufman首次成功分離小鼠胚胎干細胞(ES細胞),醫(yī)學界對其的研究雖頗有爭議但也如火如荼,下圖表示利用胚胎干細胞(ES細胞)所做的一系列研究,請據(jù)圖分析回答: (1)　　　　　　　是制備單克隆抗體的技術基礎。 (2)過程Ⅱ將帶有遺傳標記的ES細胞注入早期胚胎的囊胚腔,通過組織化學染色,用于研究動物器官形成的時間、發(fā)育過程以及影響的因素,這項研究利用了胚胎干細胞具有　　　　　　　　　的特點。在哺乳動物早期發(fā)育過程中,囊胚的后一個階段是　　　　。 (3)過程Ⅲ中目的基因導入胚胎干細胞前,先要獲得目的基因,真核生物中常用的提取目的基因的方法是　 。 (4)過程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是軟骨、神經(jīng)管、橫紋肌和骨骼等人類組織和器官。實驗時,必須用X射線照射去除胸腺的小鼠,獲得免疫缺陷小鼠,其目的是　 。 解析:(1)動物細胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎。(2)過程Ⅱ利用的是胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性的特點;囊胚進一步發(fā)育形成原腸胚。(3)真核生物中常用的提取目的基因的方法是人工提取。(4)胸腺是T細胞發(fā)育和成熟的場所,去除胸腺,小鼠不能形成T細胞,造成其細胞免疫缺乏,使移植的組織細胞不會被排斥。 答案:(1)動物細胞培養(yǎng) (2)發(fā)育的全能性 　　原腸胚 (3)人工提取 (4)去除胸腺,使其不能形成T細胞,不發(fā)生細胞免疫,使移植的組織細胞不會被排斥 9.(xx安徽皖南八校聯(lián)考)(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(nèi)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)限制酶的酶切點是連接兩個核苷酸之間的　　　　　　　。 (2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段,產(chǎn)生的末端是　　　　末端,其產(chǎn)物長度為　 。 (3)若圖1中虛線方框內(nèi)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(chǎn)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,請你設計一個篩選方案:　 　 。 解析:(1)限制酶能識別DNA分子中特定的核苷酸序列,且在特定的位點進行切割,切割的是兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 (2)SmaⅠ酶識別的堿基序列及酶切位點為CCC↓GGG,切點在中間,可知產(chǎn)生的末端是平末端。圖1所示的DNA分子SmaⅠ酶有兩個酶切 位點。 (3)如圖1所示,SmaⅠ酶的第一個識別序列中一個堿基對被替換后就無法識別了,所以用SmaⅠ酶切割目的基因只能切成兩段。所以突變后的基因d只能切成1327bp和661bp,而未突變的仍切成537bp、790bp、661bp。 (4)由圖可知目的基因只能由BamH Ⅰ酶切割,用Sma Ⅰ酶切割目的基因會破壞目的基因。由于BamH Ⅰ破壞了質粒的抗生素A抗性基因,所以只要在培養(yǎng)基中分別添加抗生素A、抗生素B,便能利用選擇培養(yǎng)基篩選出能在抗生素B的培養(yǎng)基中生長而不能在抗生素A的培養(yǎng)基中生長的大腸桿菌。 答案:(1)磷酸二酯鍵　(2)平　537bp　790bp　661bp (3)4　(4)BamHⅠ　在培養(yǎng)基中分別添加抗生素A、抗生素B,篩選出能在抗生素B中生長而不能在抗生素A中生長的大腸桿菌。 10.(15分)如圖是從酵母菌中獲取某植物需要的控制某種酶合成的基因的流程,結合所學知識及相關信息回答下列問題: (1)圖中cDNA文庫　　　　(填“大于”、“等于”或“小于”)基因組文庫。 (2)①過程提取的DNA需要　　　　的切割,B過程是　　　　。 (3)為在短時間內(nèi)大量獲得目的基因,可用　　　　擴增的方法,其原理是　　　　。 (4)目的基因獲取之后,需要進行　　　　　　　　,其組成必須有　　　　　　　　　　　　　　　　　　以及標記基因等,此步驟是基因工程的核心。 (5)將該目的基因導入某雙子葉植物細胞,常采用的方法是　　　　,其能否在此植物體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關鍵是　　 , 可以用　　　　技術進行檢測。 (6)如果要想使該酶活性更強或具有更強的耐受性,需要對現(xiàn)有蛋白質進行改造,這要通過蛋白質工程。首先要設計預期的　　　　　　,再推測應有的氨基酸序列,找到相對應的　　　　　　　。 (7)除植物基因工程碩果累累之外,在動物基因工程、基因工程藥物和基因治療等方面也取得了顯著成果,請列舉出至少兩方面的應用: 　 。 解析:(1)cDNA文庫為部分基因,它小于代表該物種全部基因的基因組文庫。(2)①是提取目的基因,目的基因可用限制酶切割,B過程以mRNA為模板合成DNA,即逆轉錄過程。(3)獲取目的基因的方法包括直接分離法、人工合成法及用PCR技術直接擴增目的基因等。PCR技術擴增目的基因的原理是DNA復制。(4)目的基因和運載體結合形成重組質粒被稱為基因表達載體的構建,基因表達載體包括啟動子、目的基因、標記基因、終止子、復制原點。(5)目的基因導入雙子葉植物常用的方法為農(nóng)桿菌感染法,目的基因導入后可用DNA分子雜交法進行檢測。(6)設計全新蛋白質,對蛋白質進行改造需要用蛋白質工程。首先要對蛋白質結構進行設計,然后推斷蛋白質應有的氨基酸序列,然后推斷對應的目的基因的堿基序列,最終合成目的基因。(7)基因工程在醫(yī)學方面具有重要作用,如基因診斷、基因治療、生產(chǎn)基因工程藥物。 答案:(1)小于　(2)限制酶　逆轉錄　(3)PCR技術　DNA復制　(4)基因表達載體的構建　啟動子、終止子、目的基因(復制原點可不答)　(5)農(nóng)桿菌轉化法　目的基因是否整合到植物細胞的染色體上　DNA分子雜交 (6)蛋白質結構　脫氧核苷酸序列(基因) (7)乳腺生物反應器;體外基因治療復合型免疫缺陷綜合癥(其他合理答案也可) 【教師備用】 1.如圖是培育表達人乳鐵蛋白的乳腺生物反應器的技術路線。圖中tetR表示四環(huán)素抗性基因,ampR表示氨芐青霉素抗性基因,BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直線所示為三種限制酶的酶切位點。據(jù)圖回答: (1)圖中將人乳鐵蛋白基因插入載體,需用　　　　　　 　　 　　　　　　限制酶同時酶切載體和人乳鐵蛋白基因。篩選含有重組載體的大腸桿菌首先需要在含　　　　　　的培養(yǎng)基上進行。 (2)能使人乳鐵蛋白基因在乳腺細胞中特異性表達的調控序列是 　　　　(填字母代號)。 A.啟動子 B.tetR C.復制原點 D.ampR (3)過程①可采用的操作方法是　　　　(填字母代號)。 A.農(nóng)桿菌轉化 B.大腸桿菌轉化 C.顯微注射 D.細胞融合 (4)過程②采用的生物技術是　　　　　　　　　。 (5)對早期胚胎進行切割,經(jīng)過程②可獲得多個新個體。這利用了細胞的　　　　性。 (6)為檢測人乳鐵蛋白是否成功表達,可采用　　　　(填字母代號)技術。 A.核酸分子雜交 B.基因序列分析 C.抗原—抗體雜交 D.PCR 解析:(1)SamⅠ酶切位點在人乳鐵蛋白基因內(nèi),如用其酶切,則會破壞目的基因,故排除。為防止目的基因和載體自身連接,在利用限制酶進行切割時,兩端需要剪切成不同的黏性末端,因此需要用BamHⅠ和HindⅢ兩種限制酶同時酶切載體和人乳鐵蛋白基因。因人乳鐵蛋白基因插入位置位于載體上的四環(huán)素抗性基因內(nèi),導致基因不能表達,使受體細胞無四環(huán)素抗性;而載體上的氨芐青霉素抗性基因未被破壞,使受體細胞具有氨芐青霉素抗性,故篩選含有重組載體的大腸桿菌需要在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基上進行。(2)啟動子位于基因的首端,可驅動基因轉錄出信使RNA,使基因得以表達,故屬于調控序列。(3)①過程將目的基因導入到動物的受精卵中,一般采用顯微注射法。(4)②過程表示將早期胚胎移入代孕牛體內(nèi)繼續(xù)發(fā)育,故為胚胎移植技術。(5)早期胚胎分割成幾份后,每份經(jīng)移植和培養(yǎng)后都能形成一個新的個體,利用了細胞的全能性。(6)人乳鐵蛋白基因成功表達的標志是產(chǎn)生了人乳鐵蛋白,因此可利用抗原—抗體雜交技術檢測其是否成功表達。 答案:(1)HindⅢ和BamHⅠ　氨芐青霉素　(2)A　(3)C　(4)胚胎移植技術　(5)全能　(6)C 2.(xx福州高中質檢)利用基因工程技術,可以使目的基因上特定的堿基發(fā)生替換,從而產(chǎn)生定向變異以獲得性能更優(yōu)異的蛋白質,其基本過程如圖所示,請回答問題: (1)參照PCR技術,可用　　　　方法使質粒DNA雙鏈解開,甲過程中加入的一定長度的核苷酸鏈,其中一個位置堿基C替代了堿基A,其他的序列與目的基因的一條鏈互補,該核苷酸鏈在質粒DNA復制中作為　　　　。 (2)乙過程是表示在DNA聚合酶作用下DNA鏈延伸,要形成閉合環(huán)狀DNA分子,還需要　　　　酶的參與。 (3)丙和丁過程表示質粒分別導入目的細胞,進行增殖并　　　　,多代繁殖后,能指導突變蛋白質產(chǎn)生的質粒占總數(shù)的　　　　。 解析:(3)丙和丁過程表示質粒分別導入目的細胞,進行增殖及轉錄、翻譯;由圖示可知,乙過程中形成的閉合環(huán)狀DNA分子中有一條鏈是原來正常的核苷酸鏈,另一條鏈是發(fā)生特定的堿基替換的核苷酸鏈,由于DNA復制是半保留復制,因此經(jīng)多代繁殖后,能指導突變蛋白質產(chǎn)生的質粒占總數(shù)的1/2。 答案:(1)加熱　引物　(2)DNA連接　(3)表達　1/2