2020屆高考生物藝考生大二輪總復習 上篇 專題九 生物技術(shù)與工程 第15講 基因工程和細胞工程課后鞏固提升

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1、第15講　基因工程和細胞工程 一、選擇題 1．某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導致相應(yīng)的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamHⅠ酶切后，與用BamHⅠ酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題： (1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有________________________(答出

2、兩點即可)。 而作為基因表達載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。 (2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細胞是不能區(qū)分的，其原因是________；并且________和________的細胞也是不能區(qū)分的，其原因是________。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有________的固體培養(yǎng)基。 (3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復制所需的原料來自于________。 解析：(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有：能夠

3、自我復制、具有標記基因、具有一個至多個限制酶切割位點等。(2)依題意可知，目的基因插入后，導致四環(huán)素抗性基因(Tetr)失活，而氨芐青霉素抗性基因(Ampr)仍能行使正常功能。如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進行篩選，在上述四種大腸桿菌細胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含有環(huán)狀目的基因的細胞，因二者均不含氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上都不能生長，所以是不能區(qū)分的；含有質(zhì)粒載體和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的細胞，因二者都含氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上都能生長，因此也是不能區(qū)分的。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基；因目的基因插入后，

4、導致四環(huán)素抗性基因(Tetr)失活，含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌在該培養(yǎng)基中不能生長，而含有質(zhì)粒載體的則能正常生長。(3)噬菌體是專門寄生在細菌細胞中的病毒，在侵染細菌時，噬菌體的DNA進入到細菌細胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留在細胞外；在噬菌體的DNA的指導下，利用細菌細胞中的物質(zhì)來合成噬菌體的組成成分。據(jù)此可推知：基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復制所需的原料來自于受體細胞。 答案：(1)能自我復制、具有標記基因(答出兩點即可) (2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長　含有質(zhì)粒載體　含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)　二者均含有氨

5、芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長　四環(huán)素　(3)受體細胞 2．研究人員利用PCR技術(shù)擴增了目的基因，并培育了能合成凝乳酶的轉(zhuǎn)基因酵母菌。請結(jié)合下圖回答相關(guān)問題： 注：HindⅢ和ApaLⅠ是兩種限制酶，箭頭表示酶的切割位點。 (1)利用PCR技術(shù)擴增目的基因的原理是____________。圖1中引物為單鏈DNA片段，它是根據(jù)________的脫氧核苷酸序列合成的。從理論上推測，第2輪循環(huán)產(chǎn)物中含有引物A的DNA片段所占的比例為________。 (2)圖2所示的基因表達載體中的URA3基因能編碼乳清苷5—磷酸脫羧酶，該酶能催化酵母菌尿嘧啶的合成，若酵母菌缺乏乳清苷5—磷酸脫

6、羧酶，就無法生長，除非在培養(yǎng)基中加入尿嘧啶。利用URA3基因作為________基因來篩選轉(zhuǎn)化成功的酵母菌，要選擇________的酵母菌作為受體細胞，所使用的培養(yǎng)基________(填“需要”或“不需要”)添加尿嘧啶。 (3)奶酪生產(chǎn)中的凝乳酶是一種分泌蛋白。工業(yè)生產(chǎn)過程中，________(填“能”或“不能”)選用大腸桿菌作為受體細胞表達出凝乳酶，原因是_______________________________。 答案：(1)DNA雙鏈可進行復制　目的基因　3/4　(2)標記　缺乏URA3基因(或不能合成乳清苷5-磷酸脫羧酶)　不需要　(3)不能　大腸桿菌無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體(或大腸

7、桿菌無法對蛋白質(zhì)進行加工和修飾) 3．真核生物基因中通常含有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒有，原核生物沒有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對應(yīng)的RNA序列的機制。下圖表示基因文庫的制備和從基因文庫中提取胰島素基因的過程。請回答下列問題： (1)從基因結(jié)構(gòu)分析，與基因組文庫中的基因相比，從cDNA文庫中獲得的目的基因缺少的結(jié)構(gòu)______________________(至少寫兩個)等。圖中①過程中存在的堿基配對方式有______________________(模板上的堿基在前)；②過程所用的工具酶有__________________。 (2)為了便于導入基因，細菌培養(yǎng)基中一般加入_____

8、___，理由是__________________ 。 (3)依據(jù)圖中雜交結(jié)果，應(yīng)選取培養(yǎng)基上________(填字母)菌落繼續(xù)培養(yǎng)，才能獲得含有胰島素基因的受體菌。 (4)從大腸桿菌中獲得的“胰島素”未能達到期待的生物活性，從細胞結(jié)構(gòu)角度分析，其原因是____________________________________________________。 答案：(1)啟動子、終止子、內(nèi)含子　A—T，U—A、G—C、C—G　限制酶、DNA連接酶　(2)CaCl2(或鈣離子)　鈣離子使細菌處于感受態(tài)(或鈣離子能提高細菌從外界吸收DNA的能力)　(3)a　(4)大腸桿菌中缺少對胰島素進行加

9、工和修飾的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體 4．利用基因工程技術(shù)培育馬鈴薯新品種，目前已經(jīng)取得豐碩成果。請根據(jù)教材所學知識，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?qū)腭R鈴薯受體細胞中。構(gòu)建好的基因表達載體基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標記基因、________、________、________等五部分。 (3)科學家還培育出抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，其設(shè)計方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使轉(zhuǎn)基因馬鈴薯對除草劑_______

10、_(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過量表達，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯吸收除草劑后仍能________。 (4)將目的基因?qū)胧荏w細胞后，還需對轉(zhuǎn)基因植物進行______________________。 解析：(1)通過導入抗病基因并使其表達可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中作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)馬鈴薯是雙子葉植物，常用土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)腭R鈴薯受體細胞中，構(gòu)建好的基因表達載體基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標記基因、啟動子、終止子、復制原點等五部分。(3)除草劑只能作用于雜草，不能作用于馬鈴薯，因此需要修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑不敏感(抵抗)，或使

11、靶蛋白過量表達，植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因?qū)胧荏w細胞后，還需對轉(zhuǎn)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)土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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 5．基因表達載體的構(gòu)建是基因工程的核心。圖1為限制酶EcoRⅠ的識別序列示意圖，圖2表示目的基因及限制酶切點，圖3表示目的基因上的DNA片段，圖4表示質(zhì)粒。 請回答下列問題： (1)圖3為目的基因中的某一片段，連接②處化學鍵的酶有________________________。 (2)若利用PCR技術(shù)增加目的基因的數(shù)量，由圖2可知

12、，A、B、C、D四種單鏈DMA片段中除了B作為引物外，________(填“A”“C”或“D”)亦可作為引物。 (3)為了使目的基因和質(zhì)粒定向連接并且有利于受體細胞的篩選，提高重組效率，應(yīng)該選擇的限制酶是__________________________。 (4)如果大腸桿菌是受體細胞，則其體內(nèi)應(yīng)不含________，利于篩選出含重組質(zhì)粒的受體菌。 解析：(1)②處化學鍵是磷酸二酯鍵，在復制過程中連接②化學鍵的酶是DNA聚合酶，在基因工程中連接②處化學鍵的酶是DNA連接酶。(2)若用PCR技術(shù)增加目的基因的數(shù)量，由圖2可知，DNA復制只能從5′到3′，因此構(gòu)建前利用PCR技術(shù)擴增干擾素

13、基因時，A、B、C、D四種單鏈DNA片段中應(yīng)選取B和C作為引物。(3)為了使目的基因和質(zhì)粒定向連接并且有利于受體細胞的篩選，提高重組效率，四環(huán)素抗性基因沒有被破壞，所以應(yīng)該選擇的限制酶是EcoRⅠ和PstⅠ。(4)如果大腸桿菌是受體細胞，則其體內(nèi)應(yīng)不含抗四環(huán)素基因，以利于篩選出含重組質(zhì)粒的受體菌。 答案：(1)DNA聚合酶和DNA連接酶　(2)C (3)EcoRⅠ和PstⅠ　(4)抗四環(huán)素 6．我國某科研團隊將小麥液泡膜Na＋/K＋逆向轉(zhuǎn)運蛋白基因(TaNHX2基因)轉(zhuǎn)移到水稻細胞內(nèi)，獲得了轉(zhuǎn)基因耐鹽水稻新品種。請回答下列有關(guān)問題： (1)為保證目的基因在水稻細胞中能夠表達，運載體上應(yīng)

14、含有特定的________(填“復制原點”“啟動子”或“標記基因”)。 (2)水稻的轉(zhuǎn)化過程：將水稻幼胚接種到誘導培養(yǎng)基上，經(jīng)過________過程，培養(yǎng)出愈傷組織，然后用________法，將目的基因和相關(guān)功能片段整合到愈傷組織細胞的染色體DNA上，最后誘導愈傷組織形成水稻植株。 (3)為驗證外源基因整合到水稻基因組后是否轉(zhuǎn)錄，可從轉(zhuǎn)基因植株的細胞中提取所有mRNA并反轉(zhuǎn)錄成________再以反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為模板，利用TaNHX2基因為特異引物，通過________技術(shù)進行基因擴增。若以根細胞為材料，擴增結(jié)果為陽性(有產(chǎn)物生成)，以葉細胞為材料，擴增結(jié)果為陰性(無產(chǎn)物生成)，則說明____

15、___________________________________。 (4)將生長至4葉期的轉(zhuǎn)基因幼苗轉(zhuǎn)入高濃度的NaCl溶液中培養(yǎng)，進行耐鹽試驗，用非轉(zhuǎn)基因幼苗作為對照。培養(yǎng)30天后觀察現(xiàn)象，若____________________，則說明轉(zhuǎn)基因植株獲得了耐鹽特性。 解析：(1)基因表達是指轉(zhuǎn)錄和翻譯形成蛋白質(zhì)，其中轉(zhuǎn)錄是由啟動子啟動的，因此為保證目的基因在水稻細胞中能夠表達，運載體上應(yīng)含有特定的啟動子。(2)愈傷組織是外植體經(jīng)過脫分化過程形成的；將目的基因?qū)胫参锛毎Ｓ棉r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(3)mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA(互補DNA)；PCR技術(shù)可在體外擴增基因；若以根細胞為材料擴增

16、結(jié)果為陽性(有產(chǎn)物生成)，以葉細胞為材料擴增結(jié)果為陰性(無產(chǎn)物生成)，則說明目的基因(TaNHX2基因)僅在根細胞中轉(zhuǎn)錄，未在葉細胞中轉(zhuǎn)錄。(4)將生長至4葉期的轉(zhuǎn)基因幼苗轉(zhuǎn)入高濃度的NaCl溶液中培養(yǎng)，進行耐鹽試驗，用非轉(zhuǎn)基因幼苗作為對照，培養(yǎng)30天后觀察現(xiàn)象，若轉(zhuǎn)基因植株獲得了耐鹽特性，則轉(zhuǎn)基因植株存活率高于非轉(zhuǎn)基因植株(轉(zhuǎn)基因植株葉片不變黃，非轉(zhuǎn)基因植株葉片變黃，其它答案合理可給分)。 答案：(1)啟動子　(2)脫分化　農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化　(3)cDNA(互補DNA)　PCR　目的基因(TaNHX2基因)僅在根細胞中轉(zhuǎn)錄，未在葉細胞中轉(zhuǎn)錄(僅回答“基因選擇性表達”不正確)　(4)轉(zhuǎn)基因植株存活

17、率高于非轉(zhuǎn)基因植株 7．請回答下列有關(guān)核移植方面的問題： (1)目前，科學家通過細胞核移植實驗，培育出多種哺乳動物新類型。在牛的核移植實驗中。一般通過________(物理方法)激活受體細胞，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程；當胚胎發(fā)育到________階段時，將胚胎植入代孕牛體內(nèi)。 (2)在利用核移植技術(shù)進行治療性克隆時，需要取患者體細胞的細胞核，移入一個已經(jīng)去核的卵母細胞中，構(gòu)成重組細胞。這個過程中，所用的去核卵母細胞一般處于________期；所用的供體細胞一般選用傳代10代以內(nèi)的細胞，原因是_______________________________； 將患者的體細胞核植入去核的卵

18、母細胞中構(gòu)建重組細胞后進行細胞培養(yǎng)，而不是直接用體細胞進行細胞培養(yǎng)的原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)經(jīng)核移植獲得的重組細胞進行體外培養(yǎng)時，培養(yǎng)液中通常要添加________等一些天然成分，而氣體中CO2的主要作用是______________。 培養(yǎng)過程中，為了清除代謝產(chǎn)物，防止代謝產(chǎn)物積累對細胞造成危害，應(yīng)定期________。 解析：(1)在核移植實

19、驗中，激活受體細胞使其完成細胞分裂和發(fā)育進程一般采用的物理方法是電脈沖(或電刺激)。當牛的胚胎發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段時，可將其向受體移植。(2)在核移植過程中，作為受體細胞的去核卵母細胞一般處于減數(shù)第二次分裂中期。用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細胞，原因是傳代10代以內(nèi)的細胞能保持正常的二倍體核型。體細胞核在體細胞中不能表現(xiàn)全能性，而卵母細胞的細胞質(zhì)可以給它提供表達全能性的環(huán)境。(3)動物細胞培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基屬于合成培養(yǎng)基，常需加入血清、血漿等一些天然成分。動物細胞培養(yǎng)過程中，為了清除代謝產(chǎn)物，防止代謝產(chǎn)物積累對細胞造成危害，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液。 答案：(1)電脈沖(或電刺激)

20、　桑椹胚或囊胚 (2)MⅡ中(減數(shù)第二次分裂中)　傳代10代以內(nèi)的細胞能保持正常的二倍體核型　體細胞核在體細胞中不能表現(xiàn)全能性，而卵母細胞的細胞質(zhì)可以給它提供表達全能性的環(huán)境　(3)血清、血漿　維持培養(yǎng)液的pH　更換培養(yǎng)液 8．甲、乙是染色體數(shù)目相同的兩種二倍體藥用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小組擬培育同時含有A和B的新型藥用植物?；卮鹣铝袉栴}： (1)為了培育該新型藥用植物，可取甲和乙的葉片，先用________酶和________酶去除細胞壁，獲得具有活力的________，再用化學誘導劑誘導二者融合。形成的融合細胞進一步培養(yǎng)形成________組織，然后經(jīng)過____

21、____形成完整的雜種植株。這種培養(yǎng)技術(shù)稱為__________。 (2)上述雜種植株屬于多倍體，多倍體是指__________________。假設(shè)甲與乙有性雜交的后代是不育的，而上述雜種植株是可育的，造成這種差異的原因是_______________________。 (3)這種雜種植株可通過制作人工種子的方法來大量繁殖。經(jīng)植物組織培養(yǎng)得到的________________________等材料用人工薄膜包裝后可得到人工種子。 解析：(1)細胞壁的主要成分為纖維素和果膠，去除時用果膠酶和纖維素酶。原生質(zhì)體融合后經(jīng)誘導形成愈傷組織，再分化形成雜種植株。這一技術(shù)即為植物體細胞雜交技術(shù)。(2)多倍體指由受精卵發(fā)育而來，體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。甲、乙有性雜交的后代在減Ⅰ分裂前期染色體聯(lián)會異常，不能形成配子。(3)人工種子是由組織培養(yǎng)得到的胚狀體。不定芽、腋芽、頂芽等材料用人工薄膜包裝后得到的。 答案：(1)纖維素　果膠　原生質(zhì)體　愈傷　再分化(或分化)　植物體細胞雜交技術(shù)　(2)體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體　在減數(shù)分裂過程中，前者染色體聯(lián)會異常，而后者染色體聯(lián)會正?！?3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽 7