2020屆高考生物藝考生大二輪總復(fù)習(xí) 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(dǎo)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BamH酶切后，與用BamH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

2、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(fù)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：能夠自我復(fù)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(dǎo)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

3、。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，導(dǎo)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

4、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(dǎo)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(fù)制所需的原料來自于受體細胞。答案：(1)能自我復(fù)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：Hind和ApaL是兩種限

5、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

6、為受體細胞表達出凝乳酶，原因是_。答案：(1)DNA雙鏈可進行復(fù)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。圖中過程中存在的堿基配對方式有_(模板上的堿基在前)；過程所用的工具酶有_。(2)

7、為了便于導(dǎo)入基因，細菌培養(yǎng)基中一般加入_，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AT，UA、GC、CG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(xué)知識，回答下列問題：(1)馬鈴薯易患多種疾病，導(dǎo)致

8、其產(chǎn)量不高。通過導(dǎo)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(fù)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(xué)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_(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(dǎo)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

9、復(fù)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(fù)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(fù)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EcoR的識別序列示意圖，圖2

10、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，連接處化學(xué)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，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)處化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵，在復(fù)制過程中連接化學(xué)鍵的酶是DNA聚合酶，在基因工程中連接處化學(xué)鍵的酶是DNA連接酶。(2)若用PC

11、R技術(shù)增加目的基因的數(shù)量，由圖2可知，DNA復(fù)制只能從5到3，因此構(gòu)建前利用PCR技術(shù)擴增干擾素基因時，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EcoR和Pst。(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)EcoR和Pst(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

12、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)含有特定的_(填“復(fù)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(dǎo)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(dǎo)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_。(4)將生長至4葉期

13、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

14、。(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(xué)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

15、法)激活受體細胞，使其完成細胞分裂和發(fā)育進程；當(dāng)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

16、核移植實驗中，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(dāng)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

17、激)桑椹胚或囊胚(2)M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(xué)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)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_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

18、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(dǎo)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)會正常(3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽7