2019高考生物二輪復習 第18練 基因工程與細胞工程練習.docx

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第18　基因工程與細胞工程 非選擇題 1.(2018陜西榆林四模,38)(9分)人白細胞介素是一種重要的免疫活性調(diào)節(jié)因子?？蒲腥藛T將人白細胞介素基因導入衣藻細胞的葉綠體基因組中并高效表達,該技術被稱為葉綠體基因工程。請回答下列問題: (1)質粒是基因工程中最常用的運載體,質粒作為運載體需具備的條件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(需答出兩點)。基因工程的操作工具中,除了運載體外,還需要　　　　　　　。 (2)在構建基因表達載體時,應將目的基因插入　　　　　　　　之間,表達載體上標記基因的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)植物葉肉細胞中能使目的基因表達的細胞器除了葉綠體外還有　　　　。從基因工程與環(huán)境安全的角度分析,葉綠體基因工程的優(yōu)點是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 2.(2018遼寧鞍山一中四模,38)(8分)干擾素基因缺失的個體免疫力嚴重下降。科學家利用胚胎干細胞(ES細胞)對干擾素基因缺失的患者進行基因治療。請回答下列問題: (1)利用PCR技術擴增干擾素基因時,需在　　　　　　的作用下進行。PCR擴增時,退火溫度的設定是成敗的關鍵。退火溫度的設定與引物長度、堿基組成有關,長度相同但　　　　　　的引物需要設定更高的退火溫度。如果PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物,則可以采取的改進措施有　　　　(填序號:①升高退火溫度?、诮档屯嘶饻囟取、壑匦略O計引物)。 (2)有人得到如圖所示的含有目的基因的表達載體,但其不能在宿主細胞中表達目的基因產(chǎn)物,分析目的基因不能表達的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)對改造后的ES細胞進行培養(yǎng)的過程中,為了防止污染,可在培養(yǎng)基中添加一定量的　　　　。 (4)干擾素的作用機理是:干擾素作用于宿主細胞膜上的相應受體,激活細胞核中基因表達產(chǎn)生多種抗病毒蛋白,其中有些蛋白可通過激活　　　　　　使病毒的RNA水解。 3.(2018江西上饒二模,38)(9分)口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一種動物傳染病,目前常用接種弱毒疫苗的方法預防。疫苗的主要成分是該病毒的一種結構蛋白VP1。科學家嘗試利用轉基因番茄來生產(chǎn)口蹄疫疫苗。請回答下列問題: (1)如圖是VP1基因、農(nóng)桿菌Ti質粒結構示意圖,若用以構建具有VP1基因的基因表達載體,還需要在質粒中插入　　　　。 (2)口蹄疫病毒的遺傳物質為RNA,則獲得可重組到質粒的VP1基因必須用到　　　　酶。要獲得大量該VP1基因,可利用　　　技術進行擴增。 (3)通常用BamHⅠ、HindⅢ兩種限制酶切割VP1基因和Ti質粒的目的是　　　　　　;要篩選出含有該目的基因表達載體的農(nóng)桿菌,首先需要在含　　　　的培養(yǎng)基上進行。 (4)VP1基因應插入到農(nóng)桿菌Ti質粒的T-DNA上,通過轉化作用進入番茄細胞并插入到　　　　　　,使VP1基因能夠穩(wěn)定存在并發(fā)揮作用。 (5)獲得表達VP1蛋白的番茄植株以后,要進行免疫效力的測定,具體方法是:將從轉基因番茄葉片中提取的VP1蛋白質注射到一定數(shù)量的豚鼠體內(nèi),每半個月注射一次,三次注射后檢測豚鼠血液中產(chǎn)生的　　　　　　　數(shù)量,為了使結果可信,應設置空白對照組,注射　　　　　　。 4.(2018湖北重點中學聯(lián)考,38)(9分)乙肝病毒表面有T1蛋白和T2蛋白,免疫接種實驗表明這兩種蛋白質都可引起實驗動物的免疫反應?？蒲腥藛T用農(nóng)桿菌轉化法培育出轉基因番茄,用于生產(chǎn)可口服的乙肝病毒疫苗,回答下列問題: (1)T1蛋白和T2蛋白進入實驗動物的腸道后,會被實驗動物小腸黏膜上的一種M細胞當做　　　　處理,進而引發(fā)一系列的免疫反應,最終產(chǎn)生相應的　　　　　　,使實驗動物獲得了對乙肝病毒的免疫能力。 (2)用轉基因番茄生產(chǎn)可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白),所用的目的基因是　　　　　　　　,所用的運載體是土壤農(nóng)桿菌的　　　　。 (3)可利用PCR技術擴增目的基因,其前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根據(jù)這一序列合成　　　　。PCR一般要經(jīng)歷三十多次循環(huán),目的基因在乙肝病毒DNA中的位置如圖所示,則在　　　　(填“第一次”“第二次”或“第三次”)次循環(huán)結束后,即可出現(xiàn)兩條鏈等長的目的基因片段。 (4)獲得轉基因番茄植株后,通過分子檢測,已確定該植株所結番茄中含有T2蛋白,此后還需要進行個體生物學水平的鑒定,例如 　　　　　　　　　　　　　　　。 5.(2018黑龍江哈爾濱三中二模,38)(13分)草莓是無性繁殖的作物,感染的病毒很容易傳播給后代,病毒在作物體內(nèi)逐年積累,就會導致產(chǎn)量變低,品質變差?？梢岳眉毎こ膛嘤摱静葺蚶没蚬こ膛嘤共《静葺；卮鹣铝袉栴}: (1)為了獲得脫毒草莓,外植體往往取自植物分生區(qū)附近(如莖尖),其原因是　　　　　　　　　　　　　　。利用植物組織培養(yǎng),能獲得試管苗,其原理是植物細胞具有全能性,草莓細胞具有全能性的原因是　　　　　　　　　　。 (2)植物組織培養(yǎng)過程中可出現(xiàn)不同的結果,這些結果的出現(xiàn)主要與培養(yǎng)基中兩種激素有關,這兩種激素是　　　　　　　　;在培養(yǎng)形成完整新植株過程中,對這兩種激素的調(diào)控關鍵是　 　　　　　　　　　　。 (3)構建的基因表達載體除含有標記基因外,還必須有　　　　　　　　　　　　。草莓是雙子葉植物,將目的基因導入受體細胞采用最多的方法是　　　　　　　　。 (4)要檢測轉基因生物的DNA上是否插入了目的基因,檢測方法是　　　　　　　　。用　　　　　　　　　　　作為探針與草莓基因組DNA雜交,如果　　　　　　,就表明目的基因已插入染色體DNA中。 6.(2018河南安陽三模,38)(12分)中國科學家成功突破了克隆猴這個世界生物學前沿的難題,率先建立起可有效模擬人類疾病的動物模型,實現(xiàn)了我國在非人靈長類研究領域由國際“并跑”到“領跑”的轉變。據(jù)此回答下列問題: (1)克隆猴的誕生,體現(xiàn)了動物細胞的　　　　具有全能性。相對于植物組織培養(yǎng)而言,動物尤其是高等動物的克隆比較困難的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?？寺∵^程中一般利用未受精的去核卵細胞作為受體細胞,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)克隆猴培養(yǎng)過程中需要用　　　　酶處理使細胞從瓶壁上分離下來。為了提高動物細胞克隆形成率,可以選擇適宜的培養(yǎng)基、添加　　　　　等天然成分,以滋養(yǎng)細胞支持生長。培養(yǎng)箱中通常要維持一定的CO2濃度,CO2的作用是　　　　　　　　?？寺『锍擞玫絼游锛毎こ痰南嚓P生物技術手段外,還必須用到　　　　　　　　　　　　　　　(答出兩種技術)。 7.(2018遼寧大連二模,38)(10分)某大學科研人員用小鼠ES細胞(即胚胎干細胞)免疫兔,獲得大量分泌單克隆抗體的雜交瘤細胞株,從而建立了胚胎干細胞的抗體庫。此類單克隆抗體能夠識別ES細胞的特異性分子標志,該標志對胚胎干細胞的鑒定、分離以及自我更新和分化機制的研究有著十分重要的意義。請依據(jù)相關知識回答下列問題: (1)制備單克隆抗體所用到的生物技術手段主要有　　　　　　　和　　　　　　。制備此單克隆抗體之前,必須對兔注射　　　　　　　　　,使兔產(chǎn)生免疫反應。 (2)從兔的脾臟中提取的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合,可形成多種融合細胞,此時需要用特定的選擇性培養(yǎng)基進行篩選,在該培養(yǎng)基上　　　　　　　　　　　　　　的細胞不能生存。 (3)上述篩選過程中獲得的雜交瘤細胞還需進行克隆化培養(yǎng)和　　　　檢測,經(jīng)多次篩選,就可獲得能分泌所需抗體的細胞,該細胞在體外培養(yǎng)時應在含有　　　　　　　　　　的混合氣體的恒溫培養(yǎng)箱中進行,最終獲得大量的單克隆抗體。該抗體與傳統(tǒng)方法制備的抗體相比,最主要的優(yōu)點是　　　　　　　　　　　　　　。 (4)通過ES細胞的體外誘導分化,還可以培育出人造組織器官,解決器官移植時存在的　　　　　　　　　　的問題。 8.(2018河北衡水中學七調(diào),38)(10分)科學家利用細胞融合技術研究細胞膜的結構特性,進行了下列實驗。 (1)將鼠細胞和人細胞在　　　　培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一段時間,用　　　　　處理,獲取實驗用的單細胞懸液。 (2)將兩種細胞在37 ℃下混合培養(yǎng),在培養(yǎng)液中加入　　　　　　　誘導融合,形成融合細胞,一般兩兩融合的細胞有　　　　種。 (3)細胞膜的主要成分是磷脂和蛋白質。將連接了熒光染料的抗體與融合細胞在一定條件下培養(yǎng),抗體與融合細胞的膜蛋白(抗原)特異性結合,其目的是標記膜蛋白,以便于顯微鏡觀察。用熒光顯微鏡觀察融合細胞表面熒光的顏色和　　　　,開始時,鼠的細胞為綠色,人的細胞為紅色,兩種顏色不混合;一段時間后,可觀察到紅綠熒光交替分布的“嵌合體”。統(tǒng)計　　　　　　,結果如下圖所示。 (4)科學家據(jù)此提出兩種假說解釋嵌合體的形成。 假說一:融合細胞合成了新的膜蛋白; 假說二:原有膜蛋白在細胞膜平面上運動。 ①使用　　　　　　　抑制劑和ATP合成抑制劑分別處理融合細胞,均對嵌合體形成沒有顯著影響,這個結果否定了假說一。 ②在15 ℃、20 ℃和26 ℃的培養(yǎng)溫度下重復上述實驗,這些實驗的結果為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,為假說二提供了證據(jù)支持。 答案全解全析 非選擇題 1.答案　(1)具有一個或多個限制性酶切位點;具有標記基因;能在宿主細胞中穩(wěn)定復制并保存　限制酶和DNA連接酶　(2)啟動子和終止子　鑒別受體細胞中是否有目的基因,從而將含目的基因的細胞篩選出來　(3)線粒體　可防止目的基因通過花粉擴散到環(huán)境中(或可防止基因污染環(huán)境) 解析　(1)質粒作為運載體必須具有一個或多個限制性酶切位點,具有標記基因,能在宿主細胞中穩(wěn)定復制并保存等?；蚬こ坛Ｓ玫墓ぞ哂羞\載體、限制酶和DNA連接酶等。(2)目的基因必須插入質粒上的啟動子與終止子之間才能表達;基因表達載體上的標記基因可以用來鑒別受體細胞中是否有目的基因,從而篩選含目的基因的細胞。(3)葉綠體和線粒體中都含有少量的DNA和核糖體,可以進行基因的表達,因此將目的基因導入兩者都可以表達出相關蛋白質。植物受粉時,葉綠體基因不會隨著花粉進入受精卵,因此葉綠體基因工程可防止目的基因通過花粉擴散到環(huán)境中。 2.答案　(1)Taq酶(或熱穩(wěn)定DNA聚合酶)　GC含量高?、冖邸?2)目的基因插入在終止子的下游,目的基因不能被轉錄　(3)抗生素　(4)RNA(水解)酶 解析　(1)PCR技術擴增干擾素基因時,需在耐高溫Taq DNA聚合酶的作用下進行;退火溫度與時間,取決于引物的長度、堿基組成及其濃度,還有堿基序列的長度,如果引物中GC含量高,需要設定更高的退火溫度;PCR反應的關鍵環(huán)節(jié)有①模板核酸的制備,②引物的質量與特異性,③酶的質量,④PCR循環(huán)條件。如果PCR反應得不到任何擴增產(chǎn)物,則可以采取的改進措施有降低退火溫度、重新設計引物等。(2)構建目的基因表達載體時,目的基因應插入啟動子和終止子之間,以利于目的基因的轉錄。(3)ES細胞的培養(yǎng)基中除了所需要營養(yǎng)物質外,還應添加一定的抗生素,防止雜菌污染。(4)酶有專一性,催化病毒RNA水解的酶是RNA水解酶。 3.答案　(1)啟動子　(2)逆轉錄　PCR　(3)防止VP1基因、Ti質粒的自身環(huán)化　卡那霉素　(4)染色體DNA　(5)VP1蛋白的抗體 等量生理鹽水 解析　(1)構建具有VP1基因的基因表達載體還需要在質粒中插入啟動子,啟動子是RNA聚合酶的結合位點,能啟動轉錄過程。(2)口蹄疫病毒的遺傳物質為RNA,可以以RNA為模板逆轉錄獲得VP1基因;PCR技術可在體外大量擴增目的基因。(3)用限制酶BamHⅠ、HindⅢ切割出的末端完全不同,這樣可以防止目的基因、運載體自身環(huán)化,也能防止目的基因和運載體反向連接,即可以保證目的基因和質粒的定向連接;由圖可知,標記基因是卡那霉素抗性基因,因此要篩選出含有該目的基因表達載體的番茄細胞,首先需要在含卡那霉素的培養(yǎng)基上進行。(4)VP1基因應插入到農(nóng)桿菌Ti質粒的T-DNA上,通過轉化作用進入番茄細胞并插入到染色體DNA,使VP1基因能夠穩(wěn)定維持并發(fā)揮作用。(5)獲得表達VP1蛋白的番茄植株以后,要進行免疫效力的測定,具體方法是:將從轉基因番茄葉片中提取的VP1蛋白質注射到一定數(shù)量的豚鼠體內(nèi),每半個月注射一次,三次注射后檢測豚鼠血液中產(chǎn)生的VP1蛋白的抗體數(shù)量。為了使結果可信,應設置空白對照組,注射等量生理鹽水。 4.答案　(1)抗原　記憶細胞(抗體和記憶細胞)　(2)T1蛋白基因　Ti質?！?3)引物　第三次　(4)用轉基因番茄植株生產(chǎn)的T2蛋白對實驗動物進行免疫接種實驗 解析　(1)T1蛋白和T2蛋白是乙肝病毒表面的蛋白質,進入實驗動物的腸道后,會被當做抗原處理,進而引發(fā)一系列的免疫反應,最終產(chǎn)生相應的記憶細胞和抗體。(2)用轉基因番茄生產(chǎn)可口服的乙肝病毒疫苗(含T1蛋白),目的基因的產(chǎn)物是T1蛋白,因此所用的目的基因是T1蛋白基因。根據(jù)題干中“用農(nóng)桿菌轉化法培育出轉基因番茄”可知:所用的運載體是土壤農(nóng)桿菌的Ti質粒。(3)PCR技術擴增的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列以便合成引物。 由圖可知:X基因第一次復制得到兩個、兩種DNA片段:①和②;X基因第二次復制得到四個、四種DNA片段:①復制得①和③、②復制得②和④;X基因第三次復制得到八個、五種DNA片段:①復制得①和③、③復制得③和⑤、②復制得②和④、④復制得④和⑤。結合以上分析:在第三次循環(huán)結束后,即可出現(xiàn)兩條鏈等長的目的基因片段。(4)獲得轉基因番茄植株后,通過分子檢測,已確定該植株所結番茄中含有T2蛋白。根據(jù)題干“乙肝病毒表面有T1蛋白和T2蛋白,免疫接種實驗表明這兩種蛋白質都可引起實驗動物的免疫反應”,因此在個體生物學水平上,用轉基因番茄植株生產(chǎn)的T2蛋白對實驗動物進行免疫接種實驗來鑒定。 5.答案　(1)分生區(qū)附近的病毒極少,甚至無病毒　具有草莓的全部遺傳信息　(2)生長素和細胞分裂素　恰當調(diào)控好不同培養(yǎng)期培養(yǎng)基中生長素與細胞分裂素的濃度和比例　(3)啟動子、終止子、目的基因　農(nóng)桿菌轉化法　(4)DNA分子雜交技術　放射性同位素標記的目的基因　顯示出雜交帶 解析　(1)植物分生區(qū)細胞分裂旺盛,附近的病毒極少,甚至無病毒。為了獲得脫毒草莓,外植體往往取自植物分生區(qū)附近。草莓分生區(qū)附近細胞具有草莓全部遺傳信息,故其具有全能性。(2)植物組織培養(yǎng)過程中,當生長素和細胞分裂素用量的比值低時,有利于芽的分化、抑制根的形成;當該比值高時,有利于根的分化、抑制芽的形成;當比例適中時促進愈傷組織的形成?？梢?在培養(yǎng)形成完整新植株過程中,對這兩種激素的調(diào)控關鍵是調(diào)控好不同培養(yǎng)期培養(yǎng)基中生長素與細胞分裂素的濃度和比例。(3)構建的基因表達載體除了含有標記基因外,還必須有啟動子、終止子、目的基因。草莓是雙子葉植物,將目的基因導入受體細胞采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉化法。(4) 要檢測轉基因生物的DNA上是否插入了目的基因,可采用DNA分子雜交技術進行檢測。用放射性同位素標記的目的基因作為探針與草莓基因組DNA雜交,如果顯示出雜交帶,就表明目的基因已插入染色體DNA中。 6.答案　(1)細胞核　細胞難以脫分化,體細胞核內(nèi)雖然有全套基因,但大部分基因在分化后就不再表達,很難被激活　卵細胞體積大,易操作,營養(yǎng)豐富,未受精的卵細胞的細胞質中含有激活體細胞的細胞核全能性的物質(或未受精的卵細胞的細胞質易激發(fā)體細胞的細胞核全能性表達)　(2)胰蛋白(或膠原蛋白)　動物血清　維持培養(yǎng)液的pH　早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植技術 解析　(1)克隆猴的誕生,體現(xiàn)了動物細胞的細胞核具有全能性。由于動物細胞難以脫分化,體細胞核內(nèi)雖然有全套基因,但大部分基因在分化后就不再表達,很難被激活,因此動物尤其是高等動物的克隆比較困難。卵細胞體積大,易操作,營養(yǎng)豐富,未受精的卵細胞的細胞質中含有激活體細胞的細胞核全能性的物質,所以克隆過程中一般利用未受精的去核卵細胞作為受體細胞。(2)動物細胞培養(yǎng)中需要用胰蛋白酶處理使細胞從瓶壁上分離下來。培養(yǎng)過程中需添加動物血清等。動物細胞培養(yǎng)中添加CO2的作用是維持培養(yǎng)液的pH。克隆猴除了用到動物細胞工程的相關生物技術手段外,還必須用到胚胎工程中的早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等技術。 7.答案　(1)動物細胞培養(yǎng)　動物細胞融合　小鼠胚胎干細胞(或“小鼠ES細胞”)　(2)未融合的親本細胞和融合的具有同種核 (3)(專一)抗體　5%CO2和95%的空氣　特異性強、靈敏度高,并能大量制備　(4)供體器官不足和免疫排斥 解析　(1)單克隆抗體的制備過程涉及動物細胞培養(yǎng)技術和動物細胞融合技術。在制備此單克隆抗體之前,必須對兔注射抗原(小鼠胚胎干細胞),以刺激機體產(chǎn)生相應的B淋巴細胞。(2)在促進細胞融合的培養(yǎng)基中存在多種細胞,因此需要使用特定的選擇性培養(yǎng)基進行篩選,淘汰掉未融合的親本細胞和融合的具有同種核的融合細胞,篩選到雜交瘤細胞。(3)篩選獲得的雜交瘤細胞還需要進行克隆化培養(yǎng)和陽性檢測(或專一抗體檢測),進而篩選出可以分泌出特異性抗體的雜交瘤細胞;雜交瘤細胞培養(yǎng)需要特殊的氣體環(huán)境,即需要在5%CO2和95%的空氣的混合氣體的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。單克隆抗體具有特異性強、靈敏度高,并且能大量制備等優(yōu)點。(4)通過ES細胞的體外誘導分化形成的組織器官,可以解決器官移植時存在的供體器官不足和免疫排斥的問題。 8.答案　(1)CO2　胰蛋白酶　(2)滅活的病毒(或PEG)　3 (3)分布　嵌合體比例　(4)蛋白質合成　隨著溫度增加,嵌合體比例增加(或隨著溫度降低,嵌合體比例降低) 解析　(1)動物細胞培養(yǎng)需要一定的氣體環(huán)境,因此需要放到CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng);由于胰蛋白酶能水解細胞膜表面的蛋白質,因此常用胰蛋白酶處理動物組織,使組織細胞分散開,進而制成細胞懸液。(2)誘導動物細胞融合常用滅活的病毒(或PEG);合成后的融合細胞一般有3種。(3)細胞膜主要由磷脂和蛋白質組成;抗體與熒光染料結合后抗體被標記,當抗體與融合細胞的膜蛋白(抗原)特異性結合時,膜蛋白就被標記;用熒光顯微鏡觀察融合細胞表面熒光的顏色和分布,并觀察和統(tǒng)計嵌合體比例。(4)①假如嵌合體形成是融合細胞合成了新的膜蛋白,用蛋白質合成抑制劑和ATP合成抑制劑分別處理融合細胞,嵌合體形成會受影響。②實驗結果為假設二提供支持可知,隨著溫度增加,嵌合體比例增加(或“隨著溫度降低,嵌合體比例降低”)。