2024高考生物二轮复习专题十现代生物科技专题第17讲基因工程和细胞工程作业含解析

PAGEPAGE9第17讲基因工程和细胞工程1．(2024·沈阳三模)2024年11月26日，基因编辑婴儿在中国诞生。随着这一消息发布，基因编辑技术在争议中走进了人们视线。向导RNA和Cas9蛋白是基因编辑的主要工具。编辑基因时，在基因的上下游各设计一条向导RNA，将其与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同转入细胞中，向导RNA通过碱基互补配对与靶向目标序列结合，Cas9蛋白使该基因上下游的DNA双链断裂，对基因进行定点切割。生物体自身会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现了细胞中目标基因的敲除。假如在此基础上引入一个供体DNA分子，这样细胞就会在断裂部位连入供体DNA片段，从而实现基因的替换或者突变。请回答下列问题：(1)向导RNA和Cas9蛋白相当于基因工程的工具中的________。假如将向导RNA与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同导入猪的受精卵，可采纳________方法。从上述材料可以看诞生物细胞中还存在________酶。(2)假如培育用于器官移植的猪，可用基因编辑技术除去猪受精卵的________基因，或导入抑制该基因表达的____________，培育出没有免疫排斥的移植器官。(3)将基因编辑的受精卵培育成用于器官移植的猪，首先要将受精卵培育在含有无机盐和有机盐类，而且还要有维生素、________、氨基酸、________及动物血清等物质的培育液中。当胚胎发育到________期或之前，将其移植到受体内完成胚胎发育。解析(1)依据题干分析可知：向导RNA和Cas9蛋白是基因编辑的主要工具，Cas9蛋白使该基因上下游的DNA双链断裂，对基因进行定点切割，故向导RNA和Cas9蛋白相当于基因工程的工具中的限制酶；将目的基因导入动物细胞常用的方法是显微注射法，故假如将向导RNA与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同导入猪的受精卵，可采纳显微注射方法。从题述材料可以看出，生物体自身会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现细胞中目标基因的敲除，故生物细胞中还存在DNA连接酶。(2)不同生物进行器官移植时存在免疫排斥反应，假如培育用于器官移植的猪，可用基因编辑技术除去猪受精卵的抗原确定基因，或导入抑制该基因表达的某种调整因子，抑制抗原基因的表达，培育出没有免疫排斥的移植器官。(3)将基因编辑的受精卵培育成用于器官移植的猪，要经过早期胚胎培育，早期胚胎培育的培育基要含有有机盐、无机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸及动物血清等物质。处于囊胚(或桑椹胚)期的胚胎还没有与母体建立组织上的联系，故当胚胎发育到囊胚(或桑椹胚)期或之前，将其移植到受体内完成胚胎发育。答案(1)限制酶显微注射DNA连接(2)抗原确定某种调整因子(3)激素核苷酸囊胚(或桑椹胚)2．(2024·太原二模)请回答下列问题：(1)氨基酸序列分析技术和DNA序列分析的方法，为基因序列图的绘制供应了可能。DNA合成仪的问世为________、________、____________的获得供应了便利。(2)探讨人员用大肠杆菌作生产菌，利用基因工程技术分别生产胰岛素两条链。由A、B两条肽链可推导出A、B基因的碱基序列，依据是__________________________________________。因为A、B基因中的脱氧核苷酸数量较少，常用________获得目的基因。(3)检测A、B基因是否导入受体细胞时，常用___________________作探针。检测胰岛素基因是否表达常用__________杂交方法。(4)引导肽是由引导肽基因限制合成的一段多肽序列，若在胰岛素的A、B肽链的前端加上引导肽序列后，可将A、B肽链引导到大肠杆菌的细胞膜外，便于A、B肽链提取。为实现上述目的，操作是______________________________。在以后的体外加工过程中，须要用________切除引导肽。解析(1)DNA合成仪可以用于体外DNA分子小片段的合成，因此为小分子量的DNA的合成、PCR扩增中引物的合成以及基因工程中基因探针的制作供应了便利。(2)依据胰岛素两条链上的氨基酸序列，利用氨基酸与密码子的对应关系可以推导出mRNA上的核苷酸序列，进而依据碱基互补配对的关系推导出合成胰岛素A、B两条肽链的A、B基因的碱基序列。因为A、B基因中的脱氧核苷酸数量较少，常用人工合成法合成目的基因。(3)检测A、B基因是否导入受体细胞时，常用放射性同位素标记的目的基因的单链作为探针，与从受体细胞内取出的核DNA分子的单链进行杂交，视察有无杂交带的出现。检测胰岛素基因是否表达出胰岛素时，常用抗原—抗体杂交法推断。(4)依据题意，在胰岛素的A、B肽链的前端加上引导肽序列后，可将A、B肽链引导到大肠杆菌的细胞膜外，便于A、B肽链提取，为了达到这一目的可以将A、B基因连接在引导肽基因后构建基因表达载体，导入大肠杆菌细胞内。A、B肽链在以后的体外加工过程中须要切除引导肽序列，因此依据酶的专一性，须要用肽酶切除引导肽。答案(1)引物探针小分子量DNA(2)氨基酸和密码子的对应关系和碱基互补配对原则人工合成法(3)放射性同位素标记的A、B基因的一条单链抗原—抗体(4)将A、B基因连接在引导肽基因后肽酶3．(2024·潮州二模)牛雄性胚胎中存在特异性H－Y抗原，可在牛早期胚胎培育液中添加H－Y单克隆抗体，筛选胚胎进行移植，以利用乳腺生物反应器进行生物制药。请回答下列问题：(1)为了大量制备H－Y抗体，可以将H－Y抗原基因导入大肠杆菌或酵母菌进行表达。与大肠杆菌相比，选择酵母菌获得H－Y的优势是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)如图的三个DNA片段上依次表示出了EcoRⅠ、BamHⅠ和Sau3AⅠ三种限制酶的识别序列与切割位点。经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与载体(不含BamHⅠ识别序列)被________酶切后的产物连接，理由是______________________________________________________________________________________________________________________。(3)可选择________期的胚胎，切下少量________细胞进行性别鉴定。待检验的细胞通常须要扩大化培育，当培育液中细胞数量不再增加时，若要使细胞接着增殖，可采纳的方法是进行________。(4)利用H－Y抗体检测性别的原理是__________________。还可用SRY—PCR的方法鉴定性别，在PCR过程中若1个DNA分子扩增了4次，则消耗引物________个。解析(1)与大肠杆菌相比，选择酵母菌获得H－Y的优势是酵母菌是真核生物，具内质网、高尔基体等生物膜系统，能对H－Y抗原基因合成的多肽进行高效加工。(2)视察图示可以看出，BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶切割基因片段产生的黏性末端相同，因此经BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与载体(不含BamHⅠ识别序列)被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(3)可选择囊胚期的胚胎，切下少量滋养层细胞进行性别鉴定。待检验的细胞通常须要扩大化培育，当培育液中细胞数量不再增加时，若要使细胞接着增殖，可采纳的方法是进行传代培育。(4)可用抗原—抗体杂交的方法通过H－Y抗体检测动物性别。在PCR过程中若1个DNA分子扩增了4次，则产生了16个DNA分子、32条单链，除去原来的两条母链，共须要引物32－2＝30个。答案(1)酵母菌是真核生物，具有生物膜系统，能对H－Y抗原基因合成的多肽进行高效加工(2)Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(3)囊胚滋养层传代培育(4)抗原抗体特异性结合304．(2024·龙岩模拟)草莓是养分价值较高的水果，因其易受病毒的感染而导致产量和品质均下降。生产上常采纳一些新技术手段进行改良或培育抗病毒的新品种。回答下列问题：(1)对品质优良的草莓种植一段时间后进行脱毒处理。通常取草莓植株的________进行组织培育即可获得无病毒组培苗，缘由是__________________________________。(2)利用体细胞诱变育种的方法培育抗病毒的草莓突变体幼苗，即对草莓的________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成突变植株。(3)利用转基因技术培育抗病毒草莓，即将草莓病毒的外壳蛋白基因(SMYELV－CP)导入草莓基因组中。①首先利用PCR技术对目的基因SMYELV－CP进行扩增。在PCR扩增仪中除加入目的基因及其引物外，还需加入________、________等物质。其中加入的引物可使DNA聚合酶能够从__________起先连接脱氧核苷酸。②从转基因草莓中提取的RNA，可用______________________与之进行分子杂交，以推断目的基因SMYELV－CP是否在草莓细胞中胜利转录。(4)20世纪60年头科学家尼伦伯格和马太等提出并证明白遗传密码的存在，使人们相识到自然界中从微生物到人类共用一套________，而且为基因的__________等供应了理论依据。解析(1)由于植物分生区(如茎尖)旁边病毒极少，甚至无病毒，故培育脱毒苗时，一般选取植物的分生区(如茎尖或芽尖或根尖)作为外植体。(2)愈伤组织具有分裂、分化的实力，利用体细胞诱变育种的方法培育抗病毒的草莓突变体幼苗，事实上就是对草莓的愈伤组织进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成突变植株。(3)在PCR扩增仪中除加入目的基因及其引物外，还需加入dNTP、Taq酶等物质，其中加入的引物可使DNA聚合酶能够从引物的3′端起先连接脱氧核苷酸。②从转基因草莓中提取的RNA，可用DNA分子杂交的方法，让含SMYELV－CP的基因探针与之进行分子杂交，以推断目的基因SMYELV－CP是否在草莓细胞中胜利转录。(4)自然界中从微生物到人类共用一套遗传密码，为基因的分别和合成等供应了理论依据。答案(1)分生区(或茎尖或根尖或芽尖)植物分生区旁边的病毒极少，甚至无病毒(2)愈伤组织(3)①dNTP(或dATP、dTTP、dCTP、dGTP)Taq酶引物的3′端②含SMYELV－CP的基因探针(4)遗传密码分别和合成5．(2024·深圳模拟)叶绿体基因工程是将外源基因导入叶绿体中的一项工程技术，烟草叶绿体基因工程在基础探讨、遗传改良以及生物反应器探讨等方面都发挥了极为重要的作用，表现出巨大的应用前景。请回答下列问题：(1)叶绿体基因工程常将含有外源基因的质粒包袱在金粉上，通过轰击进入叶绿体中从而实现目的基因的导入，这种目的基因导入的方法称为________。叶绿体基因组分为基因区和基因间隔区，叶绿体中基因间隔区序列通常被作为插入位点，其目的是________________________________________________。检测目的基因是否胜利导入的方法是______________。(2)烟草对壮丽霉素(又名奇霉素，一种抗生素)具有较强的敏感性，构建基因表达载体时，质粒上的壮丽霉素抗性基因可作为________，其作用是________________________；用于筛选和培育的培育基中应加入________。(3)与细胞核基因工程相比，叶绿体基因工程能防止细胞质内的蛋白酶对目标蛋白的消化作用。其缘由是_____________________，并且由于__________________________，即不会造成基因污染。解析(1)把目的基因导入植物细胞可以采纳基因枪法，叶绿体基因工程常将含有外源基因的质粒包袱在金粉上，通过轰击进入叶绿体中从而实现目的基因的导入，该方法称为基因枪法。叶绿体基因组分为基因区和基因间隔区，为了避开外源基因插入后对叶绿体内源基因表达造成影响，常选择基因间隔区序列作为插入位点。可以用DNA分子杂交法检测目的基因是否胜利导入。(2)烟草对壮丽霉素(奇霉素)具有较强的敏感性，构建基因表达载体时，质粒上的壮丽霉素抗性基因可作为标记基因，以便于目的基因的筛选和鉴定；可以在培育基中加入壮丽霉素(或奇霉素)用于筛选和培育含目的基因的受体细胞。(3)与细胞核基因工程相比，叶绿体基因工程将目的基因导入叶绿体中，叶绿体具有双层膜，将表达的蛋白质束缚在叶绿体内，能防止细胞质内的蛋白酶对目标蛋白的消化作用，并且由于外源基因不会随花粉传播扩散，即不会造成基因污染。答案(1)基因枪法避开外源基因插入后对叶绿体内源基因表达造成影响DNA分子杂交技术(2)标记基因便于目的基因的筛选和鉴定壮丽霉素(或奇霉素)(3)叶绿体具有双层膜，将表达的蛋白质束缚在叶绿体内外源基因不会随花粉传播扩散6．(2024·泉州二模)细胞工程取得了宏大的成就，这些成就离不开科学家兢兢业业的探讨。请回答：(1)1958年，斯图尔德用胡萝卜根形成层培育出了胡萝卜植株，1970年，斯图尔德用悬浮培育的单个细胞也得到了再生植株，这证明白__________________。胡萝卜组织培育过程中，脱分化阶段和再分化阶段所运用的培育基不同之处主要是______________________________。(2)1907年，哈里森用淋巴液(一种自然培育基)胜利培育了蝌蚪的神经元细胞，证明白________________________。动物细胞培育也可运用添加血清等自然成分的合成培育基。合成培育基是指将细胞所需的养分物质按__________严格配制而成的培育基。(3)1975年，米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术。制备单克隆抗体的过程中，将鼠的骨髓瘤细胞与脾细胞中产生的B淋巴细胞融合后，用特定的选择培育基进行筛选，目的是筛选出________细胞。筛选出的细胞，还须要进行克隆化培育以进行检测筛选，目的是筛选出____________________________。单克隆抗体常用作于体外诊断试剂，缘由是__________________________。解析(1)将单个细胞诱导得到了再生植株，这证明植物细胞具有全能性；在植物组织培育过程中，激素的比例不同可以影响植物的发展趋势，故在植物脱分化与再分化过程中，所运用的培育基有所不同。(2)用培育基可胜利培育出蝌蚪的神经元细胞，证明白动物组织体外培育的可行性；合成培育基是指将细胞所需的养分物质按种类和数量严格配制而成的培育基。(3)在单克隆抗体的制备过程中，须要经过两次筛选：用特定的选择培育基进行筛选，目的是筛选出杂交瘤细胞第一次筛选；筛选出的杂交瘤细胞还须要进行克隆化培育以进行检测筛选(其次次筛选)，目的是筛选出既能大量增殖，又能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞。因单克隆抗体具有灵敏度高、特异性强、可大量制备等优点，常被用作于体外诊断试剂。答案(1)植物细胞具有全能性脱分化和再分化所需的激素比例不同(2)动物组织体外培育的可行性(答案合理即可)种类和数量(3)杂交瘤能分泌特异性抗体的杂交瘤细胞单克隆抗体纯度高、特异性强7．(2024·山东模拟)如图表示通过现代生物技术制备抗体的两种途径。据图回答下列问题：(1)利用上述两种方法制备抗体1和抗体2过程中用到的生物技术手段主要有______________________________________(至少答出两点)。(2)从小鼠的________中先获得抗体基因的mRNA，再通过逆转录得到cDNA，cDNA中________(填“含有”或“不含有”)内含子。抗体基因还可通过PCR技术扩增获得。在PCR反应体系中，加入dNTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP)的作用是________________________。(3)方法二中，________(填“须要”或“不须要”)利用Ca2＋处理大肠杆菌制备感受态细胞，缘由是______________________________________________________________________________________________________。(4)抗体1和抗体2的氨基酸排列依次相同，两者的生理活性________(填“相同”或“不相同”)，缘由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)据图分析可知，题述两种方法制备抗体1和抗体2过程中用到的生物技术手段主要有动物细胞培育、动物细胞融合、转基因技术。(2)从小鼠的B细胞(浆细胞)中先获得抗体基因的mRNA，再通过逆转录得到cDNA，cDNA中不含有内含子。抗体基因还可通过PCR技术扩增获得。在PCR反应体系中，加入dNTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP)的作用是供应合成DNA的原料和能量。(3)方法二中，不须要利用Ca2＋处理大肠杆菌制备感受态细胞，缘由是噬菌体可以侵染大肠杆菌，将重组DNA分子注入大肠杆菌。(4)抗体1和抗体2的氨基酸排列依次相同，两者的生理活性不相同，缘由是抗体2是由大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体加工，抗体1是由杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过内质网和高尔基体加工。答案(1)动物细胞培育、动物细胞融合、转基因技术(2)B细胞(或浆细胞)不含有供应合成DNA的原料和能量(3)不须要噬菌体可以侵染大肠杆菌，将重组DNA分子注入大肠杆菌(4)不相同抗体2是由大肠杆菌产生的，其形成过程没有经过内质网和高尔基体加工，抗体1是由杂交瘤细胞产生的，其形成过程经过内质网和高尔基体加工8．(2024·贵阳二模)2024年11月，《Nature》发表了科学家的探讨成果，他们借助转基因干细胞，胜利挽救一名患有由基因突变导致的罕见皮肤病的小男孩，使其拥有全新的皮肤。简要过程如右图所示，请回答下列问题：(1)目前获得多潜能干细胞的方法有许多，如可采纳细胞核移植技术，将体细胞的细胞核转移到________细胞中，再将这种重组细胞体外培育至囊胚阶段，从中分别________进行培育，该方法能获得多潜能干细胞的根本缘由是____________________。(2)从基因文库中获得“正常基因”是常用方法之一，从基因文库中获得目的基因是比较困难的，须要依据目的基因的有关信息，如____________________________________________________________(答出两点即可)等特性获得目的基因。图中病毒在此过程中，作为________，将正常基因送入皮肤干细胞。(3)从小男孩尚存的正常皮肤上采集一小块皮肤(包括其中干细胞)，须要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，目的是____________________________。对改造的皮肤干细胞进行细胞培育时，应定期更换培育液，目的是__________________________。解析(1)获得多潜能干细胞的方法可采纳细胞核移植技术，即将体细胞的细胞核转移到去核的卵母细胞中形成重组细胞，再将重组细胞体外培育至囊胚阶段，从中分别出内细胞团进行培育。由于动物细胞核具有全套的遗传信息，所以利用该方法能获得多潜能干细胞。(2)从基因文库中获得目的基因须要依据目的基因的有关信息，如基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的表达产物蛋白质等特性获得目的基因。图中病毒在此过程中，作为运载体，将正常基因送入皮肤干细胞。(3)动物细胞培育过程中，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理的目的是使取下的皮肤细胞分散成单个细胞。对改造的皮肤干细胞进行细胞培育时，应定期更换培育液，目的是清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。答案(1)去核的卵母内细胞团动物细胞核具有全套的遗传信息(2)基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA、基因的表达产物蛋白质(答出两点即可)运载体(3)使取下的皮肤细胞分散成单个细胞清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害9．(2024·武汉模拟)克隆猴是我国科学家用体细胞克隆出的世界首例灵长类动物，其步骤如下：(1)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的B猴体中取体细胞进行培育，培育条件除养分、温度和pH相宜外，还应保证______________________________(答出三点)。核移植前还需对A猴卵母细胞进行去核操作，其目的是____________________________________________。(2)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过____________和胚胎移植，才能得到克隆猴。为使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一样，须要对供、受体母猴用激素进行________处理。(3)体细胞的细胞核必需被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性，缘由主要是_____________________________________。依据这一启示，请提出一种复原体细胞分裂分化实力的新思路：__________________________________________________。解析(1)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的B猴体中取体细胞进行培育，培育条件除养分、温度和pH相宜外，还应保证无菌、无毒、相宜的气体环境。核移植前还需对A猴卵母细胞进行去核操作，其目的是保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自核供体。(2)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过早期胚胎培育和胚胎移植，才能得到克隆猴。为使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一样，须要对供、受体母猴用激素进行同期发情处理。(3)体细胞的细胞核必需被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性，缘由主要是卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质；依据这一启示，复原体细胞分裂分化实力的新思路为从卵母细胞中分别出能促进细胞核全能性表达的物质，将其导入体细胞中。答案(1)无菌、无毒、相宜的气体环境保证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自核供体(2)早期胚胎培育同期发情(3)卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质从卵母细胞中分别出能促进细胞核全能性表达的物质，将其