新课标2018高考生物一轮复习现代生物科技专题第36讲基因工程包括PCR技术)夯基提能作业选修

1、第36讲基因工程(包括PCR技术)A组基础题组考点一基因工程1.(2014海南单科,31,15分)下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意图。据图回答:(1)获得A有两条途径:一是以A的mRNA为模板,在酶的催化下,合成互补的单链DNA,然后在的作用下合成双链DNA,从而获得所需基因;二是根据目标蛋白质的序列,推测出相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测其DNA的序列,再通过化学方法合成所需基因。(2)利用PCR技术扩增DNA时,需要在反应体系中添加的有机物质有、4种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶,扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(3)由A和载体B拼接

2、形成的C通常称为。(4)在基因工程中,常用Ca2+处理D,其目的是。2.(2014山东理综,36,12分)人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白,可在转htPA基因母羊的羊乳中获得。流程如下:(1)htPA基因与载体用切割后,通过DNA连接酶连接,以构建重组表达载体。检测目的基因是否已插入受体细胞DNA,可采用技术。(2)为获取更多的卵(母)细胞,要对供体母羊注射促性腺激素,使其。采集的精子需要经过,才具备受精能力。(3)将重组表达载体导入受精卵常用的方法是。为了获得母羊,移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行。利用胚胎分割和胚胎移植技术可获得多个转基因个体,这体现了早期胚胎细胞

3、的。(4)若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到,说明目的基因成功表达。3.(2015四川理综,9,11分)将苏云金杆菌Bt蛋白的基因导入棉花细胞中,可获得抗棉铃虫的转基因棉,其过程如图所示(注:农杆菌中Ti质粒上只有T-DNA片段能转移到植物细胞中)。质粒中“Bt”代表“Bt基因”,“KmR”代表“卡那霉素抗性基因”(1)过程需用同种酶对含Bt基因的DNA和Ti质粒进行酶切。为将过程获得的含重组质粒的农杆菌筛选出来,应使用培养基。(2)过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养,旨在让进入棉花细胞;除尽农杆菌后,还须转接到含卡那霉素的培养基上继续培养,目的是。(3)若过程仅获得大量的根,则应在培养

4、基中增加以获得芽;部分接种在无激素培养基上的芽也能长根,原因是。(4)检验转基因棉的抗虫性状,常用方法是。种植转基因抗虫棉能减少的使用,以减轻环境污染。考点二蛋白质工程4.(2015海南单科,31,15分)在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链,此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后,产生A、B两条肽链,再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组成的胰岛素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题:(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是,合成胰高血糖素的细胞是。(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编

5、码胰岛素原的序列,用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成的基因工程菌。(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。B组提升题组非选择题1.(2017云南昆明摸底调研,40)科学家将拟南芥的抗寒基因(CBFl),转入香蕉以获得抗寒的香蕉品种。下图是某质粒载体上的Sac、Xba、EcoR、Hind四种限制酶的切割位点示意图。据图回答问题:(1)在该实验中为构建基因表达载体,用Sac、Xba切下CBFl基因后,对

6、质粒载体进行切割的限制酶是,理由是。(2)连接CBFl基因到该质粒载体后,作为基因表达载体的组成还必须有。将重组质粒导入香蕉细胞最常用的方法是。(3)为了鉴别受体细胞中是否含有CBFl基因,可用含的培养基进行筛选。(4)科学家将生长健壮、苗龄一致的转基因香蕉(实验组)与非转基因香蕉(对照组)进行处理,鉴定两组之间的抗寒性差异,如果,则说明获得了抗寒的香蕉优质品种。2.(2017重庆八中第一次适应性考试,40)科学家利用基因工程(DNA重组技术)成功培育出一种能够表达人类乳汁中常见蛋白的转基因水稻,使大米及其制品具有一定的抗菌作用。请回答下列相关问题:(1)在基因工程中,常用到的工具酶是。(2)

7、利用水稻的成熟叶片为材料,同时构建cDNA文库和基因组文库,两个文库相比,cDNA文库中含有的基因数目比基因组文库中的少,其原因是。(3)在基因表达载体中,启动子是识别并结合的部位,导入该水稻中的基因表达载体除启动子和目的基因外,还应含有等。若采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞,常用的原核生物是。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时,常用的携带目的基因的金属颗粒有 和粒子。(5)由转基因水稻生产的相关大米制品有一定的抗菌作用,是因为制品中含有。3.(2016课标全国,40,15分)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗

8、性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH酶切后,与用BamH酶切获得的目的基因混合,加入DNA连接酶进行连接反应,用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化,有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种,分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题:(1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有(答出两点即可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件外,还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选,在上述四种大肠杆菌细胞中,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的,其原因是;并且和的细胞

9、也是不能区分的,其原因是。在上述筛选的基础上,若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落,还需使用含有的固体培养基。(3)基因工程中,某些噬菌体经改造后可以作为载体,其DNA复制所需的原料来自于。4.(2016江苏单科,33,9分)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题:限制酶BamHBclSau3AHind识别序列及切割位点ATC CC CTAATC AA CTAGATCCTAGGCT TT TCG图1图2(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用两种限制酶切割,酶切后的载体和目的基因片段,通

10、过酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒,需将其转入处于态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加,平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物组成为图2中。(3)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为,对于该部位,这两种酶(填“都能”、“都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用Sau3A切图1质粒最多可能获得种大小不同的DNA片段。答案全解全析A组基础题组考点一基因工程1.答案(1)逆转录DNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸(2)引物模板DNA(3)重组DNA(4)提高受体细胞的转化率解析(1)利用逆转录法合成目的基

11、因的过程是:以mRNA为模板,在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA,然后在DNA聚合酶作用下,合成双链DNA分子;根据蛋白质工程合成目的基因的过程是:根据目标蛋白质的氨基酸序列,推测相应的mRNA序列,然后按照碱基互补配对原则,推测DNA中脱氧核苷酸的排列顺序,通过化学方法合成DNA。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合,形成重组DNA(基因表达载体)。(4)在利用大肠杆菌做受体细胞时,需要先用Ca2+处理,使之成为感受态细胞,有利于其吸收重组DNA分子。2.答案(1)同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶)DNA分子杂交(或核酸探针)(2)超数排卵获

12、能(处理)(3)显微注射法性别鉴定全能性(4)htPA(或人组织纤溶酶原激活物)解析(1)目的基因和载体先用同种限制酶切割后,再用DNA连接酶连接,以构建基因表达载体;判断目的基因是否插入受体细胞的DNA可采用DNA分子杂交技术。(2)利用促性腺激素处理供体母羊可使其产生更多的卵(母)细胞;精子必须获能后才具备受精能力。(3)将重组表达载体导入动物受精卵常用的方法是显微注射法。为了获得母羊,移植前需对已成功转入目的基因的胚胎进行性别鉴定。(4)若在转htPA基因母羊的羊乳中检测到人组织纤溶酶原激活物,说明目的基因成功表达。3.答案(1)限制性核酸内切选择(2)T-DNA筛选获得T-DNA片段的

13、植物细胞(3)细胞分裂素浓度芽顶端合成的生长素向基部运输,促进根的分化(4)投放棉铃虫农药解析本题考查基因工程与植物细胞工程的相关知识。(1)同种限制酶切割质粒和含目的基因的DNA,可获得相同的黏性末端,以构建基因表达载体。重组质粒含完整的卡那霉素抗性基因,故应使用含卡那霉素的选择培养基筛选含重组质粒的农杆菌。(2)实验过程中将棉花细胞与农杆菌混合后共同培养,其目的是利用含重组质粒的农杆菌将T-DNA导入棉花细胞中。除去农杆菌后在含卡那霉素的培养基上培养,其目的是筛选出含有目的基因的棉花细胞。(3)培养基中生长素用量与细胞分裂素用量比值高时,利于根的分化,抑制芽的形成,反之,有利于芽的分化,抑

14、制根的形成。因芽顶端可合成生长素,故接种在无激素的培养基上的芽也能长根。(4)可用投放棉铃虫的方法检测抗虫棉的抗虫效果。转基因抗虫棉的种植可减少农药使用量,从而减轻环境污染。考点二蛋白质工程4.答案(1)胰岛B细胞胰岛A细胞(2)DNA胰岛素原(3)菌体解析(1)人体合成前胰岛素原的细胞是胰岛B细胞,合成胰高血糖素的细胞是胰岛A细胞。(2)蛋白质工程生产胰岛素时,需根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的脱氧核苷酸序列(目的基因),然后再构建胰岛素原基因重组表达载体,导入细菌细胞内,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成胰岛素原的工程菌。(3)运用抗原抗体检测法检测胰岛素原时

15、,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,故应从菌体中分离、纯化胰岛素原。B组提升题组非选择题1.答案(1)Sac、Xba用相同限制酶切割来源不同的DNA后,可产生相同的末端(2)启动子和终止子农杆菌转化法(3)氨苄青霉素(4)低温实验组的抗寒能力明显高于对照组解析(1)在基因工程中,用相同限制酶切割来源不同的DNA后,可产生相同的末端,所以和含目的基因的DNA一样,质粒也应使用Sac、Xba进行切割。(2)基因表达载体的组成包括启动子、终止子、标记基因、目的基因等。香蕉细胞是植物细胞,将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法。(3)据图分析,质粒上的标记基因是氨苄青霉素抗性基因,所以为了鉴别

16、受体细胞中是否含有CBFl基因,可用含氨苄青霉素的培养基进行筛选。(4)根据题干信息已知目的基因是抗寒基因,所以科学家将生长健壮、苗龄一致的转基因香蕉(实验组)与非转基因香蕉(对照组)进行低温处理,鉴定两组之间的抗寒性差异,如果实验组的抗寒能力明显高于对照组,则说明获得了抗寒的香蕉优质品种。2.答案(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2)cDNA文库中只含有叶肉细胞已转录(或已表达)的基因,而基因组文库中含有该植物的全部基因(3)RNA聚合酶标记基因和终止子大肠杆菌(4)金粉钨粉(5)溶菌酶(或抗体)解析(1)基因工程中常用到限制酶和DNA连接酶。(2)cDNA文库中含有某种生物的部分基因,而

17、基因组文库含有某种生物的全部基因,本题中cDNA文库中只含有叶肉细胞已转录(或已表达)的基因,而基因组文库中含有该植物的全部基因。(3)在基因表达载体中,启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。基因表达载体中除了启动子和目的基因外还需要有标记基因、终止子等。如果采用原核生物作为基因表达载体的受体细胞,常用的原核生物是大肠杆菌。(4)将目的基因通过基因枪法导入植物细胞时,常用的携带目的基因的金属颗粒有金粉和钨粉粒子。(5)由转基因水稻生产的相关大米制品有一定的抗菌作用,是因为制品中含有抗菌的物质溶菌酶或抗体。3.答案(1)能自我复制、具有标记基因(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均

18、不生长含有质粒载体含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞解析(1)质粒作为载体应具备的基本条件有:能自我复制、具有标记基因、含有一至多个限制酶切割位点等。(2)由题意可知,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青霉素抗性基因,所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因,所以含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上生长,但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能,所以可用含有四环素的培养基,筛选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)噬菌体属于病毒,病毒增殖过程中所需的原料等均来自于受体细胞。4.答案(1)Bcl和Hind