（人教通用版）2020版高考生物新探究大一轮复习 第35讲 基因工程及其安全性检测（含解析）

基因工程及其安全性1(2019安徽六安一中期末)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。如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。据图回答下列问题：(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。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。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2(2019辽宁五校协作体高三联考)白细胞介素是一类淋巴因子。研究人员将人白细胞介素的基因导入到酵母菌细胞中，使其分泌出有活性的白细胞介素。请据图回答下列问题：(1)为增加白细胞介素基因的数量，可使用_技术，但前提是必须知道基因的部分序列，目的是_。(2)在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用_处理酵母菌，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程，称为_。在表达过程中，启动子需与_识别和结合，从而驱动转录过程。(3)在体液免疫过程中，白细胞介素是由_细胞分泌的，为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母菌细胞作为受体细胞，可能原因是_。(4)在分泌型表达载体和白细胞介素基因所在DNA分子上均有多个限制酶的酶切位点，图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoR和EcoR 52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是_。解析：(1)基因工程中，扩增目的基因利用的是PCR技术，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便设计引物。(2)在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用Ca2处理酵母菌，使酵母菌细胞处于感受态，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。在表达过程中，启动子需与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动转录过程。(3)在体液免疫过程中，白细胞介素是由T淋巴细胞分泌的；由于细菌属于原核生物，细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器，因此为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母菌细胞作为受体细胞。(4)在分泌型表达载体和白细胞介素基因所在的DNA分子上均有多个限制酶的酶切位点，图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoR和EcoR 52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中。答案：(1)PCR设计引物(2)Ca2转化RNA聚合酶(3)T淋巴细菌细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器(4)能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中3(2019广东惠州中学高三调研)凡是具有抗原性、接种于机体可产生特异性免疫、可抵抗传染病的发生和流行的物质均可称为疫苗。以下是三代乙肝疫苗的生产原理示意图，请据图回答下列问题：(1)目前临床使用的乙肝疫苗是第二代疫苗。图中外衣壳蛋白基因A的大量扩增可通过_技术，需要用到的一种重要酶是_和_种引物。构建含基因A的重组质粒需要用到的工具酶是_。(2)据信息和所学知识分析：第一代疫苗基本淘汰的原因是：_。(3)结合图中第二代、第三代疫苗的化学本质，分析推测哪一代疫苗利于运输及其原因：_。(4)外源DNA进入机体后，如果整合到人体基因组中可能会引起_和_发生突变而导致机体癌变，这也是第三代疫苗可能存在的安全隐患，目前正在研究中。解析：(1)目的基因可通过PCR技术大量扩增，该过程需要热稳定DNA聚合酶。由于DNA的结构特点是两条链反向平行，因此扩增过程需要2种引物。构建基因表达载体需要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)第一代疫苗用的是减毒或灭活的病毒，病毒有可能恢复致病性或引起血源性疾病。(3)从图中分析，第三代疫苗要比第二代疫苗更有利于运输，因为第三代疫苗本质是DNA，第二代疫苗本质是蛋白质，DNA的稳定性比蛋白质高。(4)细胞癌变的原因是原癌基因和抑癌基因发生突变。答案：(1)PCR热稳定DNA聚合酶(或Taq DNA聚合酶)2限制酶与DNA连接酶(2)有引起血源性疾病的嫌疑(或病毒有可能恢复致病性)(3)第三代疫苗更有利于运输，因为第三代疫苗的本质是DNA，第二代疫苗的本质是蛋白质，DNA稳定性比蛋白质高(4)原癌基因抑癌基因4(2020高考预测)烟草是有重要经济价值的双子叶植物，易受TMV(烟草花叶病毒)感染导致大幅度减产。绞股蓝细胞中含有抗TMV基因，能抵抗TMV感染。研究人员利用转基因技术培育出了抗TMV烟草，操作流程如图所示。(1)表示遗传信息流动中的_过程，过程所需要的工具酶是_。(2)目的基因大量扩增可以使用PCR技术，该技术包括变性、退火、延伸三个步骤，变性这一步骤的目的是_。(3)过程最常用的方法是_，过程用到的细胞工程技术是_。(4)过程还需要进行基因工程操作步骤中的_，在个体水平上检验获得的烟草能否抗TMV的方法是_。解析：据图分析，表示逆转录，表示目的基因的获取，表示基因表达载体的构建，表示将目的基因导入受体细胞，表示利用植物组织培养技术获得再生植株，表示目的基因的检测与鉴定。(1)根据以上分析已知，表示逆转录过程；表示基因表达载体的构建过程，需要限制酶和DNA连接酶的参与。(2)利用PCR技术大量扩增目的基因的过程中，变性的目的是使DNA解链为单链。(3)表示将目的基因导入受体细胞，常用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞；表示利用植物组织培养技术获得再生植株的过程。(4)过程还需要进行目的基因的检测与鉴定，个体水平上检验获得的烟草能否抗TMV的方法是用TMV感染烟草，观察烟草是否被感染。答案：(1)逆转录限制酶和DNA连接酶(2)使DNA解链为单链(DNA解旋)(3)农杆菌转化法植物组织培养(4)目的基因的检测与鉴定用TMV感染烟草，观察烟草是否被感染(患病)5(2019四川绵阳诊断)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白，某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因，构建转基因工程菌，用于重金属废水的净化处理。请回答下列问题：(1)在进行基因工程操作时，需要从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA，提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是_，以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是_。(2)PCR之前，需要设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2)，两种引物之间不能存在互补配对序列，原因是_。(3)在PCR反应体系中，除具备缓冲液、模板DNA分子和引物外，还应有_填序号：Taq酶dNTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP)四种碱基ATP氨基酸(4)PCR扩增时，退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏_的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，长度相同但_的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，则可以采取的改进措施有_(填序号：升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。(6)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是_(答出两点即可)。解析：(1)RNA酶可催化RNA降解。在从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA时，提取液中添加的RNA酶抑制剂可以防止RNA降解。以mRNA为材料获得cDNA的原理是：在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(2)设计的与MT基因两端序列互补配对的两种引物，它们之间不能存在互补配对序列，其原因是：避免引物自连，如果引物自连，会导致引物不能同模板DNA结合，不能发生进一步的链式反应。(3)在PCR反应体系中，除具备缓冲液、模板DNA分子和引物外，还应有Taq酶和dNTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP)。(4)退火意味着引物与模板链相连，退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关，因G与C之间含有3个氢键，A与T之间含有2个氢键，因此长度相同但GC含量高的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物，可能是退火温度过高或引物之间相互配对(发生引物自连)，导致引物与模板不能相连，所以可以采取的改进措施有：降低退火温度和重新设计引物。(6)由于获得的目的基因无复制原点，而且无表达所需的启动子，所以若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞。答案：(1)防止RNA降解在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA(2)避免引物自连，从而导致引物不能同模板DNA结合，不能发生进一步的链式反应(3)(4)引物与模板GC含量高(5)(6)目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子6(2019山东、湖北部分重点中学高考冲刺模拟)如图所示为培育二倍体转基因抗虫玉米的两种思路。EcoR、Sma、BamH为限制酶(箭头所指为酶切位点)。回答下列问题：(1)据图，获取目的基因时不能选择Sma的原因是它_。选择EcoR和BamH的优点是可避免目的基因与质粒_连接。(2)与思路1相比，思路2的最大优点是获得的转基因抗虫玉米_。(3)培育转基因抗虫玉米的核心步骤是_，其目的是使目的基因在受体细胞中_。(4)将重组质粒导入受精卵，采用最多的方法是农杆菌转化法，这跟农杆菌的_有关。(5)操作常用的方法是_。解析：(1)题图显示：目的基因中存在Sma的识别位点。若使用Sma切割外源DNA，则会破坏外源DNA中的目的基因的结构，因此获取目的基因时不能选择Sma切割。EcoR和BamH的识别位点不同，形成的黏性末端不同，因此选择EcoR和BamH切割质粒和外源DNA，其优点是可避免目的基因与质粒反向连接。(2)思路1是将重组质粒导入玉米的受精卵中，由该受精卵发育成的植株不一定都是纯合子，思路2是将重组质粒导入由花粉经过脱分化形成的愈伤组织中，该愈伤组织形成的单倍体幼苗2再经过人工诱导，染色体加倍，最终得到的玉米株都是纯合子。可见，与思路1相比，思路2的最大优点是获得的转基因抗虫玉米都是纯合子(或答不发生性状分离)。(3)培育转基因抗虫玉米采用的是基因工程技术，该技术的核心步骤是基因表达载体的构建。构建基因表达载体的目的是：使目的基因在受体细胞中稳定存在并可遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。(4)农杆菌的Ti质粒上具有TDNA，TDNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体上。在培育转基因植物时，采用最多的方法是农杆菌转化法，正是利用了农杆菌的Ti质粒上具有的TDNA的这一特点。(5)操作是人工诱导染色体数目加倍，常用的方法是用秋水仙素处理幼苗。答案：(1)破坏目的基因的结构反向(2)都是纯合子(或答不发生性状分离)(3)基因表达载体的构建稳定存在并可遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用(4)Ti质粒上具有TDNA(5)用秋水仙素处理幼苗7(2019山东潍坊高三期末测试)青蒿素为名贵药材，由青蒿生产。科研人员尝试从以下方法获得青蒿素：(1)利用_技术，由青蒿外植体通过_(生理过程)形成愈伤组织。经检测愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，造成这种差异的根本原因是_。(2)图1表示青蒿和酵母菌细胞内的物质代谢过程，DXP、FPP、青蒿二烯均为青蒿素前体产物，各种酶由相应基因指导合成。图2表示基因工程实验结果。据图1，如果要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，则目的基因是_基因，基因表达载体除目的基因外，还需要有_基因便于后期筛选。将DXR基因导入青蒿，让DXR基因在青蒿中过量表达，通过增加FPP量最终提高青蒿素产量。除了提高青蒿素前体产物的方法外，要获得高产青蒿植株，据图1分析，思路还有：_。图2中，导入空白运载体的实验数据能用来说明_。解析：(1)利用植物组织培养技术，由青蒿外植体通过脱分化形成愈伤组织；经检测愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，这是基因选择性表达的结果。(2)要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，目的基因是ADS(酶)基因；基因表达载体中标记基因的作用是检测目的基因是否导入了受体细胞，便于筛选。据图1分析，可以通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量的目的。图2中，导入空白运载体的实验数据，说明转入的不含DXR基因的运载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关。答案：(1)(植物)组织培养脱分化基因选择性表达(2)ADS(酶)标记通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量的目的转入的不含DXR基因的运载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关6