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现代生物科技专题高考命题规律(1)以非选择题进行考查(15分),中低档难度。(2)全国高考有4个命题角度,分布如下表。2020年高考必备2015年2016年2017年2018年2019年1卷2卷1卷2卷3卷1卷2卷3卷1卷2卷3卷1卷2卷3卷命题角度1基因工程与蛋白质工程40404040403838383838命题角度2细胞工程综合考查4038383838命题角度3胚胎工程命题角度4生态工程命题角度1基因工程与蛋白质工程高考真题体验对方向1.(2019全国理综1卷,38)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文库中获得。基因文库包括和。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的。(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是。答案(1)基因组文库cDNA文库(2)解旋酶加热至9095 氢键(3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活解析本题考查基因文库的种类、通过PCR技术扩增目的基因与生物体细胞内的DNA复制的比较等。(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,由解旋酶解开DNA双链。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是加热至9095 。这两个解链过程都破坏了DNA双链分子中的氢键。(3)温度会影响酶的活性。PCR过程是在高温条件下进行的。Taq酶耐高温,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会变性失活。2.(2019天津理综,9)B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达,但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验。据图回答下列问题。(1)B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中(单选)。A.含B基因的染色体缺失B.DNA聚合酶失活C.B基因发生基因突变D.B基因的启动子无法启动转录(2)从水稻体细胞或中提取总RNA,构建文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自的功能),然后构建重组表达载体。(3)在过程转化筛选时,过程中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程在培养基中应加入卡那霉素。(4)获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是(多选)。A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光(5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明。答案(1)D(2)精子cDNA(3)(4)BCD(5)B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚解析(1)通过题干信息可知,B基因可以在体细胞和精子中正常表达,说明含B基因的染色体未缺失,也没有发生基因突变,A、C项错误;基因表达过程中的转录需要RNA聚合酶,不是DNA聚合酶,B项错误;B基因在卵细胞中不能转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中不能启动转录,D项正确。(2)通过题干信息可知,水稻的体细胞和精子中B基因可表达,故可从水稻的体细胞和精子中提取RNA。通过逆转录产生DNA,从而构建cDNA文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。(3)图示中过程表示筛选含有目的基因的重组质粒的农杆菌,图示中质粒有抗卡那霉素标记基因和抗潮霉素标记基因,如果选择培养基中加入的是卡那霉素,起作用的是抗卡那霉素标记基因。过程表示将筛选出含有重组质粒的农杆菌,将其T-DNA整合到水稻细胞染色体DNA上。(4)真核细胞的基因结构是由编码区和非编码区两部分组成的,编码区是由外显子和内含子,内含子将外显子分隔开间隔的。编码区的外显子是能够编码蛋白质的序列,内含子是一般不能够编码蛋白的序列。随机断裂的B基因片段可能是非编码区和编码区的内含子,都不能够编码蛋白质的序列,A项错误;转基因植株,鉴定筛选方式有:DNA分子杂交技术,即以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交,用标记目的基因作探针与mRNA杂交,即以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交,检测目的基因是否翻译成蛋白质,由题干信息可知B基因与Luc基因连接形成B-Luc融合基因,即可通过Luc基因表达,检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光,故B、C、D三项正确。(5)当从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含有一个染色体组,推断该胚是由未受精的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明B基因表达能使卵细胞不经受精作用直接发育成胚。3.(2019江苏,33)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题。图1(1)EcoR酶切位点为GATATCCTATAG,EcoR酶切出来的线性载体P1为末端。(2)用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在酶作用下,形成重组质粒P3。(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是(填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是、。菌落类型平板类型ABC无抗生素+氨苄青霉素+-四环素+-氨苄青霉素+四环素+-(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示的甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,PCR鉴定时应选择的一对引物是。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400 bp片段,原因是。图2答案(1)平(2)胸腺嘧啶(T)DNA连接(3)BA类菌落含有P0C类菌落未转入质粒(4)乙丙目的基因反向连接解析(1)由题图可知,EcoR酶识别的序列和切点为GATATCCTATAG,因此切出来的线性载体P1为平末端。(2)由题可知,目的基因片段两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸,根据碱基互补配对原则,需要在载体P1的两端需要个加一个胸腺嘧啶(T)脱氧核苷酸,形成载体P2,再用DNA连接酶将P2与目的基因连接起来形成重组质粒P3。(3)由图可知,重组质粒中四环素抗性基因被破坏,而氨苄青霉素抗性基因完整,因此含有重组质粒P3的菌落在含四环素的培养基中不能存活,而在氨苄青霉素的培养基中能正常存活,结合表格分析可得,应该选择B类菌落。根据表格分析,A类菌落在氨苄青霉素和四环素的培养基中都能够生长,说明其导入的是P0;C类菌落在任何抗生素的培养基中都不能生长,说明其没有导入任何质粒。(4)据图分析,根据目的基因插入的位置和PCR技术的原理分析,PCR鉴定时应该选择的一对引物是乙和丙;根据题意和图形分析,某同学用图中的另外一对引物(甲、乙)从某一菌落的质粒中扩增出了400 bp的片段,说明其目的基因发生了反向连接。4.(2018全国理综1卷,38)回答下列问题。(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.Cohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用的大肠杆菌作为受体细胞。在蛋白质纯化的过程中应添加的抑制剂。答案(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达(2)转化外壳蛋白(或答噬菌体蛋白) 细菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶解析本题主要考查基因工程的操作步骤及应用。(1)该实例可以说明很多问题,比如体外重组的质粒可以进入受体细胞,真核细胞的基因也可以在原核细胞中表达,真核生物和原核生物共用同一套密码子,质粒的化学本质是DNA等。(2)目的基因导入细菌可以用Ca2+处理细菌,从而将目的基因导入受体细胞。噬菌体由DNA和蛋白质外壳组成,噬菌体属于细菌病毒,即其宿主细胞为细菌,所以需要将重组噬菌体导入细菌中。为了防止目的基因所表达的蛋白质被细菌内的蛋白酶所降解,所以要选择蛋白酶缺陷型大肠杆菌,即不能产生蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞。同时,在纯化蛋白质的过程中可以加入蛋白酶抑制剂,以降低蛋白酶的活性。5.(2018全国理综2卷,38)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达,某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5末端,获得了L1-GFP融合基因(简称为甲),并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。回答下列问题。(1)据图推断,该团队在将甲插入质粒P0时,使用了两种限制酶,这两种酶是,使用这两种酶进行酶切是为了保证,也是为了保证。(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了和过程。(3)为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:将能够产生绿色荧光细胞的移入牛的中,体外培养、胚胎移植等。(4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,某同学用PCR方法进行鉴定,在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的(填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。答案(1)E1和E4甲的完整甲与载体正确连接(2)转录翻译(3)细胞核去核卵母细胞(4)核DNA解析本题考查基因工程、细胞工程和胚胎工程的相关内容。(1)由题意可知,E1E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同,将甲(L1-GFP)插入质粒时,使用E1和E4两种限制酶进行酶切,既保证了甲的完整,又防止了甲的自身环化,保证了甲与载体的正确连接。(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明该细胞中合成了荧光蛋白,即L1基因在牛皮肤细胞中完成了遗传信息的转录和翻译。(3)为了获得含有甲的牛,可通过体细胞核移植技术、体外培养和胚胎移植来实现。(4)克隆牛的不同组织细胞中的基因选择性表达,转录出的mRNA不同,总RNA也不同,但不同组织细胞中的核DNA相同,因此检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中,用PCR方法进行鉴定时,应以核DNA作为模板。6.(2017全国理综1卷,38)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题。(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用作为载体,其原因是。(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导,如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是。答案(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(3)繁殖快、容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体解析(1)人的基因A含有内含子,其转录出的RNA需切除内含子对应的RNA序列后才能翻译出蛋白A,大肠杆菌是原核生物,其没有切除内含子对应的RNA序列的机制,故将人的基因A导入大肠杆菌无法表达出蛋白A。(2)噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒,无法寄生在家蚕中。(3)大肠杆菌繁殖快、容易培养,常用作基因工程的受体。(4)在分子水平检测目的基因是否表达应用抗原抗体杂交法,即用蛋白A与蛋白A的抗体进行杂交。(5)艾弗里的肺炎双球菌转化实验的原理是基因重组,通过重组使得S型细菌的DNA在R型细菌中表达,这种思路为基因工程理论的建立提供了启示。典题演练提能刷高分1.水稻具有较强的分蘖能力,但只有早期的分蘖才是有效分蘖,才能够成穗。某农科所科技人员欲通过对水稻某种蛋白质的改造,提升水稻早期分蘖,促进水稻高产。请回答下列问题。(1)科技人员先从“促早蘖”这一功能出发,预期构建出“促早蘖”的结构,再推测出目的基因对应的序列,从而出“促早蘖”基因。(2)科技人员为获得大量的“促早蘖”基因,在体外通过对该基因进行了大量扩增。(3)“促早蘖”基因只有导入水稻细胞的中,才能确保“促早蘖”基因在水稻细胞中得以稳定遗传,科技人员利用农杆菌转化法,将“促早蘖”基因插入中,实现了上述目标。(4)在通过基因工程获得“促早蘖”植株后,为了确保育种成功,科研人员不仅要采取技术检测“促早蘖”基因是否导入,还要通过从个体水平加以鉴定。答案(1)蛋白质脱氧核苷酸人工合成(2)PCR技术(3)染色体DNATi质粒的T-DNA(4)DNA分子杂交观察“促早蘖”植株早期的分蘖情况解析(1)科技人员先从“促早蘖”这一功能出发,预期构建出“促早蘖”蛋白质的结构,再推测出目的基因对应的脱氧核苷酸序列,从而人工合成“促早蘖”基因。(2)可利用PCR技术在体外对目的基因进行大量扩增。(3)“促早蘖”基因只有导入水稻细胞的染色体DNA中,才能确保“促早蘖”基因在水稻细胞中得以稳定遗传,利用农杆菌转化法,将“促早蘖”基因插入到Ti质粒的T-DNA中,可实现上述目标。(4)为了确保育种成功,可用DNA分子杂交技术检测转基因水稻的DNA上是否插入了“促早蘖”基因;除了分子检测外,还需要通过观察“促早蘖”植株早期的分蘖情况从个体水平加以鉴定。2.我国科学家屠呦呦及其团队从青蒿中分离出青蒿素用于疟疾的治疗,这一措施至今挽救了全球数百万人的生命。青蒿中青蒿素的含量很低,科研工作者一直致力于提高青蒿素含量的研究。某研究小组给青蒿转入青蒿素合成的关键基因fps,通过该基因的过量表达来提高青蒿素的产量。请回答相关问题。(1)提取青蒿的总RNA,在酶作用下获得青蒿的cDNA。(2)根据基因fps的编码序列设计,通过得到目的基因,然后构建含有fps基因的表达载体。为了便于筛选,表达载体中应含有。(3)将表达载体导入农杆菌细胞中,用此农杆菌侵染无菌青蒿苗叶片,培养侵染后的叶片获得幼苗,培养过程中细胞发生的主要变化是和。(4)将获得的22株生长健壮的转基因青蒿苗移栽到大田里,待其生长到现蕾期后收获植株地上部分,测定青蒿素的含量,得到的结果如图所示:测定结果显示,转基因青蒿植株中青蒿素含量最多约是对照组的倍。不同植株中青蒿素的含量,这可能是由于T-DNA整合到青蒿基因组的不同位置,使外源基因的引起的。答案(1)逆转录(2)引物PCR扩增技术标记基因(3)细胞分裂细胞分化(4)2不同选择性表达解析(1)提取青蒿的总RNA,在逆转录酶的作用下获得cDNA。(2)根据基因fps的编码序列设计引物,通过PCR扩增技术得到目的基因,然后构建含有fps基因的表达载体。为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来,在表达载体上应含有标记基因。(3)离体叶片获得幼苗,必须通过植物的组织培养技术培养成再生植株,该过程需要经过脱分化和再分化,即培养过程中细胞发生的主要变化是细胞分裂和细胞分化。(4)据图分析,对照组青蒿素含量为5 mg/g干重,第22株转基因青蒿苗中青蒿素含量最多,为10 mg/g干重左右,大约是对照组的2倍。由图可知,不同植株中青蒿素的含量不同,这可能是由于T-DNA整合到青蒿基因组的不同位置,使外源基因选择性表达的结果引起的。3.Bar基因存在于青麻、黑麦草等生物体内,其编码的酶可使除草剂草丁膦失去毒害作用。培育转Bar基因大豆,对于控制豆田杂草有重要意义。为了把Bar基因导入大豆细胞,需将Bar基因插入pUC18质粒中构建中间表达载体,然后与Ti质粒重组为重组表达载体系统。如图为pUC18质粒的结构示意图,回答下列问题。(1)不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因,原因是。(2)构建中间表达载体时,为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒,需将Bar基因插入到pUC18质粒的中形成重组质粒并导入大肠杆菌,然后在添加的培养基上培养大肠杆菌,菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)中间表达载体需插入到Ti质粒的中才能将Bar基因整合到植物细胞的染色体DNA上,原因是。(4)可通过法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需,经脱分化形成,再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。答案(1)黑麦草与大豆之间存在生殖隔离(2)lacZ氨苄青霉素和X-gal(3)T-DNAT-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上(4)显微注射再生出细胞壁愈伤组织解析(1)由于黑麦草与大豆之间存在生殖隔离,因此不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因。(2)根据图中信息可知,lacZ基因编码-半乳糖苷酶,-半乳糖苷酶可以将培养基中的X-gal水解,使菌落呈蓝色,否则菌落呈白色。因此,构建中间表达载体时,为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒,需将Bar基因插入到pUC18质粒的lacZ中形成重组质粒并导入大肠杆菌,然后在添加氨苄青霉素和X-gal的培养基上培养大肠杆菌,菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。根据这一特点,如果将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上。(4)可通过显微注射法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需再生出细胞壁,经脱分化形成愈伤组织,再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。4.镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病,患者的血红蛋白分子-肽链第6位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替,导致功能异常。回答下列问题。(1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的序列发生改变。(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中,可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的,此操作(填“属于”或“不属于”)蛋白质工程,理由是该操作。(3)用基因工程方法制备血红蛋白时,可先提取早期红细胞中的,以其作为模板,在酶的作用下反转录合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和酶的作用下,拼接构建基因表达载体,导入受体菌后进行表达。(4)检测受体菌是否已合成血红蛋白,可从受体菌中提取,用相应的抗体进行杂交,若出现杂交带,则表明该受体菌已合成血红蛋白。答案(1)碱基对(脱氧核苷酸)(2)不属于没有对现有的蛋白质进行改造(或没有对基因进行修饰)(3)mRNA逆转录DNA连接(4)蛋白质抗原抗体解析(1)患者的血红蛋白分子-肽链第六位的谷氨酸变成了缬氨酸,此氨基酸的变化是由于控制合成血红蛋白分子的DNA的碱基序列发生了改变,从而导致了mRNA上密码子的改变。(2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中,可以合成正常的血红蛋白达到治疗的目的,此操作不属于蛋白质工程。属于基因工程。蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。也就是说,蛋白质工程是对现有的蛋白质进行改造。(3)用基因工程方法制备血红蛋白时,可先提取早期红细胞中的mRNA,以其作为模板,在逆转录酶的作用下合成cDNA。cDNA与载体需在限制酶和DNA连接酶的作用下,拼接构建基因表达载体,导入受体菌后进行表达。(4)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白,用相应的抗体进行抗原抗体特异性杂交,若出现杂交带,则表明该受体菌已合成血红蛋白。5.人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从血浆中制备。下图为培育转基因奶牛获得人血清白蛋白(HSA)的流程。回答下列问题。(1)为了在短时间内获得大量HSA基因,可以采用技术。(2)过程常用法。在过程进行之前,需对早期胚胎进行性别鉴定,可取胚胎细胞进行DNA分析,其采用的基因探针来自(填“常”或“性”)染色体。(3)为了使HSA基因只在转基因奶牛乳腺细胞中表达,则构建基因表达载体时需要借助DNA连接酶在HSA基因前接上。(4)检测牛奶中是否含有人血清白蛋白,可采用技术。答案(1)PCR(2)显微注射性(3)乳腺蛋白基因的启动子(4)抗原抗体杂交解析(1)PCR技术可以在短时间内大量扩增目的基因,所以要在短时间内获得大量HSA基因,可以采用PCR技术。(2)结合前面的分析可知,图中操作是将目的基因导入动物细胞,最有效的方法是显微注射法;在过程进行之前,需对早期胚胎进行性别鉴定,可取胚胎细胞进行DNA分析,其采用的基因探针来自性染色体。(3)为了使HSA基因只在转基因奶牛乳腺细胞中表达,则构建基因表达载体时需要借助DNA连接酶在HSA基因前接上乳腺蛋白基因的启动子。(4)检测目的基因是否表达产生相应的蛋白质,可将表达产生的蛋白质看作抗原,用特定的抗体进行检测,若出现抗原抗体的特异性结合反应,则说明目的基因已经成功表达,反之,则没有表达;所采用的检测技术称为抗原抗体杂交技术。6.(2019湖南衡阳一模)胰岛素是治疗胰岛素依赖糖尿病的特效药物,但是天然胰岛素在人体内的寿命只有几个小时,通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构,以延长胰岛素的半衰期,可以得到长效胰岛素。如图是用蛋白质工程设计长效胰岛素的生产过程。回答下列问题。(1)基因工程中限制酶切割后的运载体与目的基因能再次拼接的理由是。(2)在基因工程中获取目的基因的方法除图中方法,还有利用PCR技术扩增和。(3)上述基因工程中除质粒外,也可作为运载体。(4)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是。(5)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是。(6)新的胰岛素为什么还要加工、修饰?。答案(1)切割产生的末端相同(2)从基因文库中获取(3)噬菌体(4)蛋白质的预期功能(5)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱(6)大肠杆菌没有内质网和高尔基体无法加工胰岛素解析(1)基因工程中用相同的限制酶切割目的基因和质粒,使其具有相同的末端,再依据碱基互补配对的原则进行拼接。(2)在基因工程中获取目的基因的方法除图中人工合成的方法以外,还有利用PCR技术扩增和从基因文库中获取。(3)上述基因工程的受体细胞是大肠杆菌,运载体可以是质粒,也可以是噬菌体。(4)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(5)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱。(6)新的胰岛素是由大肠杆菌合成的,因为大肠杆菌没有内质网和高尔基体,无法加工胰岛素,所以新的胰岛素还要加工、修饰。命题角度2细胞工程综合考查高考真题体验对方向1.(2019全国理综2卷,38)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比,这种微型繁殖技术的特点是(答出2点即可)。(2)通过组织培养技术,可把植物组织细胞培养成胚状体,再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示),这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质,因此应含有植物激素、和等几类物质。(3)用脱毒苗进行繁殖,可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗,可以选取植物的进行组织培养。(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是(用流程图表示)。答案(1)能保持植物原有的遗传特性,繁殖速度快(2)有利于胚状体进行呼吸作用矿质元素糖(3)茎尖(4)含目的基因的细胞愈伤组织小植株解析本题考查植物组织培养的应用。(1)基于植物组织培养技术的微型繁殖实现了植物克隆,属于无性繁殖技术。与常规的种子繁殖方法(有性生殖)相比,微型繁殖技术可以保持植物原有的遗传特性,快速实现种苗的大量繁殖。(2)人工种子的人工种皮要保证胚状体正常的生命活动,一方面要有透气性,使胚状体能够进行呼吸作用;另一方面要有子叶或胚乳的功能,为胚状体生长发育提供必需的植物激素、矿质元素和糖等几类物质。(3)植物分生区附近(如茎尖)的病毒很少,甚至无病毒。用茎尖进行组织培养,再生的植株就有可能不带病毒,从而获得脱毒苗。(4)将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株,应首先对含有目的基因的细胞进行脱分化处理获得愈伤组织,然后诱导其再分化,即可获得试管苗(小植株)。2.(2019全国理综3卷,38)培养胡萝卜根组织可获得试管苗,获得试管苗的过程如图所示。切取洁净的胡萝卜根段对根段进行消毒切取1 cm3左右带有形成层的组织块接种组织块诱导组织块形成愈伤组织诱导愈伤组织形成试管苗 回答下列问题。(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株,这是因为植物细胞具有。(2)步骤切取的组织块中要带有形成层,原因是。(3)从步骤到步骤需要更换新的培养基,其原因是。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的过程,最终可形成试管苗。(4)步骤要进行照光培养,其作用是。(5)经组织培养得到的植株,一般可保持原品种的,这种繁殖方式属于繁殖。答案(1)全能性(或答:形成完整植株所需的全部基因)(2)形成层容易诱导形成愈伤组织(3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同分化(或答:再分化)(4)诱导叶绿素的形成,使试管苗能够进行光合作用(5)遗传特性无性解析本题以植物组织培养为依托,主要考查处理实验材料与分析实验的能力。(1)高度分化的植物细胞具有形成该物种完整植株的全部基因,具有发育成完整植株的潜能,即具有全能性,因此用分化的植物细胞可以培养成完整的植株。(2)形成层细胞分化程度低,容易诱导形成愈伤组织,因此步骤切取的组织块中要带有形成层。(3)步骤为诱导形成愈伤组织,步骤为诱导愈伤组织形成试管苗,形成不同组织、器官所需的植物激素的比例不同,且随培养时间的增加,培养基中营养物质不断减少,有害代谢产物逐渐积累,会抑制植物的生长,因此需要更换培养基。 (4)形成试管苗后,叶片的形成使植物具备了进行光合作用的条件,而叶片中叶绿素的形成需要光,因此要将试管苗在光下培养。(5) 植物组织培养过程中细胞进行有丝分裂和再分化,能够保持原品种的遗传特性。植物组织培养没有经过两性生殖细胞的融合,这种繁殖方式属于无性繁殖。3.(2018全国理综3卷,38)2018年细胞期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴“中中”和“华华”。回答下列问题。(1)“中中”和“华华”的获得涉及核移植过程,核移植是指。通过核移植方法获得的克隆猴,与核供体相比,克隆猴体细胞的染色体数目(填“减半”“加倍”或“不变”)。(2)哺乳动物的核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,胚胎细胞核移植获得克隆动物的难度(填“大于”或“小于”)体细胞核移植,其原因是。(3)在哺乳动物核移植的过程中,若分别以雌性个体和雄性个体的体细胞作为核供体,通常,所得到的两个克隆动物体细胞的常染色体数目(填“相同”或“不同”),性染色体组合(填“相同”或“不同”)。答案(1)将动物的一个细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中不变(2)小于胚胎细胞分化程度低,恢复全能性相对容易(3)相同不同解析本题以克隆动物为背景考查动物细胞工程的操作及应用。(1)克隆动物过程中涉及的动物细胞工程技术有核移植技术、胚胎移植技术等,其中核移植技术是指将供体细胞的细胞核移入一个去核的卵母细胞中,构建重组细胞,使其发育成一个胚胎,将来发育成一个动物个体。在整个过程中,细胞只进行有丝分裂,细胞中染色体数目不变。(2)胚胎细胞比体细胞分化程度低,故胚胎细胞核移植比体细胞核移植成功的难度小。(3)通过核移植获得克隆动物的过程中,细胞中染色体数目不变。雌、雄动物的常染色体数目相同,而性染色体组合不同。4.(2017全国理综3卷,38)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成,编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成,如图1所示。图1图2回答下列问题。(1)现要通过基因工程的方法获得蛋白乙,若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCTCAGGAAGGA),则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙,原因是。(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中,在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等,还加入了序列甲作为,加入了作为合成DNA的原料。(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白,要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用,某同学做了如下实验:将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组,其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙,另一组作为对照,培养并定期检测T淋巴细胞浓度,结果如图2。由图2 可知:当细胞浓度达到a时,添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加,此时若要使T淋巴细胞继续增殖,可采用的方法是。细胞培养过程中,培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是。仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段,则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。答案(1)编码乙的DNA序列起始端无ATG,转录出的mRNA无起始密码子(2)模板dNTP(3)进行细胞传代培养维持培养液的pHC解析(1)由基因乙的碱基序列可知,由该序列转录出的mRNA无起始密码子,所以在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列后,所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙。(2)PCR反应体系中除了加入了DNA聚合酶、引物等,还应加入序列甲作为模板,加入四种脱氧核苷酸(dNTP)作为合成DNA的原料。(3)当细胞浓度达到a时,T淋巴细胞的浓度不再增加,是因为出现了接触抑制现象,所以可以进行细胞传代培养,使T淋巴细胞继续增殖;培养箱中通常要维持一定的CO2浓度,CO2的作用是维持培养液中的pH。根据图2可知,甲、乙两组的T淋巴细胞数量多,丙组的T淋巴细胞数量少,根据图1比较可知,丙组T淋巴细胞少的原因是蛋白丙缺少C片段所编码的肽段。典题演练提能刷高分1.科学家将蜘蛛的蛛丝蛋白基因导入山羊体内,得到转基因“蜘蛛羊”,该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白,高强度的蛛丝蛋白可用于许多重要的特种工业领域,生产流程见下图。请回答下列问题。(1)将蛛丝蛋白基因和载体通过甲过程形成的X为,该过程通常用相同的限制酶进行切割,原因是。(2)为了获得蛛丝蛋白,图中的受体细胞应该选择(填性别)羊的ES细胞,这是因为ES细胞在功能上具有。(3)受体细胞在体外培养时,采用的培养基是(填“固体”或“液体”)培养基。在培养环境中的空气必须加5%的CO2,目的是。(4)转基因山羊的性状除能产生蛛丝蛋白外,与提供ES细胞的个体不完全相同的原因有。(答出两点即可)答案(1)基因表达载体使目的基因和运载体有相同的黏性末端,便于连接(2)雌性发育的全能性(3)液体维持培养液的pH(4)转基因山羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞;性状是基因与环境共同作用的结果;个体发育过程中有可能发生基因突变解析(1)根据以上分析已知,图中X表示基因表达载体;构建基因表达载体的过程中,通常需要用相同的限制酶进行切割,使目的基因和运载体具有相同的黏性末端,便于连接。(2)根据题干信息已知,蛛丝蛋白存在于雌性动物的乳汁中,且ES细胞在功能上具有发育的全能性,因此为了获得蛛丝蛋白,图中的受体细胞应该选择雌羊的ES细胞。(3)培养动物细胞一般用液体培养基,且培养需要一定的气体条件,其中加入5%CO2的目的是维持培养液的pH。(4)转基因山羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞,且生物的性状是基因与环境共同作用的结果,此外个体发育过程中还可能发生基因突变,因此转基因山羊的性状除能产生蛛丝蛋白外,与提供ES细胞的个体不完全相同。2.科学家拟采用基因敲除技术将小鼠的lg基因敲除,代之以人的lg基因,然后用H7N9病毒感染小鼠,得到对H7N9病毒具有免疫力的小鼠,再经单克隆抗体技术生产大量的人源化抗体用于诊断、治疗H7N9病毒感染。(1)长期以来人们获得抗体的方法是向动物体内反复注射某种抗原,然后从动物的中分离出抗体,用这种方法制得抗体的缺点是。(2)本次基因敲除技术的受体细胞不是小鼠的受精卵,而是细胞,再将处理过的该细胞重新植入小鼠脾脏中增殖。(3)动物细胞融合技术常用的诱导因素有OPEG、电激和,培养液中共有种类型的融合细胞(只考虑细胞两两融合的情况)。该技术最重要的应用是:利用融合得到的来制备单克隆抗体,可通过培养获得这种细胞。(4)利用上述技术生产的单克隆抗体可制作成诊断盒,用于准确、快速诊断H7N9病毒感染者,这种诊断运用了杂交技术。答案(1)血浆抗体产量低、特异性差(2)B淋巴(3)灭活病毒3特定的杂交瘤细胞选择(4)抗原抗体分子解析(1)长期以来人们利用抗原刺激小鼠,从小鼠的血浆中提取抗体;单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高、可大量制备。(2)此处基因敲除技术的受体细胞不是小鼠的受精卵,而是小鼠的B淋巴细胞,因为B淋巴细胞可以产生抗体。(3)在诱导细胞融合时,常用的诱导因素有PEG、电激和灭活病毒,若考虑两两融合,则有AA、BB和AB三类细胞。该技术最重要的应用是:利用融合得到特定的杂交瘤细胞来制备单克隆抗体,可通过选择培养基获得这种细胞。(4)利用上述技术生产的单克隆抗体可制作成诊断盒,用于准确、快速诊断H7N9禽流感病毒的感染者,这种诊断运用了抗体抗原杂交技术。3.(2019陕西西安一模)草莓是人们经常食用的一种水果,有较高的营养价值。草莓是无性繁殖的作物,长期种植会使病毒积累在体内,产量降低,品质下降。如图是利用植物组织培养技术培育草莓脱毒苗的过程,请据图回答下列问题。外植体愈伤组织胚状体脱毒苗草莓植株(1)外植体能够形成幼苗所依据的原理是。培育脱毒苗时,一般选取作为外植体,其依据是。(2)是脱分化过程,细胞脱分化是指已经分化的细胞,经过诱导后,失去其而转变为未分化细胞的过程。是过程。(3)研究表明,多倍体草莓产量高于二倍体,利用组织培养技术获得多倍体草莓的方法有两种:一是使用(药剂)处理草莓的愈伤组织,再经培养获得多倍体植株;二是利用(药剂)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后,再经组织培养获得多倍体植株,这种育种技术被称为技术。答案(1)植物细胞的全能性茎尖(或芽尖或根尖)植物分生区附近(茎尖)病毒极少,甚至无病毒(2)特有的结构和功能再分化(3)秋水仙素聚乙二醇(PEG)植物体细胞杂交解析(1)植物体的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜能,称为植物细胞的全能性。外植体能够形成幼苗所依据的原理是植物细胞的全能性。培育脱毒苗时,一般选取茎尖(或芽尖或根尖)作为外植体,其依据是植物分生区附近(茎尖)病毒极少,甚至无病毒。(2)已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化。是再分化过程,再分化是指已经脱分化的愈伤组织在一定条件下,再分化出胚状体,形成完整植株。(3)秋水仙素可以诱导产生多倍体,使用秋水仙素处理草莓的愈伤组织,再经培养获得多倍体植株;也可以利用聚乙二醇(PEG)诱导草莓体细胞融合形成杂种细胞后,再经组织培养获得多倍体植株,这种育种技术被称为植物体细胞杂交(技术)。4.我国科学家突破了体细胞克隆猴的世界难题,成功培育出世界上首个体细胞克隆猴“中中”和“华华”。这标志着我国将率先开启以猕猴作为实验动物模型的时代。下图为克隆猴的流程示意图。请回答下列问题。(1)我国克隆猴利用的是猴胎儿成纤维细胞,该细胞是一已分化的体细胞,从理论上分析,它具有细胞的全能性,这是因为。(2)上图中,一般选择处于时期的卵母细胞进行“去核”操作,而后采用技术将体细胞核移植进该细胞,得到重组细胞。再进行人工激活使重组细胞分裂形成胚胎。(3)科学家将79枚克隆胚胎移植入21只代孕母猴中,最终只有两只母猴正常怀孕产下“中中”和“华华”,它俩的性别是否一致?;原因是。(4)克隆动物技术有很多优点:可以加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;。(5)1890年,英国剑桥大学的生物学家将纯种的安哥拉兔的两个4细胞胚胎移入一只纯种比利时兔的输卵管内,成功地产下了两只纯种安哥拉子兔。这个实验首次证实。答案(1)成纤维细胞的细胞核中含有发育成猴的全部遗传信息(2)减数第二次分裂中期(或M中期)显微注射(3)是“中中”和“华华”的细胞核中遗传物质相同,是经过有丝分裂形成的(4)可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病)(5)同种动物的胚胎可以在异体动物体内发育解析(1)由于猴的成纤维细胞的细胞核中含有发育成猴的全部遗传信息,因此其具有全能性,可以发育为克隆猴。(2)核移植技术过程中一般选择处于减数第二次分裂中期的去核卵母细胞作为受体细胞,然后利用显微注射的方法将体细胞核移植进该细胞。(3)根据题意分析,“中中”和“华华”都是体细胞核移植技术的产物,它们的细胞核中遗传物质相同,是经过有丝分裂形成的,因此两者的性别是相同的。(4)克隆动物技术可以加速家畜遗传改良进程,促进优良畜群繁育;还可以增加濒危物种的存活数量(或可以建立实验动物模型研究人类疾病)。(5)根据题意分析,将纯种的安哥拉兔的两个4细胞胚胎移入一只纯种比利时兔的输卵管内,成功地产下了两只纯种安哥拉子兔,该实验中胚胎和受体是两种兔的,说明同种动物的胚胎可以在异体动物体内发育。5.(2019辽宁抚顺一模)如图为某同学根据杂交瘤技术的方法,设计生产破伤风杆菌抗体的实验方案。请据图回答下列问题。(1)制备单克隆抗体的过程中用到的动物细胞工程的技术手段有和。(2)制备单克隆抗体的免疫学基本原理是。(3)该方案能达到预期效果吗?,原因是。(4)图中过程中常用作为诱导剂。如果能成功获得理想的杂交瘤细胞,该细胞的特点是(答两点)。(5)破伤风杆菌的抗体最终可从和小鼠腹水中提取。答案(1)动物细胞培养动物细胞融合(2)每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体(3)不能没有将抗原注入小鼠体内,无法获得产生单一抗体的B淋巴细胞(4)灭活的病毒既能产生专一抗体,又能迅速大量繁殖(5)细胞培养液解析(1)制备单克隆抗体的过程中用到的动物细胞工程的技术手段有动物细胞培养和动物细胞融合两项生物技术。(2)制备单克隆抗体的免疫学基本原理是每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。(3)要制备单克隆抗体,首先要将抗原注入到小鼠体内,从小鼠脾脏中获得能够产生单一抗体的B淋巴细胞,因此图中实验不能达到预期效果。(4)图中过程中常用灭活的仙台病毒作为诱导剂。如果能成功获得理想的杂交瘤细胞,该细胞具有双亲细胞的遗传物质,既能产生专一抗体,又能迅速大量繁殖。(5)破伤风杆菌的抗体最终可从细胞培养液和小鼠腹水中提取。命题角度3胚胎工程高考真题体验对方向1.(2019江苏,29)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中,然后通过核移植技术培育基因编辑猪,可用于生产基因工程疫苗。下图为基因编辑猪培育流程,请回答下列问题:(1)对1号猪使用处理,使其超数排卵,收集并选取处在时期的卵母细胞用于核移植。(2)采集2号猪的组织块,用处理获得分散的成纤维细胞,放置于37 的CO2培养箱中培养,其中CO2的作用是。(3)为获得更多基因编辑猪,可在胚胎移植前对胚胎进行。产出的基因编辑猪的性染色体来自于号猪。(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达,可采用的方法有(填序号)。DNA测序染色体倍性分析体细胞结构分析抗原-抗体杂交答案(1)促性腺激素减数第二次分裂中期(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)维持培养液的pH(3)分割2(4)解析(1)由图可知,1号猪提供的是卵母细胞,需要注射促性腺激素使其超数排卵,获得的卵母细胞需要培养到减数第二次分裂中期才能进行核移植。(2)用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理2号猪的组织块可分散成单个的成纤维细胞,培养箱中CO2的主要作用是维持培养液的pH。(3)利用胚胎分割技术可以获得更多的基因编辑猪;由图可知,基因编辑猪的细胞核来自于2号猪,因此产出的基因编辑猪的性染色体来自于2号猪。(4)检测病毒外壳蛋白基因(目的基因)是否导入4号猪,可以采用DNA分子杂交法检测目的基因的序列;目的基因表达的最终产物是蛋白质(病毒外壳蛋白),可以利用抗原抗体杂交法进行检测,和符合题意。2.(2015山东理综,36)治疗性克隆对解决供体器官缺乏和器官移植后免疫排斥反应具有重要意义。流程如下:(1)过程采用的是细胞工程中的技术,过程采用的是胚胎工程中的技术
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