2019-2020年高考生物 第十单元 现代生物科技专题 第37讲 基因工程课时训练.doc

2019-2020年高考生物 第十单元 现代生物科技专题 第37讲 基因工程课时训练 (时间:40分钟分值:90分)测控导航表知识点题号及难易度1.基因工程的工具、步骤及应用1,4,6,7,8(中),9(中),10(中),11(中)2.蛋白质工程的原理及设计流程2,3,53.综合考查12一、选择题:本大题共6小题,每小题5分,共30分。1.下列关于基因工程的叙述中,正确的是(A)A.DNA连接酶和RNA聚合酶催化生成的化学键相同B.DNA连接酶对“缝合”序列不进行特异性识别,无专一性催化特点C.受体细菌若能表达质粒载体上抗性基因,即表明重组质粒成功导入D.培育转基因油菜,需对受体细胞进行氯化钙处理解析:DNA连接酶和RNA聚合酶催化生成的化学键都是磷酸二酯键;酶具有专一性的特点,对于有黏性末端的DNA片段,DNA连接酶只识别连接含有相同黏性末端的DNA片段;有些受体细菌体内本身就含有与质粒上相同的抗性基因,故抗性基因的表达不能作为成功导入的标志;用氯化钙处理大肠杆菌,可增加大肠杆菌细胞壁的通透性,利于重组质粒的导入,对于植物细胞而言,氯化钙不起作用。2.(xx广东理综)从某海洋动物中获得一基因,其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物,首先要做的是(C)A.合成编码目的肽的DNA片段B.构建含目的肽DNA片段的表达载体C.依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽D.筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽解析:蛋白质工程是设计自然界中不存在的蛋白质,其具体的流程为:预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列。所以要先设计P1的多肽链,改造DNA序列,之后将新DNA导入受体细胞中表达。3.如图表示蛋白质工程的操作过程,下列说法不正确的是(B)A.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作B.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术C.a、b过程分别是转录、翻译D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因解析:蛋白质工程中了解蛋白质分子结构如蛋白质的空间结构、氨基酸的排列顺序等,对于合成或改造基因至关重要;蛋白质工程的进行离不开基因工程,对蛋白质的改造是通过对基因的改造来完成的;图中a、b过程分别是转录、翻译过程;蛋白质工程中可能根据蛋白质的结构构建出一种全新的基因。4.(xx湖州二模)Mse、Pst、EcoR三种限制酶的识别序列及切割位点分别是:GAATTAATTC,CTGCAG,GAATTC,下图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切点。若要用上图质粒和外源DNA构建重组质粒,需要对质粒进行改造,构建新的限制酶切位点。在构建新的限制酶切位点的过程中需要使用的酶是(B)A.限制酶Pst、DNA连接酶、DNA聚合酶B.限制酶EcoR、DNA连接酶、DNA聚合酶C.限制酶EcoR、限制酶Pst、DNA聚合酶D.限制酶Pst、限制酶EcoR、DNA连接酶解析:本题考查基因工程的操作步骤及常用的工具酶的基本知识。对质粒改造是让它增加第一种酶切点,第二种酶切点又不能破坏,只能用EcoR切割质粒后增加一部分含有Mse切点的片段,这样保证了在基因工程中目的基因和抗性基因结构的完整性,这样先要用限制酶EcoR切割,然后用聚合酶合成Mse酶的系列,最后DNA连接酶形成环状质粒,这样在构建重组质粒时用Mse和EcoR酶切割质粒和获得目的基因即可。5.(xx河南周口模拟)降钙素是一种多肽类激素,临床上用于治疗骨质疏松症等。人的降钙素活性很低,半衰期较短。某科研机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素,从预期新型降钙素的功能出发,推测相应的脱氧核苷酸序列,并人工合成了两条72个碱基的DNA单链,两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段,再利用Klenow酶补平,获得双链DNA,过程如图:获得的双链DNA经EcoR (识别序列和切割位点GAATTC)和BamH (识别序列和切割位点GGATCC)双酶切后插入到大肠杆菌质粒中。下列有关分析不正确的是(B)A.Klenow酶是一种DNA聚合酶B.合成的双链DNA有72个碱基对C.EcoR和BamH双酶切的目的是保证目的基因和运载体的定向连接D.筛选重组质粒需要大肠杆菌质粒中含有标记基因解析:据图可知,Klenow酶能以DNA单链为模板,合成出其互补链,因此Klenow酶是一种DNA聚合酶,A正确。人工合成两条DNA单链各有72个碱基,且两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段,因此最终合成的双链DNA有(72-18)2=108(个)碱基对,B错误。EcoR和BamH双酶切可防止DNA片段的任意连接,保证目的基因和运载体的定向连接,C正确。筛选含重组质粒的大肠杆菌需要根据标记基因的表达与否,D正确。6.番茄叶片受害虫损伤后,叶肉细胞迅速合成蛋白酶抑制剂,抑制害虫的消化作用。人们尝试将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米,以对付猖獗的玉米螟。下图为培育转基因抗虫玉米的流程图,下列描述正确的是(C)A.可利用限制性核酸内切酶从番茄的基因库中获取蛋白酶抑制剂基因B.用氯化钙处理玉米受体细胞,有利于含目的基因的重组质粒导入C.重组Ti质粒应有RNA聚合酶识别和结合的部位,以启动蛋白酶抑制剂基因的转录D.若将目的基因导入玉米花粉细胞,通过花药离体培养可获得稳定遗传的转基因玉米解析:本题考查基因工程内容。目的基因是用限制性核酸内切酶将DNA酶切后得到的,需筛选;氯化钙是用于处理细菌细胞的,如果受体细胞是植物细胞,则需用纤维素酶处理,以增加目的基因导入的成功率;基因成功表达的前提是能转录和翻译,转录时需RNA聚合酶识别转录的起点才能启动;花药离体培养得到的是玉米的单倍体,需再用秋水仙素处理单倍体,使染色体加倍才能得到稳定遗传的转基因玉米。二、非选择题:本大题共6小题,共60分。7.(15分)植物生物反应器是指通过基因工程途径,以常见的农作物作为“化学工厂”,通过大规模种植,生产具有重要功能的蛋白质,如人或动物的疫苗、抗体、工农业用酶等各种高价值的生物制品的方法。列举几例如下表,请据此回答问题:反应器名称药物名称作用芜菁生物反应器干扰素抗病毒烟草生物反应器生长激素促进生长烟草生物反应器核糖体抑制蛋白抑制HIV增殖番茄生物反应器狂犬病病毒糖蛋白(G蛋白)疫苗马铃薯生物反应器人血清白蛋白(HSA)维持渗透压、pH缓冲、营养等(1)从基因工程的角度分析,将目的基因导入植物受体细胞的最常用的方法是,运载体是,目的基因能在植物体内稳定遗传的关键是。在检测受体细胞中是否已经导入目的基因时,分子水平上的检测方法名称是。(2)从细胞工程的角度分析,建立“化学工厂”的理论基础是。从生态学角度考虑操作过程需要。(3)分析说明烟草生物反应器生产的药物作用机理是。(4)从细胞膜的结构和功能上分析,生长激素不能使烟草细胞生长的原因是 ;吃G蛋白基因已有效表达的番茄果实(填“能”或“不能”)预防狂犬病。解析:(1)植物转基因常用的方法是农杆菌转化法,农杆菌中含有Ti质粒,其上的TDNA能将目的基因整合到植物染色体DNA上。目的基因在受体细胞中稳定遗传的关键是目的基因是否整合到受体细胞的染色体DNA上,可以利用DNA分子杂交技术来检测。(2)“化学工厂”指利用转基因植株生产人类所需功能蛋白,转基因植物细胞形成转基因植株过程是通过植物组织培养来实现的,其原理是植物细胞的全能性。整个过程应无菌操作。(3)烟草生物反应器生产的是核糖体抑制蛋白,能抑制HIV感染者的T细胞中核糖体功能,导致HIV蛋白质合成受阻,从而抑制HIV的增殖。(4)植物细胞膜上没有生长激素的受体,所以生长激素不能促进植物细胞生长。G蛋白是大分子的蛋白质,食用G蛋白后被分解成氨基酸,不能达到预防狂犬病的目的。答案:(1)农杆菌转化法Ti质粒整合到受体细胞染色体的DNA上DNA分子杂交技术(2)细胞的全能性无菌操作(或预防微生物感染或预防杂菌污染)(3)该药物能抑制HIV感染者T细胞(或被HIV感染的人体细胞)的核糖体合成HIV蛋白质(4)烟草细胞(膜)上无生长激素的受体不能8.(xx福州八中模拟)(15分)自1981年Evans和Kaufman首次成功分离小鼠胚胎干细胞(ES细胞),医学界对其的研究虽颇有争议但也如火如荼,下图表示利用胚胎干细胞(ES细胞)所做的一系列研究,请据图分析回答:(1)是制备单克隆抗体的技术基础。(2)过程将带有遗传标记的ES细胞注入早期胚胎的囊胚腔,通过组织化学染色,用于研究动物器官形成的时间、发育过程以及影响的因素,这项研究利用了胚胎干细胞具有的特点。在哺乳动物早期发育过程中,囊胚的后一个阶段是。(3)过程中目的基因导入胚胎干细胞前,先要获得目的基因,真核生物中常用的提取目的基因的方法是 。(4)过程得到的小鼠畸胎瘤里面全是软骨、神经管、横纹肌和骨骼等人类组织和器官。实验时,必须用X射线照射去除胸腺的小鼠,获得免疫缺陷小鼠,其目的是 。解析:(1)动物细胞培养是动物细胞工程的基础。(2)过程利用的是胚胎干细胞具有发育的全能性的特点;囊胚进一步发育形成原肠胚。(3)真核生物中常用的提取目的基因的方法是人工提取。(4)胸腺是T细胞发育和成熟的场所,去除胸腺,小鼠不能形成T细胞,造成其细胞免疫缺乏,使移植的组织细胞不会被排斥。答案:(1)动物细胞培养(2)发育的全能性 原肠胚(3)人工提取(4)去除胸腺,使其不能形成T细胞,不发生细胞免疫,使移植的组织细胞不会被排斥9.(xx安徽皖南八校联考)(15分)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。请回答下列问题:(1)限制酶的酶切点是连接两个核苷酸之间的。(2)若用限制酶Sma完全切割图1中DNA片段,产生的末端是末端,其产物长度为 。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶Sma完全切割,产物中共有种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,请你设计一个筛选方案: 。解析:(1)限制酶能识别DNA分子中特定的核苷酸序列,且在特定的位点进行切割,切割的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)Sma酶识别的碱基序列及酶切位点为CCCGGG,切点在中间,可知产生的末端是平末端。图1所示的DNA分子Sma酶有两个酶切位点。(3)如图1所示,Sma酶的第一个识别序列中一个碱基对被替换后就无法识别了,所以用Sma酶切割目的基因只能切成两段。所以突变后的基因d只能切成1327bp和661bp,而未突变的仍切成537bp、790bp、661bp。(4)由图可知目的基因只能由BamH 酶切割,用Sma 酶切割目的基因会破坏目的基因。由于BamH 破坏了质粒的抗生素A抗性基因,所以只要在培养基中分别添加抗生素A、抗生素B,便能利用选择培养基筛选出能在抗生素B的培养基中生长而不能在抗生素A的培养基中生长的大肠杆菌。答案:(1)磷酸二酯键(2)平537bp790bp661bp(3)4(4)BamH在培养基中分别添加抗生素A、抗生素B,筛选出能在抗生素B中生长而不能在抗生素A中生长的大肠杆菌。10.(15分)如图是从酵母菌中获取某植物需要的控制某种酶合成的基因的流程,结合所学知识及相关信息回答下列问题:(1)图中cDNA文库(填“大于”、“等于”或“小于”)基因组文库。(2)过程提取的DNA需要的切割,B过程是。(3)为在短时间内大量获得目的基因,可用扩增的方法,其原理是。(4)目的基因获取之后,需要进行,其组成必须有以及标记基因等,此步骤是基因工程的核心。(5)将该目的基因导入某双子叶植物细胞,常采用的方法是,其能否在此植物体内稳定遗传的关键是 ,可以用技术进行检测。(6)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性,需要对现有蛋白质进行改造,这要通过蛋白质工程。首先要设计预期的,再推测应有的氨基酸序列,找到相对应的。(7)除植物基因工程硕果累累之外,在动物基因工程、基因工程药物和基因治疗等方面也取得了显著成果,请列举出至少两方面的应用: 。解析:(1)cDNA文库为部分基因,它小于代表该物种全部基因的基因组文库。(2)是提取目的基因,目的基因可用限制酶切割,B过程以mRNA为模板合成DNA,即逆转录过程。(3)获取目的基因的方法包括直接分离法、人工合成法及用PCR技术直接扩增目的基因等。PCR技术扩增目的基因的原理是DNA复制。(4)目的基因和运载体结合形成重组质粒被称为基因表达载体的构建,基因表达载体包括启动子、目的基因、标记基因、终止子、复制原点。(5)目的基因导入双子叶植物常用的方法为农杆菌感染法,目的基因导入后可用DNA分子杂交法进行检测。(6)设计全新蛋白质,对蛋白质进行改造需要用蛋白质工程。首先要对蛋白质结构进行设计,然后推断蛋白质应有的氨基酸序列,然后推断对应的目的基因的碱基序列,最终合成目的基因。(7)基因工程在医学方面具有重要作用,如基因诊断、基因治疗、生产基因工程药物。答案:(1)小于(2)限制酶逆转录(3)PCR技术DNA复制(4)基因表达载体的构建启动子、终止子、目的基因(复制原点可不答)(5)农杆菌转化法目的基因是否整合到植物细胞的染色体上DNA分子杂交(6)蛋白质结构脱氧核苷酸序列(基因)(7)乳腺生物反应器;体外基因治疗复合型免疫缺陷综合症(其他合理答案也可)【教师备用】1.如图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因,ampR表示氨苄青霉素抗性基因,BamH、Hind、Sma直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答:(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体,需用 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含的培养基上进行。(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是(填字母代号)。A.启动子B.tetRC.复制原点D.ampR(3)过程可采用的操作方法是(填字母代号)。A.农杆菌转化B.大肠杆菌转化C.显微注射D.细胞融合(4)过程采用的生物技术是。(5)对早期胚胎进行切割,经过程可获得多个新个体。这利用了细胞的性。(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达,可采用(填字母代号)技术。A.核酸分子杂交 B.基因序列分析C.抗原抗体杂交D.PCR解析:(1)Sam酶切位点在人乳铁蛋白基因内,如用其酶切,则会破坏目的基因,故排除。为防止目的基因和载体自身连接,在利用限制酶进行切割时,两端需要剪切成不同的黏性末端,因此需要用BamH和Hind两种限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。因人乳铁蛋白基因插入位置位于载体上的四环素抗性基因内,导致基因不能表达,使受体细胞无四环素抗性;而载体上的氨苄青霉素抗性基因未被破坏,使受体细胞具有氨苄青霉素抗性,故筛选含有重组载体的大肠杆菌需要在含氨苄青霉素的培养基上进行。(2)启动子位于基因的首端,可驱动基因转录出信使RNA,使基因得以表达,故属于调控序列。(3)过程将目的基因导入到动物的受精卵中,一般采用显微注射法。(4)过程表示将早期胚胎移入代孕牛体内继续发育,故为胚胎移植技术。(5)早期胚胎分割成几份后,每份经移植和培养后都能形成一个新的个体,利用了细胞的全能性。(6)人乳铁蛋白基因成功表达的标志是产生了人乳铁蛋白,因此可利用抗原抗体杂交技术检测其是否成功表达。答案:(1)Hind和BamH氨苄青霉素(2)A(3)C(4)胚胎移植技术(5)全能(6)C2.(xx福州高中质检)利用基因工程技术,可以使目的基因上特定的碱基发生替换,从而产生定向变异以获得性能更优异的蛋白质,其基本过程如图所示,请回答问题:(1)参照PCR技术,可用方法使质粒DNA双链解开,甲过程中加入的一定长度的核苷酸链,其中一个位置碱基C替代了碱基A,其他的序列与目的基因的一条链互补,该核苷酸链在质粒DNA复制中作为。(2)乙过程是表示在DNA聚合酶作用下DNA链延伸,要形成闭合环状DNA分子,还需要酶的参与。(3)丙和丁过程表示质粒分别导入目的细胞,进行增殖并,多代繁殖后,能指导突变蛋白质产生的质粒占总数的。解析:(3)丙和丁过程表示质粒分别导入目的细胞,进行增殖及转录、翻译;由图示可知,乙过程中形成的闭合环状DNA分子中有一条链是原来正常的核苷酸链,另一条链是发生特定的碱基替换的核苷酸链,由于DNA复制是半保留复制,因此经多代繁殖后,能指导突变蛋白质产生的质粒占总数的1/2。答案:(1)加热引物(2)DNA连接(3)表达1/2