21新高考生物培优大一轮复习课后限时集训38 基因工程.docx

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21新高考生物培优大一轮复习课后限时集训38基因工程

1．下列关于生物学中常见的几种酶的叙述，正确的是（　　）

A．DNA连接酶将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的碱基黏合

B．用限制性核酸内切酶从质粒上切下一个目的基因需消耗4个水分子

C．Taq酶是PCR仪扩增DNA分子时常用的一种耐高温的DNA连接酶

D．在解离根尖分生区细胞时加入纤维素酶有利于提高解离的效果

B　[DNA连接酶将目的基因的黏性末端与载体的黏性末端之间的碱基黏合形成磷酸二酯键，A错误；用限制酶从质粒上切下一个目的基因需打开2个切口，破坏四个磷酸二酯键，消耗4个水分子，B正确；Taq酶是PCR仪扩增DNA分子时常用的一种耐高温DNA聚合酶，C错误；在解离根尖分生区细胞时加入盐酸使植物细胞相互分散开，D错误。

]

2．图1表示转基因抗病香蕉的培育过程，图2表示PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ和ApaⅠ四种限制酶的识别序列及酶切位点。

则下列相关叙述错误的是（　　）

A．以上操作中用到了转基因技术、植物组织培养技术等

B．利用基因工程培育转基因抗病香蕉的核心步骤是构建基因表达载体

C．若重组质粒被PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ完全切割，则会得到2个黏性末端和1个平末端

D．该抗病基因能在香蕉细胞中表达的理论基础是所有生物共用一套遗传密码

C　[根据图1分析可知，该图涉及的技术有转基因技术和植物组织培养技术，A正确；基因工程的核心步骤是构建基因表达载体，B正确；结合以上分析可知，重组质粒上PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ的切割位点各一个，若被这三种酶完全切割，结合图2分析可知会得到4个黏性末端和2个平末端，C错误；该抗病基因能在香蕉细胞中表达，说明不同的生物共用一套遗传密码，D正确。

]

3．Bcl2基因是细胞凋亡抑制基因，可以利用PCR技术检测其转录水平，进而了解该基因与不同胚胎时期细胞凋亡的关系，下图为克隆猪的培育及Bcl2基因转录水平检测流程。

下列有关叙述错误的是（　　）

A．图中A细胞为处于减数第二次分裂中期的卵母细胞

B．在早期胚胎发育的不同时期提取的总mRNA存在差异

C．图中过程X表示逆转录，获得的cDNA可用于克隆猪基因组的测序

D．利用（Bcl2cDNA）/cDNA的比值可初步检测Bcl2基因的转录水平

C　[核移植技术模拟自然的受精作用，受体细胞应选择减数第二次分裂中期的卵母细胞，A项正确；细胞分化的实质是基因的选择性表达，在早期胚胎发育的不同时期，细胞分化程度不同，提取的总mRNA存在差异，B项正确；通过逆转录获得的cDNA只是克隆猪DNA的一部分，不能用于克隆猪基因组的测序，C项错误；cDNA是由细胞中的mRNA逆转录获得，不同胚胎时期细胞的（Bcl2cDNA）/cDNA比值一定程度上可代表Bcl2基因的转录水平，D项正确。

]

4．科学家构建了含有大洋鳕鱼抗冻蛋白基因启动子和大鳞鲑鱼生长激素基因的表达载体，并将其导入了大西洋鲑的细胞中，获得了生长速度加快的转基因大西洋鲑。

相关叙述正确的是（　　）

A．转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白明显增加

B．构建基因表达载体需要限制酶和DNA聚合酶

C．大鳞鲑鱼生长激素基因不能通过PCR技术扩增获得

D．转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快

D　[转基因大西洋鲑体内抗冻蛋白有所增加，但是不会明显增加，A错误；构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，B错误；大鳞鲑鱼生长激素基因能通过PCR技术扩增获得，C错误；转基因大西洋鲑生长激素含量增加导致生长速度加快，D正确。

故选D。

]

5．下列有关蛋白质工程的说法正确的是（　　）

A．蛋白质工程无需构建基因表达载体

B．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍是天然的蛋白质

C．蛋白质工程需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶

D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的

C　[A.据分析可知，蛋白质工程需对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，A错误；B.蛋白质工程通过基因的修饰或基因的合成，对现有的基因进行改造或制造一种新的蛋白质，改造后的蛋白质有的不再是天然的蛋白质，B错误；C.蛋白质工程需对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶，C正确；D.蛋白质工程是通过基因的修饰或基因的合成，对现有的基因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，D错误。

故选C。

]

6．科学工作者将某种海蜇的DNA分子上一段长度为5170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因，转入到夹竹桃细胞中，培育出一种夜间发光的夹竹桃。

培育过程如图所示，回答有关问题。

（1）构建图中的重组Ti质粒，还需用到的基因工程基本工具是____________________。

作为受体农杆菌应________________，以方便筛选已导入重组Ti质粒的受体农杆菌。

在将重组Ti质粒转入农杆菌之前，先要用Ca2＋处理农杆菌，其目的是使其成为__________________细胞。

（2）图中将绿色荧光蛋白基因导入夹竹桃细胞的方法称为______________。

转基因夹竹桃幼苗对青霉素__________（填“具有”或“不具有”）抗性，原因是______________________________________。

（3）绿色荧光蛋白基因含有____________，因此在农杆菌细胞中不能正常表达，而在夹竹桃细胞中能正常表达。

[解析]　

（1）构建图中的重组Ti质粒，还需用到的基因工程基本工具是限制性核酸内切酶（或限制酶）、DNA连接酶。

由于Ti质粒上含有抗青霉素基因，故作为受体农杆菌应不含抗青霉素基因（或对青霉素敏感），以便根据质粒上的标记基因筛选导入重组质粒的农杆菌。

在将重组Ti质粒转入农杆菌之前，先要用Ca2＋处理农杆菌，其目的是使其成为感受态细胞，易于吸收周围环境中的外源DNA分子。

（2）图示中将绿色荧光蛋白基因导入夹竹桃细胞的方法称为农杆菌转化法。

根据图示可知目的基因插入在了质粒上的TDNA片段，由于TDNA可转移至受体细胞并且整合到受体细胞的染色体DNA上，所以插入在TDNA中的目的基因被导入夹竹桃细胞并整合到了染色体DNA上，而抗青霉素基因没有进入夹竹桃细胞，故转基因夹竹桃幼苗对青霉素不具有抗性。

（3）绿色荧光蛋白基因来自真核生物，含有内含子，转录后需要将内含子转录的部分在细胞核进行剪切，而农杆菌为原核生物，不具备该剪切功能，因此在农杆菌细胞中不能正常表达，而在夹竹桃细胞中能正常表达。

[答案]　

（1）限制性核酸内切酶（或限制酶）、DNA连接酶　不含有抗青霉素基因（或对青霉素敏感）　感受态　

（2）农杆菌转化法　不具有　农杆菌（或重组Ti质粒）中只有TDNA才能进入夹竹桃细胞，而抗青霉素基因没有进入夹竹桃细胞　（3）内含子

7．（2019·海南高考）人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质（Y），该蛋白质由一条多肽链组成。

目前可以利用现代生物技术生产Y。

回答下列问题。

（1）若要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取________作为模板，在________催化下合成cDNA，再利用______________技术在体外扩增获得大量Y的基因。

（2）将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。

若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的______________中，得到含目的基因的重组Ti质粒，则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。

若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经__________。

（3）天然的Y通常需要在低温条件下保存。

假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性，若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性，具体思路是____________________________________。

[解析]　

（1）由于人的T细胞可以产生蛋白质Y，要获得Y的基因，可从人的T细胞中提取mRNA作为模板，在逆转录酶催化下，利用四种游离的脱氧核苷酸合成cDNA，再利用PCR技术（体外扩增DNA的技术）在体外扩增获得大量Y的基因。

（2）农杆菌转化法中，TDNA可以携带目的基因转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上，故需要Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的TDNA中得到含目的基因的重组Ti质粒，把含目的基因的重组Ti质粒导入到农杆菌中，再让含目的基因的农杆菌侵染植物的叶肉细胞。

若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织，则说明Y的基因已经整合到叶肉细胞染色体DNA上。

（3）蛋白质工程需要从预期的蛋白质的功能出发，设计预期的蛋白质结构，推出相应的氨基酸序列，找到相应的脱氧核苷酸序列，故对Y进行改造以提高其热稳定性，需要找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基。

[答案]　

（1）mRNA　逆转录酶　PCR　

（2）TDNA　整合到叶肉细胞染色体DNA上　（3）找到第6位氨基酸中的碱基所在的基因位置，参照密码子表，将第6位氨基酸甲的碱基替换为氨基酸乙的碱基

8．（2019·安徽省宣城市高三期末）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）感染而大幅度减产。

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）①表示遗传信息流动中的________过程，所需原料为________。

过程③所需要的工具酶是________________________________________。

（2）大量扩增目的基因可以使用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④最常用的方法是________，过程⑤用到的细胞工程技术是______________________________。

（4）过程⑥还需要进行基因工程操作步骤中的________________，其中，在个体水平上检验获得的烟草能否抗TMV的方法是________________________。

[解析]　

（1）①表示以RNA为模板逆转录形成DNA的过程，所需原料为DNA的单体：

4种脱氧核苷酸。

过程③构建基因表达载体的过程需要用同种限制酶切割目的基因与运载体，用相同的DNA连接酶连接目的基因与运载体的末端。

（2）PCR技术中的变性是利用高温使DNA发生变性，解旋形成单链。

（3）过程④将目的基因导入植物体细胞的方法常用农杆菌转化法，过程⑤受体细胞通过植物组织培养技术得到再生植株。

（4）过程⑥从再生植株中筛选成功转基因的抗TMV烟草植株还需要进行基因工程操作步骤中的目的基因的检测与鉴定；其中，若从个体水平鉴定获得的烟草能否抗TMV，可通过接种烟草花叶病毒的方法来确定。

[答案]　

（1）逆转录　四种脱氧核苷酸　限制酶和DNA连接酶　

（2）使DNA解旋为单链（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）

9．国际水稻研究所人员从产量低的耐淹水稻中找到一种耐淹基因，将其移入到高产热带水稻中，终于培育出耐淹的高产水稻品系，其产量比高产热带水稻产量还要高。

耐淹基因移入的方法可通过转基因技术实现。

请回答下列相关问题：

（1）为培育耐淹的高产水稻品系，应需将耐淹基因进行体外扩增。

在PCR反应体系中加入了热稳定DNA聚合酶、引物等，还加入耐淹基因作为________，加入__________________________________作为合成DNA的原料。

（2）质粒常被用作运载体，因为质粒具有______________________________

________________________（答2点即可）。

构建耐淹基因的质粒表达载体时，常用不同的限制酶对耐淹基因和质粒进行切割，目的是______________________

_____________________________________。

（3）根据耐淹基因表达的蛋白质，研究人员通过对它的氨基酸序列设计并人工合成耐淹基因。

与水稻的耐淹基因相比，人工合成的耐淹基因在结构上缺少了__________________________________。

虽然两种基因转录的产物不同，但最终表达出相同的蛋白质，可能原因是______________________________________。

（4）蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的原因是___________________________。

[解析]　

（1）利用PCR技术在体外扩增耐淹基因（目的基因）时，在PCR反应体系中除了加入热稳定DNA聚合酶、引物等外，还加入耐淹基因作为模板，加入dNTP（dATP、dTTP、dGTP、dCTP）作为合成DNA的原料。

（2）质粒被用作运载体，应具备的条件有：

能在宿主细胞内复制并稳定存在；具有多个限制酶切位点，方便剪切；具有标记基因，便于检测和筛选。

构建耐淹基因的质粒表达载体时，用不同的限制酶对耐淹基因和质粒进行切割，可以减少耐淹基因及质粒的自身环化、使耐淹基因定向连接到质粒上，以增大耐淹基因正向（正确）连接的概率。

（3）根据耐淹基因表达的蛋白质的氨基酸序列推测出的mRNA分子中，缺乏与基因中的启动子、终止子和内含子相对应的碱基序列。

由于密码子具有简并性，虽然两种基因转录的产物不同，但最终能够表达出相同的蛋白质。

（4）由于直接改造的蛋白质不能遗传，而改造基因易于操作且改造后能够遗传，所以在蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质。

[答案]　

（1）模板　dNTP（dATP、dTTP、dGTP、dCTP）　

（2）能在宿主细胞内复制并稳定存在；具有多个限制酶切位点，方便剪切；具有标记基因，便于检测和筛选（答2点即可）　减少耐淹基因及质粒的自身环化、增大耐淹基因正向（正确）连接的概率　（3）启动子、终止子和内含子　密码子具有简并性　（4）改造基因易于操作且改造后能够遗传

10．（多选）通过设计引物，运用PCR技术可以实现目的基因的定点诱变。

如图为基因工程中获取突变基因的过程，其中引物1序列中含有一个碱基T不能与目的基因片段配对，但不影响引物与模板链的整体配对，反应体系中引物1和引物2的5′端分别设计增加限制酶a和限制酶b的识别位点。

有关叙述正确的是

（　　）

A．引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因定向插入

B．在PCR反应体系中还需要加入4种游离核甘酸、解旋酶、Taq酶等

C．第3轮PCR，引物1能与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因

D．第3轮PCR结束后，含突变碱基对且两条链等长的DNA占1/2

AC　[引物中设计两种限制酶识别位点，可以配合载体的限制酶识别位点，帮助目的基因定向定点插入质粒连接，A选项正确；PCR反应体系中需要加入引物、4种游离的核苷酸、Taq酶，不需要解旋酶，直接利用高温解旋，B选项错误；第3轮PCR中，物质②是引物2以引物1拓展得到的DNA链为模板进行复制得到的，故引物1能与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因，C选项正确；第3轮PCR结束后，含突变碱基对且两条链等长的DNA只有一条，D选项错误。

]

11．（2019·广东省高三模拟）人参是珍贵的药用植物，研究人员运用转基因技术构建乙肝病毒表面抗原（HBsAg）的人参细胞表达系统，为珍贵药用植物与疫苗联合应用开辟了新思路，其构建过程如图所示，图中SmaⅠ、SstⅠ、EcoRV为限制酶。

请回答相关问题：

（1）②的构建过程除限制酶外还需要________酶；想要从②中重新获得HBsAg基因，所用的限制酶不能是EcoRⅤ或SmaⅠ，原因是_____________________。

（2）将重组质粒转入农杆菌常用________处理细胞；要使目的基因成功整合到人参细胞的染色体上，该过程所采用的质粒应含有_____________________。

（3）分析图可知，②中应含有的标记基因是________；过程⑤的目的是______________________________。

（4）研究人员将HBsAg基因表达蛋白上的某位点氨基酸进行替换，通过一定的方法获得了新HBsAg基因，进而获得了免疫效应更强的疫苗，请按照蛋白质工程的原理写出获得新HBsAg基因的基本途径_______________________________。

[解析]　

（1）图中②为重组质粒，其形成时需要限制酶和DNA连接酶的参与；据图分析可知，EcoRV、SmaⅠ切割后得到的是平末端，然后用DNA连接酶连接后，所形成的重组序列不能再被EcoRV和SmaⅠ识别，因此想要从②中重新获得HBsAg基因，所用的限制酶不能是EcoRV或SmaⅠ。

（2）将目的基因导入农杆菌等微生物的方法是用钙离子处理细胞；农杆菌的质粒中含有一段可以转移的DNA，即TDNA，它能将目的基因成功整合到人参细胞的染色体上。

（3）⑤过程中是将受体细胞放入含氨苄青霉素的培养基中培养，以筛选出含有HBsAg基因的人参细胞，因此②中应含有的标记基因是氨苄青霉素抗性基因。

（4）据题意可知，按照蛋白质工程设计实验的过程为从HBsAg基因表达蛋白的功能出发→设计HBsAg基因表达蛋白的结构→将HBsAg基因表达蛋白上的某位点氨基酸进行替换→找到并改造HBsAg基因的脱氧核苷酸序列。

[答案]　

（1）DNA连接　两平末端连接后的重组序列不能再被EcoRV和SmaⅠ识别（重组质粒无这种限制酶的识别序列）　

（2）钙离子（Ca2＋）　TDNA　（3）氨苄青霉素抗性基因　筛选出含有HBsAg基因的人参细胞

（4）从HBsAg基因表达蛋白的功能出发→设计HBsAg基因表达蛋白的结构→将HBsAg基因表达蛋白上的某位点氨基酸进行替换→找到并改造HBsAg基因的脱氧核苷酸序列

12．（2019·濮阳市高三二模）P450是石油降解的关键酶，用SalⅠ和NdeⅠ联合酶切获得的P450基因，与如图所示的质粒（pCom8）重组，导入土著菌种Y9，获得了基因工程菌P450/Y9。

图中mel是黑色素合成基因，其表达能使白色的菌落变成黑色，aacCl是庆大霉素（一种抗生素）抗性基因，限制酶NdeⅠ、XhoⅠ和SspⅠ在原质粒上均只有一个酶切位点。

如图表示几种限制酶的识别序列和切割位点，据图回答下列问题：

（1）构建pCom8重组质粒时，需用________________________（限制酶）对图示质粒进行处理，才能与________________在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。

（2）为了扩增重组质粒，需将其转入用________预先处理的土著菌种Y9中，提高质粒导入率，以便获得更多基因工程菌P450/Y9。

为了筛选出转入了重组质粒的基因工程菌P450/Y9，应在筛选平板培养基中添加____________作为载体的质粒除了含有标记基因，还应该含有________________________________（至少写两个）。

（3）为检测基因工程菌降解石油能力的大小，可观测的指标是____________________________________。

土著菌种Y9不能降解石油，但转入上述构建好的表达载体后则获得降解石油的能力，这是因为_____________________________。

[解析]　

（1）根据题干信息已知，切割目的基因的限制酶是SalⅠ和NdeⅠ，而pCom8上无SalⅠ的切割位点，又因为如图显示SalⅠ和XhoⅠ切割后露出的黏性末端是相同的，因此可以用NdeⅠ、XhoⅠ切割质粒，然后与目的基因在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。

（2）为提高质粒导入率，土著菌种Y9预先需用Ca2＋处理。

因为XhoⅠ切割质粒会破坏标记基因mel，而aacCl未破坏，因此为了筛选出转入了基因工程菌P450/Y9，应在筛选培养基中加入庆大霉素。

质粒具备的特点有：

含有标记基因、启动子、终止子、复制原点、自我复制等。

（3）为检测基因工程菌降解石油能力的大小，可在一定时间内观测所取样品石油的剩余量。

P450是石油降解的关键酶，转入表达载体后，P450基因得以表达，即基因工程菌P450/Y9可分泌降解石油的P450酶。

[答案]　

（1）NdeⅠ、XhoⅠ　目的基因（或P450基因）

（2）Ca2＋（或CaCl2）　庆大霉素　启动子、终止子、复制原点（答出两点即可）

（3）2天后（或一定时间后）样品中石油的含量（剩余量）　基因工程菌P450/Y9能分泌降解石油的P450酶（答案合理即可）