届 二轮复习 基因工程和细胞工程 作业全国通用.docx

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届二轮复习基因工程和细胞工程作业全国通用

2020届二轮复习基因工程和细胞工程作业（全国通用）

1．（2015·课标全国Ⅱ）已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种转运蛋白。

由305个氨基酸组成。

如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，谷氨酸变成苯丙氨酸。

改变后的蛋白质（P1）不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。

回答下列问题：

（1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________进行改造。

（2）以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。

所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括____________________的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：

___________________________________

________________________________________________________________________。

（3）蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________和________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。

答案　

（1）氨基酸序列

（2）P　P1　DNA和RNA　DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质

（3）设计蛋白质的结构　推测氨基酸的序列　功能

解析　

（1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的氨基酸序列进行改造。

（2）以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有二：

①修饰P基因，②合成P1基因，所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括DNA和RNA复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质。

（3）蛋白质工程的过程为：

预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列（基因）。

据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物功能进行鉴定。

2．（2018·马鞍山二模）L－肉碱具有参与脂肪氧化、抗疲劳、延迟患阿尔茨海默综合征等功能。

据报道大肠杆菌能将巴豆甜菜碱转化成L－肉碱，但效率较低。

科研人员通过基因工程将BCD基因、F基因以及T基因导入到大肠杆菌细胞内以提高L－肉碱的转化率。

实验过程及结果如图所示，分析并回答下列问题：

（1）实验过程中用PCR技术获得目的基因，PCR反应体系需要加入的有机物有DNA模板、dNTP、耐高温DNA聚合酶和________。

实验过程中不能将BCD基因、F基因以及T基因直接导入到大肠杆菌细胞内，而是构建重组质粒后再导入大肠杆菌，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________，并能遗传给下一代。

图中两个重组质粒目的基因的首端都含有启动子T7，T7是________识别和结合的部位，能驱动基因转录。

（2）将重组质粒1和重组质粒2导入大肠杆菌时，应用________处理大肠杆菌，使细胞处于________________的感受态。

（3）为了筛选出同时含有BCD基因、F基因以及T基因的大肠杆菌，实验的思路是_____________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）研究发现巴豆甜菜碱转化成L－肉碱是一个可逆反应过程，得到的工程菌在含有巴豆甜菜碱培养基中培养2小时后，L－肉碱的含量基本稳定，此时可以_______________________________________

________________________________________________________________________，以提高产量。

答案　

（1）（两种）引物　使目的基因在受体细胞中稳定存在，能够表达（使目的基因在受体细胞中完成转化）　RNA聚合酶

（2）Ca2＋　易于吸收周围环境中DNA分子

（3）在同时含有卡那霉素和氯霉素的培养基上挑选单克隆大肠杆菌

（4）及时移除产物（更换培养液），使反应向生成L－肉碱的方向进行

解析　

（1）多聚酶链式反应（PCR），是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，它能以极少量的DNA为模板，在几小时内复制出上百万份的DNA拷贝。

它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点，是能将微量的DNA大幅增加。

PCR反应体系需要加入的有机物有DNA模板、dNTP、耐高温DNA聚合酶和（两种）引物。

由于目的基因无法直接在受体细胞中表达，因此为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，能够表达，实验过程中不能将BCD基因、F基因以及T基因直接导入到大肠杆菌细胞内，而是构建重组质粒后再导入大肠杆菌。

并能遗传给下一代。

图中两个重组质粒目的基因的首端都含有启动子T7，T7是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录。

（2）使体外重组的DNA分子转移到受体细胞内，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。

一般将受体大肠杆菌用Ca2＋处理，使细胞处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，使含有目的基因的重组质粒容易进入受体细胞。

（3）重组质粒1上含有BCD基因及卡那霉素抗性基因，重组质粒2上含有F基因、T基因及氯霉素抗性基因，因此在同时含有卡那霉素和氯霉素培养基上挑选单克隆大肠杆菌，就是同时含有BCD基因、F基因以及T基因的大肠杆菌。

（4）研究发现巴豆甜菜碱转化成L－肉碱是一个可逆反应过程，在可逆反应中，减少生成物浓度，可使反应向正方向进行。

因此得到的工程菌在含有巴豆甜菜碱培养基中培养2小时后，L－肉碱的含量基本稳定，此时可以及时移除产物（更换培养液），使反应向生成L－肉碱的方向进行，以提高产量。

3．（2018·七模拟）超氧化物歧化酶（SOD）是生物体内重要的抗氧化酶，具有延缓衰老的功效。

科研人员采用农杆菌转化法将携带SOD基因的Ti质粒导入胡萝卜细胞，成功培育出转SOD基因胡萝卜的新品种。

回答下列问题：

（1）Ti质粒是基因工程中常用的载体之一，其化学本质是________。

为了促进农杆菌吸收Ti质粒，一般先处理农杆菌使之成为________细胞。

（2）为了获得SOD基因，可通过提取分析超氧化物歧化酶中的________序列，推知SOD基因可能的核苷酸序列，再用DNA合成仪直接大量合成。

基因工程中需要DNA连接酶，根据酶的来源不同分为______________________两类。

（3）将携带SOD基因的Ti质粒的农杆菌导入到胡萝卜细胞中，然后利用________技术获得转基因胡萝卜。

若要测定SOD基因是否整合到胡萝卜的某一染色体上，可用________法，或直接测定该染色体的DNA序列。

（4）将SOD基因与受体植物细胞（包括原生质体受体）遗传物质重新组合，除了转基因技术外，还有________________等方法，这些方法解决了传统育种方法存在的________________________的缺陷。

答案　

（1）DNA　感受态

（2）氨基酸　E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶

（3）植物组织培养　DNA分子杂交

（4）细胞融合　远缘亲本难以杂交（或生殖隔离）

解析　

（1）质粒的化学本质是环状的DNA分子，为了促进农杆菌吸收Ti质粒，一般先处理农杆菌使之成为感受态细胞。

（2）为了获得SOD基因，可通过提取分析超氧化物歧化酶中的氨基酸序列，推知SOD基因可能的核苷酸序列，再用DNA合成仪直接大量合成。

基因工程中需要DNA连接酶，根据酶的来源不同分为E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类。

（3）利用植物组织培养技术可以将离体的植物细胞培养成一个完整的个体。

若要测定SOD基因是否整合到胡萝卜的某一染色体上，可用DNA分子杂交法，或直接测定该染色体的DNA序列。

（4）将SOD基因与受体植物细胞遗传物质重新组合，除了转基因技术外，还有细胞融合等方法，这些方法解决了传统育种方法存在的远缘亲本难以杂交的缺陷。

4．（2018·青州市三模）胰岛素是治疗糖尿病的重要药物。

目前，人类已经成功的利用大肠杆菌生产出重组人胰岛素。

请回答下列问题：

（1）用基因工程生产人胰岛素时，可先提取人胰岛B细胞中的________，通过逆转录获得胰岛素基因，再利用________技术扩增目的基因。

胰岛素基因能被准确扩增的原因是___________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）大肠杆菌常用作基因工程的受体菌，主要原因是_____________

___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）为使人胰岛素基因在大肠杆菌体内成功表达，需要构建基因表达载体，在基因的首端需要添加人胰岛素基因的________，其作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（4）从大肠杆菌中得到的胰岛素需经体外加工才具有生物活性，原因是大肠杆菌________________________________________________

________________________________________________________________________________________________。

制备好的胰岛素通常要低温冷藏，过高的温度会使胰岛素的________被破坏，从而变性失活。

答案　

（1）mRNA　PCR　胰岛素基因提供了精确的复制模板；碱基互补配对原则保证复制准确的进行

（2）结构简单、遗传物质相对较少；繁殖速度快

（3）启动子　驱动目的基因（胰岛素基因）转录出mRNA

（4）没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工　空间结构

解析　

（1）用基因工程方法生产人胰岛素时，可先提取人胰岛B细胞中的mRNA，以其作为模板，在逆转录酶的作用下合成胰岛素基因，再通过PCR技术扩增胰岛素基因；胰岛素基因能被准确扩增的原因是：

胰岛素基因提供了精确的复制模板；碱基互补配对原则保证复制准确的进行。

（2）大肠杆菌结构简单、遗传物质相对较少，繁殖速度快，常用作基因工程的受体菌。

（3）在构建基因表达载体时，需要在胰岛素基因的前面添加启动子，以驱动目的基因（胰岛素基因）转录形成mRNA。

（4）大肠杆菌没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工，因此从大肠杆菌中得到的胰岛素需经体外加工才具有生物活性；高温会破坏胰岛素的空间结构，使得胰岛素变性失活。

5．（2018·全国模拟）某科研小组将CDKN2B基因（可能是人类的长寿基因）导入多个鼠的受精卵细胞中，待受精卵发育成个体并成年后，统计比较他们的平均寿命是否高于正常鼠。

请回答下列问题：

（1）研究小组目前只有少量的CDKN2B基因，需用PCR技术扩增目的基因，该技术遵循的原理是________，完成第一次循环除模板外还需提供的物质有________等。

（2）基因表达载体中标记基因的作用是________。

若在受体细胞中检测到标记基因控制的性状________（填“能”或“不能”）确定目的基因一定导入受体细胞，原因是________。

（3）基因工程操作中常用动物受精卵做重组DNA的受体细胞，原因是________，通常用________法将重组DNA导入动物受精卵。

答案　

（1）DNA分子的复制　四种脱氧核糖核苷酸、Taq酶、引物、ATP

（2）检测鉴定目的基因　能　基因控制生物的性状

（3）受精卵具有发育的全能性　显微注射

解析　

（1）PCR技术遵循的原理是DNA分子的复制，完成第一次循环除模板外还需提供的物质有四种脱氧核糖核苷酸、Taq酶、引物、ATP等。

（2）基因表达载体中标记基因的作用是检测鉴定目的基因。

若在受体细胞中检测到标记基因控制的性状，则能确定目的基因一定导入受体细胞，原因是基因控制生物的性状。

（3）基因工程操作中常用动物受精卵做重组DNA的受体细胞，原因是受精卵具有发育的全能性，通常用显微注射法将重组DNA导入动物受精卵。

6．（2018·十模拟）已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。

人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。

鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖。

将这两种细胞在培养皿中混合，加促融剂促进细胞融合，获得杂种细胞，并生产单克隆抗体。

请回答下列有关问题：

（1）生产单克隆抗体时，一般不直接利用效应B淋巴细胞，主要原因是_____________________________________________________

___________________________________________________________________________________________。

（2）①过程中，常用的与植物细胞融合相同的诱导剂是________。

（3）②过程为________培养，培养液中还需通入气体物质，其中通入CO2的目的是______________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）④表示杂交瘤细胞的扩大培养，其既可在体外培养，也可注射到小鼠________内培养。

体内培养与体外培养相比，其优点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（5）为了从培养液中分离出杂交瘤细胞，需在③过程向培养液中加入________，理由是杂交瘤细胞可利用________途径合成DNA，从而能在该培养液中增殖。

答案　

（1）B淋巴细胞不能无限增殖

（2）聚乙二醇

（3）细胞　维持培养液的pH

（4）腹腔　无需再提供营养物质以及无菌环境，操作简便

（5）氨基嘌呤　淋巴细胞中的S

解析　

（1）B淋巴细胞不能无限增殖，故生产单克隆抗体时，一般不直接利用效应B淋巴细胞。

（2）①诱导动物细胞融合，常用的与植物细胞融合相同的诱导剂是聚乙二醇。

（3）②过程为细胞培养，培养液中还需通入气体，其中通入CO2的目的主要是维持培养液的pH。

（4）④表示杂交瘤细胞的扩大培养，其既可在体外培养，也可注射到小鼠腹腔内培养。

体内培养与体外培养相比，其优点是无需再提供营养物质以及无菌环境，操作简便。

（5）在培养液中加入氨基嘌呤，培养后收集增殖细胞。

加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，淋巴细胞一般不分裂增殖。

因此培养液中加入该物质后，不能生长的细胞有骨髓瘤细胞、融合的淋巴细胞、融合的骨髓瘤细胞、淋巴细胞。

人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞中可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖。

7．（2018·黄石模拟）科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄，使番茄的耐寒能力大大提高，可以在相对寒冷的环境中生长。

质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、HindⅢ、AluⅠ等四种限制酶切割位点，下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图（ampr为抗氨苄青霉素基因），其中①～④是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤，Ⅰ、Ⅱ表示相关结构或细胞。

请据图作答：

（1）在构建基因表达载体时，可用一种或者多种限制酶进行切割。

为了避免目的基因和载体在酶切后产生的末端发生任意连接，在此实例中，应该选用限制酶________分别对________进行切割，切割后产生的DNA片段分别为________种。

（2）培养基中的氨苄青霉素会抑制番茄愈伤组织细胞的生长，要利用该培养基筛选已导入含鱼的抗冻蛋白基因的番茄细胞，应使基因表达载体Ⅰ中含有________作为标记基因。

（3）研究人员通常采用________法将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞内。

通常采用________技术，在分子水平检测目的基因是否翻译形成了相应的蛋白质。

（4）利用组织培养技术将导入含鱼的抗冻蛋白基因的番茄组织细胞培育成植株。

图中③、④依次表示组织培养过程中番茄组织细胞的________，________过程。

答案　

（1）PstⅠ、SmaⅠ　含鱼抗冻蛋白基因的DNA、质粒　4、2

（2）抗氨苄青霉素基因（ampr）

（3）农杆菌转化（或基因枪法等）　抗原－抗体杂交

（4）脱分化　再分化

解析　

（1）在构建基因表达载体中，如果目的基因和载体用同一种限制酶切割，获得的黏性末端相同，将会发生自身环化现象，故应选用不同的限制酶分别对目的基因和载体切割，以获得不同的黏性末端，故应选用PstⅠ和SmaⅠ对含鱼抗冻蛋白基因的DNA、质粒进行切割，PstⅠ和SmaⅠ在鱼抗冻蛋白基因的DNA上共有3个酶切位点，切割后产生4个DNA片段，而环状质粒上有两个酶切位点，切割后产生2个DNA片段。

（2）能在含氨苄青霉素的培养基中生长的细胞具有抗氨苄青霉素基因，故基因表达载体Ⅰ中应含有抗氨苄青霉素基因作为标记基因。

（3）将目的基因导入植物细胞的方法是农杆菌转化法。

（4）植物组织形成愈伤组织的过程是脱分化，而愈伤组织经再分化形成胚状体。

8．（2016·课标全国Ⅲ）图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRI、BamHI和Sau3AI三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图（b）为某种表达载体的示意图（载体上的EcoRI、Sau3AI的切点是唯一的）。

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）经BamHI酶切得到的目的基因可以与上述表达载体被________酶切后的产物连接，理由是_______________________________。

（2）若某人利用图（b）所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图（c）所示。

这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有________，不能表达的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（3）DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有________和________，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是________。

答案　

（1）Sau3AI　两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端

（2）甲和丙　甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，两者目的基因均不能转录

（3）E·coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶

解析　

（1）由于限制酶Sau3AI与BamHI切割后形成的黏性末端相同，所以经BamHI酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3AI酶切后的产物连接。

（2）在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样目的基因才能表达。

图中甲、丙均不符合，所以不能表达目的基因的产物。

（3）常见DNA连接酶有E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是T4DNA连接酶。

9．（2018·唐山二模）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，生产流程见图。

请回答：

（1）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________羊（填性别）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________（固体、液体）培养基，并在培养环境的空气中加5%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）蛛丝蛋白基因和载体通过重组形成的X是基因表达载体，该过程通常用相同的限制酶进行切割，原因是使目的基因和运载体有相同的黏性末端，便于连接。

（2）因为该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白，所以为了获得蛛丝蛋白，图中的受体细胞应该选择雌性羊的ES细胞，这是因为ES细胞在功能上具有发育的全能性。

（3）动物细胞培养时，应采用液体培养基，在培养环境的空气中加5%CO2，目的是维持培养液的pH。

（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。

10．（2018·四模拟）如图表示动物细胞克隆和制备单克隆抗体的相关过程。

请回答相关问题：

（1）过程①常采用________法导入重组诱导基因后得到干细胞；部分干细胞经过诱导可分化成全身的不同组织或器官，是因为这些细胞具有________。

（2）该过程利用了甲细胞具有________的能力，甲和乙细胞可经过生物诱导剂——________的作用形成丙细胞。

取一个丙细胞，放在含大量失去增殖力的小鼠成纤维细胞的特定培养体系中培养，最后产生大量的________，这种方法为克隆培养法。

（3）在细胞内DNA合成一般有两条途径。

主要途径是在