高考生物高分限时训练基因工程.docx

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高考生物高分限时训练基因工程

限时规范特训

1．（2017·漳州三模）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等四种限制性核酸内切酶切割位点，如图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图（ampt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）在构建重组DNA时，可用一种或多种限制性核酸内切酶进行切割，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，在此实验中应该选用限制性核酸内切酶________________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鱼的抗冻蛋白基因的番茄细胞，应使Ⅰ重组DNA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。

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　（3）农杆菌转化

解析　

（1）在构建基因表达载体时，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。

2．（2017·东北三省三校一模）马铃薯是重要的经济作物，在基因育种方面取得丰硕成果。

（1）马铃薯是双子叶植物，常用______________法将目的基因导入马铃薯受体细胞中。

构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、__________、__________、__________、复制原点五部分。

（2）马铃薯易患多种疾病，导致产量下降。

基因工程中常用的抗病基因为__________________（写一种即可）。

（3）科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，主要从两个方面进设计：

①修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂__________________，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。

②引入酶或酶系统，使除草剂在发生作用前_______________________________________________________。

（4）将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行________________。

答案　

（1）农杆菌转化　启动子　终止子　标记基因

（2）病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因（任答一种即可）

（3）①不敏感（抵抗）　②被降解（分解）

（4）检测和鉴定

解析　

（1）马铃薯是双子叶植物，常用农杆菌转化法将目的基因导入双子叶植物体细胞中。

构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点五部分。

（2）基因工程中常用的抗病基因为病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因。

（3）①除草剂只能作用于杂草，不能作用于转基因马铃薯，因此需要修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感（抵抗），或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。

②也可以引入酶或酶系统，使除草剂在发生作用前被降解（分解）。

（4）将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行检测和鉴定。

3．（2017·吉林长春二模）如图表示科学家培育耐寒生物的过程，请回答：

（1）从cDNA文库中获取的目的基因________（有/无）启动子。

实现①过程常用________技术，该技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成________。

（2）②表示________________，其中标记基因的作用是__________________________。

（3）转基因技术是否成功，需要对受体细胞进行分子水平的检测，首先是用DNA分子杂交技术检测受体细胞染色体上的DNA是否插入目的基因，这种方法需要遵循__________________原则。

（4）若要培育抗冻能力强的转基因羊，可将鱼的抗冻蛋白基因导入羊的________中，培育该转基因羊的最后一道“工序”是胚胎工程的________________技术。

答案　

（1）无　PCR　引物

（2）基因表达载体　鉴别受体细胞中是否含有目的基因

（3）碱基互补配对

（4）受精卵　胚胎移植

解析　

（1）用某种生物发育的某个时期的mRNA反转录产生的多种互补DNA片段，与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群就叫这种生物的cDNA文库，由于启动子不能转录，因此cDNA文库中没有基因的启动子；PCR技术可在体外大量扩增目的基因，该技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便合成引物。

（2）②表示基因表达载体，其中标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因。

（3）DNA分子杂交技术遵循碱基互补配对原则。

（4）培育转基因动物时，常以受精卵作为受体细胞，因为受精卵的全能性最高，培育该转基因动物的最后一道“工序”是胚胎移植。

4．（2017·河北唐山期末）科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco酶基因，提高了光合作用过程中Rubisco酶对CO2的亲和力，从而显著提高了植物的光合作用速率。

请回答下列问题：

（1）PCR过程所依据的原理是________________，利用PCR技术扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成________；扩增过程需要加入_________________酶。

（2）启动子是一段有特殊结构的DNA片段，其作用是____________________________。

目的基因能在不同生物体内正常表达，说明整个生物界______________。

PCR定点突变技术属于________的范畴。

（3）可利用定点突变的DNA构建基因表达载体。

常用________将基因表达载体导入植物细胞，还需用到植物细胞工程中的________技术，来最终获得转基因植物。

答案　

（1）DNA双链复制　引物　耐高温的DNA聚合（或Taq）

（2）RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA　共用一套密码子　蛋白质工程

（3）农杆菌转化法　植物组织培养

解析　

（1）PCR依据的原理是DNA双链复制，在用PCR技术扩增目的基因前要依据一段已知目的基因的脱氧核苷酸序列合成引物；扩增过程需要加入耐高温的DNA聚合（或Taq）酶。

（2）启动子是RNA聚合酶识别和结合部位，可驱动基因转录出mRNA；因生物界共用一套遗传密码，所以目的基因可以在不同细胞内表达。

（3）常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞，借助于植物组织培养技术，获得转基因植物。

5．（2017·湖南衡阳一模）基因敲除是应用DNA重组原理发展起来的一门新兴技术。

“基因敲除细胞”的构建过程如下：

第一步：

从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞（ES），在培养基中扩增。

这些细胞中需要改造的基因称为“靶基因”。

第二步：

构建基因表达载体。

取与靶基因序列同源的目的基因（同源臂），在同源臂上接入neoR（新霉素抵抗基因）等。

由于同源臂与靶基因的DNA正好配对，所以能像“准星”一样，将表达载体准确地带到靶基因的位置。

第三步：

将表达载体导入胚胎干细胞，并与其内靶基因同源重组，完成胚胎干细胞的基因改造。

第四步：

基因改造后的胚胎干细胞增殖、筛选。

基本原理如图所示：

请根据上述资料，回答下列问题：

（1）实施基因工程的核心步骤是__________________，基因表达载体中的________是位于基因首端的有特殊结构的DNA片段；在构建的过程中所需要的工具酶是________________________。

（2）如果要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是________，原因是_____________________________________。

（3）上述资料中neoR基因的作用最可能是________________________。

为了鉴定目的基因是否成功表达，有时进行抗原—抗体杂交，目的蛋白相当于________。

（4）该项技术具有广阔的应用前景，请试举一例：

_________。

答案　

（1）基因表达载体的构建　启动子　限制性核酸内切酶和DNA连接酶

（2）受精卵　动物受精卵具有全能性（动物不能像植物那样，利用一个除受精卵以外的独立的体细胞直接培养成完整的个体）

（3）作为标记基因，便于筛选　抗原

（4）基因治疗、动植物改良、利用动植物生产药物等

解析　

（1）基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。

基因表达载体中的启动子是位于基因首端的有特殊结构的DNA片段，是RNA聚合酶识别和结合的位点，能启动转录过程；在构建基因表达载体时，首先要用限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体，其次需要用DNA连接酶将目的基因和运载体连接形成重组DNA分子。

（2）受精卵的全能性最高，因此要获得一只含目的基因的小鼠，常选择受精卵作为受体细胞。

（3）上述资料中，neoR基因（新霉素抵抗基因）可作为标记基因，便于筛选。

为了鉴定目的基因是否成功表达，有时进行抗原—抗体杂交，目的蛋白相当于抗原。

（4）该项技术具有广阔的应用前景，可用于基因治疗、动植物改良、利用动植物生产药物等。

6．（2017·榆林一模）材料一：

人类可利用转基因番茄作为生物反应器生产人胰岛素。

所用的人胰岛素基因是依据植物“偏爱”的密码子来设计所含的密码子，通过人工合成若干DNA片段，拼接而成，并且在胰岛素COOH端加上KDEL内质网滞留序列，避免胰岛素在植物细胞中的降解。

将该基因置于果实专一性启动子的驱动之下通过农杆菌介导的方法转入番茄中，在番茄的果实中表达人胰岛素。

材料二：

T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。

（1）材料一中基因工程操作是采用________方法获得目的基因的。

获得的人胰岛素基因与人体细胞中胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列不同，但两者所编码的蛋白质中氨基酸序列相同，这是因为密码子具有________。

要想在体外获得大量该目的基因的片段，可以采用________技术。

（2）根据上述描述，转基因操作时所用的载体是______________，载体上的________可以转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。

（3）材料二属于__________工程范畴。

该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对________进行改造，或制造一种________的技术。

答案　

（1）人工合成　简并性　PCR

（2）农杆菌的Ti质粒　TDNA

（3）蛋白质　现有蛋白质　新蛋白质

解析　

（1）根据题干信息可知材料一中基因工程操作是采用人工合成的方法获得目的基因的。

虽然获得的人胰岛素基因与人体细胞中胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列不同，但所编码的蛋白质的氨基酸序列却相同，是由于密码子具有简并性，目的基因可以采用PCR技术扩增产生大量的目的基因。

（2）根据“将该基因置于果实专一性启动子的驱动之下通过农杆菌介导的方法转入番茄中”可知该过程的载体是农杆菌的Ti质粒，质粒上的TDNA可以转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。

（3）材料二中的技术属于蛋白质工程的范畴，该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质的技术。

7．（2018·河北衡水中学月考）请回答利用农杆菌转化法培育转基因植物的相关问题：

（1）培育转基因植物过程的核心步骤是________，其目的是使目的基因在受体细胞中________，并且可以通过复制遗传给下一代，同时，使目的基因表达和发挥作用。

（2）构建基因表达载体时，可利用DNA连接酶连接被限制酶切开的________键。

基因表达载体的组成部分包括启动子、终止子、目的基因、________、复制原点等。

（3）组成基因表达载体的单位是________。

基因表达载体中的启动子是________识别和结合的部位，这种结合完成后才能驱动目的基因通过________（填过程）合成mRNA。

（4）用两种限制酶XbaⅠ和SacⅠ（两种酶切出的黏性末端不同）切割某DNA，获得含目的基因的片段。

若利用该片段构建基因表达载体，应选用的Ti质粒是如图中的________。

注：

图中箭头所指的位置是限制酶识别和切割的位点。

答案　

（1）基因表达载体的构建　稳定存在

（2）磷酸二酯　标记基因

（3）脱氧核苷酸　RNA聚合酶　转录　（4）甲

解析　

（1）基因工程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，并且可以通过复制遗传给下一代，同时使目的基因表达和发挥作用。

（2）DNA连接酶的作用是在DNA片段之间形成磷酸二酯键。

基因表达载体的组成包括启动子、目的基因、标记基因和终止子等。

（3）基因表达载体的本质是DNA，其基本组成单位是脱氧核苷酸；基因表达载体中的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，这种结合完成后才能驱动目的基因通过转录合成mRNA。

（4）用两种限制酶XbaⅠ和SacⅠ（两种酶切出的黏性末端不同）切割某DNA，获得含目的基因的片段。

甲Ti质粒中含有限制酶XbaⅠ和SacⅠ的切割位点，且用这两种酶切割可将目的基因插入TDNA中，甲正确。

8．下图为“DNA的粗提取与鉴定”实验的相关操作。

（1）图中实验材料A可以是________等，研磨前加入的B应该是________。

（2）通过上述所示步骤得到滤液C后，再向滤液中加入2mol/L的NaCl溶液的目的是________，再过滤得到滤液D，向滤液D中加入蒸馏水的目的是____________________________________________。

（3）在“DNA的粗提取与鉴定”实验中，将含有一定杂质的DNA丝状物分别放入体积为2mL的4种溶液中，经搅拌后过滤，获得下表所示的4种滤液，含DNA最少的是滤液________。

（4）DNA鉴定的原理是_________________________________。

答案　

（1）洋葱（菜花等）　洗涤剂和食盐

（2）使DNA溶解　使DNA（溶解度下降而沉淀）析出

（3）H

（4）在沸水浴条件下，DNA与二苯胺反应呈现蓝色

解析　选用洋葱、菜花等植物材料提取DNA时，要在切碎的材料中加入一定的洗涤剂和食盐，进行充分的搅拌和研磨。

DNA在2mol/L的NaCl溶液中的溶解度较高，而在0.14mol/L的NaCl溶液中的溶解度最小，向滤液中加入2mol/L的NaCl溶液可以使DNA溶解，过滤除去不溶的杂质。

向滤液中加入蒸馏水可降低NaCl溶液的浓度，使DNA析出，除去溶解在低盐溶液中的杂质；DNA不溶于冷酒精，可利用这一原理进一步提纯DNA；鉴定DNA的原理是在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。