高考生物四海八荒易错集专题17基因工程和细胞工程.docx

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高考生物四海八荒易错集专题17基因工程和细胞工程

2019年高考生物四海八荒易错集专题17基因工程和细胞工程

1．中美研究人员发现了PYL9蛋白（一种提高植物抗旱性的蛋白），利用转基因技术让水稻自身产生大量PYL9蛋白，可显著提高其抗旱性。

请回答下列问题：

（1）已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育转基因抗旱水稻可用________的方法来获得目的基因。

构建基因表达载体用到的工具酶是________________。

（2）导入目的基因的重组细胞可通过________________技术培育成完整植株，这一过程体现了______________。

（3）目的基因若在水稻细胞中表达，遗传信息流向是__________________；检测水稻细胞中是否存在PYL9蛋白，在分子水平上采用的方法是____________。

（4）经研究发现PYL9蛋白是位于细胞膜上的一种脱落酸受体。

干旱环境中水稻老叶内脱落酸的含量增加，能加速________________，将节省的水分和养料转移到幼叶和芽中，增强了幼叶和芽的存活率。

PYL9蛋白的作用能体现细胞膜____________________的功能。

（3）目的基因在水稻细胞中表达时，遗传信息流向是：

从目的基因转录形成mRNA，再经过翻译流向蛋白质。

要检测蛋白质是否表达应采用抗原—抗体杂交，如果出现杂交带，说明表达成功。

（4）脱落酸含量增加能促进衰老叶片的衰老与脱落，将节省的水分和养料转移到幼叶和芽中，增强了幼叶和芽的存活率。

该蛋白是受体，能识别信息，所以体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能。

【答案】　

（1）人工合成　限制性核酸内切酶（限制酶）和DNA连接酶　

（2）植物组织培养　植物细胞的全能性　（3）目的基因→mRNA→蛋白质　抗原—抗体杂交　（4）老叶的衰老与脱落　进行细胞间的信息交流

2．苦荞是一种有名的经济植物，其含有的黄酮类化合物具有降血糖、血脂等功效。

CHS是合成黄酮类化合物的关键酶。

有人把经修饰的CHS基因导入苦荞细胞中，培育高产黄酮苦荞品系。

按图示回答：

（1）过程①中将修饰后的CHS基因与Ti质粒连接成重组Ti质粒的酶称为________。

这种酶主要有两类，一类是从T4噬菌体中分离得到的，另一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为________。

这两类酶都能恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的________键。

（2）图中将修饰后的CHS基因导入苦荞体细胞的方法称为________，除此外还可以利用的方法有____________________。

对过程②操作前，需先用Ca2＋处理农杆菌，使其成为________细胞。

（3）检测转基因苦荞培育是否成功，不能用抗原—抗体杂交技术进行检测的原因是________________________________________________，可以比较转基因苦荞与普通苦荞的________含量或测定细胞中CHS含量进行鉴定。

（3）转基因苦荞与普通苦荞植株中均含有黄酮类化合物，用抗原—抗体杂交，无法检测转基因苦荞是否培育成功。

可以比较转基因苦荞与普通苦荞的黄酮类化合物的含量或细胞中CHS的含量进行判断。

【答案】　

（1）DNA连接酶　E．coliDNA连接酶　磷酸二酯　

（2）农杆菌转化法　基因枪法、花粉管通道法　感受态　（3）转基因苦荞植株与普通苦荞植株都含有黄酮类化合物　黄酮类化合物

3．RT－PCR是将RNA逆转录（RT）和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术，具体过程如图所示：

（1）过程Ⅰ需要加入缓冲液、原料、________、________和引物A等。

（2）过程Ⅱ首先要将反应体系的温度升高到95℃，其目的是__________________________，该反应体系中所用的Taq酶至少应能耐受________℃。

（3）过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，理论上至少需要________个引物B。

（4）利用RT－PCR技术获取的目的基因________（填“能”或“不能”）在物种之间交流；该技术还可用于对某些微量RNA病毒的检测，可提高检测的灵敏度，原因是

_____________________________________________________________。

（5）RT－PCR过程中主要借助对________的控制，影响酶的活性，从而使得化学反应有序高效地进行。

（4）利用RT－PCR技术获取的目的基因能在物种之间交流；该技术还可用于对某些微量RNA病毒的检测，可提高检测的灵敏度，原因是增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量（或浓度），便于检测。

（5）RT－PCR过程中主要借助对温度的控制，影响酶的活性，从而使得化学反应有序高效地进行。

【答案】　

（1）RNA提取物　逆转录酶　

（2）让逆转录酶变性失活、使mRNA－cDNA杂合双链解开　95　（3）2n－1　（4）能　增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量（或浓度），便于检测　（5）温度

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β肽链第6位的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______________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。

【解析】　

（1）基因是具有遗传效应的DNA片段，遗传信息储存在基因碱基对的排列顺序中。

（2）蛋白质工程是指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，故题中所述不属于蛋白质工程。

（3）利用反转录法获取目的基因时，需先提取mRNA，在逆转录酶的作用下反转录合成cDNA。

cDNA与载体需要在限制酶和DNA连接酶的作用下拼接构建成基因表达载体，才可导入受体菌。

（4）检测目的基因是否翻译成蛋白质，需要从转基因生物中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原—抗体杂交。

【答案】　

（1）碱基对

（2）不属于　没有对现有的蛋白质进行改造

（3）mRNA　逆转录　限制酶和DNA连接

（4）蛋白质　抗原—抗体

5．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①采用的是细胞工程中的________________技术，过程②采用的是胚胎工程中的________________技术。

（2）体细胞进行体外培养时，所需气体主要有O2和CO2，其中CO2的作用是维持培养液（基）的________________。

（3）如果克隆过程中需进行基因改造，在构建基因表达载体（重组载体）时必须使用________和________两种工具酶。

基因表达载体上除目的基因外，还需有________________基因，以便选出成功导入基因表达载体的细胞。

（4）胚胎干细胞可以来自于囊胚中的________________。

在一定条件下，胚胎干细胞可以分化形成不同的组织器官。

若将图中获得的组织器官移植给个体________________（填“A”或“B”），则不会发生免疫排斥反应。

【答案】　

（1）（体细胞）核移植　（早期）胚胎培养　

（2）pH（或：

酸碱度）　（3）限制性（核酸）内切酶（或：

限制酶）　DNA连接酶（注：

两空可颠倒）　标记　（4）内细胞团　B

6．根据下面植物体细胞杂交技术流程图，回答相关问题：

（1）运用传统有性杂交（即用番茄、马铃薯杂交）自然状态下不能得到杂种植株，原因是_____________________________________________________。

（2）在利用杂种细胞培育杂种植株的过程中，依据的原理是______________，其中过程②称为____________，植物体细胞融合完成的标志是______________。

（3）已知番茄、马铃薯分别为四倍体、二倍体，则“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。

（4）已知柴油树种子含有的柴油是植物细胞的代谢产物，可用植物组织培养来实现柴油的工业化生产。

若利用此技术，将柴油树细胞培养到________阶段即可（填字母编号）。

（5）若培育抗虫棉，将抗虫基因通过适当的途径导入棉花受精卵，然后进行组织培养，该过程相当于________（填字母编号）。

（6）人工种子是由发育到________过程（填字母编号）的结构包裹上人工种皮制备的。

【答案】　

（1）不同种的植物存在生殖隔离　

（2）细胞的全能性　原生质体融合　产生新的细胞壁　（3）六　（4）e　（5）④⑤　（6）f

7．下图为培育“三亲婴儿”的过程示意图，回答下列问题：

（1）①表示______________技术，捐献卵母细胞时通常给捐献者注射激素使其________。

（2）②过程需在培养液中添加抗生素，目的是________；进行③过程前需对精子进行体外培养，目的是________；⑤过程表示________；培育“三亲婴儿”的过程属于________（填“有性”或“无性”）生殖。

（3）已知母亲（甲）患有线粒体肌病（一种线粒体基因缺陷造成的疾病），若母亲（甲）自然受孕，其子女患该病的情况是________，“三亲婴儿”技术能有效避免上述情况发生，原因是_____________________________________________

___________________________________________________________。

【答案】　

（1）动物细胞核移植　超数排卵　

（2）防止杂菌污染　使精子获能　胚胎移植　有性　（3）子女均患病　三亲婴儿的线粒体基因来自捐献者的卵母细胞

8．下列是生物学技术制备抗体的两个途径模式简图。

（1）在获取抗体之前，需要向健康人体注射特定抗原（如乙肝疫苗），并且每隔一周重复注射一次。

免疫学细胞A在人体主要介导（参与）________免疫。

（2）过程①和②得到的Y细胞称为________。

得到的单克隆抗体最主要的优点是________________________________________________________________

___________________________________________________________。

（3）④过程需要________酶，⑤过程则需要特定的限制性核酸内切酶和DNA连接酶。

（4）抗体1与抗体2的氨基酸排列顺序相同，两者的空间结构是否相同？

________为什么？

________________________________________________________________

___________________________________________________________。

（5）如果想用棉花产生该种抗体，则⑥过程的受体细胞通常选用________，经过筛选后再侵染棉花体细胞，转化成功后通过________技术获得能产抗体的转基因棉花植株。

【解析】　

（1）向健康人体注射特定抗原，提取出A浆细胞（效应B淋巴细胞），在人体中参与体液免疫。

（2）过程①至②获取的Y细胞称为杂交瘤细胞，得到的单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高、并可大量制备的优点。

（3）④逆转录过程需要逆转录酶，⑤基因表达载体的构建过程需要特定的限制性核酸内切酶和DNA连接酶。

【答案】　

（1）体液　

（2）杂交瘤细胞　特异性强、灵敏度高、并可能大量制备　（3）逆转录　（4）不同　抗体2形成过程没有经过内质网和高尔基体的加工，抗体1形成过程经过内质网和高尔基体的加工　（5）农杆菌　植物组织培养

易错起源1、基因工程与蛋白质工程

例1．（2016·全国乙卷）某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。

有人将此质粒载体用BamHⅠ酶切后，与用BamHⅠ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。

结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。

被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。

回答下列问题：

（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有________（答出两点即可），而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

（2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是____________；并且________________和________________的细胞也是不能区分的，其原因是________。

在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有________的固体培养基。

（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自于________。

【答案】　

（1）能自我复制、具有标记基因（答出两点即可）

（2）二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　含有质粒载体　含有插入了目的基因的重组质粒（或答含有重组质粒）　二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长　四环素　（3）受体细胞

【变式探究】（2016·全国丙卷）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）。

图（a）

图（b）

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）经BamHⅠ酶切后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______________________________________

__________________________________________________________。

图（c）

（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，二者的目的基因均不能被转录（其他合理答案可酌情给分）

（3）E.coliDNA连接酶　T4DNA连接酶　T4DNA连接酶（其他合理答案可酌情给分）

【名师点睛】

1.理清基因工程3种操作工具的作用及特点

限制酶

DNA连接酶

载体

作用

切割目的基因和载体

拼接DNA片段，形成重组DNA

携带目的基因进入受体细胞

作用

部位

两个核苷酸之间的磷酸二酯键

－

作用

特点

（或条

件）

①识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列

②在特定位点上切割　

①E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端

②T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端

①能在宿主细胞内稳定存在并大量复制

②有多个限制酶切割位点

③具有特殊的标记基因

常用

类型

EcoRⅠ限制酶

SmaⅠ限制酶

E·coliDNA连接酶、T4DNA连接酶

质粒、λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等

2.掌握基因工程的四个操作步骤

（1）牢记获取目的基因的两种途径

①直接分离：

从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。

②人工合成目的基因（常用方法如下）

a、化学合成法：

已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。

b、人工合成法：

以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。

c、利用PCR技术扩增。

（2）明确基因工程的核心是基因表达载体的构建

①组成：

目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因。

启动子≠起始密码，终止子≠终止密码。

a、启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，启动转录；终止子是终止转录的位点。

b、插入的目的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位前需要有启动子，后需要有终止子。

②构建过程：

（3）将目的基因导入受体细胞的方法辩析

①受体细胞种类不同，导入方法不同

生物种类

植物细胞

动物细胞

微生物细胞

常用方法

农杆菌转化法

显微注射法

转化法

受体细胞

体细胞

受精卵

原核细胞

转化

过程

将目的基因插入到Ti质粒的T－DNA上→导入农杆菌→侵染植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达

将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物

Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子　

②基因工程产物不同、选择的受体细胞类型也不相同

a、培育转基因植物：

受体细胞可以是受精卵、体细胞（需经植物组织培养成为完整植株）。

b、培育转基因动物：

受体细胞为受精卵，若用体细胞作为受体细胞，则需经核移植技术培养成转基因动物。

c、生产蛋白质产品：

一般选用大肠杆菌等原核生物作为受体细胞，因原核生物具有一些其他生物没有的特点，如繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等。

（4）目的基因的检测与鉴定：

【锦囊妙计，战胜自我】有关基因工程的4个易错点

1．将目的基因导入受体细胞没有碱基互补配对现象。

2．原核生物作为受体细胞的优点：

繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少。

3．一般情况下，用同一种限制酶切割质粒和含有目的基因的片段，但有时可用两种限制酶分别切割质粒和目的基因，以避免质粒和质粒之间、目的基因和目的基因之间的连接。

4．有关标记基因的易错点

（1）一般将一些抗性基因作为标记基因；

（2）标记基因的主要作用是鉴定和筛选含有目的基因的受体细胞；

（3）标记基因表达产物对什么物质有抗体，在筛选培养时则在培养基中加入什么物质；

（4）标记基因若被插入了外源DNA片段，则该标记基因会被破坏。

易错起源2、细胞工程

例2．（2016·全国甲卷）下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物（二倍体）的流程。

回答下列问题：

（1）图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为________。

过程①表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用________的方法。

②代表的过程是________。

（2）经过多次传代后，供体细胞中________的稳定性会降低。

因此，选材时必须关注传代次数。

（3）若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是____________________________________________________________

___________________________________________________________。

（4）与克隆羊“多莉（利）”培育成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了________________________________________________________________

___________________________________________________________。

不完全相同的原因是：

克隆动物细胞质中的遗传物质来自去核卵母细胞的细胞质，细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响。

（4）高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，但其细胞核的全能性在卵母细胞细胞质中的物质的作用下仍能得以表达。

故克隆羊“多莉（利）”以及其他克隆动物的培育成功，证明了高度分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性。

【答案】　

（1）XX或XY　显微操作　胚胎移植　

（2）遗传物质　（3）卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响　（4）动物已分化体细胞的细胞核具有全能性

【变式探究】甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。

某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。

回答下列问题：

（1）为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用________酶和________酶去除细胞壁，获得具有活力的________，再用化学诱导剂诱导二者融合。

形成的融合细胞进一步培养形成________组织，然后经过________形成完整的杂种植株。

这种培育技术称为____________________。

（2）上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指___________________________________________________________________________________________。

假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是

___________________________________________________________。

（3）这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。

经植物组织培养得到的______________________等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。

（2）多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上的染色体组的个体。

甲和乙均为二倍体植物，假设二者有性杂交的后代不可育，其原因是该后代在进行减数第一次分裂过程中，由于没有同源染色体，联会出现紊乱，不能产生可育的配子。

而植物体细胞杂交产生的杂种植株，细胞内含有原物种体细胞内的染色体，在减数第一次分裂过程中能够进行同源染色体配对，产生可育的配子。

（3）经植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等，用人工薄膜包装后可得到人工种子。

【答案】　

（1）纤维素　果胶　原生质体　愈伤　再分化（或分化）　植物体细胞杂交技术　

（2）体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体（其他合理答案也给分）　在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常（其他合理答案也给分）　（3）胚状体、不定芽、顶芽、腋芽（答对其中一个即给分）

【名师点睛】

1．列表比较动物细胞培养与植物组织培养

项目

动物细胞培养

植物组织培养

前处理

无菌；用胰蛋白酶处理，使组织细胞相互分散开

无菌、离体

培养

基成分

葡萄糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素、动物血清等

矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素等

培养

基状态

液