2018届高三生物二轮复习专题-基因工程含PCR技术和细胞工程专题能力提升练.docx

专题15现代生物科技专题第1讲基因工程(含PCR技术)和细胞工程(30分钟100分)1.(11分)(2017成都二模)根据基因工程的有关知识,回答下列问题:世纪金榜导学号73414176(1)限制酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有_和_。(2)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下:AATTCGGCTTAA为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoR切割外,还可用另一种限制酶切割,该酶必须具有的特点是_。(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即_DNA连接酶和_DNA连接酶。(4)反转录作用的模板是_,产物是_。若要在体外获得大量反转录产物,常采用_技术。(5)基因工程中除质粒外,_和_也可作为运载体。(6)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是_。【解析】(1)DNA分子经过限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式黏性末端和平末端。(2)载体若可与目的基因连接,则载体与目的基因应有相同的黏性末端,所以切割目的基因的酶切割产生的DNA片段末端应与EcoR切割产生的黏性末端相同。(3)根据DNA连接酶来源的不同可以把其分为两类,一类来源于大肠杆菌,叫做EcoliDNA连接酶;另一类来源于T4噬菌体,叫做T4DNA连接酶。(4)反转录是以RNA为模板,在反转录酶的催化作用下合成DNA的过程,是DNA生物合成的一种特殊方式。PCR技术是常见的扩增DNA的技术。(5)基因工程的载体包括动植物病毒、噬菌体的衍生物和质粒等。(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱,不能作为基因工程的受体细胞,应先采用Ca2+处理大肠杆菌,使其成为感受态的细胞。答案:(1)平末端黏性末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的相同(3)T4Ecoli(4)mRNA单链DNAPCR(聚合酶链式反应)(5)动植物病毒噬菌体的衍生物(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱2.(12分)(2017长沙二模)利用小鼠制备的抗人绒毛促性腺激素单克隆抗体做成的“早早孕试剂盒”,检测早孕的准确率在90%以上。请回答该“单抗”制备的有关问题:(1)在该“单抗”的生产过程中,将_作为抗原对小鼠进行注射。(2)从小鼠体内脾脏中得到了_细胞,设法将鼠的骨髓瘤细胞与该细胞融合,再用特定的_培养基进行筛选,选出融合的杂种细胞,对该细胞还需进行_培养和_检测,经多次筛选,就可获得足够数量的符合需要的杂交瘤细胞,该细胞的特点是_。(3)若在体外大规模培养该杂交瘤细胞,需要采取一定的措施保证被培养的细胞处于_的环境中,例如向培养液中加入一定量的抗生素等;为保证营养,在使用_培养基时,通常需加入血清、血浆等一些天然成分。需提供_(气体),维持培养液的pH。(4)单克隆抗体最广泛的用途是用作_。【解析】(1)生产抗人绒毛促性腺激素单克隆抗体,需要将人绒毛促性腺激素作为抗原对小鼠进行注射,使小鼠最终可以产生特异性抗体的B淋巴细胞。(2)生产单克隆抗体需要融合B淋巴细胞和骨髓瘤细胞,可以从小鼠脾脏中获得B淋巴细胞。B淋巴细胞和骨髓瘤细胞诱导融合,要用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。筛选出的杂交瘤细胞需进行克隆化培养和专一抗体检测,经过多次筛选,最终获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既能迅速大量繁殖,也能产生单克隆抗体。(3)动物细胞培养的条件是无菌无毒,营养物质用合成培养基,同时添加动物血清或血浆。气体条件是氧气和二氧化碳,其中二氧化碳能维持培养液的pH。(4)单克隆抗体的用途有作为诊断试剂、用于治疗疾病和运载药物,其中最广泛的用途是用作诊断试剂。答案:(1)人绒毛促性腺激素(2)B淋巴选择克隆化抗体既能迅速大量繁殖,也能产生单克隆抗体(2分)(3)无菌无毒合成CO2(4)体外诊断试剂(2分)3.(16分)(2017全国卷)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是_。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是_ _。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是_。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是_(答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是_。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是_。【解析】(1)嫩叶相对于老叶,细胞壁较薄,较易破碎,容易提取几丁质酶的mRNA;由于RNA酶可降解RNA,提取RNA时,提取液中应添加RNA酶抑制剂,以防止所提取的RNA降解。(2)以mRNA为模板、4种脱氧核苷酸为原料,在逆转录酶的作用下,按照碱基互补配对原则,mRNA可通过逆转录合成cDNA。(3)目的基因中缺乏表达所需要的复制原点、启动子等,而质粒载体中含有,为了使目的基因在受体细胞中表达,应将目的基因与质粒载体形成重组质粒,导入受体细胞。(4)DNA连接酶可将同种限制酶切割产生的末端连接起来,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因整合到植物基因组中,但植物抗真菌病的能力没有提高,说明几丁质酶基因在植物细胞中未表达。依据中心法则可知,基因表达包括转录和翻译两个过程,可能是目的基因的转录或翻译过程异常导致目的基因在受体细胞中未表达,进而导致植物抗真菌病的能力没有提高。答案:(1)嫩叶组织细胞易破碎防止RNA降解(2分)(2)在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA(3)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需的启动子(4)磷酸二酯键(2分)(5)目的基因的转录或翻译异常4.(12分)(2017江西重点中学大联考)研究人员发现了一种提高植物抗旱性的PYL9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_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)将基因表达载体导入水稻细胞最适宜的方法是_,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_。(3)由于转基因生物存在安全性的争议,所以人类要发展农业经济,实现可持续发展,必须走生态经济之路,生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段分别是_和_。【解析】(1)在已知PYL9蛋白的氨基酸序列的条件下,可通过人工方法合成目的基因。构建基因表达载体时需限制酶和DNA连接酶。(2)将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法。可在分子水平上通过抗原抗体杂交的方法检测水稻细胞中是否存在PYL9蛋白。(3)生态经济所遵循的主要原则和实现的重要手段分别是循环经济和生态工程。答案:(1)人工合成限制酶和DNA连接酶(2)农杆菌转化法抗原抗体杂交(3)循环经济生态工程5.(15分)人组织纤溶酶原激活物(htPA)是一种重要的药用蛋白,可在转htPA基因奶牛的乳汁中获得。下图表示利用奶牛乳汁生产人组织纤溶酶原激活物的培育过程:(1)htPA基因cDNA可通过克隆筛选获得,该cDNA比人染色体上的htPA基因短,原因是该cDNA没有_。构建表达载体时,必须将htPA基因cDNA与牛乳腺蛋白基因的_等调控组件重组在一起。(2)通过形成图中的过程中,通常取培养_代以内的细胞,原因是_。(3)图中“未受精的卵”是指_的卵母细胞,而不能用普通的体细胞作为受体细胞,原因是“未受精的卵”_。(4)与的遗传性状不一样的原因是_。(5)图示过程中涉及的科学技术有转基因技术、_、_、胚胎移植技术等。【解析】(1)真核生物的基因中含有内含子,cDNA是以mRNA为模板反转录形成,没有非编码区和内含子序列。牛的乳腺蛋白基因只在泌乳期的乳腺细胞中表达,因此将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,才使得htPA基因的表达产物在乳汁中获得。(2)在现代生物工程技术中,利用的动物细胞通常是培养10代以内的细胞,其原因是:10代以内的细胞能保持正常的二倍体核型。(3)从到的过程中,应用了核移植技术,图中“未受精的卵”是指核移植技术中的受体细胞,该受体细胞为M中期的卵母细胞,不用普通体细胞的原因是:卵细胞体积大,容易操作,含有促进细胞全能性表达的相关物质。(4)为代孕母牛,是转基因生物(乳腺生物反应器),与的遗传性状不一样的原因是:个体的遗传信息几乎全部来自供体的细胞核。(5)本操作中涉及的科学技术有转基因技术、动物细胞培养技术、体细胞核移植技术和胚胎移植技术等。答案:(1)内含子(1分)启动子(2)1010代以内的细胞能保持正常的二倍体核型(3)M中期(减数第二次分裂中期)体积大,易操作,含有促进细胞全能性表达的相关物质(4)个体的遗传信息几乎全部来自供体的细胞核(5)动物细胞培养技术(1分)体细胞核移植技术(1分)【知识总结】核移植技术的2个常考点(1)核移植有两种操作方式:一是把供体细胞导入去核的卵母细胞,这是现在常用的方法。二是将供体动物的一个细胞核直接导入去核的卵母细胞。(2)选卵细胞作为受体细胞的原因:卵细胞体积大,易于操作;卵黄多,营养丰富,能为发育提供充足的营养;能激发重组细胞分裂、分化。6.(16分)(新题预测)如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解,请据图回答:世纪金榜导学号73414177(1)图中所示的结构是细胞核;所示的细胞是_,图中所示的生物工程技术是_;所示的生物工程技术是转基因技术。(2)在图中所示的生物工程技术中,健康胰岛B细胞基因在导入之前要构建_,这个步骤是基因工程的核心,构建出的分子除含目的基因外,还必须含有:_。(3)重组细胞b在一定的_如牛磺酸、丁酰环腺苷酸等的作用下,可以定向分化形成胰岛B细胞。培养重组细胞b的培养液中除加入各种营养物质外,还必须加入_等一些天然成分,放在含O2和CO2的环境中培养,其中CO2的作用是_。(4)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是_。【解析】(1)图中所示的是内细胞团细胞,具有全能性,可以定向诱导分化成各类细胞、组织、器官。图中将细胞核移植到去核的卵细胞中,表示核移植技术。表示的生物技术将健康胰岛B细胞基因导入内细胞团中,表示转基因技术(或重组DNA技术)。(2)基因工程的核心步骤是构建基因表达载体,除含目的基因外,还必须含有启动子、终止子、标记基因。(3)重组细胞b在一定的分化诱导因子的作用下,可以定向分化形成胰岛B细胞。动物细胞体外培养所需营养与体内基本相同,因为人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚,因此,在使用合成培养基时,通常需要加入血清、血浆等一些天然成分。动物细胞培养的气体条件中CO2的作用是维持培养液的pH。(4)图示方法是克隆性治疗,用患者自身细胞克隆形成的器官进行移植属于自体移植,与异体移植相比最大的优点是没有排斥反应。答案:(1)内细胞团细胞(或胚胎干细胞)核移植技术(2)基因表达载体启动子、终止子、标记基因(3)分化诱导因子动物血清调节pH(4)没有排斥反应7.(10分)(2017全国卷)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题:(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A,其原因是_。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用_作为载体,其原因是_。(3)若要高效地获得蛋白A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有_(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A,可用的检测物质是_ _(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导。如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是_。【解析】本题主要考查了基因工程的相关知识。(1)人体基因A有内含子,将获得的基因A导入大肠杆菌中,经过转录得到含有内含子的mRNA,因为大肠杆菌没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。内含子部分对应的mRNA序列阻断了蛋白A的合成。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体,选用昆虫病毒作为载体,不选用噬菌体作载体的原因是噬菌体的宿主细胞是细菌,噬菌体不能侵染家蚕。(3)大肠杆菌是原核生物,原核生物作为受体细胞,有以下优点:结构简单、繁殖速度快、容易培养等。(4)要检测基因A是否翻译出蛋白A,最准确的方法是利用蛋白A的抗体,因抗体具有特异性,一种抗体只能与特定的蛋白质结合,可根据蛋白A抗体的杂交情况来判断是否合成了蛋白A。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中将一种生物个体的DNA转移到了另一种生物个体中,并表达合成了相应的蛋白质。答案:(1)基因A有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除,无法表达出蛋白A(3分)(2)噬菌体噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(2分)(3)繁殖快,容易培养(4)蛋白A的抗体(5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体(2分)【加固训练】(2017无锡三模)嗜热菌可以生活在98的高温环境中,研究发现其耐热性与H基因的表达产物有关。下图表示某研究小组利用大肠杆菌对H基因实行的克隆和表达过程,其中Nde、EcoR、Hind 、Sal四种限制酶的识别序列和酶切位点分别为CATATG、GAATTC、AAGCTT、GTCGAC。请分析回答:(1)图中的结构A是_,其主要作用是_。一个完整的基因表达载体的组成,除了质粒1中所示结构以外,还应该含有_。(2)用图中质粒1和H基因构建重组质粒,应选用_两种限制酶进行切割,影响限制酶处理效果的因素可能有_(多选)。反应温度缓冲液pH限制酶的浓度DNA样品的纯度(3)实验中发现,重组质粒导入大肠杆菌后H基因的表达效率很低,但在含有质粒2(辅助性质粒)的细胞中,H基因可以高效表达。为了筛选出转入了两种质粒的受体菌,应在筛选平板培养基中添加_,整个实验过程应保持_操作。(4)PCR反应中引物的设计非常关键,据图分析,扩增H基因时应选择的一对引物是_。A.引物:GGGAATTC;引物:CTCATATGB.引物:GAATTCCC;引物:CATATGAGC.引物:GGAAGCTT;引物:AAGCTTCCD.引物:CTCATATG;引物:AAGCTTAAGCTT【解析】(1)分析质粒1和重组质粒的结构可见,图中的结构A位于重组质粒中目的基因(H基因)插入点上游,应该是启动子;启动子主要作用是提供RNA聚合酶特异性识别结合位点,驱动基因转录;一个完整的基因表达载体,通常包括目的基因、启动子、终止子、复制原点、标记基因等结构。(2)分析质粒1结构可知,质粒1上没有Hind识别序列和酶切位点,不能使用该酶构建重组质粒。含有H基因的嗜热菌DNA上没有Sal的识别序列和酶切位点,也不能使用该酶构建重组质粒。而质粒1和嗜热菌DNA上H基因两端分别含有Nde和EcoR的识别序列和酶切位点,所以,构建重组质粒,应选用这两种限制酶进行切割;反应温度、缓冲液pH、限制酶的浓度、DNA样品的纯度均能影响限制酶处理效果。(3)因为质粒1和质粒2上分别携带抗生素A和抗生素B的抗性基因,因此,要筛选出转入了两种质粒的受体菌,应在培养基中添加抗生素A和抗生素B,同时应保持无菌操作,防止杂菌污染。(4)分析图中四对引物结构可知,C组中引物和引物之间会进行反向互补配对,形成“引物二聚体”,影响引物与模板链的配对,不能作为引物;D组中引物会发生自身首、尾相互配对,影响引物与模板链的配对,不能作为引物。所以,扩增H基因时应选择的一对引物是A或B。答案:(1)启动子提供RNA聚合酶特异性识别结合位点,驱动基因转录目的基因、终止子(和复制原点)(2)Nde、EcoR(3)抗生素A和抗生素B无菌(4)A或B【易错提醒】辨析启动子与起始密码子、终止子与终止密码子(1)启动子和终止子:都是一段特殊的DNA序列,属于基因的非编码序列,负责调控基因的转录。(2)起始密码子和终止密码子:都是mRNA上的三联体碱基序列,分别决定翻译的起始和终止。8.(8分)(2017海南高考)甲、乙两名同学分别以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖该植物。回答下列问题:(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是_。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到_。若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是_(填“具有完整的细胞核”“具有叶绿体”或“已转入抗性基因”)。(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是_。A中的愈伤组织是叶肉细胞经_形成的。(4)若该种植物是一种杂合体(子)的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,_ _(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,原因是_。【解析】(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株。(2)甲、乙同学在诱导愈伤组织所用的培养基中,均加入一定量的蔗糖,蔗糖水解后可得到葡萄糖、果糖,若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是具有完整的细胞核,因为细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心。(3)A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是细胞分裂素和生长素,二者对于根和芽的形成具有重要调节作用,二者的用量比例影响根和芽的发育顺序。A中的愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。(4)若该种植物是一种杂合体(子)的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表现型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,由于对杂合体(子)植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株,因此不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。答案:(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株(2)葡萄糖、果糖具有完整的细胞核(3)细胞分裂素、生长素脱分化(4)不能对杂合体(子)植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株(2分)【加固训练】(2017武汉三模)临床上某些疾病的治