2020高考生物二轮复习第1部分命题区域7选修部分第1讲基因工程和细胞工程作业解析版

2020高考生物二轮复习第1部分命题区域7选修部分第1讲基因工程和细胞工程作业解析版

第一讲　基因工程和细胞工程 ‎1．(2019·贵州模拟)人类生长因子是一种生物活性肽复合物。研究人员发现转人类生长因子基因猪可以产生和分泌人类生长因子，有助于促进细胞生长和伤口愈合。请回答下列问题：‎ ‎(1)常通过PCR技术来扩增获得人类生长因子基因，与细胞内的DNA聚合酶相比，扩增过程使用的DNA聚合酶最大的特点是__________。‎ ‎(2)如图表示在培育转人类生长因子基因猪的过程中，某技术环节的一个核心步骤。‎ ‎①该环节需要用到的工具酶是__________和DNA连接酶，这两种工具酶的化学本质都是__________。将该表达载体导入猪受精卵后，经______________________技术使其持续发育成转基因猪。‎ ‎②人类生长因子基因能在猪细胞中稳定遗传的关键是 ‎__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎③为检测人类生长因子基因在转基因猪的细胞内是否发生转录，可用标记的____________作探针进行分子杂交检测，分子杂交的原理是____________。‎ 解析：(1)采用PCR技术扩增目的基因的过程是在较高温度下进行的，因此使用的DNA聚合酶最大的特点是耐高温。(2)图示为基因表达载体的构建过程，这是基因工程的核心步骤。①构建基因表达载体时，首先需要用限制酶切割含有目的基因的外源DNA和运载体，其次需要用DNA连接酶将目的基因与运载体连接形成重组DNA；这两种工具酶的化学本质都是蛋白质。将该表达载体导入猪受精卵后，经早期胚胎培养、胚胎移植技术使其持续发育成转基因猪。②目的基因能在受体细胞中稳定遗传的关键是目的基因是否插到转基因生物染色体的DNA上。③为检测目的基因是否成功转录，可采用分子杂交技术，即用标记的目的基因作探针进行分子杂交检测，分子杂交的原理是碱基互补配对。‎ 答案：(1)耐高温　(2)①限制酶　蛋白质　早期胚胎培养、胚胎移植　②人类生长因子基因是否插到转基因猪染色体的DNA上　③人类生长因子基因　碱基互补配对 ‎2．如图是利用β乳球蛋白(BLG)基因5′端调控序列和人乳铁蛋白(hLF)基因构建能在羊乳腺细胞特异性表达的运载体的简要流程图，请据图回答下列问题：‎ 8‎ ‎(1)②为PCR过程，除了要加入引物、原料外，还需要加入________________，在此过程中引物的作用是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(2)BamHⅠ的识别序列为—G↓GATTC—，HindⅢ的识别序列为—A↓AGCTT—，选用这两种酶进行操作的意义是________________________________________，除此之外，③过程还需要________酶。‎ ‎(3)BLG基因5′端调控序列能使hLF基因在羊的乳腺细胞中特异性表达，这是因为__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(4)要获得能表达目的基因的羊，应将重组质粒导入羊的________(填“乳腺细胞”“去核卵细胞”或“受精卵”)，获得优良胚胎后，为了提高胚胎的利用率，常采用________的方法来处理胚胎。‎ 解析：(1)PCR过程中，除了要加入引物、原料外，还需要加入耐高温的DNA聚合酶和模板，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。(2)BamHⅠ和HindⅢ切割形成的黏性末端不同，选用这两种酶切割目的基因和质粒，目的是避免目的基因和运载体产生的末端任意连接(环化连接)。构建基因表达载体还需要DNA连接酶。(3)BLG基因5′端调控序列作为启动子，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动hLF基因转录出mRNA，所以能使hLF基因在羊的乳腺细胞中特异性表达。(4)高度分化的动物细胞难以表达全能性，而受精卵易于表达全能性，要获得能表达目的基因的羊，应将重组质粒导入羊的受精卵，获得优良胚胎后，为提高胚胎的利用率，常采用胚胎分割的方法来处理胚胎。‎ 答案：(1)耐高温的DNA聚合酶、模板　使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　(2)避免目的基因和运载体产生的末端任意连接(环化连接)　DNA连接　(3)BLG基因5′端调控序列作为启动子，是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动hLF基因转录出mRNA　(4)受精卵　胚胎分割 ‎3．(2019·湖北模拟)人血清白蛋白(HSA)是血浆中含量最丰富的蛋白质，在维持血浆渗透压、抗凝血等方面起着重要作用，具有重要的医用价值。如图是用基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。‎ 8‎ ‎(1)为获取HSA基因，首先要提取人血细胞中的mRNA，利用__________法合成cDNA，再利用__________技术进行快速扩增，在这一过程中，需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__________。‎ ‎(2)构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体时，需要选择水稻胚乳细胞启动子，而不能选择其他物种和组织细胞的启动子，原因可能是____________________。‎ ‎(3)在利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，为了吸引农杆菌移向水稻受体细胞，需添加__________物质。‎ ‎(4)选用大肠杆菌作为受体细胞的优点有____________(答出两点即可)。但相比于水稻胚乳细胞，利用大肠杆菌获得的rHSA也有一些缺点，请从生物膜系统的角度进行分析__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(5)利用上述方法获得的rHSA不能直接用于临床医疗，你推测的原因是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ 解析：(1)利用mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录；获得的cDNA一般采用PCR技术进行扩增，扩增时需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引物。(2)由于启动子具有(物种及组织)特异性，所以构建能在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体时，需要选择水稻胚乳细胞启动子，而不能选择其他物种和组织细胞的启动子。(3)在利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中，需添加酚类物质，目的是为了吸引农杆菌移向水稻受体细胞。(4)大肠杆菌是原核生物，具有繁殖快、单细胞、遗传物质少等优点，常作为基因工程的受体细胞；但是大肠杆菌没有生物膜系统(或内质网和高尔基体)，不能对rHSA进行深加工，获得的rHSA可能没有生物活性。(5)根据以上分析已知，通过以上方法获得的rHSA可能没有生物活性(或功能性较差或rHSA可能有安全隐患)，因此不能直接用于临床医疗。‎ 答案：(1)逆转录(或反转录)　PCR　引物　(2)启动子具有(物种及组织)特异性　(3)酚类　(4)繁殖快、单细胞、遗传物质少　大肠杆菌没有生物膜系统(或内质网和高尔基体)，不能对rHSA进行深加工　(5)rHSA可能没有生物活性或功能性较差或rHSA可能有安全隐患 ‎4．(2019·宜宾模拟)如图为培育蓝玫瑰的过程(字母 A 代表相应的结构，数字代表过程或方法)。回答下列问题：‎ ‎(1)可以根据基因的__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________‎ ‎(答出三点)等特性，从基因文库中得到我们所需要的目的基因，如蓝色素基因。‎ 8‎ ‎(2)过程①需要用到的工具酶有______________。经③和④得到蓝玫瑰的过程体现了植物细胞的__________。‎ ‎(3)一个基因表达载体的组成，除了目的基因以外，还必须有启动子、终止子和标记基因等。标记基因的作用是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(4)过程②中采用最多的方法是农杆菌转化法。采用农杆菌感染时，常将含重组质粒的农杆菌与受伤的叶片等共同培养，采用受伤叶片的原因是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(5)可以通过____________的方法来检测目的基因是否翻译成蛋白质。‎ 解析：(1)从基因文库中得到我们所需要的目的基因，可根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因转录的产物mRNA、基因的表达产物蛋白质等特性。(2)过程①是基因表达载体构建，需要使用的工具酶是限制酶和DNA连接酶，经③和④得到蓝玫瑰的过程体现了植物细胞的全能性。(3)一个基因表达载体的组成，除了目的基因以外，还必须有启动子、终止子和标记基因等。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，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。(4)采用农杆菌感染时，常将含重组质粒的农杆菌与受伤的叶片等共同培养，采用受伤叶片的原因是受伤的叶片伤口处的细胞能分泌酚类化合物，吸引农杆菌移向细胞。(5)检测目的基因是否翻译成蛋白质可采用抗原—抗体杂交的方法。‎ 答案：(1)核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因转录的产物mRNA、基因的表达产物蛋白质　(2)限制酶和DNA连接酶　全能性　(3)为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来　(4)受伤的叶片伤口处的细胞能分泌酚类化合物，吸引农杆菌移向细胞　(5)抗原—抗体杂交 ‎5．(2019·盐城期末)人参是一种名贵药材，具有良好的滋补作用。口服α干扰素在慢性乙肝、丙肝及部分肿瘤的治疗中有一定疗效。如图为科研人员制备能合成干扰素的人参愈伤组织细胞的流程，①～④表示相关的操作，标记基因是四环素抗性基因，EcoRⅠ、BamHⅠ为限制酶，它们的识别序列及切割位点如表所示。请回答下列问题：‎ 限制酶 识别序列和切割位点 8‎ EcoRⅠ ‎↓　　　‎ GAATTC BamHⅠ ‎↓　　　‎ GGATCC ‎(1)若用图中所示的限制酶 BamHⅠ切割外源DNA，形成的黏性末端可以表示为__________。‎ ‎(2)本实验中使用双酶切的主要优点是能使目的基因__________插入运载体中，减少自连。‎ ‎(3)过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有__________；过程③中需先用Ca2＋处理根瘤农杆菌以获得__________细胞；侵染时应选用能在含__________的培养基上生长的根瘤农杆菌。‎ ‎(4)过程④可用__________杂交技术检测受体细胞中是否表达干扰素。科研人员研究发现转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好，说明了干扰素和人参中的有效成分在增强免疫调节等方面发挥着__________作用。‎ ‎(5)若想获得能分泌人的干扰素的转基因哺乳动物，受体细胞要选择__________。‎ 解析：(1)根据限制酶BamHⅠ的识别序列和切割位点可知，其切割形成的黏性末端可以表示为。(2)使用不同酶切可保证目的基因定向插入运载体中，保证目的基因能够正确表达。(3)基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子和复制原点，因此过程②所构建的基因表达载体中未标注出的必需元件还有复制原点；微生物细胞作为受体细胞时，需要钙离子处理使其变为感受态细胞，即过程③中需先用Ca2＋处理根瘤农杆菌以便将基因表达载体导入细胞。标记基因是四环素抗性基因，因此侵染时应选用能在含四环素的培养基上生长的根瘤农杆菌。(4)检测目的基因是否表达产生相应的蛋白质可采用抗原—抗体杂交技术。科研人员研究发现转干扰素基因的人参愈伤组织加工成的药物比单纯干扰素的疗效要好，说明了干扰素和人参中的有效成分在增强免疫调节等方面发挥着协同(或相互促进)作用。(5)培育转基因动物，需将含目的基因的重组质粒导入受精卵，因为受精卵的全能性最高。‎ 答案：(1)‎ ‎(2)定向　(3)复制原点　感受态　四环素　(4)抗原—抗体　协同(或相互促进)　(5)受精卵 ‎6．(2019·金台区期中)干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可以在－‎‎70 ℃‎ 8‎ 条件下保存半年，给广大患者带来了福音。蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据以下技术原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”：‎ ‎(1)图流程属于____________工程范畴。流程中的A是__________________，流程B是__________________。‎ ‎(2)基因工程在原则上只能生产________________的蛋白质，而该工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过__________或____________，对现有蛋白质进行改造，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功能进行鉴定。从而制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。‎ ‎(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的____________结构。‎ ‎(4)对天然蛋白质进行改造，应该直接对__________(填“蛋白质分子”或“基因”)的操作来实现。‎ 解析：(1)图流程属于蛋白质工程范畴。流程中的A是预期的蛋白质功能，流程B是推测应有的氨基酸序列。(2)基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，而该工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得功能基因，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。从而制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的空间(或高级)结构。(4)对天然蛋白质进行改造，应该直接对基因的操作来实现。‎ 答案：(1)蛋白质　预期的蛋白质功能　推测应有的氨基酸序列　(2)自然界已存在　基因修饰　基因合成　功能　(3)空间(或高级)　(4)基因 ‎7．紫杉醇是红豆杉细胞中产生的一种高效抗癌物质，在植物体中含量极低。为取代从天然植株中提取紫杉醇的方式，可通过植物组织培养和细胞培养技术来获取，其过程为：获取红豆杉外植体→消毒→诱导愈伤组织→细胞培养→提取紫杉醇。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)获取的外植体首先要通过__________过程培养出愈伤组织。下表为四种不同外植体在相同培养条件下诱导愈伤组织的实验结果，由表中结果可知诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是______________。‎ 外植体 愈伤组织体积 诱导率(%)‎ 不带叶茎段 很大 ‎99.5‎ 带叶茎段 很小 ‎90‎ 8‎ 叶片 很小 ‎20‎ 成熟胚 较大 ‎80‎ 注：诱导率(%)＝(形成的愈伤组织数量/接种的外植体数量)×100%。‎ ‎(2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程____________(填“体现”或“未体现”)细胞的全能性，理由是__________________________。据图分析2,4D对细胞生长和紫杉醇合成的作用分别是__________________________，为获得最大紫杉醇总产量，最适合的2,4D浓度应为__________mg/L。‎ 注：生长速率＝每天每升培养基中增加的细胞干重克数。‎ ‎(3)与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是____________________________________(答出两点)。‎ 解析：(1)获取的外植体首先要通过脱分化过程培养出愈伤组织。由表中结果可知，不带叶茎段、成熟胚诱导形成的愈伤组织体积较大，诱导率也相对较高，说明诱导愈伤组织较适宜的两种外植体分别是不带叶茎段、成熟胚。(2)将愈伤组织接种到适宜培养液中进行细胞培养，细胞培养的过程未体现细胞的全能性，理由是此过程中细胞没有再分化，没有发育成完整的植株。据图分析2,4D对细胞生长和紫杉醇合成的作用分别是促进细胞生长，抑制紫杉醇的合成。最适合的2,4D浓度应为1.0 mg/L。(3)与从天然植株中提取相比，利用上述技术生产紫杉醇的重要意义是提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源。‎ 答案：(1)脱分化　不带叶茎段、成熟胚　(2)未体现　此过程中细胞没有再分化，没有发育成完整的植株　促进细胞生长，抑制紫杉醇的合成　1.0　(3)提高了紫杉醇的产量，保护了红豆杉资源 ‎8．(2019·新疆一模)p27蛋白是组成猴免疫缺陷病毒(SIV)的蛋白质，图1是制备p27蛋白单克隆抗体的过程。‎ ‎(1)在进行动物细胞培养时，要对培养液和所有培养用具进行无菌处理，通常还要在细胞培养液中添加一定量的__________，以防培养过程中发生污染。细胞培养也需要适宜的气体环境，所需气体主要有__________________。‎ ‎(2)细胞内合成核酸的代谢途径如图2所示：‎ 8‎ B淋巴细胞可通过途径Ⅰ和途径Ⅱ合成核酸，骨髓瘤细胞不能合成酶X，只能通过途径Ⅰ合成核酸，物质C可抑制途径Ⅰ，经过程①可得到的两两融合的细胞有________________________，在过程②的培养基中加入物质C能筛选出__________，原因是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(3)过程②得到的甲细胞还需要分散成单个细胞独立培养，再次筛选，原因是 ‎__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(4)p27蛋白单克隆抗体最主要的优点在于它的__________、灵敏度高，并可大量制备。‎ 解析：(1)在进行动物细胞培养时，要对培养液和所有培养用具进行无菌处理，通常还要在细胞培养液中添加一定量的抗生素，以防培养过程中发生污染。细胞培养也需要适宜的气体环境，所需气体主要有氧气和二氧化碳，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH。(2)由图1可以看出，经过程①可得到的两两融合的细胞有瘤细胞—瘤细胞、B细胞—B细胞、杂交瘤细胞；在过程②的培养基中加入物质C能筛选出杂交瘤细胞，原因是杂交瘤细胞既有B淋巴细胞合成核酸的途径Ⅱ，也有骨髓瘤细胞大量增殖的特性。(3)过程②得到的甲细胞还需要分散成单个细胞独立培养，再次筛选，原因是与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞有多种类型，需要用p27蛋白检测，才能筛选出能产生p27蛋白单克隆抗体的杂交瘤细胞。(4)p27蛋白单克隆抗体最主要的优点在于它的特异性强、灵敏度高，并可大量制备。‎ 答案：(1)抗生素　氧气和二氧化碳　(2)瘤细胞—瘤细胞、B细胞—B细胞、杂交瘤细胞　杂交瘤细胞　杂交瘤细胞既有B淋巴细胞合成核酸的途径Ⅱ，也有骨髓瘤细胞大量增殖的特性　(3)与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞有多种类型，需要用p27蛋白检测，才能筛选出能产生p27蛋白单克隆抗体的杂交瘤细胞　(4)特异性强 8‎