【生物】2020届 一轮复习 人教版 基因工程 作业

【生物】2020届 一轮复习 人教版 基因工程 作业

‎2020届 一轮复习 人教版 基因工程 作业 ‎1．科学家通过利用PCR定点突变技术改造Rubisco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原来的蛋白质，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。‎ 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TaqDNA聚合)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合成相同蛋白质。(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。‎ 答案　(1)DNA双链复制　引物　耐高温的DNA聚合(或Taq DNA聚合)‎ ‎(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 ‎2．学者研究发现突变的APP基因会导致老年痴呆症发生，科学家通过基因工程建立老年痴呆症猕猴模型，用于人类老年痴呆症治疗的研究。科学家常用PCR扩增突变的APP基因。如图为某同学实验中，所用引物与模板配对情况。回答相关问题：‎ 注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是引物，箭头是延伸方向 ‎(1)PCR反应体系中含缓冲液、模板DNA、dNTP(包含dATP、dCTP、dGTP、dTTP)、引物及热稳定DNA聚合酶；其中，dNTP的作用是________________________________________________________________________，引物应选用图中的________(填图中标号)。‎ ‎(2)在DNA复制中引物所起的作用是________________。若所用引物为Ⅱ和Ⅲ进行扩增可以获得________种序列不同的产物；若用引物Ⅰ和Ⅳ可以获得________种序列不同的产物。‎ ‎(3)为了避免出现“目的基因自我环化”“目的基因在运载体上反向连接”的问题，请提出一种解决该问题的思路：‎ ‎_______________________________________________________。‎ 解析　(1)dNTP的作用是合成DNA的原料和提供能量；只有用引物Ⅰ和Ⅳ才能获得目的基因。(2)DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，而只能从DNA的3′端延伸DNA链，‎ 因此在DNA复制中引物所起的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸；DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。若用引物Ⅱ和Ⅲ进行扩增，则新形成的DNA子链中不存在与引物Ⅰ和Ⅳ互补配对的碱基序列，因此可以获得2种序列不同的产物；若用引物Ⅰ和Ⅳ进行扩增，因新形成的DNA子链中，有的含有与引物Ⅱ互补配对的碱基序列，有的含有与引物Ⅲ互补配对的碱基序列，则至少在连续扩增3次后可以获得如图所示的5种序列不同的产物。(3)分别使用两种限制酶去剪切目的基因和运载体，使目的基因和运载体两端产生的黏性末端不同，就可以防止“目的基因自我环化”“目的基因在运载体上反向连接”的问题。‎ 答案　(1)合成DNA的原料、提供能量(缺一不可)　Ⅰ和Ⅳ(缺一不可)‎ ‎(2)使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸(作为复制的起点)　2　5‎ ‎(3)对目的基因和运载体同时使用两种限制酶去剪切(或用两种限制酶切割目的基因的两端，再用这两种酶切割运载体或双酶切)‎ ‎3．重组人血白蛋白和干扰素α－2b(rHSA，IFNα－2b)是血液制品的一种替代品，是临床非常珍贵的药物，目前利用基因工程，以酵母菌为工程菌生产，具有纯度高、生产效率高等特点。其实验流程如图甲，图乙是pHIL－D2质粒(载体)的图谱，据图回答：‎ ‎(1)RT—PCR是利用人血白细胞中的mRNA逆转录获取人IFNα－2b的cDNA，以此cDNA为模板，扩增人IFNα－2b基因，那么RT—PCR要用到的酶是________酶和________酶。‎ ‎(2)图甲中，用酵母菌作表达工程菌而不用大肠杆菌作工程菌，推测可能的原因是酵母菌是真核生物，酵母菌细胞质中有内质网和高尔基体，生产的产物(重组人血白蛋白和干扰素α－2b)________高，产量高。‎ ‎(3)本实验的表达载体如图乙，除了目的基因外，还必须有启动子和终止子，启动子的本质是一段有特殊结构的________片段，其功能是驱动基因转录出________，最终获得所需的蛋白。‎ ‎(4)图乙中Ampicillin表示氨苄青霉素抗性基因，可用于目的基因的________和________。‎ ‎(5)基因工程最后一步是目的基因的检测与鉴定，请说出分子水平检测的物质有________、________、________。‎ 解析　‎ ‎(1)利用人血白细胞中的mRNA逆转录获取人IFNα－2b的cDNA，用逆转录法，必须用逆转录酶；扩增人IFNα－2b基因，用PCR技术，DNA解链要加热到90～95℃，必须用热稳定DNA聚合酶，即Taq酶。(2)大肠杆菌是原核生物，细胞中没有内质网和高尔基体，不能对重组人血白蛋白和干扰素α－2b进行加工。酵母菌是真核生物，酵母菌细胞质中有内质网和高尔基体，可对重组人血白蛋白和干扰素α－2b进行加工，生产的产物重组人血白蛋白和干扰素α－2b活性高，产量高。(3)启动子的本质是一段有特殊结构的DNA片段，其功能是驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白。(4)图乙中Ampicillin表示氨苄青霉素抗性基因，可用于目的基因的鉴定和选择。(5)基因工程最后一步是目的基因的检测与鉴定，分子水平检测的物质有目的基因、转录出的mRNA、翻译的产物(蛋白质)。‎ 答案　(1)逆转录　Taq　(2)活性 ‎(3)DNA　mRNA ‎(4)鉴定　选择 ‎(5)目的基因　转录出的mRNA　翻译的产物(蛋白质)‎ ‎4．请根据现代生物工程技术回答下列问题：‎ ‎(1)基因工程技术中对已获得的目的基因，常采用PCR技术大量扩增。该技术的基本过程是：目的基因DNA受热变性后解链为单链，________与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶的作用下进行________，如此重复循环多次。‎ ‎(2)限制酶SmaⅠ能识别下图所示核苷酸序列，并在图中箭头位置切断DNA。‎ 用限制酶SmaⅠ切割获取的目的基因需用________酶构建基因表达载体。‎ ‎(3)培育转基因小鼠除利用基因工程技术之外还需用到________、________等技术。‎ ‎(4)制备单克隆抗体通常选用细胞融合技术，使________细胞与________细胞融合，融合成功的细胞经过筛选就是所需要的________细胞。‎ 解析　(1)利用PCR技术大量扩增目的基因的基本过程是：目的基因DNA受热变性后解链为单链，引物与单链相应互补序列结合，然后在DNA聚合酶的作用下进行延伸，如此重复循环多次。(2)题图显示：用限制酶SmaⅠ切割得到的是平末端，因此获取的目的基因需用T4DNA连接酶构建基因表达载体。(3)基因工程的操作是在生物体外进行的。培育转基因小鼠时，利用基因工程技术得到的转基因小鼠受精卵，还需用到早期胚胎培养和胚胎移植等技术，才能将其培育成转基因小鼠。(4)制备单克隆抗体通常选用细胞融合技术，使经抗原刺激的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，融合成功的细胞经过筛选就是所需要的杂交瘤细胞。‎ 答案　(1)引物　互补链的合成(或延伸)‎ ‎(2)T4DNA连接 ‎(3)早期胚胎培养　胚胎移植 ‎(4)(经抗原刺激的)B淋巴　骨髓瘤　杂交瘤 ‎5．大肠杆菌pUC18质粒是基因工程中常用的运载体，某限制酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，如果没有插入外源基因，LacZ基因便可表达出β－半乳糖苷酶，当培养基中含有IPTG和X－gal时，X－gal便会被β－半乳糖苷酶水解成蓝色，大肠杆菌将形成蓝色菌落，反之，则形成白色菌落。如图表示利用此质粒实施基因工程的主要流程。‎ ‎(1)已获得的目的基因可利用________技术进行扩增。‎ ‎(2)目的基因插入质粒构建重组质粒的过程中，需要DNA连接酶恢复________键。‎ ‎(3)将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是________；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，目的是 ‎_______________________________________________________。‎ ‎(4)将试管Ⅱ中的菌液接种于选择培养基上培养，培养基中应含有大肠杆菌必需的营养物质，如________和生长因子，还应加入IPTG、X－gal以及氨苄青霉素，其中加入氨苄青霉素的作用是筛选出________________________________________________________________________。‎ ‎(5)若观察到培养基上出现________色菌落，则说明大肠杆菌中已成功导入了重组质粒。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则不利于重组质粒的筛选，原因是 ‎_________________________________________________________。‎ 解析　(1)PCR技术能在短时间内大量扩增目的基因，所以已获得的目的基因可利用PCR技术进行扩增。(2)DNA连接酶能将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。(3)试管Ⅰ中含有重组质粒，将试管Ⅰ中的物质和大肠杆菌共同置于试管Ⅱ的目的是使目的基因进入受体细胞(大肠杆菌)内，并在受体细胞内维持稳定和表达，即进行转化；大肠杆菌需事先用Ca2＋进行处理，增大细胞壁的通透性，‎ 使之处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态。(4)培养大肠杆菌的培养基必需的营养物质包括碳源、氮源、无机盐、水和生长因子，由于是选择培养基，还应加入IPTG、X－gal以及氨苄青霉素；由于质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此导入质粒的大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，所以培养基中加入氨苄青霉素的作用是筛选出导入pUC18质粒的大肠杆菌。(5)分析题图：大肠杆菌pUC18质粒含有氨苄青霉素抗性基因和LacZ基因，由于限制酶在此质粒上的唯一酶切位点位于LacZ基因中，所以构建成功的重组质粒上的LacZ基因被破坏，不能产生β－半乳糖苷酶，若大肠杆菌中已成功导入了重组质粒，则其在含有IPTG和X－gal的培养基中形成白色菌落。如果作为受体细胞的大肠杆菌也含有LacZ基因，则无论大肠杆菌中是否导入重组质粒，都会表达出β－半乳糖苷酶，故均会呈现蓝色菌落。‎ 答案　(1)PCR　(2)磷酸二酯 ‎(3)进行转化　使大肠杆菌细胞处于感受态 ‎(4)碳源、氮源、无机盐、水　导入pUC18质粒的大肠杆菌 ‎(5)白　无论大肠杆菌是否导入重组质粒，均会呈现蓝色菌落 ‎6．(2019·惠州模拟)青蒿素为名贵药材，由青蒿生产。科研人员尝试以下方法获得青蒿素：‎ ‎(1)利用________技术，由青蒿外植体通过________(生理过程)形成愈伤组织。经检测愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，造成这种差异的根本原因是_____________________________________________。‎ ‎(2)图1表示青蒿和酵母菌细胞内的物质代谢过程，DXP、FPP、青蒿二烯均为青蒿素前体产物，各种酶由相应基因指导合成。图2表示基因工程实验结果。‎ ‎①据图1，如果要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，则目的基因是________基因，基因表达载体除目的基因外，还需要有________基因便于后期筛选。‎ ‎②将DXR基因导入青蒿，让DXR基因在青蒿中过量表达，通过增加FPP量最终提高青蒿素产量。除了提高青蒿素前体产物的方法外，要获得高产青蒿植株，据图1分析，思路还有：‎ ‎_________________________________________________________。‎ 图2中，导入空白运载体的实验数据能用来说明 ‎__________________________________________________________。‎ 解析　(1)利用植物组织培养技术生产青蒿素时，青蒿外植体通过脱分化形成愈伤组织，从培养的愈伤组织中可提取青蒿素；愈伤组织不含青蒿素，而丛芽含少量，这是基因选择性表达的结果。(2)①要通过基因工程技术让酵母菌生产青蒿二烯，目的基因是ADS酶基因；基因表达载体中标记基因的作用是检测目的基因是否导入了受体细胞，便于筛选。②据图1分析，可以通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，达到提高青蒿素产量目的。图2中，导入空白运载体的实验数据，说明转入的不含DXR基因的空载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关。‎ 答案　(1)(植物)组织培养　脱分化　基因选择性表达 ‎(2)①ADS(酶)　标记　②通过抑制GAS酶、SQS酶活性，减少香叶烯、角鲨烯的生成量，让FPP转化成更多的青蒿二烯，‎ 达到提高青蒿素产量目的　转入的不含DXR基因的空载体并没有影响青蒿素产量或青蒿导入DXR基因后产量提高，与目的基因表达有关 ‎7．(2019·辽宁五校协作体高三联考)白细胞介素是一类淋巴因子。研究人员将人白细胞介素的基因导入到酵母菌细胞中，使其分泌出有活性的白细胞介素。请据图回答下列问题：‎ ‎(1)为增加白细胞介素基因的数量，可使用________技术，但前提是必须知道基因的部分序列，目的是 ‎_________________________________________________________。‎ ‎(2)在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用________处理酵母菌，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程，称为________。在表达过程中，启动子需与________识别和结合，从而驱动转录过程。‎ ‎(3)在体液免疫过程中，白细胞介素是由________细胞分泌的，为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母菌细胞作为受体细胞，可能原因是_______________________________________。‎ ‎(4)在分泌型表达载体和白细胞介素基因所在DNA分子上均有多个限制酶的酶切位点，图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoRⅠ和EcoR52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是_____________________________________________________。‎ 解析　(1)基因工程中，扩增目的基因利用的是PCR技术，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，‎ 以便设计引物。(2)在重组载体导入酵母菌细胞之前，需用Ca2＋处理酵母菌，使酵母菌细胞处于感受态，白细胞介素基因进入酵母菌细胞内，并且在其细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。在表达过程中，启动子需与RNA聚合酶识别和结合，从而驱动转录过程。(3)在体液免疫过程中，白细胞介素是由T淋巴细胞分泌的；由于细菌属于原核生物，细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器，因此为了能成功表达出白细胞介素，不使用细菌，而使用酵母菌细胞作为受体细胞。(4)在分泌型表达载体和白细胞介素基因所在的DNA分子上均有多个限制酶的酶切位点，图示过程获得有效表达的重组载体使用了EcoRⅠ和EcoR52两种限制酶，与使用单一的限制酶相比，其优点是能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中。‎ 答案　(1)PCR　设计引物 ‎(2)Ca2＋　转化　RNA聚合酶 ‎(3)T淋巴　细菌细胞中无内质网和高尔基体等加工白细胞介素的细胞器 ‎(4)能防止目的基因、表达载体发生自身环化或者目的基因反向接入分泌型表达载体中 ‎8．(2019·德州高三调研)凡是具有抗原性、接种于机体可产生特异性免疫、可抵抗传染病的发生和流行的物质均可称为疫苗。以下是三代乙肝疫苗的生产原理示意图，回答下列问题。‎ ‎(1)目前临床使用的乙肝疫苗是第二代疫苗。图中外衣壳蛋白基因A的大量扩增可通过________技术，需要用到的一种重要酶是________和________种引物。构建含基因A的重组质粒需要用到的工具酶是________。‎ ‎(2)据信息和所学知识分析：第一代疫苗基本处于淘汰的原因是：_______________________________________________________。‎ ‎(3)结合图中第二代、第三代疫苗的化学本质，分析推测哪一代疫苗利于运输及其原因：_______________________________。‎ ‎(4)处源DNA进入机体后，如果整合到人体基因组中可能会引起________和________发生突变而导致机体癌变，这也是第三代疫苗可能存在的安全隐患，目前正在研究中。‎ 解析　(1)目的基因大量扩增可通过PCR技术，该过程需要热稳定DNA聚合酶。由于DNA的结构特点是两条链反向平行，因此扩增过程需要2种引物。构建基因表达载体需要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶。(2)第一代疫苗用的是减毒或灭活的病毒，病毒有可能恢复致病性或引起血源性疾病。(3)从图中分析，第三代疫苗要比第二代疫苗更有利于运输，因为第三代疫苗本质是DNA，第二代疫苗本质是蛋白质，DNA的稳定性比蛋白质高。(4)细胞癌变的原因是原癌基因和抑癌基因发生突变。‎ 答案　(1)PCR　热稳定DNA聚合酶(或TaqDNA聚合酶)　2　限制酶与DNA连接酶 ‎(2)有引起血源性疾病的嫌疑(或病毒有可能恢复致病性)‎ ‎(3)第三代疫苗更有利于运输，因为第三代疫苗的本质是DNA，第二代疫苗的本质是蛋白质，DNA稳定性比蛋白质高 ‎(4)原癌基因　抑癌基因