【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．(2018·湖南衡阳一模)科学家利用PCR定点突变技术改造某基因，从而提高其生理功能效率。请据所学知识，回答下列问题：‎ ‎(1)PCR过程所依据的原理是______________，扩增过程需要加入________酶。‎ ‎(2)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，才能最终获得转基因植物。‎ ‎(3)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是____________________。‎ ‎(4)基因文库中cDNA文库与基因组文库相比，前者较小，原因是________________________________。‎ 答案　(1)DNA双链复制　耐高温的DNA聚合(或Taq)‎ ‎(2)农杆菌转化法　植物组织培养 ‎(3)鉴别和筛选含有目的基因的细胞 ‎(4)cDNA文库是通过生物发育的某个时期mRNA反转录产生的，这个时期并不是每个基因都进行转录，而基因组文库包含所有的基因 解析　(1)PCR的原理是DNA双链复制；扩增过程是在较高温度下进行的，因此需要加入耐高温的DNA聚合酶(或Taq酶)。‎ ‎(2)基因工程中，常用农杆菌转化法将基因表达载体导入植物细胞；将转基因植物细胞培育成转基因植株还需要采用植物组织培养技术，原理是植物细胞具有全能性。‎ ‎(3)重组质粒中抗生素抗性基因为标记基因，其作用是鉴别和筛选含有目的基因的细胞。‎ ‎(4)cDNA文库是通过生物发育的某个时期mRNA反转录产生的，而这个时期并不是每个基因都进行转录，而基因组文库包含所有的基因，所以cDNA文库比基因组文库小。‎ ‎2．(2018·安徽“皖南八校”三联)科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。但在进行基因工程的操作过程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—，请据图回答：‎ ‎(1)过程①所需要的酶是________。一般采用PCR技术扩增目的基因，前提要有一段已知目的基因的核苷酸序列，原因是______________________。‎ ‎(2)在构建基因表达载体的过程中，用________切割质粒，获取目的基因时只能用一种限制酶，应用__________________切割目的基因所在的外源DNA。用限制酶切割目的基因和载体后形成的黏性末端在DNA连接酶的催化作用中通过________原则进行连接。人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是____________________________________。‎ ‎(3)在过程③中一般将受体大肠杆菌用CaCl2溶液(Ca2＋)进行处理，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为____________。‎ 答案　(1)逆转录酶　根据这一序列合成引物 ‎(2)限制酶Ⅰ　限制酶Ⅱ　碱基互补配对　人的基因与大肠杆菌DNA分子的组成单位相同，结构相同，且具有相同的黏性末端 ‎(3)感受态细胞 解析　(1)据图可知，题图中是通过逆转录法来获取目的基因的，所以过程①所需要的酶应是逆转录酶；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引物。‎ ‎(2)结合图示可知，在构建基因表达载体过程中，应该用限制酶Ⅰ来切割质粒的，因为如果用限制酶Ⅱ切割质粒，会使两个标记基因都受到破坏；根据限制酶Ⅰ的识别序列和切点为“”、限制酶Ⅱ的识别序列和切点为“”，可知限制酶Ⅱ也能识别并切割限制酶Ⅰ的识别序列，所以应用限制酶Ⅱ切割目的基因所在的外源DNA。用限制酶切割目的基因和载体后形成的黏性末端在DNA连接酶的催化作用中通过碱基互补配对原则进行连接。人的基因与大肠杆菌DNA分子的组成单位、结构相同，且具有相同的黏性末端，所以人的基因能与大肠杆菌的DNA分子进行重组。‎ ‎(3)图中过程③表示将目的基因导入大肠杆菌，该过程中一般将受体大肠杆菌用CaCl2溶液(Ca2＋‎ ‎)进行处理，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。‎ ‎3．(2018·广东佛山市质检)油菜籽中蛋白质和油脂的相对含量，与酶1和酶2对共同底物丙酮酸的竞争有关。酶1促进蛋白质的合成，酶2促进油脂的合成。通过生物工程技术对油菜进行改造，以得到含有基因A的油菜，流程图如下。请据图作答：‎ ‎(1)上述改造过程中运用的生物工程技术是____________________。‎ ‎(2)通过__________________、______________或人工化学合成等方法，都可获取目的基因A。过程①中的处理方法为________。‎ ‎(3)过程④中要防止杂菌污染的原因是____________________________。通过过程④得到的油菜植株中，所有细胞________(填“一定”“不一定”或“一定不”)含有基因A。‎ ‎(4)已知转录时基因A的模板链与酶1基因的模板链互补。相对普通油菜，含基因A的油菜籽粒油脂含量显著提高，请分析其机理：________________________。‎ 答案　(1)基因工程、植物组织培养 ‎(2)从基因文库中获取　利用PCR技术扩增　Ca2＋处理法 ‎(3)杂菌会竞争培养基中的营养物质，还可能产生有毒有害物质　不一定 ‎(4)基因A转录的mRNA与酶1基因转录的mRNA互补，阻碍了酶1基因的mRNA翻译，降低了酶1含量，酶2对丙酮酸的竞争增强，促进了油脂合成 解析　(1)据图可知，上述过程最终把外源基因A导入了油菜细胞，此过程用到了基因工程技术，上述过程还需要把油菜的下胚轴细胞培养成油菜植株，此过程需要植物组织培养技术。‎ ‎(2)基因工程技术首先要获取目的基因，目前最常用的方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增，此外如果基因比较小，核苷酸序列又已知，也可以用化学方法直接人工合成。将基因导入微生物细胞时，需要用Ca2＋处理法，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这样可以提高目的基因的导入率。‎ ‎(3)过程④是植物组织培养过程，在此过程中，需要防止杂菌污染，否则杂菌会竞争培养基中的营养物质，还可能产生有毒有害物质，导致油菜幼苗的生长发育受到影响。将目的基因导入受体细胞时，不是所有的细胞都能成功导入目的基因，因此所有细胞不一定都含有基因A。‎ ‎(4)已知转录时基因A的模板链与酶1基因的模板链互补。相对普通油菜，含基因A的油菜籽粒油脂含量显著提高，其机理是：基因A转录的mRNA与酶1基因转录的mRNA互补，阻碍了酶1基因的mRNA翻译，降低了酶1含量，酶2对丙酮酸的竞争增强，促进了油脂合成。‎ ‎4．(2018·贵州黔东南州一模)2017年8月2日，中华人民共和国农业部官网发布《2017年农业转基因生物安全证书(进口)批准清单》包含耐除草剂大豆MON87705、耐除草剂油菜T45、耐除草剂玉米T25等10多个转基因生物系列，回答下列问题：‎ ‎(1)耐除草剂玉米T25植株的培育用到了基因工程技术，该过程以耐除草剂基因作为________(填“目的基因”或“标记基因”)。‎ ‎(2)如果将耐除草剂基因插入到Ti质粒的________上，通过农杆菌的转化作用，可使该基因转移进入玉米细胞，并将其插入到玉米细胞中染色体的DNA上，这种将耐除草剂基因导入玉米细胞的方法叫做________。‎ ‎(3)基因表达载体构建时，需用到________酶将耐除草剂基因和Ti质粒结合在一起，在基因表达载体中位于耐除草剂基因的首端和尾端分别具有________和________(填结构名称)，以启动和停止基因的转录。‎ ‎(4)在耐除草剂玉米T25植株的培育过程中________(填“能”或“不能”)用动物病毒作为耐除草剂基因导入玉米细胞的载体，原因是________________。‎ 答案　(1)目的基因　(2)T－DNA　农杆菌转化法 ‎(3)DNA连接　启动子　终止子 ‎(4)不能　病毒是专性寄生的，以动物病毒作为载体无法将目的基因导入到植物细胞(或农杆菌细胞)中 解析　(1)根据题意分析，利用基因工程技术培育了耐除草剂玉米T25植株，则耐除草剂基因为目的基因。‎ ‎(2)将目的基因导入植物细胞(玉米细胞)应该用农杆菌转化法，先将耐除草剂基因插入到Ti质粒的T－DNA上，通过农杆菌的转化作用，将目的基因导入玉米细胞，并将其插入到玉米细胞中染色体的DNA上。‎ ‎(3)构建基因表达载体时，需要利用DNA连接酶将目的基因(耐除草剂基因)与Ti质粒结合在一起，且目的基因必须插入启动子与终止子之间，以启动和停止基因的转录。‎ ‎(4)病毒是专性寄生的，以动物病毒作为载体无法将目的基因导入到植物细胞中，因此在耐除草剂玉米T25植株的培育过程中不能用动物病毒作为耐除草剂基因导入玉米细胞的载体。‎ ‎5．(2018·贵州适应性考试)人抗凝血酶Ⅲ是人体血液中一种重要的抗凝血因子，具有抑制血液中凝血酶活性的作用，利用人工合成的人抗凝血酶Ⅲ对治疗抗凝血酶缺失症有显著效果。下图表示利用乳腺生物反应器生产人抗凝血酶Ⅲ的过程。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)乳腺生物反应器是指将目的基因与________的启动子等调控组件重组在一起，通过显微注射导入哺乳动物受精卵，最终获得转基因动物。转基因动物进入哺乳期后，可以通过分泌乳汁来生产所需要的药品。若将上述过程中受体细胞改为大肠杆菌，生产出来的人抗凝血酶Ⅲ往往不具有生物活性，原因是____________________________________。‎ ‎(2)人抗凝血酶Ⅲ基因导入受精卵需要“分子运输车”(载体)。“分子运输车”应具备的条件是_______________________________________ _____________________。‎ ‎(3)完成过程②所需的技术是________；早期胚胎能够在代孕羊体内存活的原因是________________。‎ ‎(4)为了能从乳汁中分离出人抗凝血酶Ⅲ，需要对转基因羊进行性别鉴定，在胚胎移植前，最好取囊胚中________的细胞进行性别鉴定。转基因羊只有乳腺细胞分泌的乳汁中含有人抗凝血酶Ⅲ，其根本原因是________________________。‎ 答案　(1)乳腺蛋白基因　大肠杆菌不含内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工和修饰 ‎(2)自我复制的能力；有一个或多个限制酶的切割位点；带有标记基因；分子大小适宜 ‎(3)早期胚胎培养　受体对外来胚胎一般不发生免疫排斥反应 ‎(4)滋养层　人抗凝血酶Ⅲ基因只能在乳腺细胞中选择性表达 解析　动物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。据图分析，图中人抗凝血酶Ⅲ属于目的基因，过程①表示将目的基因导入受体细胞(供体羊的受精卵)，常用的方法是显微注射法；过程②表示早期胚胎培养；过程③表示胚胎移植技术。‎ ‎(1)根据以上分析已知，该过程中目的基因是人抗凝血酶Ⅲ基因，利用基因工程技术最终通过分泌乳汁来生产所需要的人抗凝血酶，因此应该将该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。若将受体细胞改为大肠杆菌，由于大肠杆菌没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工和修饰，因此生产出来的人抗凝血酶Ⅲ往往不具有生物活性。‎ ‎(2)基因工程中，作为运输目的基因的载体必须具备的条件有：自我复制的能力、有一个或多个限制酶的切割位点、带有标记基因、分子大小适宜等。‎ ‎(3)根据以上分析已知，过程②表示早期胚胎培养技术；由于受体细胞对外来胚胎一般不发生免疫排斥反应，因此早期胚胎能够在代孕羊体内存活。‎ ‎(4)用囊胚期胚胎进行性别鉴定时，可用分割针分割部分滋养层细胞进行性别鉴定；由于人抗凝血酶Ⅲ基因只能在乳腺细胞中选择性表达，所以转基因羊只有乳腺细胞分泌的乳汁中含有人抗凝血酶Ⅲ。‎ ‎6．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·安徽马鞍山质检)L－肉碱具有参与脂肪氧化、抗疲劳、延迟患阿尔茨海默综合症等功能。据报道大肠杆菌能将巴豆甜菜碱转化成L－肉碱，但效率较低。科研人员通过基因工程将BCD基因、F基因以及T基因导入到大肠杆菌细胞内以提高L－肉碱的转化率。实验过程及结果如下图所示，分析并回答下列问题：‎ ‎(1)实验过程中用PCR技术获得目的基因，PCR反应体系需要加入的有机物有DNA模板、dNTP、耐高温DNA聚合酶和______________。实验过程中不能将BCD基因、F基因以及T基因直接导入到大肠杆菌细胞内，而是构建重组质粒后再导入大肠杆菌，原因是________________，并能遗传给下一代。图中两个重组质粒目的基因的首端都含有启动子T7，T7是________识别和结合的部位，能驱动基因转录。‎ ‎(2)将重组质粒1和重组质粒2导入大肠杆菌时，应用____________处理大肠杆菌，使细胞处于______________________的感受态。‎ ‎(3)为了筛选出同时含有BCD基因、F基因以及T基因的大肠杆菌，实验的思路是____________________________________________________________。‎ ‎(4)研究发现巴豆甜菜碱转化成L－肉碱是一个可逆反应过程，得到的工程菌在含有巴豆甜菜碱培养基中培养2小时后，L－肉碱的含量基本稳定，此时可以____________________，以提高产量。‎ 答案　(1)(两种)引物　使目的基因在受体细胞中稳定存在，能够表达(使目的基因在受体细胞中完成转化)　RNA聚合酶 ‎(2)Ca2＋　易于吸收周围环境中DNA分子　‎ ‎(3)在同时含有卡那霉素和氯霉素培养基上挑选单克隆大肠杆菌 ‎(4)及时移除产物(更换培养液)，使反应向生成L－肉碱的方向进行 解析　(1)多聚酶链式反应(PCR)，是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，它能以极少量的DNA为模板，在几小时内复制出上百万份的DNA拷贝。PCR反应体系需要加入的有机物有DNA模板、dNTP、耐高温DNA聚合酶和(两种)引物。由于目的基因无法直接在受体细胞中表达，因此为了使目的基因在受体细胞中稳定存在，能够表达，并能遗传给下一代，实验过程中不能将BCD基因、F基因以及T基因直接导入到大肠杆菌细胞内，而是构建重组质粒后再导入大肠杆菌。图中两个重组质粒目的基因的首端都含有启动子T7，T7是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录。‎ ‎(2)使体外重组的DNA分子转移到受体细胞内，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。一般将受体大肠杆菌用Ca2＋处理，使细胞处于易于吸收周围环境中DNA分子的感受态，使含有目的基因的重组质粒容易进入受体细胞。‎ ‎(3)重组质粒1上含有BCD基因及卡那霉素抗性基因，重组质粒2上含有F基因、T基因及氯霉素抗性基因，因此在同时含有卡那霉素和氯霉素培养基上挑选得到的单克隆大肠杆菌，就是同时含有BCD基因、F基因以及T基因的大肠杆菌。‎ ‎(4)研究发现巴豆甜菜碱转化成L－肉碱是一个可逆反应过程，在可逆反应中，减少生成物浓度，可使反应向正方向进行。因此得到的工程菌在含有巴豆甜菜碱培养基中培养2小时后，L－肉碱的含量基本稳定，此时可以及时移除产物(更换培养液)，使反应向生成L－肉碱的方向进行，以提高产量。‎ ‎8．(2018·山东烟台二模)干扰素是动物和人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖及抗肿瘤作用。利用基因工程技术培育能生产干扰素的植物流程如图所示。请回答下列问题：‎ ‎(1)首先获取的动物干扰素基因称为________。利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是________________________。‎ ‎(2)过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是________和________。酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列________。‎ ‎(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用________处理根瘤农杆菌，其目的是__________________。‎ ‎(4)在培育愈伤组织的固体培养基中，除了无机盐、有机营养物质、琼脂、植物激素外，还需添加卡那霉素。卡那霉素的作用是______________________。在分子水平上通常采用________________技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。‎ 答案　(1)目的基因　干扰素基因两端的部分核苷酸序列 ‎(2)BamHⅠ　EcoRⅠ　不相同 ‎(3)Ca2＋　使其成为感受态细胞，处于一种能吸收周围环境中DNA的状态 ‎(4)筛选出导入重组质粒的植物细胞　DNA分子杂交 解析　(1)在基因工程中，获取的动物干扰素基因称为目的基因。利用PCR技术扩增干扰素基因时，需要依据干扰素基因两端的部分核苷酸序列设计引物序列。‎ ‎(2)题图显示：干扰素基因中存在SmaⅠ的识别位点，若使用SmaⅠ切割质粒和外源DNA，则会破坏干扰素基因，因此过程①所示的构建重组质粒时不能使用SmaⅠ切割。BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点位于目的基因的两侧，质粒上也有 BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点，因此，过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是BamHⅠ和EcoRⅠ。因BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点不同，所以酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列不相同。‎ ‎(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用Ca2＋处理根瘤农杆菌，使其成为感受态细胞，方便DNA分子进入。‎ ‎(4)重组质粒中含有的抗卡那霉素基因属于标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因，便于筛选。可见，在培育愈伤组织的固体培养基中添加卡那霉素的作用是筛选出导入重组质粒的植物细胞。在分子水平上检测干扰素基因是否导入受体细胞，通常采用DNA分子杂交技术。‎