2022高考生物一轮复习 课时练39 基因工程（含解析）新人教版.docx

1、基因工程1.(2020山东临沂一中月考)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白。某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图图像如下所示,请回答下列问题。(1)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计引物时需要避免引物之间形成,造成引物自连。(2)图中步骤1代表,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。(3)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、

2、碱基组成有关,长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(4)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有(填序号)。升高退火温度降低退火温度重新设计引物2.(2020山东青岛二模)质粒P含有氨苄青霉素抗性基因(Ampr)和四环素抗性基因(Tetr),外源DNA的插入会导致插入部位基因的失活。重组人干扰素a-1b是我国第一个国内批准生产的基因工程药物。下图所示为利用质粒P和人干扰素基因构建基因表达载体P1的示意图。回答下列问题。限制酶EcoRSau3ABamH识别序列及切割位点(1)据图分析,为便于过程所获得的目的基因片段能够顺利与质粒P连接,需要在目的基因片段加上序列。成功导入P1

3、的受体菌落具有的抗药性特点为。(2)过程用到的酶为。为了保证目的基因能够正常表达,在构建P1时需要将目的基因插入之间。(3)科学家最早就是利用基因工程方法在大肠杆菌和酵母菌细胞内获得了干扰素,利用大肠杆菌作为受体菌的优点是。(4)若要检测是否表达出干扰素,可用(物质)对工程菌中提取的蛋白质进行检测。3.识图作答。(1)PCR技术的中文名称为,加热使DNA双链打开,这一步是打开氢键,在细胞中是在酶的作用下进行的。(2)当温度降低时,引物与模板末端结合,在酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2个DNA分子,此过程中的原料是,遵循的原则是。(3)PCR技术使DNA分子大量复制,若将一个用15N标记的

4、DNA分子放入试管中,以14N标记的脱氧核苷酸为原料,连续复制4次之后,则15N标记的DNA分子占全部DNA分子的比例为。在基因工程中,把选出的目的基因(共2 000个脱氧核苷酸对,其中腺嘌呤脱氧核苷酸是860个)放入DNA扩增仪中扩增4代,那么,在扩增仪中应放入胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是,其中在第四代利用的胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是。4.(2020贵州铜仁三模)糖尿病发病率在我国近30年来增长极为迅速,发病的年龄大大提前,这与人们不健康的生活方式有关,同时也与患者体内胰岛素的缺乏有关。生产速效胰岛素以及利用转基因技术实现胰岛素的批量生产就成为目前治疗糖尿病的新思路,回答下列有关问题。(1)速效胰

5、岛素的获得是科学家将胰岛素B链的第28与第29个氨基酸调换顺序后实现的。该过程中,需要对(填“胰岛素”“胰岛素基因”或“胰岛”)进行定向改造。(2)利用转基因技术实现胰岛素的批量生产,其关键操作环节是。(3)对于胰岛素基因的获取,一是通过从细胞中提取合成的胰岛mRNA,经过逆转录过程合成;二是通过分析胰岛素的序列,进行人工合成。利用上述两种方法获得的基因结构(填“相同”或“不同”)。(4)为了将改造后的分子顺利导入大肠杆菌体内,一般需要用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使之成为细胞。若将重组的DNA导入植物细胞可采用的方法有(写出两种)。5.Bar基因存在于青麻、黑麦草等生物体内,其编码的酶可使除

6、草剂草丁膦失去毒害作用。培育转Bar基因大豆,对于控制豆田杂草有重要意义。为了把Bar基因导入大豆细胞,需将Bar基因插入pUc18质粒中构建中间表达载体,然后与Ti质粒重组为重组表达载体系统。如图为pUc18质粒的结构示意图,回答下列问题。(1)不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因,原因是。(2)构建中间表达载体时,为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒,需将Bar基因插入到pUc18质粒的中形成重组质粒并导入大肠杆菌,然后在添加的培养基上培养大肠杆菌,菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)中间表达载体需插入到Ti质粒的中才能将Bar基因整合到植物细胞的染色体

7、DNA上,原因是。(4)可通过法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需,经脱分化形成,再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。6.菌体展示技术是将外源蛋白基因插入噬菌体外壳蛋白结构基因,使外源蛋白基因随外壳蛋白结构基因的表达而表达,同时,外源蛋白随菌体的重新组装而展示到菌体表面的生物技术,过程如下图所示。请回答相关问题。(1)将外源蛋白基因进行PCR扩增时,第一次加热的作用是,加热的作用类似于细胞内(填物质名称)的功能。(2)过程表示,其实质为。(3)若用32P标记重组菌体的DNA,用上述过程证明DNA是遗传物质,该设计是否严谨?。原因是。(4)科学工作者将人体

8、某种抗体基因插入菌体外壳蛋白结构基因进行上述展示,结果没有得到抗体或得到的抗体不具有活性,原因可能是。7.反义基因是通过产生的mRNA分子,与相关基因产生的mRNA进行互补,来阻断非正常蛋白质合成。图1为不同的限制酶及相应的切割位点。图2为科学实验中利用小分子量的A反义基因的实例。据图回答下列问题。(1)基因工程中,A基因可以用(仪器)合成,利用该仪器还可以合成等。若想将图2中的A基因反向连接到结构甲中,应该用限制酶切割A基因和结构甲。DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,可以“缝合”平末端和黏性末端。(2)用含A反义基因的农杆菌感染植物细胞的原生质体后,可用含有的培养基进行筛选。培养一

9、段时间后,在高浓度的蔗糖溶液中,观察细胞来鉴别细胞壁是否再生。(3)导入的A反义基因能转录A反义RNA,且能与正常RNA互补,抑制A基因表达过程中的。课时规范练39基因工程1.答案:(1)碱基互补配对(2)变性(3)引物与模板GC含量高(4)解析:(1)构建重组质粒,首先要用限制酶切割含目的基因的DNA片段和质粒,所以位于目的基因两端的引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点,设计的引物之间不能有碱基互补配对,否则引物自连,不能与模板相连。(2)图中步骤1、2、3分别代表变性、退火、延伸,这三个步骤组成一轮循环。(3)退火表示引物与模板相连,若退火温度过高会破坏引物与模板的碱基配对;由于GC之

10、间有三个氢键,AT之间有两个氢键,所以GC含量越高的引物,退火温度越高。(4)PCR反应得不到任何扩增产物,可能是退火温度过高,导致引物与模板不能相连或引物间相互配对,引物自连,不能与模板相连,因此,可通过降低退火温度或重新设计引物进行改进。2.答案:(1)GATC具有四环素抗药性,没有氨苄青霉素抗药性(2)BamH和DNA连接酶启动子和终止子(3)繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少(4)干扰素抗体解析:(1)由图可知,目的基因两侧都是黏性末端,根据表中三种限制酶的识别序列和切割位点(EcoR酶切形成的是平末端,Sau3A和BamH酶切形成的末端都是黏性末端,且碱基序列均为(GATC)可知,

11、还需在引物的一端加上GATC序列,以便于P1的构建和筛选。若用Sau3A切割会同时破坏氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,若用限制酶EcoR切割,产生的是平末端,且会破坏复制原点,因此不能用EcoR和Sau3A切割,应该用BamH切割,其会破坏氨苄青霉素抗性基因,不会破坏四环素抗性基因,因此成功导入P1的受体菌落具有四环素抗药性,没有氨苄青霉素抗药性。(2)据以上分析可知,过程表示构建基因表达载体的过程,需要用到限制酶和DNA连接酶,其中限制酶为BamH。为了保证目的基因能够正常表达,在构建P1时需要将目的基因插入启动子和终止子之间。(3)大肠杆菌具有繁殖快、多为单细胞、遗传物质相对较少等特点

12、,常利用大肠杆菌作为受体菌。(4)若要检测是否表达出干扰素,可用干扰素抗体对工程菌中提取的蛋白质进行检测。3.答案:(1)多聚酶链式反应解旋(2)Taq4种脱氧核苷酸碱基互补配对原则(3)1/817 1009 120解析:(1)PCR是多聚酶链式反应的缩写。加热使DNA双链打开,这一步是打开氢键,在细胞中是在解旋酶的作用下进行的。(2)当温度降低时,引物与模板末端结合,在Taq酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2个DNA分子,此过程中的原料是4种脱氧核苷酸,遵循的原则是碱基互补配对原则。(3)PCR技术使DNA分子大量复制,若将一个用15N标记的DNA分子放入试管中,以14N标记的脱氧核苷酸

13、为原料,连续复制4次之后,总DNA数达到24=16个,其中含15N的DNA是2个,所以15N标记的DNA分子占全部DNA分子的比例为2/16=1/8。根据题意可知:A=T=860,总碱基数是4000,所以G=C=1140,那么扩增4代,需要提供的胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是1140(24-1)=17100个。其中在第四代共产生8个DNA,所以在该过程中利用的胞嘧啶脱氧核苷酸的个数是11408=9120个。4.答案:(1)胰岛素基因(2)基因表达载体的构建(3)胰岛B氨基酸不同(4)感受态农杆菌转化法、花粉管通道法解析:(1)速效胰岛素是通过蛋白质工程获得的,是自然界不存在的蛋白质,所以需要对胰岛素

14、基因进行定向改造。(2)基因工程的核心步骤是构建基因表达载体。(3)获取目的基因,即胰岛素基因,一是通过从能表达胰岛素基因的胰岛B细胞中提取合成的胰岛素mRNA,经过逆转录过程合成;二是通过分析胰岛素的氨基酸序列,根据密码子表推出mRNA中碱基序列,进而推出基因中的碱基序列,进行人工合成。因为密码子具有简并性,即不同密码子可能对应同一种氨基酸,所以利用上述两种方法获得的基因结构是不同的。(4)受体细胞是大肠杆菌时,为了使目的基因能顺利导入大肠杆菌细胞内,一般需要用CaCl2处理,目的是增大大肠杆菌的通透性,使其成为感受态细胞。将重组的DNA导入植物细胞常采用的方法有农杆菌转化法、花粉管通道法等

15、。5.答案:(1)黑麦草与大豆之间存在生殖隔离(2)lacZ氨苄青霉素和X-gal(3)T-DNAT-DNA可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上(4)显微注射再生出细胞壁愈伤组织解析:(1)由于黑麦草与大豆之间存在生殖隔离,因此不能利用黑麦草与大豆进行有性杂交的方法让大豆获得Bar基因。(2)根据图中信息可知,lacZ基因编码-半乳糖苷酶,- 半乳糖苷酶可以将培养基中的X-gal水解,使菌落呈蓝色,否则菌落呈白色。因此,构建中间表达载体时,为了便于筛选出含有Bar基因的重组质粒,需将Bar基因插入到pUc18质粒的lacZ中形成重组质粒并导入大肠杆菌,然后在添加氨苄青霉素和X-ga

16、l的培养基上培养大肠杆菌,菌落呈白色的即为含中间表达载体的大肠杆菌。(3)Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。根据这一特点,如果将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上。(4)可通过显微注射法直接将重组表达载体导入大豆细胞的原生质体。导入Bar基因的原生质体需再生出细胞壁,经脱分化形成愈伤组织,再进一步分化才能获得转Bar基因大豆植株。6.答案:(1)使DNA解螺旋解旋酶(2)噬菌体侵染大肠杆菌的过程将DNA注入大肠杆菌细胞(3)不严谨没有设置35S标记噬菌体外壳组实验进行对照(4)该

17、抗体基因不能在大肠杆菌细胞中表达或抗体基因表达后不能在大肠杆菌细胞中进行加工解析:(1)PCR扩增时先用高温处理使DNA解螺旋,与解旋酶的作用相同。(2)根据图示,是噬菌体侵染大肠杆菌的过程,其实质是把DNA注入大肠杆菌,蛋白质外壳留在外面。(3)要证明DNA是遗传物质,需要设置两组实验,分别用32P和35S标记的噬菌体侵染大肠杆菌,只用其中一组不严谨。(4)将抗体基因插入噬菌体外壳蛋白结构基因中进行上述展示,由于该抗体基因不能在大肠杆菌中表达或抗体基因表达后不能在大肠杆菌中加工,导致得到的抗体没有活性。7.答案:(1)DNA合成仪引物(或探针)EcoR、BamHT4DNA连接酶(2)抗生素是否发生质壁分离(3)翻译解析:(1)基因工程中,可以用DNA合成仪合成所需基因和引物等。A的两端和甲中都有EcoR、BamH识别位点,所以想将图2中的A基因反向连接到结构甲中,应该用EcoR、BamH限制酶切割A基因和结构甲。T4DNA连接酶可以“缝合”平末端和黏性末端。(2)因为质粒上有抗生素抗性基因,用含A反义基因的农杆菌感染植物细胞的原生质体后,可用含有抗生素的培养基进行筛选。培养一段时间后,在高浓度的蔗糖溶液中,观察细胞是否发生质壁分离来鉴别细胞壁是否再生。(3)导入的A反义基因能转录A反义RNA,且能与正常RNA互补,抑制A基因表达过程中的翻译过程。