2020屆高考生物藝考生大二輪總復(fù)習(xí) 上篇 專題九 生物技術(shù)與工程 第15講 基因工程和細(xì)胞工程課后鞏固提升

第15講基因工程和細(xì)胞工程一、選擇題1某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活(Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因)。有人將此質(zhì)粒載體用BamH酶切后，與用BamH酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌。結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有_(答出兩點(diǎn)即可)。而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動(dòng)子和終止子。(2)如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是_；并且_和_的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是_。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌單菌落，還需使用含有_的固體培養(yǎng)基。(3)基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于_。解析：(1)質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有：能夠自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因、具有一個(gè)至多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)等。(2)依題意可知，目的基因插入后，導(dǎo)致四環(huán)素抗性基因(Tetr)失活，而氨芐青霉素抗性基因(Ampr)仍能行使正常功能。如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含有環(huán)狀目的基因的細(xì)胞，因二者均不含氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上都不能生長(zhǎng)，所以是不能區(qū)分的；含有質(zhì)粒載體和含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的細(xì)胞，因二者都含氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上都能生長(zhǎng)，因此也是不能區(qū)分的。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基；因目的基因插入后，導(dǎo)致四環(huán)素抗性基因(Tetr)失活，含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌在該培養(yǎng)基中不能生長(zhǎng)，而含有質(zhì)粒載體的則能正常生長(zhǎng)。(3)噬菌體是專門寄生在細(xì)菌細(xì)胞中的病毒，在侵染細(xì)菌時(shí)，噬菌體的DNA進(jìn)入到細(xì)菌細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)外殼仍留在細(xì)胞外；在噬菌體的DNA的指導(dǎo)下，利用細(xì)菌細(xì)胞中的物質(zhì)來(lái)合成噬菌體的組成成分。據(jù)此可推知：基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來(lái)自于受體細(xì)胞。答案：(1)能自我復(fù)制、具有標(biāo)記基因(答出兩點(diǎn)即可)(2)二者均不含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均不生長(zhǎng)含有質(zhì)粒載體含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒(或答含有重組質(zhì)粒)二者均含有氨芐青霉素抗性基因，在該培養(yǎng)基上均能生長(zhǎng)四環(huán)素(3)受體細(xì)胞2研究人員利用PCR技術(shù)擴(kuò)增了目的基因，并培育了能合成凝乳酶的轉(zhuǎn)基因酵母菌。請(qǐng)結(jié)合下圖回答相關(guān)問(wèn)題：注：Hind和ApaL是兩種限制酶，箭頭表示酶的切割位點(diǎn)。(1)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因的原理是_。圖1中引物為單鏈DNA片段，它是根據(jù)_的脫氧核苷酸序列合成的。從理論上推測(cè)，第2輪循環(huán)產(chǎn)物中含有引物A的DNA片段所占的比例為_。(2)圖2所示的基因表達(dá)載體中的URA3基因能編碼乳清苷5磷酸脫羧酶，該酶能催化酵母菌尿嘧啶的合成，若酵母菌缺乏乳清苷5磷酸脫羧酶，就無(wú)法生長(zhǎng)，除非在培養(yǎng)基中加入尿嘧啶。利用URA3基因作為_基因來(lái)篩選轉(zhuǎn)化成功的酵母菌，要選擇_的酵母菌作為受體細(xì)胞，所使用的培養(yǎng)基_(填“需要”或“不需要”)添加尿嘧啶。(3)奶酪生產(chǎn)中的凝乳酶是一種分泌蛋白。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，_(填“能”或“不能”)選用大腸桿菌作為受體細(xì)胞表達(dá)出凝乳酶，原因是_。答案：(1)DNA雙鏈可進(jìn)行復(fù)制目的基因3/4(2)標(biāo)記缺乏URA3基因(或不能合成乳清苷5­磷酸脫羧酶)不需要(3)不能大腸桿菌無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體(或大腸桿菌無(wú)法對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行加工和修飾)3真核生物基因中通常含有內(nèi)含子，而原核生物基因中沒(méi)有，原核生物沒(méi)有真核生物所具有的切除內(nèi)含子對(duì)應(yīng)的RNA序列的機(jī)制。下圖表示基因文庫(kù)的制備和從基因文庫(kù)中提取胰島素基因的過(guò)程。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)從基因結(jié)構(gòu)分析，與基因組文庫(kù)中的基因相比，從cDNA文庫(kù)中獲得的目的基因缺少的結(jié)構(gòu)_(至少寫兩個(gè))等。圖中過(guò)程中存在的堿基配對(duì)方式有_(模板上的堿基在前)；過(guò)程所用的工具酶有_。(2)為了便于導(dǎo)入基因，細(xì)菌培養(yǎng)基中一般加入_，理由是_ 。(3)依據(jù)圖中雜交結(jié)果，應(yīng)選取培養(yǎng)基上_(填字母)菌落繼續(xù)培養(yǎng)，才能獲得含有胰島素基因的受體菌。(4)從大腸桿菌中獲得的“胰島素”未能達(dá)到期待的生物活性，從細(xì)胞結(jié)構(gòu)角度分析，其原因是_。答案：(1)啟動(dòng)子、終止子、內(nèi)含子AT，UA、GC、CG限制酶、DNA連接酶(2)CaCl2(或鈣離子)鈣離子使細(xì)菌處于感受態(tài)(或鈣離子能提高細(xì)菌從外界吸收DNA的能力)(3)a(4)大腸桿菌中缺少對(duì)胰島素進(jìn)行加工和修飾的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體4利用基因工程技術(shù)培育馬鈴薯新品種，目前已經(jīng)取得豐碩成果。請(qǐng)根據(jù)教材所學(xué)知識(shí)，回答下列問(wèn)題：(1)馬鈴薯易患多種疾病，導(dǎo)致其產(chǎn)量不高。通過(guò)導(dǎo)入抗病基因并使其表達(dá)可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中使用最多的抗病基因是_和病毒的復(fù)制酶基因。(2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用_法將目的基因?qū)腭R鈴薯受體細(xì)胞中。構(gòu)建好的基因表達(dá)載體基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標(biāo)記基因、_、_、_等五部分。(3)科學(xué)家還培育出抗除草劑的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，其設(shè)計(jì)方法：修飾除草劑作用的靶蛋白，使轉(zhuǎn)基因馬鈴薯對(duì)除草劑_(填“敏感”或“不敏感”)，或使靶蛋白過(guò)量表達(dá)，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯吸收除草劑后仍能_。(4)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，還需對(duì)轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行_。解析：(1)通過(guò)導(dǎo)入抗病基因并使其表達(dá)可以提高馬鈴薯產(chǎn)量，基因工程中作用最多的抗病基因是病毒外殼蛋白基因和病毒的復(fù)制酶基因。(2)馬鈴薯是雙子葉植物，常用土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)腭R鈴薯受體細(xì)胞中，構(gòu)建好的基因表達(dá)載體基本結(jié)構(gòu)包括目的基因、標(biāo)記基因、啟動(dòng)子、終止子、復(fù)制原點(diǎn)等五部分。(3)除草劑只能作用于雜草，不能作用于馬鈴薯，因此需要修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對(duì)除草劑不敏感(抵抗)，或使靶蛋白過(guò)量表達(dá)，植物吸收除草劑后仍能正常代謝。(4)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后，還需對(duì)轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行目的基因的檢測(cè)與鑒定。答案：(1)病毒外殼蛋白基因(2)土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化啟動(dòng)子終止子復(fù)制原點(diǎn)(3)不敏感正常代謝(4)目的基因的檢測(cè)與鑒定5基因表達(dá)載體的構(gòu)建是基因工程的核心。圖1為限制酶EcoR的識(shí)別序列示意圖，圖2表示目的基因及限制酶切點(diǎn)，圖3表示目的基因上的DNA片段，圖4表示質(zhì)粒。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)圖3為目的基因中的某一片段，連接處化學(xué)鍵的酶有_。(2)若利用PCR技術(shù)增加目的基因的數(shù)量，由圖2可知，A、B、C、D四種單鏈DMA片段中除了B作為引物外，_(填“A”“C”或“D”)亦可作為引物。(3)為了使目的基因和質(zhì)粒定向連接并且有利于受體細(xì)胞的篩選，提高重組效率，應(yīng)該選擇的限制酶是_。(4)如果大腸桿菌是受體細(xì)胞，則其體內(nèi)應(yīng)不含_，利于篩選出含重組質(zhì)粒的受體菌。解析：(1)處化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵，在復(fù)制過(guò)程中連接化學(xué)鍵的酶是DNA聚合酶，在基因工程中連接處化學(xué)鍵的酶是DNA連接酶。(2)若用PCR技術(shù)增加目的基因的數(shù)量，由圖2可知，DNA復(fù)制只能從5到3，因此構(gòu)建前利用PCR技術(shù)擴(kuò)增干擾素基因時(shí)，A、B、C、D四種單鏈DNA片段中應(yīng)選取B和C作為引物。(3)為了使目的基因和質(zhì)粒定向連接并且有利于受體細(xì)胞的篩選，提高重組效率，四環(huán)素抗性基因沒(méi)有被破壞，所以應(yīng)該選擇的限制酶是EcoR和Pst。(4)如果大腸桿菌是受體細(xì)胞，則其體內(nèi)應(yīng)不含抗四環(huán)素基因，以利于篩選出含重組質(zhì)粒的受體菌。答案：(1)DNA聚合酶和DNA連接酶(2)C(3)EcoR和Pst(4)抗四環(huán)素6我國(guó)某科研團(tuán)隊(duì)將小麥液泡膜Na/K逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(TaNHX2基因)轉(zhuǎn)移到水稻細(xì)胞內(nèi)，獲得了轉(zhuǎn)基因耐鹽水稻新品種。請(qǐng)回答下列有關(guān)問(wèn)題：(1)為保證目的基因在水稻細(xì)胞中能夠表達(dá)，運(yùn)載體上應(yīng)含有特定的_(填“復(fù)制原點(diǎn)”“啟動(dòng)子”或“標(biāo)記基因”)。(2)水稻的轉(zhuǎn)化過(guò)程：將水稻幼胚接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基上，經(jīng)過(guò)_過(guò)程，培養(yǎng)出愈傷組織，然后用_法，將目的基因和相關(guān)功能片段整合到愈傷組織細(xì)胞的染色體DNA上，最后誘導(dǎo)愈傷組織形成水稻植株。(3)為驗(yàn)證外源基因整合到水稻基因組后是否轉(zhuǎn)錄，可從轉(zhuǎn)基因植株的細(xì)胞中提取所有mRNA并反轉(zhuǎn)錄成_再以反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為模板，利用TaNHX2基因?yàn)樘禺愐?，通過(guò)_技術(shù)進(jìn)行基因擴(kuò)增。若以根細(xì)胞為材料，擴(kuò)增結(jié)果為陽(yáng)性(有產(chǎn)物生成)，以葉細(xì)胞為材料，擴(kuò)增結(jié)果為陰性(無(wú)產(chǎn)物生成)，則說(shuō)明_。(4)將生長(zhǎng)至4葉期的轉(zhuǎn)基因幼苗轉(zhuǎn)入高濃度的NaCl溶液中培養(yǎng)，進(jìn)行耐鹽試驗(yàn)，用非轉(zhuǎn)基因幼苗作為對(duì)照。培養(yǎng)30天后觀察現(xiàn)象，若_，則說(shuō)明轉(zhuǎn)基因植株獲得了耐鹽特性。解析：(1)基因表達(dá)是指轉(zhuǎn)錄和翻譯形成蛋白質(zhì)，其中轉(zhuǎn)錄是由啟動(dòng)子啟動(dòng)的，因此為保證目的基因在水稻細(xì)胞中能夠表達(dá)，運(yùn)載體上應(yīng)含有特定的啟動(dòng)子。(2)愈傷組織是外植體經(jīng)過(guò)脫分化過(guò)程形成的；將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(3)mRNA反轉(zhuǎn)錄形成cDNA(互補(bǔ)DNA)；PCR技術(shù)可在體外擴(kuò)增基因；若以根細(xì)胞為材料擴(kuò)增結(jié)果為陽(yáng)性(有產(chǎn)物生成)，以葉細(xì)胞為材料擴(kuò)增結(jié)果為陰性(無(wú)產(chǎn)物生成)，則說(shuō)明目的基因(TaNHX2基因)僅在根細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，未在葉細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄。(4)將生長(zhǎng)至4葉期的轉(zhuǎn)基因幼苗轉(zhuǎn)入高濃度的NaCl溶液中培養(yǎng)，進(jìn)行耐鹽試驗(yàn)，用非轉(zhuǎn)基因幼苗作為對(duì)照，培養(yǎng)30天后觀察現(xiàn)象，若轉(zhuǎn)基因植株獲得了耐鹽特性，則轉(zhuǎn)基因植株存活率高于非轉(zhuǎn)基因植株(轉(zhuǎn)基因植株葉片不變黃，非轉(zhuǎn)基因植株葉片變黃，其它答案合理可給分)。答案：(1)啟動(dòng)子(2)脫分化農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化(3)cDNA(互補(bǔ)DNA)PCR目的基因(TaNHX2基因)僅在根細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄，未在葉細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄(僅回答“基因選擇性表達(dá)”不正確)(4)轉(zhuǎn)基因植株存活率高于非轉(zhuǎn)基因植株7請(qǐng)回答下列有關(guān)核移植方面的問(wèn)題：(1)目前，科學(xué)家通過(guò)細(xì)胞核移植實(shí)驗(yàn)，培育出多種哺乳動(dòng)物新類型。在牛的核移植實(shí)驗(yàn)中。一般通過(guò)_(物理方法)激活受體細(xì)胞，使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程；當(dāng)胚胎發(fā)育到_階段時(shí)，將胚胎植入代孕牛體內(nèi)。(2)在利用核移植技術(shù)進(jìn)行治療性克隆時(shí)，需要取患者體細(xì)胞的細(xì)胞核，移入一個(gè)已經(jīng)去核的卵母細(xì)胞中，構(gòu)成重組細(xì)胞。這個(gè)過(guò)程中，所用的去核卵母細(xì)胞一般處于_期；所用的供體細(xì)胞一般選用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，原因是_；將患者的體細(xì)胞核植入去核的卵母細(xì)胞中構(gòu)建重組細(xì)胞后進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，而不是直接用體細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的原因是_。(3)經(jīng)核移植獲得的重組細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)液中通常要添加_等一些天然成分，而氣體中CO2的主要作用是_。培養(yǎng)過(guò)程中，為了清除代謝產(chǎn)物，防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞造成危害，應(yīng)定期_。解析：(1)在核移植實(shí)驗(yàn)中，激活受體細(xì)胞使其完成細(xì)胞分裂和發(fā)育進(jìn)程一般采用的物理方法是電脈沖(或電刺激)。當(dāng)牛的胚胎發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段時(shí)，可將其向受體移植。(2)在核移植過(guò)程中，作為受體細(xì)胞的去核卵母細(xì)胞一般處于減數(shù)第二次分裂中期。用于核移植的供體細(xì)胞一般都選用傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞，原因是傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞能保持正常的二倍體核型。體細(xì)胞核在體細(xì)胞中不能表現(xiàn)全能性，而卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)可以給它提供表達(dá)全能性的環(huán)境。(3)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基屬于合成培養(yǎng)基，常需加入血清、血漿等一些天然成分。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中，為了清除代謝產(chǎn)物，防止代謝產(chǎn)物積累對(duì)細(xì)胞造成危害，應(yīng)定期更換培養(yǎng)液。答案：(1)電脈沖(或電刺激)桑椹胚或囊胚(2)M中(減數(shù)第二次分裂中)傳代10代以內(nèi)的細(xì)胞能保持正常的二倍體核型體細(xì)胞核在體細(xì)胞中不能表現(xiàn)全能性，而卵母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)可以給它提供表達(dá)全能性的環(huán)境(3)血清、血漿維持培養(yǎng)液的pH更換培養(yǎng)液8甲、乙是染色體數(shù)目相同的兩種二倍體藥用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小組擬培育同時(shí)含有A和B的新型藥用植物?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)為了培育該新型藥用植物，可取甲和乙的葉片，先用_酶和_酶去除細(xì)胞壁，獲得具有活力的_，再用化學(xué)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)二者融合。形成的融合細(xì)胞進(jìn)一步培養(yǎng)形成_組織，然后經(jīng)過(guò)_形成完整的雜種植株。這種培養(yǎng)技術(shù)稱為_。(2)上述雜種植株屬于多倍體，多倍體是指_。假設(shè)甲與乙有性雜交的后代是不育的，而上述雜種植株是可育的，造成這種差異的原因是_。(3)這種雜種植株可通過(guò)制作人工種子的方法來(lái)大量繁殖。經(jīng)植物組織培養(yǎng)得到的_等材料用人工薄膜包裝后可得到人工種子。解析：(1)細(xì)胞壁的主要成分為纖維素和果膠，去除時(shí)用果膠酶和纖維素酶。原生質(zhì)體融合后經(jīng)誘導(dǎo)形成愈傷組織，再分化形成雜種植株。這一技術(shù)即為植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。(2)多倍體指由受精卵發(fā)育而來(lái)，體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體。甲、乙有性雜交的后代在減分裂前期染色體聯(lián)會(huì)異常，不能形成配子。(3)人工種子是由組織培養(yǎng)得到的胚狀體。不定芽、腋芽、頂芽等材料用人工薄膜包裝后得到的。答案：(1)纖維素果膠原生質(zhì)體愈傷再分化(或分化)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)(2)體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體在減數(shù)分裂過(guò)程中，前者染色體聯(lián)會(huì)異常，而后者染色體聯(lián)會(huì)正常(3)胚狀體、不定芽、頂芽、腋芽7