高考生物二轮复习基因工程与克隆技术学前诊断

畅游学海 敢搏风 浪誓教 金榜题 名。决 战高考 ,改变 命运。 凌风破 浪击长 空,擎 天揽日 跃龙门

“基因工程与克隆技术”学前诊断
考点一 基因工程与蛋白质工程 1.(2016·武汉调研)镰刀型细胞贫血症是一种单基因遗传病,患者的血红蛋白分子 β 肽链第 6 位氨基酸谷氨酸被缬氨酸代替,导致功能异常。回答下列问题: (1)异常血红蛋白的氨基酸序列改变的根本原因是编码血红蛋白基因的__________序列 发生改变。 (2)将正常的血红蛋白基因导入患者的骨髓造血干细胞中,可以合成正常的血红蛋白达 到治疗的目的。此操作 ________( 填“属于”或“不属于”)蛋白质工程,理由是该操作 ________________________。 (3)用基因工程方法制备血红蛋白时,可先提取早期红细胞中的____________,以其作 为 模 板 , 在 ______________ 酶 的 作 用 下 反 转 录 合 成 cDNA 。 cDNA 与 载 体 需 在 ____________________酶的作用下,拼接构建基因表达载体,导入受体菌后进行表达。 (4)检测受体菌是否已合成血红蛋白,可从受体菌中提取________,用相应的抗体进行 __________杂交,若出现杂交带,则表明该受体菌已合成血红蛋白。 解析: (1)基因是具有遗传效应的 DNA 片段, 遗传信息储存在基因碱基对的排列顺序中。 (2)蛋白质工程是指通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋 白质,以满足人类的生产和生活的需求,故题中所述不属于蛋白质工程。(3)利用逆转录法 获取目的基因时,需先提取 mRNA,在逆转录酶的作用下逆转录合成 cDNA。cDNA 与载体需要 在限制酶和 DNA 连接酶的作用下拼接构建成基因表达载体,才可导入受体菌。(4)检测目的 基因是否翻译成蛋白质, 需要从转基因生物中提取蛋白质, 用相应的抗体进行抗原—抗体杂 交。 答案:(1)碱基对 (2)不属于 没有对现有的蛋白质进行改造 抗原—抗体 (3)mRNA 逆转录 限

制酶和 DNA 连接 (4)蛋白质

2.下图是科学家利用大肠杆菌生产人胰岛素的部分过程。请结合相关知识回答问题:

(1)除图示方法获得目的基因(人胰岛素基因)外,还可通过__________的方法获得目的 基因。 (2) 图 示 所 获 得 的 人 胰 岛 素 基 因 在 大 肠 杆 菌 中 不 能 表 达 , 需 要 质 粒 为 其 提 供 ________________等调控因子; 质粒含有一个或多个__________切割位点, 供目的基因插入

1

其中;质粒上还含有______,供重组 DNA 的鉴定和选择。 (3)图中切割人胰岛素基因和质粒的酶(酶 A)相同,其目的是________________。将重 组 DNA 分子导入大肠杆菌前,常需用________处理大肠杆菌,使其成为感受态细胞。 (4)由于大肠杆菌中没有________________________等结构,其内合成的人胰岛素没有 活性,需要经过再加工。解析:(1)获得目的基因的方法除题图所示方法外,还有人工合成 法。 (2)图示所获得的人胰岛素基因由于不含启动子和终止子, 因此需要载体——质粒提供。 质粒上还应含有一个或多个限制酶切割位点, 供目的基因插入其中; 质粒上还含有标记基因, 供重组 DNA 的鉴定和选择。 (3)用同一种限制酶切割目的基因和质粒, 以便获得相同的末端。 将重组 DNA 分子导入大肠杆菌前,需用 Ca 处理大肠杆菌,使其成为感受态细胞。(4)由于 大肠杆菌中没有内质网、 高尔基体等结构, 其内合成的人胰岛素没有活性, 需要经过再加工。 答案:(1)人工合成 Ca
2+ 2+

(2)启动子、终止子

限制酶

标记基因

(3)获得相同的末端

(4)内质网、高尔基体 3.(2016·天津高考)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。

下图是以基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。

(1)为获取 HSA 基因,首先需采集人的血液,提取______合成总 cDNA,然后以 cDNA 为 模板,使用 PCR 技术扩增 HSA 基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向, 请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。

(2)启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达 rHSA 的载体, 需要选择的启动子是________(填写字母,单选)。 A.人血细胞启动子 C.大肠杆菌启动子 B.水稻胚乳细胞启动子 D.农杆菌启动子

(3) 利 用 农 杆 菌 转 化 水 稻 受 体 细 胞 的 过 程 中 , 需 添 加 酚 类 物 质 , 其 目 的 是 ________________________________________________________________________。 (4)人体合成的初始 HSA 多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与途 径Ⅱ相比,选择途径Ⅰ获取 rHSA 的优势是____________________________________ ________________________。 (5)为证明 rHSA 具有医用价值,须确认 rHSA 与______的生物学功能一致。 解析:(1)要想合成总 cDNA,需要采集人的血液获得总 RNA。由于 DNA 的复制只能从脱 氧核苷酸单链的 5′端向 3′端延伸,因而引物均应结合在 DNA 单链的 3′端,而 DNA 的两 条链反向平行,由此可以确定引物在另一条脱氧核苷酸单链的位置和方向。(2)若要从水稻
2

胚乳细胞内获得目的产物, 需要控制该目的基因只在水稻胚乳细胞内表达。 由题干中的信息 “启动子通常具有物种及组织特异性”可知,此处需要选择水稻胚乳细胞启动子。(3)酚类 物质能吸引农杆菌, 因此在水稻受体细胞中添加该类物质, 能吸引农杆菌移向水稻受体细胞, 有利于目的基因的成功转化。(4)途径Ⅰ和Ⅱ的主要区别是途径Ⅰ的受体细胞是真核细胞, 途径Ⅱ的受体细胞是原核细胞。 由于人体合成的初始 HSA 多肽需要经膜系统加工形成正确的 空间结构才有生物活性,所以选择途径Ⅰ获取 rHSA 更具有优势。(5)rHSA 是基因工程的产 物, 其是否具有医用价值, 还需要在个体水平上进一步确认其与 HSA 的生物学功能是否一致。 答案:(1)总 RNA(或 mRNA)

(2)B (3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞, 有利于目的基因成功转化 (4)水稻是真核生 物,具有膜系统,能对初始 rHSA 多肽进行高效加工 (5)HSA 4.(2016·江苏高考)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图 1、图 2 中标注了相 关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题: 限制酶 识别序 列及切 割位点

BamHⅠ

BclⅠ

Sau3AⅠ

HindⅢ

图1

图2 (1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒, 应选用__________________两种限制酶切割, 酶切后的载体和目的基因片段,通过________酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒, 需将其转入处于________态的大肠杆菌。 (2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加________,平 板 上 长 出 的 菌 落 , 常 用 PCR 鉴 定 , 所 用 的 引 物 组 成 为 图 2 中

________________________________________________________________________。 (3)若 BamHⅠ酶切的 DNA 末端与 BclⅠ酶切的 DNA 末端连接,连接部位的 6 个碱基对序
3

列为________________________,对于该部位,这两种酶________(填“都能”“都不能” 或“只有一种能”)切开。 (4)若用 Sau3AⅠ切图 1 质粒最多可能获得________种大小不同的 DNA 片段。 解析:(1)基因工程中选择合适的限制酶切割质粒和目的基因时,应保留目的基因和至 少一个标记基因结构的完整性,即遵循“目的基因切两侧,标记基因留一个”的基本原则, 最好选择切割产生不同末端的两种限制酶同时切割质粒和目的基因, 以避免目的基因的反向 插入带来的不正常表达, 因此据图分析应选择的限制酶为 BclⅠ和 HindⅢ, 切割后质粒上保 留的四环素抗性基因作为标记基因。 酶切后的载体和目的基因通过 DNA 连接酶的作用形成重 组质粒,重组质粒需要导入 Ca 处理后的处于感受态的大肠杆菌(处于感受态的大肠杆菌细 胞膜的通透性大大增加,便于重组质粒进入)。(2)由上述分析可知,为了筛选出导入重组质 粒的大肠杆菌, 应先配制含四环素的选择培养基, 平板上长出的菌落为导入普通质粒或重组 质粒的大肠杆菌菌落,进一步鉴定出导入重组质粒的大肠杆菌,可利用 PCR 扩增的方式,结 合电泳技术来分析处理。DNA 的两条链是反向平行的,在 PCR 过程中,当引物与 DNA 母链通 过碱基互补配对结合后,DNA 聚合酶只能从引物的 3′端延伸 DNA 链,因此应选择引物甲和 引物丙。(3)因为 BclⅠ和 BamHⅠ酶切产生的黏性末端相同,所以可以被 DNA 连接酶连接, T GATC C?G GATC A? 连接部位的 6 个碱基对序列为 但是连接后形成的 DNA 中不再具有 BclⅠ ? ?, A CTAG G?C CTAG T? 和 BamHⅠ的识别序列,连接部位不能被这两种酶切开。(4)由图可知,能被限制酶 BclⅠ和
2+

BamHⅠ切割的序列也能被 Sau3AⅠ识别并切割,因此图中质粒上存在 3 个 Sau3AⅠ的切割位
点,若将 3 个切割位点之间的 DNA 片段分别编号为 a、b 和 c,则完全酶切(3 个切割位点均 被切割)会产生 3 种大小的 DNA 片段,即为 a、b 和 c;考虑只切 1 个切割位点,有三种情况, 都产生一种大小的 DNA 片段,即大小均为 a+b+c;考虑切 2 个切割位点,则会产生 a+b、

c、a+c、b、b+c、a 几种不同大小的 DNA 片段。综上所述,若用 Sau3AⅠ识别并切割图中
质粒,最多可获得 7 种大小的 DNA 片段,即为 a+b+c、a+b、a+c、b+c、a、b、c。 答案:(1)BclⅠ和 HindⅢ 连接 感受 (2)四环素 引物甲和引物丙 T GATC C (3) A CTAG G

?G GATC A? ? ? ?C CTAG T?
都不能 (4)7 5.多聚半乳糖醛酸酶(PG)能降解果胶,使细胞壁破损。成熟的番茄果实 PG 的合成量显 著增加,能使果实变红变软,但不利于保鲜。利用基因工程的方法减少 PG 基因的表达,可 延长番茄的保质期。科学家将 PG 基因接到 Ti 质粒上,导入番茄细胞中,得到转基因番茄。 请回答下列问题: (1) 转 基 因 番 茄 的 培 育 过 程 中 涉 及 的 工 程 手 段 所 依 据 的 生 物 学 原 理 是

4

______________________________。 对该农产品进行销售时需进行标注, 以维护消费者对转 基因产品的__________和__________。一些消费者担心转基因番茄的安全性,主要表现在 ________________________________________________________________________ (至少答出一点。) (2) 将 PG 基 因 接 到 Ti 质 粒 上 , 属 于 基 因 工 程 操 作 流 程 中 的 ________________________________________________________________________。 (3) 将 含 有 目 的 基 因 的 番 茄 细 胞 培 育 成 转 基 因 番 茄 植 株 , 需 经 过 ____________ 和 ____________ 的 过 程 。 若 想 获 得 转 基 因 番 茄 的 人 工 种 子 , 需 以 植 物 组 织 培 养 得 到 的 ______________________________________等为材料,经过人工薄膜包装而得到。 解析:(1)转基因番茄的培养过程用到的工程手段有基因工程和植物细胞工程,应用的 原理分别是基因重组和植物细胞的全能性;我国的《基因工程安全管理办法》是为了维护消 费者对转基因产品的知情权和选择权。一些消费者认为不能对转基因食品的安全性掉以轻 心,主要表现在担心出现滞后效应、担心出现新的过敏原、担心营养成分的改变等。(2)将 PG 基因接到 Ti 质粒上,属于基因工程的核心步骤,即基因表达载体的构建。(3)植物组织 培养过程需经过脱分化和再分化过程。所谓人工种子,就是以植物组织培养得到的胚状体、 不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。 答案: (1)基因重组和植物细胞的全能性 知情权 选择权 担心出现滞后效应(或担心 出现新的过敏原、担心营养成分改变等) 胚状体、不定芽、顶芽和腋芽 考点二 克隆技术 (2)基因表达载体的构建 (3)脱分化 再分化

6.研究小组用土壤农杆菌与陆地棉叶肉细胞原生质体共同培养获得了转基因陆地棉, 过 程如下。请回答下列问题:

(1)图 a 表示从已经消毒的叶片中剪取部分植物组织细胞,图 b 表示制备原生质体,培 养 皿 中 要 加 纤 维 素 酶 和 果 胶 酶 , 其 原 因 是

_____________________________________________。 (2)图 c 表示用培养基培养原生质体,培养基中加入了适宜浓度的蔗糖,其主要作用是 _____________________和__________________。培养一段时间后,将其与土壤农杆菌混合 培养, 使重组 Ti 质粒进入________________, 重组 Ti 质粒上______________段携带了目的 基因,可以整合到植物细胞的 __________________上。然后通过离心(图 d)的方法,除去 多余的土壤农杆菌。 (3)图 e 表示将原生质体培养成愈伤组织,然后将其转移到含有一定抗生素的培养基中 进行培养(图 f),抗生素的作用是_______________________________。
5

(4)将愈伤组织转移培养基继续培养(图 g),同时注意调整植物生长调节剂的种类和含 量,其原因是______________________________________,最终获得完整的植株(图 h)。 解析:图示是通过土壤农杆菌与植物细胞原生质体共培养的方法获得转基因植物的过 程。a 为获取植物细胞;b 为去除细胞壁获取原生质体的过程;c 为用培养基培养原生质体; d 为土壤农杆菌与植物细胞原生质体共培养;e 表示脱分化过程;f 表示用选择培养基进行 筛选培养;g 表示再分化过程;h 表示转基因植物幼苗。(1)图 b 表示用纤维素酶和果胶酶两 种酶来制备原生质体, 原因是植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶, 纤维素酶和果胶酶可 除去细胞壁。(2)图 c 表示用培养基培养原生质体,培养基中加入了适宜浓度的蔗糖,其主 要作用是为原生质体提供碳源和能源和调节渗透压维持原生质体的形态, 将其与土壤农杆菌 共同培养, 使携带目的基因的 Ti 质粒的 T?DNA 进入植物细胞, 整合到植物细胞的染色体(染 色体 DNA)上,然后通过离心的方法,除去多余的土壤农杆菌。(3)图 e 表示将原生质体培养 成愈伤组织,然后将其转移到含有一定抗生素的培养基中进行培养(图 f),抗生素的作用是 筛选出含目的基因的植物细胞。(4)植物生长调节剂的种类和含量会影响愈伤组织的分化, 故将愈伤组织转移培养基继续培养(图 g),同时注意调整植物生长调节剂的种类和含量。 答案: (1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶, 纤维素酶和果胶酶可除去细胞壁 (2) 为原生质体提供碳源和能源 调节渗透压维持原生质体的形状 原生质体 ( 植物细胞 ) (4)植物生长调节剂的种

T?DNA 染色体(染色体 DNA) (3)筛选出含目的基因的植物细胞 类和含量会影响愈伤组织的分化

7.(2016·永州三校联考)下图为单克隆抗体制备流程示意图。

(1) 图 中 ① 过 程 是 ________________ 。 对 动 物 细 胞 来 说 , ② 过 程 独 有 的 方 法 是 ________________ 。 ③ 过 程 的 目 的 是 ____________ 。 ④ 过 程 的 目 的 是 获 得 ________________________________。 (2)在培养过程中为防止杂菌感染, 应向培养液中添加__________; 其体外培养需用 CO2 培养箱,其中 CO2 的主要作用是______________。 (3)若要大量制备抗该蛋白的单克隆抗体,可将该杂交瘤细胞注射到小鼠的______中使 其增殖。 (4)单克隆抗体与传统抗体相比,其优点是__________________________________ ________________________________________________________________________。 解析: ②过程表示诱导浆细胞与骨髓瘤细胞融合, 动物细胞特有的诱导融合方法是用灭 活的病毒处理。单克隆抗体制备过程中需两步筛选:③是利用选择培养基筛选杂交瘤细胞,
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④过程是利用克隆化培养和抗体检测筛选能产生特异性抗体的杂交瘤细胞。 动物细胞培养需 要提供无菌、 无毒条件, 还需要一定的气体环境。 杂交瘤细胞可在小鼠腹水中进行体内培养。 答案:(1)向老鼠体中注射特定抗原 灭活的病毒处理 筛选杂交瘤细胞 能产生特异

性抗体的杂交瘤细胞 (2)抗生素 维持培养液的 pH (3)腹水 (4)特异性强,灵敏度高, 可大量制备 8.下图所示为动物细胞培养过程中,动物细胞增殖情况的变化曲线(图中 B、D 两点表 示经筛选后继续培养),请据图回答下面的问题:

(1)OA 段的培养称为 ________ 培养, AB 段可能发生了 ____________ 现象,需要用 ________酶处理,以使组织细胞分散开来。 (2)动物细胞培养和植物组织培养过程中,就细胞增殖、分化来说,动植物细胞都要进 行____________,不同的是植物细胞还要进行______________________________。 (3)为制备单克隆抗体,需将________注射到小鼠体内,以此获取________细胞,同时 可选取图中 ________ 点的细胞与该细胞融合形成杂交细胞,所选取细胞的细胞膜上的 ________比正常细胞显著减少。为筛选出能够产生单克隆抗体的杂交细胞,可用 ________ 培养基达到目的。 解析:据图中不同阶段细胞的增殖代数可知,AB 段细胞不再增殖,但此时细胞仍有增 殖能力,所以此时可能发生了接触抑制,故 OA 段为原代培养;D 点细胞增殖代数达到了 60 次以上,故此时细胞发生了癌变,获得了无限增殖的能力。 答案: (1)原代 浆 D 糖蛋白 选择 9.DHA 对脑神经发育至关重要。以 A、B 两种单细胞真核藻为亲本,利用细胞融合技术 选育高产 DHA 融合藻。两种藻特性如下表。 亲本藻 A藻 B藻 优势代 谢类型 自养 异养 生长速率 [g/(L·d)] 0.06 0.14 固体培养基 上藻落直径 小 大 DHA 含 量(‰) 0.7 无 接触抑制 胰蛋白 (2)增殖( 或分裂 ) 脱分化和再分化 (3)抗原

据表回答:

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(1)选育的融合藻应具有 A 藻____________________与 B 藻________________的优点。 (2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻,其目的是获得________________。 (3)通过以下三步筛选融合藻,步骤________可淘汰 B 藻,步骤________可淘汰生长速 率较慢的藻落,再通过步骤________获取生产所需的融合藻。 步骤 a:观察藻落的大小; 步骤 b:用不含有机碳源的培养基进行光照培养; 步骤 c:测定 DHA 含量。 (4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组实验,结果如下图。

①甲组条件下,融合藻产生[H]的细胞器是__________;丙组条件下产生 ATP 的细胞器 是________。 ②与甲、丙两组相比,乙组融合藻生长速率较快,原因是在该培养条件下 ________________________________________________________________________。 甲、乙两组 DHA 产量均较高,但实际生产中往往采用甲组的培养条件,其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析:(1)据表可知,A 藻具有自养和能产生 DHA 的优点,B 藻具有能快速生长的优点, 故选育的融合藻应同时具有两者优点。(2)植物细胞具有细胞壁,用纤维素酶处理可以去除 细胞壁获得原生质体。(3)B 藻为异养型,在不含有机碳源的培养基上无法生存;藻落的大 小和生长速率成正比;选育的融合藻除了自养、生长快速的优点外,还要能产生 DHA。(4)① 甲组融合藻有光照, 既可进行细胞呼吸也可进行光合作用, 因此叶绿体和线粒体中均可以产 生[H];丙组黑暗处理,融合藻不能进行光合作用,所以产生 ATP 的细胞器只有线粒体。解 答本题时应注意细胞质基质中也能产生 ATP,但是不属于细胞器。②融合藻同时具有 A 藻和 B 藻的特点,所以既能自养又能异养,在乙组条件下,融合藻可同时进行自养和异养,故生 长速率较快。在实际生产中应考虑成本,相比甲组,乙组消耗葡萄糖,提高了成本,培养液 中富含葡萄糖还易引起杂菌生长。 答案:(1)产生 DHA,自养特性 快速生长 (2)原生质体 (3)b a c (4)①线粒体、 叶绿体 线粒体 ②融合藻既能光能自养又能异养 融合藻利用光能和简单的无机物即能 生长,不需添加葡萄糖,可降低成本,也可防止杂菌生长

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