2023届高考生物二轮复习基因工程作业含答案

这是一份2023届高考生物二轮复习基因工程作业含答案，共11页。试卷主要包含了目前全球新冠肺炎疫情仍在流行等内容，欢迎下载使用。
(1)人t-PA由527个氨基酸构成(如下图所示)，基础研究显示，将t-PA第84位的半胱氨酸替换为丝氨酸，所形成的突变蛋白溶解血栓有效性明显提高。对t-PA的改造必须通过______________获得t-PA突变基因而不是直接改造蛋白质。
(2)t-PA突变基因最终需要与P质粒重组才能构建基因表达载体。P质粒DNA分子上有①复制原点，可以保证B质粒在受体细胞中能________；②多个限制酶切位点，便于________________ ；③标记基因和相关的启动子。
(3)基因表达载体进入受体细胞中并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。
(4)为检测 t-PA基因是否导入受体细胞，可采用________进行检测。除此之外，还可以使用PCR技术，实验组以待测样本DNA为模板，使用引物1：5′－TACCAAGTGATCTGCAGA－3′、 引物2：____________________________(填引物的核苷酸序列)进行PCR扩增；同时以_________________________模板的组别作为阴性对照组。若_________________________，说明目的基因导入成功。
解析：(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接进行改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传，还有对基因进行改造，比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多；所以对t-PA的改造必须通过基因合成获得t-PA突变基因，而不是直接改造蛋白质。(2)基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点等，其中，复制原点，是DNA复制的起点，作用是带动目的基因复制；基因表达载体要有多个限制酶切位点，是因为酶切位点越多，可以连接的目的基因种类也越多，这样可以方便目的基因的插入。(3)基因表达载体中包含了目的基因，基因工程中的转化是指目的基因进入受体细胞，并在受体细胞中维持稳定和表达的过程。所以基因表达载体进入受体细胞中并在细胞内维持稳定和表达的过程就称为转化。(4)在分子水平上检测目的基因是否导入成功，可采用DNA分子杂交技术。用放射性同位素标记的含有目的基因的单链DNA片段制成基因探针，将转基因生物的基因组DNA提取出来，和基因探针进行杂交，如果出现杂交带，说明目的基因已插入受体细胞的DNA中。PCR是聚合酶链式反应的简称，指在引物指导下由酶催化的对特定模板(克隆或基因组DNA)的扩增反应，是模拟体内DNA复制过程，在体外特异性扩增DNA片段的一种技术；根据题图分析，对t-PA基因进行PCR扩增时，引物2应该是和右侧的3′－AGCGTACAAGAGTGCTTA－5′互补配对的核苷酸序列为：5′－TCGCATGTTCTCACGAAT－3′；为了检测 t-PA基因是否导入受体细胞，还可以以t-PA突变基因片段为模板的组别作为阴性对照组，目的是通过观察实验组(进行PCR)和阴性对照组的结果，来判断目的基因是否导入成功，如果实验组与阳性对照组复制的结果是一样的，并且阴性对照组没有扩增产物，则说明目的基因导入成功。
答案：(1)基因修饰(或基因合成)
(2)自我复制 目的基因(外源DNA)的插入
(3)转化
(4)DNA分子杂交 5′－TCGCATGTTCTCACGAAT－3′ 以t-PA突变基因片段为模板 实验组与阳性对照组的结果一致，且阴性对照组无扩增产物
2．(2022·广东模拟预测)注射肝细胞分泌的凝血因子VⅢ(hFVⅢ)浓缩物是目前治疗甲型血友病的主要方法。某研究小组通过精子载体技术获得雌性转基因小鼠来生产hFVⅢ，其流程如图所示，图中数字代表操作过程。
回答下列问题：
(1)①过程所需的mRNA是从________细胞内提取的。①过程获得的hFVⅢ基因片段不包括基因中的__________________________部分(答出两点即可)。
(2)②过程中扩增hFVⅢ基因时需要设计2种引物，原因是
________________________________________________________________________。
(3)在进行③操作时还需对小鼠胚胎进行性别鉴定。其操作的基本程序是：用位于Y染色体上的SRY基因的一段序列作引物，以________为模板进行PCR扩增。理论上目标胚胎的PCR结果应为________(填“阳性”或“阴性”)。
(4)研究发现，通过对hFVⅢ的末端连接特定的短肽片段，能有效延长其作用时间。为获得改良的hFVⅢ，应对上述流程作何改进：_______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)凝血因子VⅢ是取自肝细胞的，因此①过程所需的mRNA是从肝细胞内提取的。①过程获得hFVⅢ基因片段是通过逆转录过程实现的，其中只包括外显子部分，不包括基因中的启动子、终止子、内含子、非编码区等。(2)由于DNA的两条链是反向平行的，且在DNA聚合酶的催化下，单个的脱氧核苷酸会依次连接到引物的3′端，即需要用两种引物才能保证DNA的两条链同时被扩增，因此②过程中扩增hFVⅢ基因时需要设计2种引物，该过程所用的技术为PCR扩增技术。(3)③过程为胚胎移植，图中显示的是研究小组通过精子载体技术获得雌性转基因小鼠来生产hFVⅢ的技术流程，因此，③操作时还需对小鼠胚胎进行性别鉴定。其操作的基本程序是：用位于Y染色体上的SRY基因的一段序列作引物，以早期胚胎的DNA为模板进行PCR扩增。理论上目标胚胎的PCR结果应为“阴性”，这样才能说明该胚胎中没有雄性的标志基因，说明是雌性。(4)研究发现，通过对hFVⅢ的末端连接特定的短肽片段，能有效延长其作用时间。为获得改良的hFVⅢ，则需要在步骤①得到的hFVⅢ基因上添加短肽片段对应的碱基序列，通过对基因的改造实现对蛋白质的改变。
答案：(1)肝 启动子、终止子、内含子、非编码区(答出2点即可)
(2)DNA的两条链是反向平行的，用两种引物才能保证DNA的两条链同时被扩增
(3)早期胚胎的DNA 阴性
(4)在步骤①得到的hFVⅢ基因上添加短肽片段对应的碱基序列
3．(2022·广东广州二模)肿瘤已成为严重危害人类健康的高发病，主要的治疗手段有化疗、放疗和手术等，而肿瘤细胞对肿瘤药物产生耐药性是化疗失败的主要原因之一，研究表明肿瘤细胞耐药性的产生与过量表达的跨膜转运蛋白BCRP有关，研究人员尝试建立稳定表达BCRP的细胞系。回答下列问题：
(1)研究人员从人的________(填“普通体细胞”或“癌细胞”)中提取出总RNA，逆转录后进行PCR扩增获得大量BCRP基因。
(2)随后构建BCRP基因的真核表达载体，研究人员选择了P质粒作为载体，因为其具有：①能被真核细胞识别的启动子，作用是____________________________；②抗新霉素的标记基因；③多个限制酶切割位点，作用是____________________________。
(3)在不破坏表达载体各功能序列的基础上，对上述环状载体进行酶切得到线性化载体，随后将其导入到受体细胞中，线性化载体可整合到染色体DNA上。联系所学知识推测进行酶切得到线性化载体的原因是____________________________________________________。
(4)通过筛选获得抗新霉素的受体细胞，并对其进行多层次检测，最终获得能高效表达BCRP的细胞，在培养液中培养一段时间后分瓶进行________(填“原代”或“传代”)培养，最终获得稳定细胞系，推测此细胞系在后续研究中的用途有_______________________________
_____________________________________________________________________(写出1点)。
解析：(1)分析题意可知，肿瘤细胞耐药性的产生与过量表达的跨膜转运蛋白BCRP有关，故为获取BCRP基因，需要从癌细胞中提取出总RNA，逆转录后进行PCR扩增获得大量BCRP基因。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，用于驱动基因的转录过程；载体中有多个限制酶切割位点的作用是便于插入多种外源基因。(3)环状DNA分子首尾相接，而与环状载体相比，线性化较体能更稳定地存在并发挥功能，故需要酶切得到线性化载体。(4)动物细胞培养过程中，分瓶后的处理称为传代培养；动物细胞培养可用于医学研究，故可研究能阻止BCRP过量表达的药物。
答案：(1)癌细胞
(2)RNA聚合酶识别和结合的位点 便于插入多种外源基因
(3)与环状载体相比，线性化较体能更稳定地存在并发挥功能
(4) 传代 研究能阻止BCRP过量表达的药物(其他合理答案亦可)
4．(2022·广东茂名二模)玉米(单子叶植物)是我国种植面积较大的粮食作物之一，也是重要的饲料及工业原料，在保障国家粮食安全和促进国民经济发展中发挥重要作用。利用转基因技术培育的抗虫、耐除草剂转基因玉米成为农业害虫控制和杂草防除的有效手段。
(1)利用PCR技术扩增获取目的基因需要提前设计____________。
(2)为获得抗虫、耐除草剂的转基因玉米，在前期研究中需要将抗虫基因、耐除草剂基因、____________终止子、标记基因构建在一个载体上，需要用的酶是____________。若想将构建好的表达载体用农杆菌转化法导入到受体细胞，常需要添加酚类物质，此物质的作用是________________________________________________________________________。
(3)为了评价转基因玉米的性能，需要对玉米在适宜时期____________和____________。
(4)利用转基因技术培育的抗虫、耐除草剂转基因玉米成为农业害虫控制和杂草防除的有效手段，其优点有__________________________________________________________________。
解析：(1)PCR扩增目的基因需要根据已知目的基因的一段序列设计一段引物，以便目的基因扩增时将其作为核苷酸聚合的起始点。(2)基因表达载体需要启动子、终止子、复制原点、标记基因、目的基因，抗虫基因、耐除草剂基因属于目的基因。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。由于导入的是单子叶植物细胞，农杆菌转化法适用于双子叶和裸子植物，因此若要用农杆菌转化法转化单子叶植物，需要添加酚类物质，吸引农杆菌感染细胞，增加目的基因转化成功的概率。(3)导入的目的基因是抗虫、耐除草剂基因，因此常进行抗虫接种实验和喷施除草剂进行处理。(4)导入抗虫、耐除草剂基因后获得抗虫、耐除草剂转基因玉米，可以有效减少化学药剂的施用，降低人工成本，提高玉米产量和品质，有利于保护生态环境和生物多样性。
答案：(1)引物
(2)启动子 限制酶、DNA连接酶 吸引农杆菌感染细胞，增加目的基因转化成功的概率
(3)进行抗虫接种实验 喷施除草剂进行处理
(4)能够有效减少化学药剂的施用，降低人工成本，提高玉米产量和品质，有利于保护生态环境和生物多样性
5．(2022·重庆南开中学模拟预测)目前全球新冠肺炎疫情仍在流行。请回答下列问题：
(1)判断是否感染新型冠状病毒常用的方法是对疑似患者进行________________检测(答2种)。
(2)目前，接种安全有效的疫苗是防治新冠肺炎最有效的措施。中国科学家分别从①减毒活疫苗，②灭活病毒疫苗，③重组蛋白疫苗，④重组病毒载体疫苗(通常选用复制缺陷型腺病毒为载体)，⑤DNA疫苗，⑥mRNA疫苗六大技术方向推进新型冠状病毒疫苗的设计和研发。上述疫苗成分中含有有活性的病毒的是________(填序号①～⑥)，从疫苗成分的角度分析，⑤比③对冷链运输要求低的原因是____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)灭活病毒疫苗的制备原理是用各种理化方法灭活病原微生物及其代谢产物，使其丧失________，但保持病毒的免疫原性，之后再通过纯化等步骤制备出候选疫苗，这种疫苗易于实现________(填“体液”或“细胞”或“特异性”)免疫且应答效果较好。
(4)新型冠状病毒是一种单链RNA病毒，其表面的S蛋白是该病毒侵染人体细胞的关键蛋白，科学家欲利用大肠杆菌作为工程菌批量生产S蛋白以制备重组蛋白疫苗。已知Tetτ为四环素抗性基因，LacZ′基因的表达产物能使白色的大肠杆菌菌落变成蓝色，EcRⅠ的识别序列为。
从2019nCV基因组中分离出的S基因不能直接与质粒重组，其原因是__________________，得到的S编码序列片段需要在两端加上________序列后才能与质粒连接。过程②除了得到重组质粒外，还可能得到另外2种片段大小不一的结合产物，为筛选导入重组质粒的大肠杆菌，应_____________。最后，通过抗原－抗体杂交技术检测大肠杆菌是否表达出目标产物。
解析：(1)新型冠状病毒感染者体内含有新型冠状病毒以及机体产生的与新型冠状病毒特异性结合的抗体，故判断是否感染新型冠状病毒常用的方法是对疑似患者进行核酸和抗原检测。(2)①减毒活疫苗，②灭活病毒疫苗，③重组蛋白疫苗，④重组病毒载体疫苗，⑤DNA疫苗，⑥mRNA疫苗中减毒疫苗使病毒失去致病性，但保留了原有的增殖能力和免疫原性，有活性，重组病毒载体疫苗是以病毒作为载体，病毒有活性，所以有活性病毒为①④。从疫苗成分的角度分析，⑤为核酸疫苗，③为蛋白质类疫苗，蛋白质空间结构易受温度影响，而DNA热稳定性高，因此⑤比③对冷链运输要求低。(3)灭活病毒疫苗经过“灭活”处理后丧失致病性，但保持病毒的免疫原性，其抗原仍能引起机体产生特异性免疫，这种疫苗易于实现特异性免疫且应答效果较好。(4)因为2019nCV的核酸为单链RNA，获得的基因也为单链RNA，不能直接与双链DNA相连，故从2019nCV基因组中分离出的S基因不能直接与质粒重组。据图可知，EcRⅠ酶切后的黏性末端暴露出的碱基为AATT，故过程①得到的S编码序列片段两端需要分别加上TTAA序列后才能与质粒连接。分析题意可知，质粒上LacZ′基因会被EcRⅠ破坏，质粒上有四环素抗性基因，故为筛选导入重组质粒的大肠杆菌，可在培养基中加入四环素，则在该种培养基上含重组质粒的大肠杆菌可以存活；又因重组质粒的LacZ′基因被破坏，故其不能变成蓝色，为白色，故筛选出白色菌落即可。
答案：(1)核酸和抗原
(2)①④ 蛋白质空间结构易受温度影响，而DNA热稳定性高
(3)致病性 特异性
(4)2019nCV的基因为单链RNA，不能直接与DNA相连 —TTAA— 应在培养基加入四环素，筛选白色菌落
6．(2022·福建师大附中模拟预测)从2020年初至今，新型冠状病毒肆虐全球，为抗击疫情我国采取了多种技术路径对新型冠状病毒进行防治，为全球抗击新冠疫情做出巨大贡献。
(1)上图表示新型冠状病毒疫苗制备的几种技术路线。疫苗Ⅰ是灭活病毒疫苗，因为病毒只能寄生活细胞，因此使用非洲绿猴肾(Ver)细胞对病毒进行培养，然后将病毒灭活，但要保留______活性，能诱导机体产生免疫应答。培养细胞过程中还要____________，以防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。
(2)疫苗Ⅲ是基因工程疫苗，制备采用技术的原理是____________。④过程工程菌常用大肠杆菌，但其产生的S蛋白与天然S蛋白质有较大差异。后经改良，科学家选择CHO细胞(中国仓鼠卵巢细胞)作为工程细胞。推测其优点是与大肠杆菌相比，CHO细胞具有________________，可以对蛋白质进行更完善加工。已知过程③的DNA和质粒结构如图所示：
根据DNA序列可判断需要用限制酶__________切割质粒。
(3)疫苗Ⅳ是mRNA疫苗，与疫苗Ⅲ相比，其优点主要是___________________。(任写一点)
(4)疫苗Ⅴ为DNA疫苗，我国科学家将其与缺失E1等基因的人腺病毒(E1基因是腺病毒基因组复制的关键基因)结合，构建重组腺病毒感染人体，利用人体细胞自身产生抗原。科学家用HEK细胞培养上述重组腺病毒，HEK细胞应含有__________，以利于重组腺病毒在细胞内大量增殖。对获得的重组腺病毒除用PCR检测S蛋白基因外，还需用________的方法检测S蛋白。为能精确检测出S蛋白，可用单克隆抗体技术制备S蛋白单克隆抗体，其特点是__________________。利用该抗体也能对新冠抗原进行检测，但是检出率不及核酸检测，原因是核酸检测采用实时荧光定量PCR技术，对核酸有一个________的过程，因此哪怕只有少量的病毒核酸也能被发现。
解析：(1)为诱导机体的免疫应答，同时降低其毒性，故将病毒灭活，但要保留抗原活性；为防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，培养过程中还要定期更换培养液。(2)基因工程的原理是基因重组；大肠杆菌属于原核细胞，CHO细胞为真核细胞，与大肠杆菌相比，CHO细胞具有内质网和高尔基体，可以对蛋白质进行更完善加工；根据DNA分子的两端的碱基序列及黏性末端可知，酶的两个切割位点CCATG和GGATC，故分别是所以要用NcⅠ和NheⅠ限制酶。(3)与疫苗Ⅲ相比，mRNA疫苗优点主要是在人体细胞内持续表达抗原，免疫应答更持久，且不需要多次免疫。(4)据题意可知，E1基因是腺病毒基因组复制的关键基因，而人腺病毒缺少E1基因，故HEK细胞应含有E1基因，以利于重组腺病毒在细胞内大量增殖；抗原与抗体的结合具有特异性，故检测S蛋白可用抗原－抗体杂交技术；单克隆抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可大量制备；为保证检测结果的准确性，核酸应达到一定数量，故对核酸有一个扩增过程。
答案：(1)抗原 定期更换培养液
(2)基因重组 内质网和高尔基体 NcⅠ和NheⅠ
(3)在人体细胞内持续表达抗原，免疫应答更持久(不需要多次免疫)
(4)E1基因 抗原—抗体杂交 特异性强，灵敏度高，可大量制备 扩增
7．(2022·广东佛山二模)心脏移植是挽救终末期心脏病患者生命唯一有效的手段，然而心脏移植过程中会发生缺血再灌注损伤(IRI)，可能导致心脏坏死。研究发现，IRI通过促进Caspase 8等一系列凋亡基因的表达，导致细胞凋亡坏死最终引起器官损伤。根据Caspase 8基因合成的小干扰RNA(siRNA)可以使Gaspase 8基因沉默，有效抑制IRI所致的器官损伤。下图是利用猪的心肌细胞开展siRNA作用研究的示意图。
回答下列问题：
(1)图中步骤②构建重组质粒需要使用________等工具酶。与直接将siRNA导入猪的心肌细胞相比，通过重组质粒将siRNA对应的DNA序列导入心肌细胞，其优点是________________________________________________________________________
___________________________________________________________________(答出一点)。
(2)siRNA对应DNA序列在心肌细胞中表达产生的si RNA，与RISC组装形成基因沉默复合物，通过抑制基因表达的________过程，使Caspase 8基因沉默，从而降低IRI引起的细胞凋亡。
(3)研究人员根据Caspase 8基因的碱基序列，设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞，通过测定靶基因Caspase 8的mRNA含量来确定最优序列。测定mRNA含量时，需提取心肌细胞的总RNA，经过________过程得到cDNA，再进行PGR扩增，测定PCR产物量，结果如图所示。据此判断最优序列是________。
(4)选用猪的心肌细胞做受体细胞是因为猪在基因、解剖结构、生理生化和免疫反应等方面与人类极为相似。为了解决心脏移植供体短缺问题，许多科学家正在研究用猪心脏代替人的心脏。你认为将猪心脏移植到人体面临的最大挑战是________，请说出一种解决这一问题的思路：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)限制酶、DNA连接酶是构建重组质粒需要的工具酶。与直接将siRNA导入猪的心肌细胞相比，通过重组质粒将siRNA对应的DNA序列导入心肌细胞，siRNA可随重组质粒增殖而持续产生，从而使靶基因长时间沉默。(2)据图可知，基因沉默复合物作用于Gaspase 8 mRNA，抑制了基因表达的翻译过程，使Caspase 8基因沉默。(3)测定mRNA含量时，需提取细胞总RNA，经过逆转录过程得到cDNA，再进行PCR扩增，通过PCR产物的量间接反映细胞中相关基因的mRNA含量。根据小题图示可知，在序列2作用下，Caspase 8的mRNA含量最低，表明其抑制效果最好，是最优序列。(4)免疫排斥反应是将猪心脏移植到人体面临的最大挑战。利用基因工程技术将猪与免疫排斥有关的抗原基因敲除，转入一些人类特有蛋白的基因，将猪细胞伪装人的细胞等方面可能解决这一问题。
答案：(1)限制酶、DNA连接酶 可持续产生siRNA，使靶基因长时间沉默(或：可以使质粒只在特定的组织中表达；或：可构建某基因永久沉默的实验动物模型)
(2)翻译
(3)逆转录 序列2
(4)免疫排斥反应 可以利用基因工程技术将猪与免疫排斥有关的抗原基因敲除；转入一些人类特有蛋白的基因，将猪细胞伪装人的细胞
8．(2022·广东模拟预测)在DNA指纹技术研究中认为，DNA中的高度重复序列具有高度可变性，但其高度重复序列中有一小段序列在所有个体中都一样，称为“核心序列”。下图是某刑事案例中女受害者、受害者体内精液和三位怀疑对象的DNA指纹图谱，请根据以上内容和指纹图谱回答下列问题：
(1)指纹图谱就是把“核心序列”串联起来作为探针，与不同个体的DNA进行________就会出现各自特有DNA指纹图谱。应用DNA指纹技术，首先需要用__________酶将待测的样品DNA切成片段，然后用电泳的方法将这些片段按大小分开。
(2)提取动物细胞的DNA时需先破碎细胞，常用的方法是__________。为了纯化提取的DNA，可利用DNA在________中溶解度的不同来去除杂质。在沸水浴的条件下，DNA遇__________会变成蓝色。
(3)一滴血、精液或是一根头发中的DNA虽然含量很少，但仍可以进行DNA指纹鉴定，因为在鉴定之前可通过________获得大量的相同DNA。从上图可以判断出怀疑对象中__________最可能是罪犯。
解析：(1)探针是把“核心序列”串联起来形成的DNA单链，若待测个体的DNA单链能与探针形成杂交条带，则说明受害者体内有待测个体的DNA，该方法称为DNA分子杂交；限制酶能破坏磷酸二酯键，使DNA断裂成小的片段。(2)动物细胞没有细胞壁，常用吸水涨破法破碎细胞；DNA在不同浓度的NaC1溶液中溶解度不同，可以利用此原理来去除杂质；在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺会被染成蓝色。(3)PCR技术是体外扩增DNA的技术，可以获得大量的DNA；结合图示可知，从受害者体内分离的精液样品与对象1的吻合度最高，因此对象1最可能是罪犯。
答案：(1)DNA分子杂交 限制酶
(2)吸水涨破法 NaC1溶液 二苯胺
(3)PCR技术 1
限制酶
NcⅠ
SphⅠ
识别序列和切割位点
C↓CATGG
GCTAG↓C
限制酶
NheⅠ
BamHⅠ
识别序列和切测位点
G↓GATCC
G↓CTAGC