浙科版高考生物一轮复习作业58基因工程的原理和技术含答案

这是一份浙科版高考生物一轮复习作业58基因工程的原理和技术含答案，共12页。

1.(2023浙江嘉兴一模)酶具有高效性和专一性,在生物工程中被广泛使用。下列技术中没有酶的应用的是( )
A.制备植物细胞原生质体
B.PCR扩增DNA
C.早期囊胚的胚胎分割
D.贴壁生长的动物细胞的解离
2.下列有关如图所示的黏性末端的说法,错误的是( )
A.甲、乙、丙黏性末端分别是由不同的限制酶切割产生的
B.甲、乙具有相同的黏性末端,可形成重组DNA分子,但甲、丙不能
C.DNA连接酶的作用位点是b处
D.切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段
3.(2024浙江湖州调研)用农杆菌转化法培育转基因植物,下列叙述错误的是( )
A.目的基因插入Ti质粒的位点是某种限制性内切核酸酶的识别位点
B.若目的基因的序列未知,可以通过构建基因组文库的方法从中获取
C.采用抗原-抗体杂交技术可检测目的基因在受体细胞中是否表达
D.植物受体细胞必须是受精卵细胞,因其全能性最高
4.(2024浙江宁波模拟)科学家培育了一种可以生产人血红蛋白的转基因烟草。下列叙述正确的是( )
A.要获得该转基因烟草,首先要从人的成熟红细胞内获取目的基因
B.人血红蛋白基因导入烟草细胞可采用农杆菌转化法
C.PCR不能用于鉴定受体细胞中是否转入了目的基因
D.该基因转到烟草染色体上使烟草发生染色体畸变
5.下列有关“DNA粗提取与鉴定”实验的叙述,正确的是( )
A.向菜花组织中加入蒸馏水并搅拌可释放核DNA
B.鉴定DNA时,可以使用龙胆紫染液对DNA进行染色
C.向DNA滤液中加入冷酒精缓慢搅拌,可见玻璃棒上有白色絮状物
D.实验结束后应保存好剩余的二苯胺试剂,以备下次实验时使用
6.(2023浙江金华一模)研究发现OsCBL8基因在提高水稻耐受非生物逆境胁迫方面具有重要作用,为研究OsCBL8基因的作用机理,我们需要通过PCR实验对该基因进行扩增,用于后续研究。关于PCR反应,下列叙述正确的是( )
A.通过PCR获取目的基因的过程中,第三轮循环至少需要消耗4对引物
B.PCR过程中Taq DNA聚合酶催化相邻的游离dNTP之间形成磷酸二酯键
C.PCR产物的大小可以直接通过亚甲基蓝染色进行鉴定
D.PCR过程中要加入缓冲液,一般添加Cu2+来激活DNA聚合酶
7.(2023浙江杭州二模)PCR技术是在DNA聚合酶作用下,在体外进行DNA大量扩增的一种分子生物技术。下列叙述正确的是( )
A.双链DNA在高温下氢键和磷酸二酯键断裂形成2条DNA单链
B.温度降低后,单链DNA和引物结合的部分碱基序列相同
C.以2条DNA单链为模板,以4种NTP为原料,经耐高温酶在高温下合成2个新的DNA
D.设置PCR仪的温度进行反应可重复循环多次,DNA呈指数式扩增
B组 素能培优
8.(2023浙江杭州第二次联考)研究人员用EcRⅠ和SmaⅠ两种限制酶处理某DNA分子,图1为EcRⅠ切割该DNA分子后的结果;图2是酶切后的凝胶电泳图谱,其中1号泳道是DNA Marker,2号、3号、4号分别是EcRⅠ单独处理、SmaⅠ单独处理、两种酶共同处理后的电泳结果。下列相关叙述错误的是( )
图1
图2
A.据图1可知EcRⅠ的识别序列为-GAATTC-,切割位点在G和A之间
B.据图2可知琼脂糖凝胶的加样孔在B端,且连着电泳槽的负极
C.据图2可知该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA
D.据图2可知该DNA分子中两种限制酶的酶切位点各有一个
9.(2024浙江北斗新盟联考)Bt基因为苏云金芽孢杆菌基因,因其表达产物Bt毒蛋白具有杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的杀虫基因。以下为培育转Bt基因抗虫棉幼苗的基本操作过程,请分析回答下列问题。
(1)目的基因的获取。从基因组文库中获取目的基因,建立基因组文库需用到 酶;也可以从cDNA文库中获取,从其中获取的Bt基因因为缺少 而不利于其在受体细胞中表达;还可以提取 作为模板,通过PCR技术获得。
(2)构建基因表达载体。基因表达载体应具有 ,有利于整合Bt基因。为了方便筛选含有Bt基因的细胞以及使Bt基因能独立复制并稳定存在细胞中,作为表达载体应含有 及 。
(3)将目的基因导入受体细胞。通常用农杆菌转化法将外源基因导入到植物细胞,将 的农杆菌与棉花的愈伤组织细胞混合进行转化,影响转化效率的因素有 (A.重组Ti质粒大小 B.愈伤组织的生理状态 C.培养基的物理性质 D.农杆菌的活性)。然后用 处理以去除农杆菌及筛选含有目的基因的愈伤组织细胞。也可将愈伤组织细胞放在较高渗透压甘露醇溶液内,通过机械法或酶解法获得 ,采用 技术将外源基因导入细胞。
(4)检测目的基因及其表达产物。可制备 作为基因探针,利用 技术检测棉花细胞中是否存在Bt基因。利用 作为抗原,制备单抗来检测Bt基因是否表达。
10.(2023浙江杭州第二次联考)草甘膦是一种非选择性除草剂,杀死杂草的同时也杀死农作物。它与植物体内的PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)结构相似,可与PEP竞争结合EPSP合酶,阻止PEP转化,影响植物细胞正常代谢。我国科学家从草甘膦施用土壤中的某微生物体内获取GR79基因(草甘膦抗性基因),并将其导入植物体细胞中获得抗草甘膦的转基因植物。据图回答下列问题。
注:BamH Ⅰ、PstⅠ、XhⅠ为识别不同序列的限制酶。
(1)GR79基因发挥抗草甘膦作用的机理可能是 。
从分离得到的某土壤微生物体内获取含有GR79基因的质粒,并将其保存在某细菌群体(受体菌)中,各个受体菌分别含有该微生物的不同的基因,这些受体菌群中该微生物的所有DNA序列克隆的汇总,称为 。
(2)据图推测,利用PCR技术扩增GR79基因时,需设计能与该基因两条模板链3'端 的引物;同时为构建该基因表达载体,需在引物1和引物2的 端加上限制酶 的识别序列。
(3)实验中常采用 法将GR79基因表达载体导入植物受体细胞;为避免该基因在近缘农作物中传播,可将其导入植物受体细胞的 ;除温度、酸碱度等环境因素外,影响该基因导入植物受体细胞成功率的因素有 。
(4)为检测GR79基因是否导入植物体细胞,可在培养基中添加 筛选含该基因的受体细胞;也可利用 技术更加精准地进行检测,若待检DNA中含有该基因,则会发现硝酸纤维素膜上会出现 。
(5)经检测,科研人员发现部分获得GR79基因的植物幼苗不具有抗草甘膦的能力,原因可能是 。
11.(2023浙江嘉兴一模)水稻是我国主要粮食作物,水稻产量关乎我国粮食安全。育种学家采用针刺法对水稻种子胚生长点进行转化处理,显著缩短了育种时间。技术路线如下图。
回答下列问题。
(1)野生农杆菌具有利福平抗性,不具有卡那霉素抗性。绝大部分细菌无利福平抗性。在筛选含重组质粒的农杆菌过程中,需在固体平面培养基中添加利福平和卡那霉素,添加利福平的目的是 ,添加卡那霉素的目的是 。培养48 h后,挑取单菌落,接种到 培养基中进行扩大培养。
(2)胚生长点细胞是胚芽中的细胞。用穿刺针蘸取经筛选获得的重组农杆菌菌液,对萌发初期的水稻种子胚生长点进行针刺转化操作。相对于传统的用水稻植株体细胞进行转化的方法,针刺转化法的优势是无需经历 过程,胚可以直接发育成幼苗,缩短了培育时间。
(3)已知目的基因长度为754 bp,采用PCR结合电泳的方法检测叶肉细胞中是否含有目的基因。在提取DNA过程中需加入EDTA,EDTA的作用是 ,防止核DNA被酶解。对PCR产物进行电泳,结果异常,如图所示,可能的原因是PCR过程中的引物序列存在 的问题。
12.(2023浙江湖州教学质量检测)野生型黑麦草细胞壁中较高的木质素含量会降低其作为青储饲料的品质。D蛋白是催化木质素合成的关键酶,某研究小组通过构建含D基因部分序列正、反向片段的表达干扰载体(如下图所示),在细胞内产生双链RNA分子,诱导D基因的mRNA持续降解,培育得到低木质素含量的黑麦草。
表达干扰载体局部示意图
(1)D基因的正、反向目的片段的克隆:提取野生型黑麦草叶片全部mRNA, 成cDNA。根据cDNA序列选取合适的片段,分别设计正、反向目的片段的上下游引物,正向片段和反向片段引物的扩增序列 (填“相同”或“不同”),酶切位点 (填“相同”或“不同”),以使目的片段定向插入载体的特定位置。扩增产物经 ,切下目的条带回收后与载体连接,形成克隆载体以用于正、反目的片段的扩增。
(2)构建D基因的表达干扰载体:
①对含有正向片段的克隆载体和反向片段的克隆载体分别进行双酶切,将回收片段与经相同酶切的中间载体用 酶进行连接,获得含有干扰片段的重组中间载体;为使干扰片段能在受体细胞中复制,中间载体需有 。
②将干扰片段和超表达启动子插入Ti质粒的 得到D基因的表达干扰载体,插入超表达启动子的目的是 。
(3)导入和培养:将D基因的表达干扰载体导入农杆菌。黑麦草愈伤组织在菌液中浸没5 min,先置于无菌滤纸上吸去多余的菌液,再转入无菌水浸润的滤纸上共培养3 d,共培养的目的是 。筛选得到的愈伤组织经 过程,培育得到再生植株。
(4)鉴定和筛选:对转基因植株与 植株进行木质素含量测定与分析,筛选保留木质素含量显著 的植株。
答案：
1.C 制备植物细胞原生质体可以使用纤维素酶和果胶酶分解细胞壁,A项不符合题意;PCR扩增DNA需要耐高温的DNA聚合酶,B项不符合题意;用机械方法将早期囊胚进行胚胎分割,不能通过酶解法实现,C项符合题意;贴壁生长细胞系的解离可以使用胰蛋白酶将细胞分散开,D项不符合题意。
2.C 据图可知,切割产生甲、乙、丙黏性末端的限制酶的识别序列与切割位点分别是、、,即甲、乙、丙是由不同的限制酶切割产生的,A项正确。甲、乙黏性末端可相互配对,所以甲、乙可以形成重组DNA分子;甲、丙黏性末端不能相互配对,所以甲、丙无法形成重组DNA分子,B项正确。DNA连接酶可以恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,而b处是氢键,C项错误。甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段为,其中没有切割产生甲的限制酶的识别序列及切割位点,所以切割产生甲的限制酶不能识别由甲、乙黏性末端形成的重组DNA分子片段,D项正确。
3.D 植物受体细胞可以是植物的受精卵,也可以是体细胞,D项错误。
4.B 人的成熟红细胞无细胞核,无法从中获取目的基因,A项错误;为使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达,应将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上,再采用农杆菌转化法使目的基因插入烟草细胞中的染色体DNA上,B项正确;鉴定筛选时,通过PCR技术可以检测目的基因是否插入了受体细胞染色体DNA上,也可以检测目的基因是否转录出了mRNA,C项错误;该基因转到烟草染色体上,使控制不同性状的基因重新组合,属于基因重组,D项错误。
5.C 植物细胞具有细胞壁,向菜花组织中加入蒸馏水并不能使细胞吸水涨破,A项错误;在沸水浴的条件下,DNA遇二苯胺会被染成蓝色,B项错误;DNA不溶于95%的冷酒精,向DNA滤液中加入冷酒精缓慢搅拌,可见玻璃棒上有白色絮状物析出,C项正确;二苯胺试剂需要现配现用,D项错误。
6.A 在PCR反应体系中,如果扩增1次,需要2个引物;扩增第2次,需要4个引物;扩增第3次,需要8个引物;因此通过PCR获取目的基因的过程中,第三轮循环至少需要消耗8个(即4对)引物,A项正确。dNTP有三个磷酸基团,dNMP只有一个磷酸基团,为脱氧核苷酸,延伸时,在Taq DNA聚合酶催化下,dNMP作为扩增的原料会依次连接到3'端,相邻的dNMP间形成磷酸二酯键,B项错误。PCR产物鉴定常用的方法是琼脂糖凝胶电泳鉴定,C项错误。PCR过程中要加入缓冲液,一般添加Mg2+来激活DNA聚合酶,D项错误。
7.D 双链DNA在高温下解旋即使得DNA双链打开,破坏的是碱基对之间的氢键,磷酸二酯键没有断裂,A项错误;当温度降低时,引物与模板末端结合,在DNA聚合酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2个DNA分子,此过程以4种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,单链DNA和引物结合的部分碱基序列互补,B项错误;以2条DNA单链为模板,以4种dNTP为原料,在耐高温DNA聚合酶作用下合成2个新的DNA,C项错误;PCR的反应步骤为目的基因DNA受热变性后解链为单链,引物与单链相应互补序列结合,然后在热稳定DNA聚合酶作用下进行延伸,如此重复循环,因而每一次循环后目的基因的量可以增加一倍,即呈指数形式扩增,D项正确。
8.B 图1中DNA双链片段被切割成两段,该片段序列是-GAATTC-,断开的部位是在G和A碱基之间,A项正确;相对分子质量大小会影响物质在电泳时的迁移速率,DNA片段分子量越大,迁移就越慢,分子量越小,迁移速度越快,据图2可知琼脂糖凝胶的加样孔在A端,B项错误;2号、3号分别是EcRⅠ单独处理、SmaⅠ单独处理后的电泳结果,两个泳道均只出现一个DNA片段,且分子量是1 000,说明该DNA分子最可能是含1 000个碱基对的环状DNA,C项正确;图2中4号是EcRⅠ和SmaⅠ两种酶共同处理后的电泳结果,显示800 bp和200 bp两个条带,说明在该DNA分子中,两种限制酶的酶切位点各有一个,D项正确。
9.答案 (1)DNA连接酶、限制 启动子和终止子 苏云金芽孢杆菌的(总)DNA
(2)特定的限制酶识别序列 标记基因 复制起点
(3)含有重组质粒/已转化 BCD 抗生素 原生质体 显微注射
(4)带有放射性或荧光分子标记的抗虫(Bt)基因中的一段特定序列 DNA分子杂交 Bt毒蛋白
解析 (1)构建基因组文库时,需要用到的酶主要有限制酶和DNA连接酶,用限制酶处理苏云金芽孢杆菌的全部DNA,用DNA连接酶将处理后的基因与相关质粒连接起来。cDNA文库由mRNA为模板逆转录形成,没有非编码区,不含位于非编码区的启动子和终止子,不利于表达。也可提取苏云金芽孢杆菌基因的总DNA,用限制酶处理后,通过PCR技术获得。
(2)基因表达载体应具有特定的限制酶识别序列,便于Bt基因与之整合到一起。表达载体应含有标记基因和复制原点,前者的作用是用于筛选含有Bt基因的细胞,后者用于保证Bt基因能独立复制并稳定存在细胞中。
(3)将含有重组质粒的农杆菌与棉花的愈伤组织细胞混合,使目的基因导入受体细胞。用Ca2+处理受体细胞,使其成为感受态细胞,以提高转化效率,重组质粒的大小不影响转化率,而愈伤组织的生理状态、培养基的物理性质、农杆菌的活性均影响转化率,一般情况下,生长旺盛的愈伤组织、在液体培养基中、农杆菌活性较强时转化效率较高,故选B、C、D。抗生素可杀死农杆菌(原核生物)而不伤害真核生物,所以可以用抗生素处理去除农杆菌及筛选含有目的基因的愈伤组织细胞。由于去除细胞壁后获得的原生质体无细胞壁保护,所以要放在较高渗透压甘露醇溶液内培养,然后再采用显微注射法将外源基因导入细胞中。
(4)可制备带有放射性或荧光分子标记的抗虫(Bt)基因中的一段特定序列作为基因探针,利用DNA分子杂交技术检测棉花细胞中是否存在Bt基因,若能形成特定的杂交带,说明转基因成功,否则,未成功。也可再利用Bt毒蛋白作为抗原,制备单抗来检测Bt基因是否表达,其原理是抗原-抗体检测。
10.答案 (1)GR79基因表达的产物阻止(抑制)草甘膦与PEP竞争结合EPSP合酶 基因组文库
(2)碱基互补配对 5' PstⅠ和XhⅠ
(3)农杆菌转化 细胞质DNA上(或叶绿体DNA或线粒体DNA或叶绿体和线粒体DNA上) 农杆菌的种类和活性、受体细胞的基因型和活性等
(4)草甘膦 核酸分子杂交(或PCR和核酸分子杂交) 放射性或荧光条带
(5)草甘膦抗性基因转录或翻译异常(或草甘膦抗性基因表达异常)
解析 (1)草甘膦与植物体内的PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)结构相似,会与PEP竞争结合EPSP合酶,影响细胞正常代谢,由此推测,GR79基因表达的产物能阻止草甘膦与PEP竞争结合EPSP合酶,从而发挥抗草甘膦作用。基因组文库能够储存一种生物的全部或者部分基因。
(2)据图推测,利用PCR技术扩增GR79基因时,需设计能与该基因两条模板链3'端碱基互补配对的引物;由题图可知,扩增目的基因时,应在引物的5'端添加相应的限制酶识别序列;由题图中质粒结构可知,限制酶BamHⅠ的识别序列位于标记基因中,不能选用,且为防止目的基因自身环化和反向插入,应选择两种不同的限制酶,即PstⅠ和XhⅠ,将它们的识别序列分别加在引物1和引物2的5'端。
(3)实验中常采用农杆菌转化法将GR79基因表达载体导入植物受体细胞。为避免该基因在近缘农作物中传播,可将其导入植物受体细胞的细胞质DNA上(或叶绿体DNA或线粒体DNA或叶绿体和线粒体DNA上)。除温度、酸碱度等环境因素外,影响该基因导入植物受体细胞成功率的因素有农杆菌的种类和活性、受体细胞的基因型和活性等。
(4)为检测GR79基因是否导入植物体细胞,可在培养基中添加草甘膦筛选含该基因的受体细胞;也可利用核酸分子杂交技术(或PCR和核酸分子杂交技术)更加精准地进行检测,若待检DNA中含有该基因,则会发现硝酸纤维素膜上出现放射性或荧光条带。
(5)获得GR79基因的植物幼苗通过基因表达可以表现出抗草甘膦的性状,若不具有抗草甘膦的能力,则意味着草甘膦抗性基因(GR79基因)转录或翻译异常,即草甘膦抗性基因(GR79基因)表达异常。
11.答案 (1)去除杂菌 筛选含重组Ti质粒的农杆菌 液体
(2)脱分化和再分化
(3)抑制DNA酶活性 特异性不强
解析 (1)野生农杆菌具有利福平抗性,不具有卡那霉素抗性。绝大部分细菌无利福平抗性,所以添加利福平的目的是去除杂菌。添加卡那霉素的目的是筛选含重组Ti质粒的农杆菌。液体培养基可以增加菌种密度,故挑取单菌落,接种到液体培养基中进行扩大培养。
(2)相对于传统的用水稻植株体细胞进行转化的方法,针刺转化法的优势是无需经历脱分化和再分化过程,胚可以直接发育成幼苗,缩短了培育时间。
(3)在提取DNA过程中需加入EDTA,可以防止核DNA被酶解,所以EDTA的作用是抑制DNA酶活性。对PCR产物进行电泳,结果异常,可能的原因是PCR过程中的引物序列存在特异性不强的问题。
12.答案 (1)逆转录 相同 不同 琼脂糖凝胶电泳(或电泳)
(2)①DNA连接 复制起点 ②T-DNA 促进正、反向目的片段(干扰片段)的转录,得到足量的相应RNA分子
(3)使携带干扰片段(目的片段)的T-DNA整合到受体细胞(黑麦草愈伤组织细胞)染色体DNA上 再分化
(4)野生型(或非转基因) 降低
解析 (1)提取野生型黑麦草叶片全部mRNA,通过逆转录过程合成cDNA。根据cDNA序列选取合适的片段,由于正、反向的D基因片段的碱基序列相同,因而设计的正、反向目的片段的上下游的引物是相同的,正向片段和反向片段插入载体的方向不同,应设计不同的酶切位点使目的片段定向插入载体的特定位置。扩增产物经琼脂糖凝胶电泳,切下目的条带回收后与载体在DNA连接酶的作用下实现连接,此后可用于正、反目的片段的扩增。
(2)①对含有正向片段的克隆载体和反向片段的克隆载体分别进行双酶切,将回收片段与经相同酶切的中间载体用DNA连接酶进行连接,获得含有干扰片段的重组中间载体;中间载体需有复制起点,这样可以使干扰片段能在受体细胞中稳定存在。②将干扰片段和超表达启动子插入Ti质粒的T-DNA中得到D基因的表达干扰载体,进而可使目的基因转移到受体细胞的染色体DNA上,插入的超表达启动子能促进正、反向目的片段(干扰片段)的转录,进而可得到足量的相应RNA分子,用于抑制后续的翻译过程,进而使黑麦草中木质素含量下降。
(3)利用农杆菌转化法将目的基因表达载体导入黑麦草细胞中,即将黑麦草愈伤组织在菌液中浸没5 min,先置于无菌滤纸上吸去多余的菌液,再转入无菌水浸润的滤纸上共培养3 d,共培养的目的是使携带干扰片段(目的片段)的T-DNA整合到受体细胞(黑麦草愈伤组织细胞)染色体DNA上,从而保证目的基因在黑麦草细胞中稳定存在。筛选得到的愈伤组织通过再分化过程,产生胚状体,进而培育得到再生植株,即转基因植株。
(4)对转基因植株与野生型(或非转基因)植株进行木质素含量测定与分析,筛选保留木质素含量显著降低的植株。