高中生物高考1　第十单元　第33讲　高效作业知能提升

1．(2020·江西重点中学盟校一模)回答下列与基因工程有关的问题：

(1)基因工程技术中，______________是将目的基因导入植物细胞最常用的方法，其中的Ti质粒上的T­DNA是指____________________。

(2)获得的目的基因可利用PCR技术在体外反应体系中扩增，该过程利用的原理是____________，需要加入的原料是__________，DNA解旋利用的是________原理。

(3)基因工程中使用的载体，除质粒外，还有________________________和____________。

(4)该技术可以培育抗病转基因植物，也可用于动物的基因治疗。与之相比，单克隆抗体也用于诊断或携带药物治疗癌症，这是利用了它_____________________________的优点。

解析：(1)将目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，其中的Ti质粒上的T­DNA是指可转移的DNA。(2)PCR技术利用的原理是DNA双链复制，需要的原料是dATP、dTTP、dCTP和dGTP。DNA解旋利用的是热变性原理，即DNA受热变性(或高温变性)后解旋为单链。(3)基因工程中使用的载体，除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(4)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的优点，可用于诊断或携带药物治疗癌症。

答案：(1)农杆菌转化法　可转移的DNA　(2)DNA双链复制　四种脱氧核苷酸(或dATP、dTTP、dCTP和dGTP)　热变性(或高温变性等类似意思)　(3)λ噬菌体的衍生物　动植物病毒(两空可调换)　(4)特异性强、灵敏度高

2．(2016·高考全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamH Ⅰ酶切后，与用BamH Ⅰ酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：

(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有_______________________________________________(答出两点即可)，

而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。

(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是________________________；并且______________和______________的细胞也是不能区分的，其原因是________________。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有____________的固体培养基。

(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自____________。

解析：(1)作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，且含有特殊的标记基因。(2)未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未导入质粒载体，而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠杆菌在含有氨苄青霉素的培养基中不能生长。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分。据题图可知，用BamH Ⅰ切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其DNA复制所需原料来自受体细胞。

答案：(1)能自我复制、具有标记基因　(2)二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长　含有质粒载体　含有插入了目的基因的重组质粒(或含有重组质粒)　二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长　四环素　(3)受体细胞

3．(2020·广东肇庆模拟)含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲基化酶，这两种酶对DNA分子有相同的作用序列，但具有不同的催化功能。甲基化酶可以对DNA序列进行修饰，使限制酶不能对这一序列进行识别和切割。回答下列问题：

(1)目前，基因工程中使用的______________主要是从原核生物中分离纯化获得的。构建“基因组文库”和“cDNA文库”的过程中需要使用DNA连接酶的是____________(填“基因组文库”“cDNA文库”或“基因组文库和cDNA文库”)。

(2)含有某种限制酶的细胞，可以利用该限制酶切割外源DNA，但不破坏细胞自身的DNA，其原因可能有①_________________；②______________________________________。

(3)利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性(90～95 ℃)、低温复性(55～60 ℃)、适温延伸(70～75 ℃)三个步骤构成一个循环，为使得酶能够重复利用，选用的酶应在90～95 ℃处理后仍然具备催化活性，因此应选用____________________酶。

(4)在PCR扩增目的基因时，为实现序列中的腺嘌呤被放射性同位素标记，反应体系中添加的原料应包括碱基已被标记的________(填“腺嘌呤核糖核苷酸”“dATP”或“ATP”)。

解析：(1)基因工程中的限制酶主要是从原核生物中分离纯化获得的。构建“基因组文库”和“cDNA文库”的过程中都需要利用DNA连接酶将DNA片段与载体连接导入受体菌群储存，只不过两者使用的DNA片段不同，cDNA文库是利用反转录法获得的DNA(部分基因)，基因组文库使用的是某种生物的全部DNA(全部基因)。(2)原核细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列或者甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰，这使含有某种限制酶的原核细胞，可以利用该限制酶切割外源DNA，但不破坏细胞自身的DNA。(3)PCR扩增目的基因的三个步骤是高温变性(90～95 ℃)、低温复性(55～60 ℃)和适温延伸(70～75 ℃)，该过程使用的DNA聚合酶需是热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。(4)在PCR扩增目的基因时，使用的原料是dATP、dTTP、dCTP和dGTP。

答案：(1)限制酶(或限制性核酸内切酶)　基因组文库和cDNA文库　(2)①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列　②甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰　(3)热稳定DNA聚合(Taq)　(4)dATP

4．(2020·河北石家庄一模)干扰素可以用于治疗病毒感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么，在－70 ℃条件下可以保存半年，这需要利用蛋白质工程来完成。请回答下列问题：

(1)天然蛋白质的合成过程是按照________进行的，而蛋白质工程与之相反。蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过____________________，对现有蛋白质进行改造，或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。

(2)若将干扰素的一个半胱氨酸变成丝氨酸，推测相应的脱氧核苷酸序列________(填“是”或“不是”)唯一的。可利用PCR技术扩增相应基因，该技术的前提是要有一段____________，以便根据这一序列合成引物。

(3)科学家在基因工程和蛋白质工程中常用大肠杆菌作为受体细胞，原因是____________________(答出两点即可)。大肠杆菌常用的转化方法是首先用________处理后使其成为________细胞，再与重组表达载体溶于缓冲溶液中完成转化。

(4)干扰素基因是否翻译出蛋白质，可用________(物质)进行检测。

解析：(1)天然蛋白质的合成过程是按照中心法则中的转录和翻译过程进行的，而蛋白质工程与之相反。根据蛋白质工程的概念可知，蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。(2)由于丝氨酸由多种密码子来决定，因此通过题述方法获得的脱氧核苷酸序列不是唯一的。在PCR技术中扩增目的基因的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。(3)原核生物作为基因工程中的受体细胞的原因是繁殖快、多为单细胞、容易培养、遗传物质相对较少等，最常用的原核细胞是大肠杆菌，其转化方法是首先用Ca2＋处理细胞，使其成为感受态细胞，再将重组表达载体溶于缓冲液中，与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子(重组表达载体)，完成转化过程。(4)检测干扰素的基因是否表达，可用抗原—抗体杂交的技术进行检测，即用(干扰素的)抗体进行检测。

答案：(1)中心法则　基因修饰或基因合成　(2)不是　已知目的基因的核苷酸序列　(3)大肠杆菌繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少　Ca2＋　感受态　(4)(干扰素的)抗体

5．(2018·高考全国卷Ⅱ)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5′末端。获得了L1­GFP融合基因(简称为甲)，并将其插入质粒P0，构建了真核表达载体P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中E1～E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。

回答下列问题：

(1)据图推断，该团队在将甲插入质粒P0时，使用了两种限制酶，这两种酶是____________，使用这两种酶进行酶切是为了保证________，也是为了保证________。

(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了________和________过程。

(3)为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的________移入牛的________中、体外培养、胚胎移植等。

(4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行鉴定，在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的________(填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。

解析：(1)据题图可知，将L1­GFP融合基因(甲)插入质粒时使用酶E1和E4进行酶切，既能保证L1­GFP融合基因的完整，又能保证L1­GFP融合基因与载体的正确连接。(2)目的基因在受体细胞中的表达包括转录和翻译两个过程。(3)将体外培养的含有目的基因的动物体细胞核移入该动物的去核卵母细胞中，经过体外胚胎培养、胚胎移植等技术可获得转基因动物。(4)检测目的基因是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，采用PCR技术鉴定时，应以该牛不同组织细胞中的核DNA作为PCR模板。

答案：(1)E1和E4　甲的完整　甲与载体正确连接

(2)转录　翻译

(3)细胞核　去核卵母细胞

(4)核DNA

6．(2020·福建泉州一模)干扰素是一类几乎能抵抗所有病毒的糖蛋白，可利用基因工程技术进行制备。请回答下列问题：

(1)利用mRNA的反转录产物可构建____________文库，进而获得干扰素目的基因，该文库不同于基因组文库的特点是________________________________________________(答出两点)。

(2)将干扰素目的基因导入大肠杆菌实现转化时，首先应用________处理大肠杆菌，使之处于________态。大肠杆菌刚表达出的干扰素一般没有活性，原因是____________。

(3)利用基因工程生产的干扰素在体外往往不易保存，可通过________工程对其进行改造以延长保存时间。

解析：(1)部分基因(cDNA)文库是利用细胞内的mRNA反转录形成的基因构成的，只含有该生物的部分基因，故部分基因文库比较小，另外cDNA文库是由反转录形成的，故基因中无启动子、内含子等序列。(2)大肠杆菌作为受体细胞时，因其为微生物，故需要用Ca2＋处理大肠杆菌，让其处于感受态。大肠杆菌是原核生物，其细胞内没有内质网、高尔基体等复杂的细胞器，无法对蛋白质进行加工，故其刚表达出的干扰素一般没有生物活性。(3)蛋白质工程可以根据人们的预期对基因进行改造，从而生产出符合人们需求的蛋白质，对于不易保存的干扰素，可以采用蛋白质工程进行改造。

答案：(1)cDNA(或部分基因)　cDNA文库较小；基因中没有启动子、没有内含子，只含有某种生物的部分基因；全部基因可在物种间进行交流　(2)CaCl2(Ca2＋)　感受　大肠杆菌细胞内没有内质网、高尔基体等细胞器，不能对翻译后的蛋白质进行加工　(3)蛋白质

7．(2020·广东肇庆一模)2018年10月3日，“不务正业”的诺贝尔化学奖又颁给了生物学，授予了格雷戈里·温特(Gregory P．Winter)等3位科学家，以表彰他们在酶的定向进化，肽类和噬菌体展示技术等方面的成绩。噬菌体展示技术是将外源蛋白或多肽的DNA序列插入噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置，使外源基因随外壳蛋白的表达而表达，同时，外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。

请根据材料回答下列问题：

(1)T2噬菌体的遗传物质是____________，如噬菌体外壳蛋白展示胰岛素蛋白原，构建基因表达载体时，胰岛素基因前还要插入____________。

(2)将外源蛋白或多肽的DNA序列插入噬菌体外壳蛋白结构基因中，需要用到的工具酶有______________。噬菌体外壳蛋白结构基因用EcoR Ⅰ切割后产生的片段如下图：

图示末端为____________，为使外源蛋白DNA序列能与其相连，外源蛋白DNA除可用EcoR Ⅰ切割外，还可用另一种酶切割，该酶必须具有的特点是____________________________________。

(3)从物质基础来看，不同生物之间能够进行基因重组，原因是________________________________________________________________________。

(4)格雷戈里·温特发明了“拟人化”和全拟人化的噬菌体展示技术，并开发了制造人源化抗体以及在细菌中重组表达人源抗体的技术，这一技术解决了单克隆抗体传统的制备过程中需要将____________和____________相融合的需求。单克隆抗体常应用于分子靶向治疗，其特点是________________________________________________________________________。

解析：(1)T2噬菌体是一种DNA病毒，其遗传物质是DNA。如噬菌体外壳蛋白展示胰岛素蛋白原，构建基因表达载体时，胰岛素基因前还要插入该基因的启动子。(2)构建基因表达载体时，首先需要用限制酶切割含有目的基因的外源DNA和运载体，其次还需要用DNA连接酶将目的基因与运载体连接形成重组DNA。EcoR Ⅰ切割后产生的末端为黏性末端。为使外源蛋白DNA序列能与其相连，外源蛋白DNA除可用EcoR Ⅰ切割外，还可用另一种酶切割，但该酶切割产生的DNA片段末端与EcoR Ⅰ切割产生的DNA片段末端应相同，否则无法连接。(3)不同生物之间能够进行基因重组的原因是DNA都是由四种脱氧核苷酸组成的。(4)单克隆抗体传统的制备过程中需要将骨髓瘤细胞和已免疫的效应B细胞相融合。单克隆抗体的特点是特异性强、灵敏度高、可大量制备。

答案：(1)DNA　(胰岛素基因)启动子　(2)限制酶和DNA连接酶　黏性末端　切割产生的DNA片段末端与EcoR Ⅰ切割产生的DNA片段末端相同　(3)DNA都是由四种脱氧核苷酸组成的　(4)骨髓瘤细胞　已免疫的效应B细胞　特异性强、灵敏度高、可大量制备

8．(2020·安徽宣城模拟)转基因技术的应用大大提高了动植物的品质，下图是绿色荧光蛋白转基因克隆猪培育示意图，据图回答下列问题：

(1)过程①需要的工具酶有________________。绿色荧光蛋白基因需要导入成纤维细胞的________________________________________________________________________

上才有可能培育出绿色荧光蛋白转基因克隆猪。

(2)猪胎儿成纤维细胞培养过程中，为了防止培养过程中的污染，通常还要在细胞培养液中添加一定量的________。

(3)通过过程⑤将早期胚胎移植到受体母猪体内能存活的原因是________________________________________________________________________。

(4)若是想在短期内获得更多的相同的绿色荧光蛋白转基因克隆猪该如何做？________________________________________________________________________。

(5)科学家将反义F3H序列导入康乃馨中，降低了植株中F3H基因的表达量和酶活性，封锁了花青素合成途径，获得了花香物质苯甲酸的释放量大大增加的转基因康乃馨。以上说明目的基因除了编码蛋白质的基因外，还可以是________________。将目的基因导入植物细胞常用的方法是________________。

解析：(1)题图中过程①表示基因表达载体的构建，过程②表示超数排卵处理，过程③是核移植过程，过程④是早期胚胎培养，过程⑤是胚胎移植过程，最后通过妊娠分娩获得绿色荧光蛋白转基因克隆猪。构建基因表达载体时，需要的工具酶有限制酶和DNA连接酶。绿色荧光蛋白基因需要导入成纤维细胞的染色体DNA上才有可能培育出绿色荧光蛋白转基因克隆猪。(2)猪胎儿成纤维细胞培养过程中，培养液中通常加入抗生素，其目的是防止培养液被污染。(3)早期胚胎移植时，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体母猪体内存活提供了可能。(4)来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，所以将早期胚胎进行胚胎分割移植可以获得更多相同的绿色荧光蛋白转基因克隆猪。(5)科学家将反义F3H序列导入康乃馨中，降低了植株中F3H基因的表达量和酶活性，封锁了花青素合成途径，获得了花香物质苯甲酸的释放量大大增加的转基因康乃馨。以上说明目的基因除了编码蛋白质的基因外，还可以是调控作用因子。因为导入的对象是植物细胞，而土壤中的农杆菌易侵染植物细胞，故一般用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。

答案：(1)限制酶和DNA连接酶　染色体DNA

(2)抗生素　(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应　(4)对早期胚胎进行分割移植　(5)调控作用因子　农杆菌转化法