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1、-届高考生物二轮复习 专题能力提升练19 基因工程和细胞工程-第 - 9 - 页专题能力提升练 十九基因工程和细胞工程(45分钟100分)1.(12分)下图是科学家利用小鼠成纤维细胞获得单克隆抗体的示意图。请据图回答：(1)获取转录因子基因需要的工具酶是，因成纤维细胞较小，过程将目的基因导入小鼠成纤维细胞时常用的载体是。(2)过程称为，在此过程中，成纤维细胞在转录因子基因的作用下，转化为iPS胚性细胞，在体外培养条件下，iPS胚性细胞能不断进行。(3)过程为动物细胞融合，此过程常用、灭活的病毒、电刺激等诱导细胞融合，融合后的Y细胞具有的特性。(4)对杂种细胞Y进行和后，才能筛选出能产生特异性抗
2、体的杂种细胞。【解题指导】解答本题的关键是明确题图信息：将目的基因导入受体细胞；动物细胞培养；动物细胞融合；获得单克隆抗体。【解析】(1)获取转录因子基因需要的工具酶是限制酶。因成纤维细胞体积较小，过程将目的基因导入成纤维细胞时最常用的载体是动物病毒。(2)在体外培养条件下，iPS胚性细胞能不断进行细胞分裂。(3)动物细胞融合时，常用聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等进行诱导。融合后的Y细胞既能大量增殖，又能产生单一抗体。(4)杂交瘤细胞经过克隆化培养，并通过抗原-抗体杂交技术的检测，才可大量生产符合要求的单克隆抗体。答案：(1)限制酶动物病毒(2)动物细胞培养细胞增殖(细胞分裂)(3)聚乙二醇(
3、PEG)既能大量增殖，又能产生单一抗体(4)克隆化培养(抗原-)抗体检测2.(14分)(2015芜湖三模)下图是制备抗埃博拉病毒(EBOV)VP40蛋白单克隆抗体的过程。请据图回答：(1)利用PCR获取目的基因的过程中，反应体系内要加入含有VP40基因的DNA、dNTP、Taq酶和根据合成的引物，且反应需要在一定的溶液中才能进行。(2)选用EcoR和Xho双酶切的优点是；VP40基因进入大肠杆菌细胞，并在大肠杆菌内维持稳定和表达，该过程可称为。(3)过程常用的不同于植物原生质体融合的促融方法是用处理。若把在HAT选择培养基上存活的细胞全部培养在同一培养基中，从中提取出的抗体(填“是”或“不是”
4、)单克隆抗体。图示过程应用的生物技术是。【解析】(1)利用PCR技术扩增目的基因的过程中，需要根据目的基因的核苷酸序列制作的引物，该过程在缓冲液中进行。(2)单酶切割DNA形成的黏性末端一致，可能会出现酶切产物自身环化，在实际操作中通常采用双酶切割。外源基因在受体细胞内维持稳定和表达的过程称之为转化。(3)动物细胞融合特有的促融手段是灭活的病毒。有的杂交瘤细胞可能产生其他的抗体，必须采用抗原-抗体杂交技术进行检测，从而筛选出真正针对埃博拉病毒的单克隆抗体。图中涉及的生物工程技术包括基因工程和细胞工程。答案：(1)目的基因的核苷酸序列缓冲(2)防止酶切产物之间的随意连接，提高连接成功率(其他合理
5、答案也可)转化(3)灭活的病毒不是基因工程、动物细胞培养、动物细胞融合【易错提醒】解答本题需注意两点：(1)没有注意到第(3)问中“不同于植物原生质体融合”的条件而错填为“聚乙二醇”，或者是只填“病毒”。采用灭活的病毒是动物细胞融合特有的促融手段。(2)没有分清第一次还是第二次“筛选”而错填成“是”。单克隆抗体的制备至少经历两次“筛选”。3.(10分)(2015福建高考)GDNF是一种神经营养因子，对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示)，并导入大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。请回答：(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋
6、白酶的目的是。(2)构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图1中的限制酶进行酶切。(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有3种：单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式，选择Hpa酶和BamH酶对筛选得到的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图2所示。图中第泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞达到一定密度时，需进行培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞
7、移植治疗实验。【解题指导】解答本题需明确：(1)图示信息：限制酶的作用与目的基因和载体的关系、电泳结果与DNA片段的关系。(2)隐含信息：动物细胞培养过程中原代培养与传代培养的特点。【解析】(1)培养大鼠神经干细胞的过程属于动物细胞培养，在进行动物细胞培养和分离时，都要使用胰蛋白酶处理使细胞分散开。(2)图1中构建含GDNF基因的表达载体过程中，获取目的基因(GDNF基因)使用的是Xho限制酶，故切割载体时应使用同种限制酶进行酶切。(3)单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。选择Hpa酶和BamH酶对筛选的3种载体进行双酶切，对单个载体自连类型，只
8、有Hpa酶起作用，酶切后得到的就是一段6 000 bp的DNA片段，对应图2中的；对GDNF基因与载体正向连接类型，Hpa酶和BamH酶都起作用，酶切后得到一段6 000-100+100=6 000 bp的DNA片段和一段700-100+100=700 bp的DNA片段，对应图2中的；对GDNF基因与载体反向连接类型，Hpa酶和BamH酶都起作用，酶切后得到一段6 000-100+(700-100)=6 500 bp的DNA片段和一段100+100=200 bp的DNA片段，对应图2中的。(4)检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的抗体与提取的蛋白质进行抗原-抗体杂交检测提取的蛋白质中是否含
9、有GDNF基因的表达产物。神经干细胞在原代培养过程中出现贴壁生长的特点，达到一定的密度时，出现接触抑制现象，细胞分裂受到抑制，需进行分瓶后，传代培养继续分裂以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。答案：(1)使细胞分散开(2)Xho(3)(4)抗体传代4.(14分)转基因抗虫棉是人们应用较早的基因重组技术推广项目，目前转基因技术有了新的改进，如下图所示，请根据所学知识回答：(1)启动子的作用是与进行识别和结合，从而驱动基因的转录过程。目的基因与载体结合主要依靠二者含有相同的。若限制酶切出了平末端，要选用进行连接，图中转基因过程通常选择的限制酶是。(2)一般试管苗的形成，先诱导生成(填
10、“丛芽”或“根”)，原因是。(3)从棉株1、2、3中各随机取出一个叶肉细胞，其细胞核中含有的目的基因的个数分别为、。【解题指导】解答本题要明确图中信息：花药离体培养；提取外植体；植物组织培养；秋水仙素处理。【解析】(1)启动子位于目的基因的首端，它是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶识别和结合的位点，其作用是启动目的基因的转录过程。只有具备相同黏性末端的目的基因与载体才能连接在一起，形成基因表达载体。只有T4DNA连接酶能连接平末端。据图可知，限制酶Sma识别和切割的位点在目的基因内部，它会破坏该目的基因，因此要选用识别位点在目的基因两侧的另外两种限制酶进行切割，获取目的基因。(2)在植物组
11、织培养过程的再分化阶段，需要光照条件，此时愈伤组织诱导形成丛芽的目的是让丛芽在光照条件下进行光合作用合成有机物，利于幼苗的生长。(3)据图可知，棉株1是二倍体普通棉花植株，不含目的基因(抗虫基因)；将单倍体苗的体细胞作为受体细胞，导入目的基因，由于这些细胞内只有一个染色体组，没有同源染色体，由此培育出的棉株2仍然是单倍体，只含有1个目的基因；将棉株2用秋水仙素处理后培育出的纯合二倍体棉株3，其体细胞内含2个目的基因。答案：(1)RNA聚合酶黏性末端T4DNA连接酶EcoR和BamH(2)丛芽进行光合作用合成有机物，利于生长(3)0125.(12分)(2015武汉二模)研究人员利用生物工程技术，
12、探究猪bmp15基因在不同组织细胞中的特异性表达。该工程技术基本流程如下图(EGFP基因控制合成增强型绿色荧光蛋白；过程表示表达载体2成功导入各组织细胞)。请回答：(1)过程中，需利用限制酶处理表达载体1。(2)过程中，常采用技术将表达载体2成功导入受体细胞。(3)在实验结果的基础上，提取上述猪肌肉细胞的(填“mRNA”或“DNA”)，利用标记的作探针，进行分子杂交，可进一步探究猪bmp15基因特异性表达的原因。(4)据实验结果推测，猪bmp15基因在细胞特异性表达。【解析】(1)由图示可知，切割目的基因时使用的限制酶是Xho和Hind，构建基因表达载体时，需要用同种限制酶切割含有目的基因的外
13、源DNA分子和载体。(2)将目的基因导入动物受体细胞常用显微注射技术。(3)检测目的基因是否转录出了mRNA，使用分子杂交技术，具体做法是利用同位素或荧光标记的目的基因作探针，与提取的mRNA进行分子杂交，若出现杂交带则说明目的基因转录成功。(4)据实验结果，只在猪卵巢细胞中检测出绿色荧光，而猪肌肉细胞和猪羊水干细胞中均没有检测出绿色荧光，因此推断bmp15基因在猪卵巢细胞内完成特异性表达。答案：(1)Xho和Hind(2)显微注射(3)mRNAEGFP基因(4)猪卵巢【加固训练】(2015南京一模)下图表示人体内部分结缔组织细胞的形成过程。成纤维细胞是疏松结缔组织的主要细胞成分，其形成过程未
14、经人为调控；A细胞到单核细胞、红细胞的几种途径中部分属于人为调控过程，PU、GATA为两种蛋白质，是细胞内的调控因子。请回答下列问题：(1)过程发生的根本原因是，过程中，染色体组数目倍增的时期是。(2)为长期培养胚胎干细胞，需建立一种培养体系，可按途径操作。首先在培养皿底部用胚胎成纤维细胞制备饲养层，当饲养层细胞分裂生长到细胞表面相互接触时，细胞会停止增殖。此时，培养皿底部形成的细胞层数是。然后将干细胞接种在饲养层上进行培养，由此推测，胚胎成纤维细胞可以分泌物质。(3)图中A、B、C、D四类细胞，有可能在骨髓中完成细胞分化的是。(4)研究发现，PU和GATA可以识别基因的特定序列，由此推测，其
15、结构更接近下列物质中的。DNA聚合酶DNA连接酶逆转录酶限制酶(5)若要使血红细胞前体直接转变成单核细胞，可行的人为调控措施是。【解析】(1)过程是细胞分化，其本质是基因的选择性表达。胚胎成纤维细胞仍然具有分裂能力，过程指的是有丝分裂，在后期着丝点分裂，姐妹染色单体分开，染色体数目暂时加倍，染色体组数目也暂时倍增。(2)正常细胞贴壁生长形成一层细胞时就会因细胞接触抑制而停止增殖。胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质，满足促进干细胞生长的同时抑制干细胞分化的条件，所以在培养胚胎干细胞时，一般是把胚胎成纤维细胞铺在培养皿底层作为饲养层。(3)B细胞是造血干细胞，存在于骨髓内。(4)能够识
16、别特定DNA序列的是限制酶，跟题干中的两种物质类似。(5)由图可知，当人为调控PUGATA时，血红细胞前体会发育成单核细胞。答案：(1)基因的选择性表达有丝分裂后期(2)一层抑制(干)细胞分化(3)B(4)(5)降低GATA的浓度或增加PU的浓度(答出一点即可)6.(16分)拟南芥某突变体可用于验证相关基因的功能。野生型拟南芥的种皮为深褐色(TT)，某突变体的种皮为黄色(tt)。下图是利用该突变体验证油菜种皮颜色基因(Tn)功能的流程示意图。请据图回答下列问题：(1)图中为，形成过程中需要酶；Tn基因能够和质粒连接成的主要原因是。(2)拟南芥t基因的mRNA的末端序列为“-AGCGCGACCU
17、GACUCUAA-”，而油菜Tn基因的mRNA与其相比，只有末端序列中的UGA变为AGA，则Tn比t多编码个氨基酸(起始密码子位置相同，UGA、UAA为终止密码子)。油菜Tn基因能在拟南芥突变体中表达的原因是。(3)若不能在含抗生素Kan的培养基上生长，则原因是。若转基因拟南芥的种皮颜色为，则说明油菜Tn基因与拟南芥T基因的功能可能相同。(4)采用PCR技术扩增目的基因时，需在PCR反应体系中加入引物等物质，若共用了引物62个，则目的基因扩增了代。【解析】(1)图中是质粒和目的基因连接形成的重组质粒。构建基因表达载体时，首先要用同种限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子，以形成相同的黏性末端，
18、其次还需要用DNA连接酶连接目的基因和载体从而形成基因表达载体重组质粒。(2)油菜Tn基因的mRNA中的UGA变为AGA，则末端序列变为AGCGCGACCAGACUCUAA，在拟南芥中，UGA是终止密码子不编码氨基酸，而在油菜中，UGA变为AGA后可编码一个氨基酸，同时CUC也可编码一个氨基酸，直到UAA终止密码子不编码氨基酸，所以Tn比t多编码2个氨基酸。所有生物共用一套遗传密码子，因此油菜Tn基因能在拟南芥突变体中表达。(3)由图可知重组质粒含有抗生素Kan抗性基因，所以导入重组质粒的受体细胞能在含有抗生素Kan的培养基上生长，若不能在含抗生素Kan的培养基上生长，则说明重组质粒未导入。若
19、的种皮颜色为深褐色，则说明油菜Tn基因与拟南芥T基因的功能相同。(4)PCR扩增技术利用的是DNA复制的原理，DNA复制具有半保留复制的特点。由题意可知，若共用了引物62个，说明每一种引物用了31个，则2n-1=31，n=5，即目的基因扩增了5代。答案：(1)重组质粒限制酶和DNA连接酶切割后具有相同的黏性末端(2)2所有生物共用一套遗传密码子(3)重组质粒未导入(目的基因未成功表达)深褐色(4)5【加固训练】(2015天津二模)荧光素酶及其合成基因在生物研究中有着广泛的利用。(1)荧光素酶基因常被用作基因工程中的标记基因，其作用是将筛选出来。(2)下表为4种限制酶的识别序列和酶切位点，下图为
20、含有荧光素酶基因的DNA片段及其具有的限制酶切点。若需利用酶切法(只用一种酶)获得荧光素酶基因，最应选择的限制酶是。限制酶MspBamHMboSma酶切位点(3)迄今为止，可将具有上述荧光素酶基因的载体导入动物细胞的技术中，应用最多的、最有效的是。经一系列步骤，将所获得的胚胎早期培养一段时间后，再移植到雌性动物的或子宫内，使其发育成为具有新性状的动物。(4)荧光素酶在ATP的参与下，可使荧光素发出荧光。生物学研究中常利用“荧光素-荧光素酶发光法”来测定样品中ATP的含量。某研究小组对“测定ATP含量时所需荧光素酶溶液的最佳浓度”进行了探究。【实验材料】110-8mol/L的ATP标准液、缓冲溶
21、液、70 mg/L荧光素溶液(过量)、浓度分别为10、20、30、40、50、60、70的荧光素酶溶液(单位：mg/L)。【实验结果】见图。【实验分析与结论】实验过程：为使结果更加科学准确，应增设一组作为对照。除题目已涉及的之外，还需要严格控制的无关变量有(至少写出一个)。实验结果：由图可知，点所对应的荧光素酶浓度为最佳浓度。【解析】(1)在基因工程中，标记基因的作用是将含有目的基因的受体细胞筛选出来。(2)比较各种酶切位点可知，限制酶Sma的酶切位点中包含限制酶Msp的酶切位点，而且限制酶Sma和Msp分别位于荧光素酶基因的两侧，若只用一种酶获得荧光素酶基因，最应选择的限制酶是Msp。(3)
22、将具有荧光素酶基因的载体导入动物细胞(通常为受精卵)，常采用显微注射技术。正常情况下，受精过程发生在雌性动物的输卵管内，受精卵形成后即在输卵管内开始发育、进行有丝分裂，并且向子宫方向移动，因此，可将基因工程中获得的胚胎培养一段时间后，再移植到雌性动物的输卵管或子宫内，使其发育成为具有新性状的动物。(4)依题意可知，该实验的目的是“测定ATP含量时所需荧光素酶溶液的最佳浓度”，自变量是不同的荧光素酶溶液的浓度，因变量是样品中荧光素发出荧光的强弱，只有与不加荧光素酶溶液的一组对照，实验才更具有说服力，所以应增设一组浓度为0 mg/L的荧光素酶溶液作对照。除了自变量外，凡是对实验结果有影响的因素都属
23、于无关变量，如温度、反应时间、加入液体的量等，需要严格控制。坐标图显示，荧光素酶浓度低于40 mg/L时，随荧光素酶溶液浓度的增加，试管中荧光强度逐渐增加，当达到40 mg/L时，荧光强度不再随荧光素酶溶液浓度的增加而增加，所以，d点所对应的荧光素酶浓度为最佳浓度。答案：(1)含有目的基因的细胞(2)Msp(3)显微注射技术输卵管(4)0 mg/L荧光素酶溶液温度(反应时间)d7.(22分)(2015天津高考)纤维素分子不能进入酵母细胞。为了使酵母菌能够利用环境中的纤维素为原料生产酒精，构建了含3种不同基因片段的重组质粒。下面是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。据图回答：(1)
24、本研究构建重组质粒时可选用四种限制酶，其识别序列如下图，为防止酶切片段的自身连接，可选用的限制酶组合是或。A.B.C.D.(2)设置菌株为对照，是为了验证不携带纤维素酶基因。(3)纤维素酶基因的表达包括和过程。与菌株相比，在菌株、中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有。(4)在以纤维素为唯一碳源的培养基上分别培养菌株、，菌株不能存活，原因是。(5)酵母菌生成酒精的细胞部位是，产生酒精时细胞的呼吸方式是。在利用纤维素生产酒精时，菌株更具优势，因为导入的重组质粒含有，使分泌的纤维素酶固定于细胞壁，减少因培养液更新而造成的酶的流失，提高酶的利用率。【解题指导】解答本题的突破口：(1)关键知识：基因的表
25、达、分泌蛋白的合成和运输、无氧呼吸。(2)图示信息：转基因示意图菌株为对照；菌株能合成纤维素酶但不能运输到细胞外；菌株能合成纤维素酶也能运输到细胞外；菌株能合成纤维素酶也能往外运输，最终附着在细胞壁上。【解析】(1)为防止酶切片段的自身连接，两种酶切出的黏性末端碱基序列应不同。(2)设置菌株为空白对照，以证实质粒DNA和酵母菌基因组不携带纤维素酶基因。(3)基因的表达包括转录和翻译两个步骤。与菌株相比，菌株、因有信号肽编码序列，合成的纤维素酶需加工分泌，所以还需内质网和高尔基体。(4)因为纤维素分子不能进入细胞，菌株缺少信号肽，因此该菌株合成的纤维素酶不能分泌到细胞外，故在以纤维素为唯一碳源的培养基上不能存活。(5)酵母菌无氧呼吸产生酒精，场所是细胞质基质；由图示可知菌株比菌株多了A基因片段，可以使合成的纤维素酶附着在细胞壁上，减少培养液更新造成的酶流失，比菌株更占优势。答案：(1)B(或C)C(或B)(2)质粒DNA和酵母菌基因组(3)转录翻译内质网、高尔基体(4)缺少信号肽编码序列，合成的纤维素酶不能分泌到细胞外，细胞无可利用的碳源(5)细胞质基质无氧呼吸A基因片段