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1、专题26基因工程高考生物高考生物(江苏专用)考点考点1 1基因工程的工具与操作程序基因工程的工具与操作程序五年高考A A组自主命题组自主命题江苏卷题组江苏卷题组1.(2019江苏单科,16,2分)下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是()A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗答案答案D胰岛素基因表达质粒导入大肠杆菌,获得的工程菌可将胰岛素基因遗传给子代,A不符合题意;B、C培育的转基因植物和
2、转基因动物的每个细胞均含有目有基因,后代可表现转基因性状,B、C不符合题意;将转入目的基因的淋巴细胞回输患者体内后,患者的生殖细胞不含目的基因,故子代不表现转基因性状,D符合题意。素养解读素养解读本题以基因工程为信息载体,考查考生运用所学知识,对某些生物学问题进行解释、推理得出正确结论的能力;试题通过基因工程技术遗传性分析,体现了对科学思维素养中的分析与判断要素的考查。2.(2019江苏单科,33,8分)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题:图1(1)EcoR酶切位点为,EcoR酶切出来的线性载体
3、P1为末端。(2)用TaqDNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在酶作用下,形成重组质粒P3。(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是(填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是、。(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,
4、PCR鉴定时应选择的一对引物是。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400bp片段,原因是。菌落类型平板类型ABC无抗生素+氨苄青霉素+-四环素+-氨苄青霉素+四环素+-图2答案答案(8分)(1)平(2)胸腺嘧啶(T)DNA连接(3)BA类菌落含有P0C类菌落未转入质粒(4)乙丙目的基因反向连接解析解析(1)EcoR从识别序列的中心轴线处切割,所以产生的末端为平末端。(2)由于载体和目的基因要连接成DNA分子,所以目的基因片段的两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸时,载体P1的两端应各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。在DNA连接酶的作用下,可将P2和目的基因连接,形成重组质粒P3。(
5、3)重组质粒P3上有完整的氨苄青霉素基因,所以含有重组质粒P3的菌落在无抗生素和添加氨苄青霉素的培养基上能生长,而在添加四环素的培养基上不能生长,所以应选择的是B类菌落。A类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基上均能生长,说明A类菌落导入了P0。C类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基上均不能生长,说明C类菌落未导入质粒。(4)选择的一对引物组合、目的基因与重组质粒的连接方向及扩增片段长度的可能情况如表:由表可知,PCR鉴定时应选择的一对引物是乙丙。若扩增出了400bp片段,则原因是目的基因反向连接。素养解读素养解读本题借助基因工程相关知识,考查考生从表
6、格、图形等提取信息并运用这些信息解决相关问题的能力;通过构建重组质粒的过程图示和菌落生长情况分析等体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。知能拓展知能拓展PCR过程中,目的基因扩增n次,共产生2n个DNA,其中1个DNA上含引物,1个DNA上含引物,2n-2个DNA既含引物,也含引物。该过程共需要2n-1个引物和2n-1个引物。引物组合扩增片段(bp)连接方向甲乙乙丙甲丙正向0350450反向40004503.(2018江苏单科,32,8分)为生产具有特定性能的-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了-淀粉酶基因(1656个碱基对),利用基因工程大量制备-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列问题:(
7、1)利用PCR技术扩增-淀粉酶基因前,需先获得细菌的。(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的端加上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是。(3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中的设定与引物有关,的设定与扩增片段的长度有关。(填序号)变性温度退火温度延伸温度变性时间退火时间延伸时间(4)如图表示筛选获得的工程菌中编码-淀粉酶的mRNA的部分碱基序列:5-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU-3图中虚线框内mRNA片段包含个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有种。(5)获得工程
8、菌表达的-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性,结果如下:缓冲液50mmol/LNa2HPO4-KH2PO450mmol/LTris-HCl50mmol/LGly-NaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相对活性%25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8根据上述实验结果,初步判断该-淀粉酶活性最高的条件为。答案答案(8分)(1)基因组DNA(2)5使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连(3)(4)813(5)pH为8.5,缓冲液为50mmol/LTi
9、rs-HCl解析解析(1)由题干信息可知某种海洋细菌含有-淀粉酶基因,因此在扩增-淀粉酶基因前需先从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)引物的作用是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接到引物上时,是与引物的3端相连的,由此确定需在引物的5端加上限制性酶切位点。常在两条引物上加入不同的限制酶切位点的主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体,防止自身相连。(3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有关。延伸时间长短的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,该mRNA上5端为AUG(起始密码子),因此可依据三个碱基是一个密码子来分析图中虚线框中的碱
10、基,可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子的第一个碱基已经固定为U,因此还有2个碱基未知,共可能有的种数为44=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码子,因此决定氨基酸的密码子最多有13种。(5)据表格数据可知:-淀粉酶在pH为8.5、缓冲液为50mmol/LTris-HCl的条件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。素养解读素养解读本题通过基因工程及酶活性测定的相关知识考查了科学思维中的归纳与概括能力,同时考查了考生的科学探究能力。4.(2017江苏单科,33,8分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获
11、得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:(1)从高表达MT的生物组织中提取mRNA,通过获得用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的位点。设计引物时需要避免引物之间形成,而造成引物自连。(3)图中步骤1代表,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产
12、物,则可以采取的改进措施有(填序号:升高退火温度降低退火温度重新设计引物)。答案答案(8分)(1)逆转录cDNA(2)限制性核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板G/C含量高(5)解析解析本题主要考查目的基因的获取及PCR技术的有关知识。(1)依据题中表述现象分析,mRNA合成目的基因的过程应为逆转录过程,由mRNA直接逆转录形成的为cDNA。(2)构建重组质粒时需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶,因此推测在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶识别的位点。设计引物时需要注意避免引物1和引物2之间形成碱基互补配对。(3)图中步骤1代表变性。(4)退火温度过高会破坏引物与模板链之间的碱基
13、互补配对。由于含G/C碱基对多的DNA稳定性强,因此在PCR过程中设置的温度应视G/C的含量而定。(5)温度过高不利于引物与模板结合;引物设计不合理也会影响PCR扩增反应。知识归纳知识归纳关于引物的几个问题:引物是一小段DNA或RNA,它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对,其长度通常为2030个核苷酸。由于PCR利用了DNA的热变性原理,因此温度的高低直接影响DNA变性、复性和延伸的过程,特别是复性的过程也即题中的退火过程,它关乎引物是否能与模板链结合,只有结合后才有可能进行“延伸”。结合DNA结构特点,A与T之间有2个氢键、C与G之间有3个氢键的知识分析,引物中含碱基不同耐温程度不同,其中
14、含C/G较多的引物,PCR扩增时温度可适当提高。5.(2016江苏单科,33,9分)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BamHBclSau3AHind识别序列及切割位点 ATCCCCTA ATCAACTA GATCCTAG GCTTTTCG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
15、PCR鉴定,所用的引物组成为图2中。(3)若BamH酶切的DNA末端与Bcl酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为,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Sau3A切图1质粒最多可能获得种大小不同的DNA片段。答案答案(9分)(1)Bcl和Hind连接感受(2)四环素引物甲和引物丙(3)TGATCCACTAGG都不能(4)7解析解析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)分析4种限制酶识别的序列可知:BamH和Bcl识别序列中含有Sau3A的识别序列,这三种酶切割DNA后可以产生相同的黏性末端。为保证质粒上含有标记基因,切割质粒时不能选用BamH和
16、Sau3A,应选用Bcl和Hind两种限制酶切割;酶切后的载体和目的基因片段,需用DNA连接酶连接形成重组质粒,为了扩增重组质粒,需将其转入处于感受态的大肠杆菌中。(2)重组质粒中四环素抗性基因结构完整,氨苄青霉素抗性基因结构被破坏,在筛选平板培养基中添加四环素可以筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌。PCR扩增目的基因时,需用引物甲和引物丙两种引物。(3)BamH酶切产生的黏性末端为,Bcl酶切产生的黏性末端为,经DNA连接酶连接后,连接部位的6个碱基对序列为,此序列不能被BamH和Bcl识别,因此不能被两种酶切开。(4)图1质粒中含有Sau3A酶的3个识别序列,如图:(A、B、C分别表示相邻切点
17、间的DNA片段)用Sau3A酶切,若在一个切点处切割可得到:B+C+A、C+A+B、A+B+C三种DNA片段(但其大小相同),若在两个切点处切割可得到:A、B+C、A+C、B、A+B、C六种DNA片段(其大小均不同);若在三个切点处均切割,可得到A、B、C三种大小不同的DNA片段,综上所述,用Sau3A酶切质粒最多可能获得7种大小不同的DNA片段。疑难突破疑难突破准确识别出BamH酶和Bcl酶识别序列中含有Sau3A酶的识别序列,是准确解答本题的关键。注意第(4)小题,Sau3A酶可能打开1个切点、2个切点和3个切点三种情况。6.(2015江苏单科,32,9分)胰岛素A、B链分别表达法是生产胰
18、岛素的方法之一。图1是该方法所用的基因表达载体,图2表示利用大肠杆菌作为工程菌生产人胰岛素的基本流程(融合蛋白A、B分别表示-半乳糖苷酶与胰岛素A、B链融合的蛋白)。请回答下列问题:图1图2(1)图1基因表达载体中没有标注出来的基本结构是。(2)图1中启动子是酶识别和结合的部位,有了它才能启动目的基因的表达;氨苄青霉素抗性基因的作用是。(3)构建基因表达载体时必需的工具酶有。(4)-半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达,可将胰岛素肽链上蛋白酶的切割位点隐藏在内部,其意义在于。(5)溴化氰能切断肽链中甲硫氨酸羧基端的肽键,用溴化氰处理相应的融合蛋白能获得完整的A链或B链,且-半乳糖苷酶被切成多个
19、肽段,这是因为。(6)根据图2中胰岛素的结构,请推测每个胰岛素分子中所含游离氨基的数量。你的推测结果是,理由是。答案答案(9分)(1)终止子(2)RNA聚合作为标记基因,将含有重组质粒的大肠杆菌筛选出来(3)限制酶和DNA连接酶(4)防止胰岛素的A、B链被菌体内蛋白酶降解(5)-半乳糖苷酶中含多个甲硫氨酸,而胰岛素A、B链中不含甲硫氨酸(6)至少2个两条肽链的一端各有一个游离的氨基,氨基酸R基团中可能还含有游离的氨基解析解析(1)完整的基因表达载体应包含目的基因、启动子、终止子、标记基因等,图1中没有标注出终止子。(2)启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位,可驱动转录出mRNA;氨苄青霉素抗性
20、基因属于标记基因,可利用含氨苄青霉素的培养基筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。(3)构建基因表达载体需用限制酶分别切割目的基因和质粒,再用DNA连接酶将两者连接形成重组质粒。(4)利用-半乳糖苷酶与胰岛素A链或B链融合表达的意义是将胰岛素肽链上的蛋白酶切割位点隐藏在-半乳糖苷酶内部,从而防止胰岛素A链或B链被大肠杆菌体内的蛋白酶降解。(5)根据溴化氰的作用特点可知,溴化氰可将-半乳糖苷酶切成多个肽段,但不会切割胰岛素A、B链,这与肽链中含有的甲硫氨酸数量有关。(6)由于每条肽链的一端都含有一个游离的氨基,所以蛋白质分子中游离氨基的数量=肽链数+R基上游离氨基数,故可推测胰岛素(由A、B链组成)至少
21、含有2个游离的氨基。易错警示易错警示基因表达载体几个组成部分中,启动子和终止子是常考查的内容,也是易与mR-NA上起始密码子和终止密码子相混淆的知识。避免将“游离氨基”与“氨基残基”混淆。考点考点2 2基因工程的应用与蛋白质工程基因工程的应用与蛋白质工程(2019江苏单科,29,8分)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中,然后通过核移植技术培育基因编辑猪,可用于生产基因工程疫苗。下图为基因编辑猪培育流程,请回答下列问题:(1)对1号猪使用处理,使其超数排卵,收集并选取处在时期的卵母细胞用于核移植。(2)采集2号猪的组织块,用处理获得分散的成纤维细胞,放置于37的CO2培养箱中培养,其
22、中CO2的作用是。(3)为获得更多基因编辑猪,可在胚胎移植前对胚胎进行。产出的基因编辑猪的性染色体来自号猪。(4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达,可采用的方法有(填序号)。DNA测序染色体倍性分析体细胞结构分析抗原抗体杂交答案答案(8分)(1)促性腺激素减数第二次分裂中期(2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶)维持培养液的pH(3)分割2(4)解析解析(1)1号猪提供卵母细胞,对其使用促性腺激素处理,可实现超数排卵。用于核移植的卵母细胞通常应发育至减数第二次分裂中期。(2)动物细胞培养前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将动物组织分散成单个细胞,动物细胞培养时,培养箱中一定浓度的CO2用于维持培养
23、液的pH。(3)采用胚胎分割技术,可获得更多的基因编辑猪。因2号猪为基因提供者,故基因编辑猪的性染色体组成与2号猪相同。(4)可通过DNA测序技术检测病毒外壳基因是否导入4号猪;采用抗原抗体杂交技术,利用与该病毒外壳蛋白特异性结合的抗体,检测病毒外壳基因是否在4号猪体内正常表达。素养解读素养解读本题通过基因工程、动物细胞工程和胚胎移植技术培育转基因猪为信息载体,主要考查考生知识的综合运用能力;通过对转基因克隆猪培育过程的分析,体现了对科学探究中方案探讨的考查。方法技巧方法技巧目的基因是否表达成功的检测方法分子层次:直接检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是抗原抗体杂交法。个体层次:直接检测相关性
24、状,如转基因抗虫植物直接接种相应害虫后,观察其是否抗虫。考点考点1 1基因工程的工具与操作程序基因工程的工具与操作程序B B组统一命题、省（区、市）卷题组组统一命题、省（区、市）卷题组1.(2018北京理综,5,6分)用Xho和Sal两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是()图1酶切位点图图2电泳结果示意图A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同B.图2中酶切产物可用于构建重组DNAC.泳道中是用Sal处理得到的酶切产物D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA答案答案D图1中,两种限制性核酸内切酶的酶切位点不同,说明两种限制性核酸内切酶识别的核
25、苷酸序列不同,A正确。图2中,两种酶的酶切产物都为DNA片段,都可用于构建重组DNA,B正确。结合图1的酶切位点图,判断两种酶切DNA后得到的DNA片段数;再结合泳道电泳结果知,泳道是用Sal处理得到的酶切产物,C正确。能被限制性核酸内切酶酶切的DNA片段仍为双链DNA,D错误。2.(2017北京理综,5,6分)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()A.用限制性核酸内切酶EcoR和连接酶构建重组质粒B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被
26、转化的菊花细胞D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上答案答案C本题主要考查基因工程的相关知识。由于C基因两端及质粒上均存在限制酶EcoR的酶切位点,因此,可采用限制酶EcoR和DNA连接酶构建重组质粒;用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织(即农杆菌转化法),可以将C基因导入细胞;由于质粒上存在潮霉素抗性基因(标记基因),因此,可以在培养基中添加潮霉素,筛选被转化的菊花细胞,C符合题意;可用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上。3.(2019课标全国,38,15分)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成,也可以从基因文
27、库中获得。基因文库包括和。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时,解开DNA双链的酶是。在体外利用PCR技术扩增目的基因时,使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的。(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是。答案答案(1)基因组文库cDNA文库(2)解旋酶加热至9095氢键(3)Taq酶热稳定性高,而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活解析解析本题借助基因工程的相关知识,考查考生对生物学问题进行解释的能力;通过PCR与体内DNA复制的比较,体现了科学思维中分析与推断要素。(1)基因文库包括基因组文库和cDNA
28、文库。(2)体内DNA复制时,需用解旋酶打开氢键使双链DNA解旋,而PCR扩增目的基因时,是借助高温加热至9095使DNA变性解旋。(3)PCR反应体系中进行互补链的合成时,温度需控制在7075,则应使用耐高温的DNA聚合酶,即Taq酶,而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶(高温下会失活)。易错警示易错警示PCR过程与细胞内的DNA复制过程的主要区别(1)PCR过程需要的引物是人工合成的能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的一小段(单链)DNA或RNA;(2)PCR过程中DNA的解旋依靠温度变化而非解旋酶。4.(2018课标全国,38,15分)回答下列问题:(1)博耶(H.Boyer)和科恩(S.C
29、ohen)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2+参与的方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是。(3)真核生物基因(目的基因)在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。为防止蛋白质被降解,在实验中应选用的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加的抑制剂。答案答案(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在
30、原核细胞中表达(2)转化外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)细菌(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶解析解析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞,且重组质粒在不同细胞中能正常表达,说明目的基因在不同细胞中的表达机制相同,生物界共用一套遗传密码。(2)基因工程中,受体细胞为大肠杆菌细胞时,常用Ca2+处理大肠杆菌,使之处于感受态,即Ca2+参与的转化法。噬菌体DNA与外壳蛋白组装成完整噬菌体。因噬菌体的宿主是细菌,故只有细菌可作为重组噬菌体的宿主细胞。(3)为防止目的基因表达的蛋白质被破坏,可选用不能合成蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中加入蛋白酶的抑制剂可以保护蛋白质不
31、被水解。考点考点2 2基因工程的应用与蛋白质工程基因工程的应用与蛋白质工程1.(2019天津理综,9,12分)B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达,但在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验。据图回答:(1)B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中(单选)。A.含B基因的染色体缺失B.DNA聚合酶失活C.B基因发生基因突变D.B基因的启动子无法启动转录(2)从水稻体细胞或中提取总RNA,构建文库,进而获得B基因编码蛋白的序列。将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋白质能保留两种蛋白质各自
32、的功能),然后构建重组表达载体。(3)在过程、转化筛选时,过程中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程在培养基中应加入卡那霉素。(4)获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是(多选)。A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光(5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受精的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发育,由此表明。答案答案(共12分)(1)D(2
33、)精子cDNA(3)(4)BCD(5)B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚解析解析本题借助基因工程相关知识,考查运用所学知识对某些生物学问题进行推理、解释,并作出合理判断或得出正确结论的能力;试题通过B基因表达对卵细胞的影响体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。(1)B基因的启动子无法启动转录,会导致B基因在水稻卵细胞中不转录。(2)利用水稻体细胞或精子中提取的总RNA,经逆转录法构建的基因文库为cDNA文库。(3)过程需将基因表达载体导入农杆菌,所以可在培养基中加入卡那霉素以筛选成功导入了基因表达载体的农杆菌。过程农杆菌感染水稻愈伤组织,农杆菌Ti质粒的T-DNA可整合到受体细胞染色体D
34、NA上。(4)水稻细胞中本来就有B基因,正常植株也会出现杂交带,故A错误;B、D选项是检测Luc基因及其产物,B、D正确;C选项检测对象是卵细胞中mRNA,正常水稻植株卵细胞中无B基因的mRNA,C正确。(5)一般情况下,水稻卵细胞在未受精时不能发育成胚,而转基因植株未受精的卵细胞能发育成胚,说明B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。2.(2015海南单科,31,15分)在体内,人胰岛素基因表达可合成出一条称为前胰岛素原的肽链,此肽链在内质网中经酶甲切割掉氨基端一段短肽后成为胰岛素原,进入高尔基体的胰岛素原经酶乙切割去除中间片段C后,产生A、B两条肽链,再经酶丙作用生成由51个氨基酸残基组
35、成的胰岛素。目前,利用基因工程技术可大量生产胰岛素。回答下列问题:(1)人体内合成前胰岛素原的细胞是,合成胰高血糖素的细胞是。(2)可根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的序列,用该序列与质粒表达载体构建胰岛素原基因重组表达载体,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成的基因工程菌。(3)用胰岛素原抗体检测该工程菌的培养物时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,则用该工程菌进行工业发酵时,应从中分离、纯化胰岛素原。胰岛素原经酶处理便可转变为胰岛素。答案答案(1)胰岛B细胞胰岛A细胞(每空3分,共6分)(2)DNA胰岛素原(每空3分,共6分)(3)菌体(3分)解析解析(1
36、)人体合成前胰岛素原的细胞是胰岛B细胞,合成胰高血糖素的细胞是胰岛A细胞。(2)蛋白质工程生产胰岛素时,需根据胰岛素原的氨基酸序列,设计并合成编码胰岛素原的脱氧核苷酸序列(目的基因),然后再构建胰岛素原基因重组表达载体,导入细菌细胞内,再经过细菌转化、筛选及鉴定,即可建立能稳定合成胰岛素原的工程菌。(3)运用抗原抗体检测法检测胰岛素原时,培养液无抗原抗体反应,菌体有抗原抗体反应,故应从菌体中分离、纯化胰岛素原。C C组教师专用题组组教师专用题组考点考点1 1基因工程的工具与操作程序基因工程的工具与操作程序1.(2014江苏单科,23,3分)下列关于基因工程技术的叙述,错误的是(多选)()A.切
37、割质粒的限制性核酸内切酶均特异性地识别6个核苷酸序列B.PCR反应中温度的周期性改变是为了DNA聚合酶催化不同的反应C.载体质粒通常采用抗生素合成基因作为筛选标记基因D.抗虫基因即使成功地插入到植物细胞染色体上也未必能正常表达答案答案ABC限制酶的识别序列多为6个核苷酸,也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成,A错误;PCR反应中,起初的9095高温是使目的基因解旋,后冷却至50左右是使引物结合到互补DNA链上,最后再加热至72左右是让DNA聚合酶催化DNA的子链延伸,B错误;载体质粒上的四环素抗性基因、青霉素抗性基因等抗生素抗性基因常作为标记基因,C错误;目的基因即使成功地插入到受
38、体细胞染色体上,如果不是在启动子和终止子之间,也不能正常表达,D正确。2.(2013江苏单科,22,3分)小鼠杂交瘤细胞表达的单克隆抗体用于人体试验时易引起过敏反应,为了克服这个缺陷,可选择性扩增抗体的可变区基因(目的基因)后再重组表达。下列相关叙述正确的是(多选)()A.设计扩增目的基因的引物时不必考虑表达载体的序列B.用PCR方法扩增目的基因时不必知道基因的全部序列C.PCR体系中一定要添加从受体细胞中提取的DNA聚合酶D.一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞答案答案BD本题主要考查PCR技术的有关知识。利用PCR技术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
39、根据这一序列设计引物,但不需知道目的基因的全部序列,需要考虑载体的序列;因PCR反应在高温条件下进行,故反应体系中需加入耐高温的DNA聚合酶;因某些目的基因编码的产物需经特殊的加工修饰过程,故一定要根据目的基因编码产物的特性选择合适的受体细胞。3.(2012江苏单科,32,9分)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma 4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。请回答下列问题:图1图2(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间
40、依次由连接。(2)若用限制酶Sma 完全切割图1中DNA片段,产生的末端是末端,其产物长度为。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶Sma 完全切割,产物中共有种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最可能的原因是。答案答案(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖(2)平537bp、790
41、bp、661bp(3)4(4)BamH抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接解析解析本题主要考查基因工程中限制酶的作用原理和重组质粒构建的相关知识。(1)通过分析DNA分子结构的特点可知,在DNA的一条链中,相邻两个碱基依次由脱氧核糖磷酸脱氧核糖连接。(2)限制酶Sma 的识别序列和酶切位点为CCCGGG,酶切位点位于识别序列的中轴线上,所以酶切后形成的末端是平末端。在图1DNA片段中,有两个Sma 的识别序列,完全切割后形成的产物长度分别为:534bp+3bp=537bp;796bp-3bp-3bp=790bp;658bp+3bp=661bp。(3)D基因突变为d
42、基因后,其碱基序列中只含有一个Sma 的识别序列,此时用Sma 完全切割该DNA片段后产物的长度有两种,分别为:534bp+796bp-3bp=1327bp;658bp+3bp=661bp。所以,从杂合子(Dd)中分离出的D、d基因如图1对应的DNA片段被Sma完全切割,产物中有537bp、790bp、661bp、1327bp4种不同长度的DNA片段。(4)分析图1DNA片段上的限制酶酶切位点可知,为了防止目的基因被破坏,并将目的基因从DNA片段中切下来,可选择用BamH或Mbo 对目的基因进行处理。质粒用Mbo 处理后抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都会被破坏,质粒用BamH处理后,会破坏
43、抗生素A抗性基因,但抗生素B抗性基因正常,所以应选用的限制酶是BamH。筛选含重组质粒的大肠杆菌时,一般需用添加抗生素B的培养基进行培养。因为用同种限制酶处理后目的基因和质粒上形成的黏性末端完全相同,所以部分目的基因D可能会反向连接在质粒上,此类重组质粒上的目的基因D将不能正确表达。4.(2011江苏单科,33,8分)请回答基因工程方面的有关问题:(1)利用PCR技术扩增目的基因,其原理与细胞内DNA复制类似(如图所示)。图中引物为单链DNA片段,它是子链合成延伸的基础。从理论上推测,第四轮循环产物中含有引物A的DNA片段所占的比例为。在第轮循环产物中开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。
44、(2)设计引物是PCR技术关键步骤之一。某同学设计的两组引物(只标注了部分碱基序列)都不合理(如图),请分别说明理由。第1组:;第2组:。(3)PCR反应体系中含有热稳定DNA聚合酶,下面的表达式不能正确反映DNA聚合酶的功能,这是因为。(4)用限制酶EcoRV、Mbo 单独或联合切割同一种质粒,得到的DNA片段长度如下图(1kb即1000个碱基对),请画出质粒上EcoRV、Mbo 的切割位点。答案答案(1)15/16三(2)引物和引物局部发生碱基互补配对而失效引物自身折叠后会出现局部碱基互补配对而失效(3)DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上(4)见图解析解析(
45、1)依据图解特点,第四轮循环产物中可以得到16个DNA分子,其中有15个含引物A的单链、15个含引物B的单链,以及一个不含引物A和一个不含引物B的模板链。从图解原DNA与引物A、B的比例关系分析,经三次复制后开始出现两条脱氧核苷酸链等长的DNA片段。(2)比较第一组引物的碱基顺序,可以发现引物与引物有两对碱基能发生互补配对,形成局部双链结构而失效;而第二组引物中,引物折叠后会发生碱基互补配对而导致失效。(3)在PCR反应体系中,引物首先与模板DNA单链互补配对形成局部双链DNA片段,然后在DNA聚合酶的作用下将单个脱氧核苷酸依次连接到引物链上。(4)分析本小题中图解可知,用EcoRV切割质粒只
46、得到长度为14kb的一个片段,说明该酶在质粒上只有1个切点;同理可以推测Mbo 在质粒上有2个切点;由图中可以看出同时用两种限制酶切割时得到了3个片段,由此可以推测限制酶EcoRV的切点在图中11.5kb的DNA片段中。具体切割位点见答案。5.(2010江苏单科,27,8分)下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题:(1)一个图1所示的质粒分子经Sma 切割前后,分别含有个游离的磷酸基团。(2)若对图中质粒进行改造,插入的Sma 酶切位点越多,质粒的热稳定性越。限制酶BamHHindEcoRSma 识别序列及切割位点GGATCCCCT
47、AGGAAGCTTTTCGAAGAATTCCTTAAGCCCGGGGGGCCC(3)用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒,不能使用Sma切割,原因是。(4)与只使用EcoR相比较,使用BamH和Hind两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止。(5)为了获取重组质粒,将切割后的质粒与目的基因片段混合,并加入酶。(6)重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了。(7)为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因,将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体,然后在的培养基中培养,以完成目的基因表达的初步检测。答案答案(8分)(1)0、2(2)高(3)Sma 会破坏质粒的抗性基因、外源DN
48、A中的目的基因(4)质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化(5)DNA连接(6)鉴别和筛选含有目的基因的细胞(7)蔗糖为唯一含碳营养物质解析解析本题综合考查基因工程的过程及应用。(1)质粒是双链环状DNA分子,在Sma 切割前没有游离的磷酸基团,Sma 作用于两个核苷酸之间的磷酸二酯键,切割产生的DNA片段末端是平末端,因而质粒经切割后含有2个游离的磷酸基团。(2)质粒的热稳定性主要由氢键的数量决定,氢键数量越多,质粒的热稳定性越高,反之则低,DNA分子中A与T之间存在2个氢键,C与G之间存在3个氢键,因此DNA分子中G-C碱基对越多,热稳定性就越高,Sma 识别CCCGGG序列,并在C和G
49、之间将这段序列切开,也就是质粒中Sma酶切位点越多,G-C碱基对越多,热稳定性越高。(3)据图1可知,Sma 切割的位点在抗生素抗性基因之中,抗生素抗性基因是标记基因,应尽量避免破坏,据图2可知Sma 切割的位点在目的基因之中,破坏了目的基因,所以不能使用Sma 切割。(4)用同种限制酶切割后的质粒和目的基因,在基因表达载体构建时,常形成三种连接方式,其中目的基因与目的基因的连接、质粒与质粒的连接是无效的连接,用两种限制酶可避免此类现象。(5)基因表达载体的构建过程中需加DNA连接酶,连接脱氧核糖和磷酸。(6)抗生素抗性基因属于标记基因,供重组DNA的鉴定和选择。(7)目的基因是蔗糖转运蛋白基
50、因,将其导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体后,应进行目的基因的检测与鉴定,可根据受体细胞是否含有蔗糖转运蛋白,即是否具备吸收蔗糖的能力判断基因工程是否成功,因而可在含有蔗糖(唯一碳源)的培养基中培养。6.(2017课标全国,38,15分)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题:(1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是。(3)若