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1、1 专题 30 基因工程专题 30 基因工程 挖命题 【考情探究】 5 年考情 考点内容要求 考题示例素养要素难度 预测热度 工具酶的发现和基 因工程的诞生 a 基因工程的原理和 技术 b 基因工程的应用a基因工程 活动:提出生活中的 疑难问题,设计用基 因工程技术解决的 方案 c 2016 浙江 4 月 选考,32(二), 7 分 科学思维 科学探究 难 分析解读 本专题包含了基因工程的原理、操作流程及应用等知识点,为选考加试部分内容, 预计今后考查仍以非选择题形式为主,多以具体的案例为背景,或结合植物克隆加以考查。 复 习时要重点掌握基因工程的基本原理和操作流程,能灵活应用基因工程技术解决
2、实际问题。 【真题典例】 2 破考点 考点 基因工程 【考点集训】 考向 基因工程的原理及应用 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 DNA C.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 D 2.【加试题】2017 浙江杭州重点中学期中,32(二),6 分人血清蛋白(HSA)具有重要的医用 价值
3、。如图是用基因工程技术获取重组 HSA(rHSA)的两条途径。 (1)如果 HSA 基因序列未知,可以采用 的方法获取该目的基因,为了使目 的基因能够在宿主细胞中复制和稳定保存,通常要先构建 后才能导入宿主细 胞。 (2)方框中的“?”一般选用的生物是 ,为了提高过程的导入成功率,通常用 处理大肠杆菌。 (3)人体合成的初始 HSA 多肽,需要经过膜系统加工形成正确的空间结构才能有活性,所以, 选 择 途径(填“”或“”)获取 rHSA 更有优势。 (4)为了鉴定宿主细胞中是否产生 rHSA,可以用 方法来进行检验。 A.检验 HSA 基因是否导入 3 B.检验细胞中是否产生相应的 mRNA
4、C.抗原抗体杂交 D.检测是否有标记基因 答案 (1)从基因文库中提取 重组 DNA 分子 (2)农杆菌 氯化钙 (3) (4)C 炼技法 方法 限制性核酸内切酶的选择 【方法集训】 图(a)中的三个 DNA 片段上依次表示出了 EcoR、BamH和 Sau3A三种限制性内切酶的 识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的 EcoR、Sau3A的切点是 唯一的)。 图(a) 图(b) 根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)经 BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理 由是 。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、 乙、 丙三种
5、含有目的基因的重组子,如图(c) 所示。 这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因 是 。 图(c) (3)DNA 连接酶是将两个 DNA 片段连接起来的酶,常见的有 和 , 其中既能连接粘性末端又能连接平末端的是 。 答案 (1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的粘性末端(每空 2 分,共 4 分) 4 (2)甲和丙(2 分) 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游, 二者的目的基因均不能被转录(3 分,其他合理答案可酌情给分) (3)EcoliDNA 连接酶 T4DNA 连接酶 T4DNA 连接酶(每空 2 分,共 6 分,其
6、他合理答案可酌 情给分) 过专题 【五年高考】 A 组 自主命题浙江卷题组 考点 基因工程 1.【加试题】2016 浙江 4 月选考,32(二),7 分回答下列问题: 兔肝细胞中的基因E编码代谢甲醛的酶,拟利用基因工程技术将基因E转入矮牵牛中,以提高 矮牵牛对甲醛的代谢能力,请回答: (1)从兔肝细胞中提取 mRNA,在 酶的作用下形成互补 DNA,然后以此 DNA 为模板扩增 得到基因 E。在相关酶的作用下,将基因 E 与 Ti 质粒连接在一起,形成 ,再 导入用氯化钙处理的 ,侵染矮牵牛叶片。 将被侵染的叶片除菌后进行培养,最终得到 转基因矮牵牛。其中培养过程正确的是 (A.叶片在含适宜浓
7、度生长素的培养基上分 化形成愈伤组织 B.愈伤组织在含细胞分裂素和生长素配比较高的培养基上形成芽 C.再 生的芽在细胞分裂素含量较高的培养基上生根 D.愈伤组织在含适宜浓度植物生长调节剂 的培养基上脱分化形成再生植株)。 (2)取转基因矮牵牛叶片,放入含 MS 液体培养基和适宜浓度甲醛且密封的试管中。将试管置 于 上,进行液体悬浮培养。 一段时间后测定培养基中甲醛的含量,以判断基因 E 是否 在转基因矮牵牛中正常表达。培养过程中液体培养基的作用:一是提供营养;二 是 ,从而使叶片保持正常的形态。 答案 (1)逆转录 重组质粒(重组 DNA 分子) 农杆菌 B (2)摇床 维持渗透压 教师用书专
8、用(2) 2.(2012 浙江理综,6,6 分)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因 B, 而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因 B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰,下列操作正 确的是( ) A.提取矮牵牛蓝色花的 mRNA,经逆转录获得互补的 DNA,再扩增基因 B B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因 B C.利用 DNA 聚合酶将基因 B 与质粒连接后导入玫瑰细胞 D.将基因 B 直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞 答案 A B 组 统一命题、省(区、市)卷题组 考点 基因工程 1.(2018 海南单科,31,8 分)甜蛋白是一种高甜度的特
9、殊蛋白质。为了改善黄瓜的品质,科学 家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞,得到了转基因植株。回答下列问 题: 5 (1)用农杆菌感染时,应优先选用黄瓜 (填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质 粒的农杆菌共培养,选用这种叶片的理由 是 。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白,则表明该重组质粒中 已转移到植物细胞 中且能够表达;用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂交,发现子代中含甜蛋白 个体数与不含甜蛋白个体数之比为 11,则说明甜蛋白基因已经整合到 (填“核 基因组”“线粒体基因组”或“叶绿体基因组”)中。 (3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产,若要以该转
10、基因作物为材料获得脱毒苗, 应选用 作为外植体进行组织培养。 (4)通常,基因工程操作主要有 4 个步骤,即目的基因获取、重组表达载体的构建、将目的基 因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此,基因工程的含义可概括为 。 答案 (1)受伤的 叶片伤口处的细胞释放出大量酚类物质,可吸引农杆菌移向这些细胞 (2)甜蛋白基因 核基因组 (3)茎尖 (4)按照人们的愿望进行设计,并通过体外重组和转基因等技术,赋予生物新的遗传特性,创 造出符合人们需要的新生物类型 2.(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
11、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 ATC C G G C CTAG G ATC A T G A CTAG T GATC CTAG GCT T A A T TCGA A 图 1 图 2 6 (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 PCR 鉴定,所用的引物组成为图 2 中 。 (3)若 BamH酶切的 D
12、NA 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 (1)Bcl和 Hind DNA 连接 感受 (2)四环素 引物甲和引物丙 (3)T GATC C A CTAG G 都不能(G GATC A C CTAG T) (4)7 教师用书专用(3) 3.(2016 课标全国,40,15 分)某一质粒载体如图所示,外源 DNA 插入到 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,Te
13、tr表示四环素抗性基因)。有人将此质 粒载体用 BamH酶切后,与用 BamH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
14、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 。 答案 (1)能自我复制、具有标记基因 7 (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(或答含有重组质粒) 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 【三年模拟】 非选择题(共 40 分) 1.【加试题】2019 届浙江超级全能生 9 月联考,32(二)(7
15、分)重瓣紫堇具有较高观赏和药 用价值,但自然状态下几乎高度不育。 为解决重瓣紫堇的繁殖难题,科学家利用另一种植物的 可育基因 M,完成了对重瓣紫堇的改造,流程如图:(图中箭头指的是不同限制酶识别的位点) 请回答: (1)在本例中,应选用的限制酶是 ,以避免质粒自身环化、错向连接等问题。 连接目的基因和质粒时,关键需要催化 键的形成。 (2)导入受体细胞时,应选用CaCl2处理 ,使其 ,从而有利 于重组质粒的导入。 (3)利用紫堇根尖细胞培养成完整植株,依据的原理是 。理论上, (填“能”或“不能”)用紫堇的叶肉细胞代替根尖细胞完成上述改造工作。 (4)若图中所得的转基因紫堇植株自交一代,子代
16、中能稳定遗传的个体所占的比例 为 。 答案 (1)Hind 和 Xho 磷酸二酯 (2)农杆菌 细胞壁通透性增大(或处于感受态) (3)细胞的全能性 能 (4)1/4 2.【加试题】 2019 届浙江七彩阳光 9 月联考,32(二)(5 分)某研究小组欲利用抗虫基因, 通 过农杆菌转化法培育抗虫玫瑰。图 1 和图 2 分别表示出了抗虫基因和农杆菌 Ti 质粒的限制 性核酸内切酶的识别位点和抗生素抗性基因(Pst、 Sma、 Alu表示限制性核酸内切酶切 割位点;ampr为氨苄青霉素抗性基因,tet 为四环素抗性基因)。 图 1 8 图 2 请回答: (1)为获得大量抗虫基因,且保证形成重组质粒
17、时,目的基因以唯一方向接入,可选用 (填限制酶的种类)分别切割目的基因和 Ti 质粒,再用 DNA 连接酶连接,形成重组 DNA 分子, 再 与经过 处理的 (A.有 ampr和 tet B.有 ampr,无 tet C.无 ampr,有 tet D. 无 ampr和 tet)农杆菌液混合,使重组 DNA 进入农杆菌,再利用农杆菌将重组 DNA 转入培养的 玫瑰细胞,使目的基因导入玫瑰细胞中。 (2)将含有导入了目的基因的玫瑰细胞的试管放在 上,进行液体悬浮培养,获得胚性 细胞,进而培育成抗虫玫瑰。 (3)这种借助基因工程方法,将外源基因导入受体细胞,再通过将这些转基因细胞进行培养, 获 得具
18、有特定性状的新植株的技术就是 。 答案 (1)Sma和 Pst CaCl2 D (2)摇床 (3)植物细胞工程技术 3.【加试题】2019 届浙江绍兴 9 月联考,32(二)(7 分)基因敲除是针对某个序列已知但功 能未知的基因,改变其基因结构,令该基因功能丧失,从而对生物体造成影响,进而推测出该 基因功能的一门技术。以下是制备 APOE 基因敲除小鼠的常规过程: 备注:Neo 基因是新霉素的抗药基因;APOE 是指载脂蛋白 E,参与脂蛋白的代谢与转化。 请回答: (1)为了获得 APOE 基因,可以用 或者 PCR 扩增。过程中所需的工具酶 有 。Neo 基因除了破坏 APOE 基因外,还具
19、有的作用最可能 是 。 (2)培养小鼠胚胎干细胞时,首先要在培养皿底部制备饲养层,用于饲养层的细胞一般 是 。经过克隆以后的细胞的后裔细胞群称为纯系,细胞纯系的特点 是 ,从而便于研究。 (3)纯合的 APOE 基因敲除小鼠 (填“能”或“不能”)表达 APOE,与正常小鼠相比表 现出 性状。 答案 (1)化学方法合成 限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 作为标记基因,便于筛选 (2) 胚胎成纤维细胞 遗传性状均一,表现的性状相似 (3)不能 脂蛋白的代谢和转化异常 9 4.【加试题】 2017 浙江宁波九校期末,32(二)(7 分)科学家将鱼抗冻蛋白基因转入番茄, 使 番茄的耐寒能力大大提高
20、,可以在相对寒冷的环境中生长。 质粒上有 Pst、 Sma、 Hind、 Alu四种限制性核酸内切酶的切割位点,如图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图(ampr为 抗氨苄青霉素基因),其中是转基因抗冻番茄培育过程中的相关步骤,、 表示相关结 构或细胞。请据图作答: (1)在构建重组 DNA 时,可用一种或多种限制性核酸内切酶进行切割,为了避免目的基因和载 体在酶切后产生的末端发生任意连接,在此实验中应该选用限制性核酸内切酶 分别对 、 进行切割,切割后产生的 DNA 片段分别为 种和 种。 (2)培养基中的氨苄青霉素会抑制番茄愈伤组织细胞的生长,要利用该培养基筛选已导入鱼 的抗冻蛋白基因的番茄细
21、胞,应使重组DNA中含有 ,目的是作为标记基 因。 (3)研究人员通常采用 法将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞。 答案 (1)Pst、Sma 含鱼抗冻蛋白基因的 DNA 质粒 4 2 (2)抗氨苄青霉素基因 (ampr) (3)农杆菌转化 5.【加试题】(2017 浙江“9+1”联盟期中,32)(14 分)如图表示运用基因工程技术生产胰岛 素的三条途径。据图结合所学知识回答下列问题。 (1)为了便于将含有目的基因的细胞筛选出来,所选择的质粒上应该具有 基因。 (2)培育转基因羊的过程中,科研人员通过 技术将重组质粒M转移到受体细胞A中, 受体细胞 A 应该是 细胞。 (3)下列关于过程的叙述,错误
22、的是 。 A.该过程需要用到胚胎体外培养和胚胎移植技术 B.该过程中需要配置一系列含有不同成分的培养液 C.该过程所需的培养基中要加入动物血清 10 D.该过程可以完全在体外完成 (4)将重组DNA导入受体细胞B后,需对该细胞进行培养,经 过程形成愈伤组织,以适 当配比的 诱导愈伤组织,直到再生出新植株。 (5)过程常用的方法是用 来处理大肠杆菌,使其易于吸收重组质粒 M。 (6) 是消除污染杂菌的通用方法,也是用于筛选 的最简 便方法之一。若以接种环为工具,则应用 法进行接种。接种前需要检测培养基是 否被污染,检测方法是 。接种后,将培养皿摆放于恒温箱中培养。“细 菌喜荤,霉菌喜素”,通常培养大肠杆菌的培养基要用 来配置,还 要加入一定量的氯化钠,以维持一定的渗透压,还需调节培养基的 。 答案 (1)标记 (2)显微注射 受精卵 (3)D (4)体细胞 脱分化 营养物质和生长调节剂 (5)氯化钙 (6)单菌落的分离 高表达菌株 划线分离 将未接种的培养基在适宜温度下培养一段时间, 看是否形成菌落 蛋白胨和酵母提取物 酸碱度