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1、专题限时集训(十五)基因工程和细胞工程(限时：40分钟)(对应学生用书第153页)1(2016全国卷)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
2、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_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。【解析】(1)由题图可知，BamH 和Sau3A 两种限制性内切酶的共同识别序列是，二者切割可以形成相同的黏性末端，因此经BamH 酶切得到的目的基因可以与图(b)所示表达载体被Sau3A 酶切后的产物连接。(2)在基因表达载体中，启动子应位于目的基因的首端，终止子应位于目的基因的尾端，这样基因才能顺利地转录，再完成翻译过程，即顺利表达。图中甲所示的目的基因插入在启动子的上游，丙所示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，因此目的基因不能表达。(3)常见的
3、DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶，其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。【答案】(1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(2)甲和丙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(其他合理答案可酌情给分)(3)EcoliDNA连接酶T4DNA连接酶T4DNA连接酶(其他合理答案可酌情给分)2(2015全国卷)HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：【导学号：92624067】(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的_，以其作为模板，在_的作用下合成_，
4、获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_。(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分_细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有_癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。【解析】(1)HIV的遗传物质是RNA，所以要想获得相应的目的基因，应以HIV的RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA(或
5、DNA)。(2)目的蛋白注入机体后相当于抗原。在抗原的刺激下，机体进行体液免疫，由浆细胞产生相应抗体(分泌蛋白)，由于该抗体能与目的蛋白(抗原)发生特异性结合，所以可通过抗体检测出有无目的蛋白，从而确定体内有无HIV。(3)HIV主要攻击人体的T(或T淋巴)细胞，从而降低机体免疫系统的防卫功能。(4)癌细胞在机体中属于抗原，人体的免疫系统能够监控和清除癌细胞。【答案】(1)RNA逆转录酶cDNA(或DNA)(2)抗体抗原抗体特异性结合(3)T(或T淋巴)(4)监控和清除3(2014全国卷)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中
6、，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因；而cDNA文库中含有生物的_基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上
7、”)。【解析】(1)基因组文库含有生物的全部基因，而cDNA文库中含有生物的部分基因。(2)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关，若要从植物甲中获得耐旱基因，可首先建立该植物的基因组文库，包含该生物的所有基因，然后再从中筛选出所需的耐旱基因。(3)若从植物甲中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，通常采用的方法是农杆菌转化法。将耐旱基因导入植物乙的体细胞后，经过植物组织培养得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测该耐旱基因是否合成了相应的蛋白质，即检测此再生植株中该基因的表达产物，如果检测结果呈阳性，说明已经合成了相应的蛋白质，这时再进行个体生物学检测
8、，即在田间试验中检测植株的耐旱性是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱和不耐旱植株的数量比为31，符合基因的分离定律，说明得到的二倍体转基因耐旱植株为杂合子，因此可推测该耐旱基因只整合到了同源染色体的一条上。【答案】(1)全部部分(2)筛选(3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上4(2014海南高考)下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。据图回答：(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在_酶的催化作用下，合成互补的单链DNA，然后在_的作用下合成双链DNA，从而获得所需基因；二是根据目标蛋白质的_序列，推测出相应的mRNA
9、序列，然后按照碱基互补配对原则，推测其DNA的_序列，再通过化学方法合成所需基因。(2)利用PCR技术扩增DNA时，需要在反应体系中添加的有机物质有_、_、4种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的DNA聚合酶，扩增过程可以在PCR扩增仪中完成。(3)由A和载体B拼接形成的C通常称为_。(4)在基因工程中，常用Ca2处理D，其目的是_。【解析】(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是：以mRNA为模板，在逆转录酶的催化作用下合成单链DNA，然后在DNA聚合酶作用下，合成双链DNA分子；根据蛋白质工程合成目的基因的过程是：根据目标蛋白质的氨基酸序列，推测相应的mRNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测DN
10、A中脱氧核苷酸的排列顺序，通过化学方法合成。(2)PCR过程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合，形成重组DNA(基因表达载体)。(4)在利用大肠杆菌做受体细胞时，需要先用Ca2处理，使之成为感受态细胞，有利于其吸收重组DNA分子。【答案】(1)逆转录DNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸(2)引物模板DNA(3)重组DNA(4)提高受体细胞的转化率5(2012课标卷)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有_和_。(2)质粒运载体用EcoR切割后产生的片段如下：AATTCGGCTTAA为使运载体与目的基因相连，含有目
11、的基因的DNA除可用EcoR切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是_。(3)按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即_DNA连接酶和_DNA连接酶。(4)反转录作用的模板是_，产物是_。若要在体外获得大量反转录产物，常采用_技术。(5)基因工程中除质粒外，_和_也可作为运载体。(6)若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_。【解析】限制性内切酶切割DNA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平末端。为使运载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoR之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末
12、端。DNA连接酶的来源有两个：一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。反转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量反转录产物时常用PCR扩增技术。基因工程常用的运载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态(此状态吸收外源DNA的能力增强)。【答案】(1)黏性末端平末端(2)切割产生的DNA片段末端与EcoR切割产生的相同(3)大肠杆菌T4(4)mRNA(或RNA)cDNA(或DNA)PCR(5)噬菌体动植物病毒(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱6(2017潍坊市高三一模)如图表示中国科研人员对树鼩精原干细胞进行遗传
13、修饰后，通过自然交配获得世界首只转基因树鼩的过程。请回答下列问题：(1)培养精原干细胞时，定期更换培养液的目的是防止_对自身细胞代谢造成障碍，通入二氧化碳的作用是_。(2)图中涉及的基因工程的核心步骤是_，通常采用_技术将GFP基因导入树鼩精原干细胞。(3)利用PCR技术扩增GFP基因需要_酶，外源的GFP基因能在树鼩体内表达的原因是_。(4)图示过程与通过体外受精培育转基因动物相比，避免了将受精卵移入_中继续培养的麻烦，同时也克服了胚胎发育到_时期进行胚胎移植的难题。【解析】(1)根据动物细胞培养过程中的条件可知，定期更换培养液的目的是防止细胞代谢产物的积累对自身细胞代谢造成障碍，通入二氧化
14、碳的作用是维持培养液的pH。(2)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，将目的基因导入动物细胞一般采用显微注射技术。(3)PCR技术的原理是DNA的双链复制，利用PCR技术扩增GFP基因需要DNA聚合酶，外源的GFP基因能在树鼩体内表达的原因是所有生物共用一套遗传密码。(4)图示过程与通过体外受精培育转基因动物相比，避免了将受精卵移入发育培养液中继续培养的麻烦，同时也克服了胚胎发育到囊胚、桑椹胚时期进行胚胎移植的难题。【答案】(1)细胞代谢产物的积累维持培养液的pH(2)基因表达载体的构建显微注射(3)DNA聚合所有生物共用一套遗传密码(4)发育培养液囊胚、桑椹胚7(2017武汉市武昌区高三
15、调研)如图是利用现代生物技术改良草莓品系的过程，请回答下列有关问题：(1)图中涉及的现代生物技术有_、_、_。(2)请简述过程的基本方法_。A培育至具有凤梨味的绿色草莓幼苗的过程，_(填“能”或“不能”)体现植物细胞的全能性。(3)研究人员根据已知的胰岛素基因序列，可采用_方法获得胰岛素基因。(4)转基因技术和细胞工程在改良动植物类型过程中都有广泛应用，但是，胚胎工程只是指对动物的_所进行的多种显微操作和处理技术。【解析】(1)图中涉及的现代生物技术有转基因技术、植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术。(2)图中A培育至具有凤梨味的绿色草莓幼苗的过程，采用了植物组织培养技术，体现了植物细胞的全能
16、性。过程的基本方法是先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，然后借助一定的技术手段(物理或化学方法)诱导原生质体融合。(3)根据已知的胰岛素基因序列，可采用化学合成方法获得胰岛素基因。(4)胚胎工程只是指对动物的配子或早期胚胎所进行的多种显微操作和处理技术，有胚胎移植和胚胎分割移植等。【答案】(1)转基因技术植物体细胞杂交技术植物组织培养技术(2)先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，然后借助一定的技术手段(物理或化学方法)诱导原生质体融合能(3)化学合成(4)配子或早期胚胎8(2017泰安市高三一模)克隆良种猪成功率较低，该现象与早期胚胎细胞的异常凋亡有
17、关。Bcl2基因是细胞凋亡抑制基因，用PCR技术可检测出该基因的转录水平，进而了解该基因与不同胚胎时期细胞凋亡的关系。克隆猪的培育及该基因转录水平检测流程如图，图中a、b、c、d分别代表流程中某过程。请回答：(1)图中重组细胞的细胞核来自_细胞。a过程采用的技术手段称做_技术。(2)b过程所用的培养液与植物组织的培养基从成分上主要区别是前者必须含有_；c过程表示_。(3)d过程需要_酶的催化。从基因组数据库中查询Bcl2mRNA的核苷酸序列，以便根据这一序列设计合成2种_用于PCR扩增，除此以外在PCR反应体系中还应包含的主要成分有扩增缓冲液、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA以及_，PCR扩增过
18、程第一轮循环的模板是_。(4)若cDNA经PCR技术n次扩增后检测出Bcl2cDNA中的分子数为m，则总mRNA中Bcl2mRNA的分子数为_，从而说明不同胚胎时期Bcl2基因的转录水平及其与细胞凋亡的关系。【解析】(1)图中过程采用的技术手段是体细胞核移植，即把良种猪的体细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，构建一个新的重组细胞。(2)动物细胞的培养液与植物组织的培养基相比，主要区别是动物细胞培养液中需要加入动物血清等天然成分。c表示胚胎移植过程。(3)由以上分析可知d表示逆转录过程。PCR技术需要2种引物，此时PCR扩增技术是在高温条件下进行的，还需要热稳定DNA聚合酶(Taq酶)。扩增第一轮
19、循环的模板是Bcl2cDNA。(4)cDNA是由mRNA逆转录形成的，1个cDNA经PCR技术n次扩增后可形成2n个子代DNA分子，1个cDNA是由1个mRNA逆转录形成，设总mRNA中Bcl2mRNA为x个，则起始Bcl2cDNA也为x个，若检测出其中Bcl2cDNA的分子数为m，则有x2nm，所以总mRNA中Bcl2mRNA的分子数为，从而说明不同胚胎时期Bcl2基因的转录水平及其与细胞凋亡的关系。【答案】(1)体体细胞核移植(2)动物(猪)血清胚胎移植(3)逆转录引物TaqDNA聚合酶(或热稳定DNA聚合酶)Bcl2cDNA(4)9P53基因是正常细胞内重要的抑癌基因，研究表明P53基因
20、突变可导致肝脏细胞癌变。科学家研究发现P53基因对体外培养的肝癌细胞生长有抑制作用，请回答下列问题：(1)切下新鲜的肝癌组织，在37 下用_处理3040 min，用培养液制成细胞悬液在培养箱中培养，培养液是模拟人体_的成分配制的，在培养基中加入一定量的抗生素的目的是_。(2)获取P53基因的方法通常包括_和_。(3)将P53基因经过一系列的处理并与脂质体混合，将混合物滴加至肝癌细胞上，轻轻混匀，最后筛选出含有P53基因的肝癌细胞。脂质体在这个操作中的作用是_。(4)为证明P53基因有抑癌作用，需将两种细胞接入多孔板中，并从次日开始检测每孔的细胞总数，绘制成下图所示的生长曲线。分析两条曲线可知，
21、曲线1是_细胞，曲线2是_细胞。【解析】(1)动物细胞培养前需要用胰蛋白酶处理组织，使细胞分散成单个细胞。培养液是模拟了人体内环境的成分配制的，在培养基中加入一定量的抗生素，可以防止杂菌污染。(2)获取目的基因(P53基因)的方法通常包括化学方法合成和从基因文库中获取。(3)脂质体在这个操作中的作用是将P53(目的)基因导入肝癌细胞。(4)P53基因是正常细胞内重要的抑癌基因，所导入P53基因的肝癌细胞数目下降，而普通肝癌细胞能无限增殖，其数目不断上升，即曲线1是肝癌细胞，曲线2是转入P53基因的肝癌细胞。【答案】胰蛋白酶内环境防止杂菌污染化学方法合成从基因文库中获取将P53(目的)基因导入肝癌细胞肝癌转入P53基因的肝癌