(统考版)高考生物二轮复习 课后限时集训18 基因工程和细胞工程-人教版高三全册生物试题

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1、.. 课后限时集训(十八)  基因工程和细胞工程 (建议用时：40 分钟) (教师用书独具) 非选择题 1．(2018·全国卷Ⅰ)回答下列问题： (1)博耶 (H.Boyer)和科恩 (S.Cohen)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

2、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。 [解析 ]  (1)两位科学家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 并进行了表达，因此，该研究可以证明：质粒可

3、以作为载体、真核细胞的基因在原核细胞中 也可以表达(不同生物共用一套密码子)、体外重组的质粒可以进入受体细胞等。(2)目的基因 进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为转化，将质粒导入大肠杆菌 时，常用的转化方法是用 Ca2＋处理大肠杆菌细胞，使其处于感受态。噬菌体 DNA 没有侵染能 力，体外重组的噬菌体 DNA 通常需与外壳蛋白组装成完整噬菌体后才能完成侵染过程。噬菌 体多寄生在细菌中，但不能寄生在心肌细胞和叶肉细胞中。(3)若要使蛋白质不被降解，则大 肠杆菌体内不能存在蛋白酶，因此，实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞。 同理

4、，在蛋白质纯化过程中，也不能使蛋白质降解，因此，应添加蛋白酶抑制剂。 [答案] (1)体外重组的质粒可以进入受体细胞；真核生物基因可在原核细胞中表达 (2) 转化 外壳蛋白(或噬菌体蛋白) 细菌 (3)蛋白酶缺陷型 蛋白酶 2．大肠杆菌 β半乳糖苷酶 (Z 酶)可催化底物(Xgal)水解产生蓝色物质。 在 pUC18 质粒 中，lacZ ′编码 Z 酶氨基端的一个片段(称为 α肽 )，该质粒结构及限制酶识别位点如图甲所 示。已知 α肽、缺失 α肽的 Z 酶片段单独存在时均无 Z 酶活性，共同存在时就会表现出 Z 酶活性。利用图乙中的 DNA 片段与 pUC18 质粒进行

5、基因工程操作。 DOC 版. .. 甲  乙 (1)限制酶能催化双链 DNA 分子中______________(填化学键名称)的断裂。本实验可使用 限制酶______________处理 pUC18 质粒和图乙中的 DNA 片段，再通过 DNA 连接酶连接，获得 含目的基因的重组质粒。 (2)用重组质粒转化大肠杆菌，然后将大肠杆菌接种到含氨苄青霉素的固体培养基上进行 培养，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不具有 ________，在该培养基上不能生 长。从功能上划分，该培养基属于________培养基。 (3)当上

6、述培养基中含有 Xgal 时，生长出的菌落有蓝色和白色两种类型，其中含有重组 质粒的大肠杆菌的菌落颜色为 _____________，这是因为 _________________。为保证能通过 菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌，本实验作为受体细胞的大肠杆菌中 Z 酶基因应满 足的条件是_______________。 [解析] (1)限制酶能催化双链 DNA 分子中磷酸二酯键的断裂，将 DNA 降解。从图中可知， 限制酶 HindⅢ可破坏目的基因，而质粒和目的基因两侧都有限制酶 SalⅠ识别位点，因此本 实验可使用限制酶 SalⅠ处理 pUC18 质粒和图乙中的 DNA

7、片段。 (2)重组质粒上有氨苄青霉素抗性基因，由于未发生转化的大肠杆菌没有该质粒，因而不 具有氨苄青霉素抗性，在含氨苄青霉素培养基上不能生长。从功能上划分，该培养基属于选 择培养基，选择了含重组质粒的大肠杆菌。 (3)从图中可知，重组质粒是用酶 SalⅠ分别处理过的质粒和目的基因片段形成的，重组 质粒的 lacZ′基因被破坏，不能合成 β半乳糖苷酶 (Z 酶)，不能催化底物(Xgal)水解产生 蓝色物质，故菌落呈白色。已知 α肽、缺失 α肽的 Z 酶片段单独存在时均无 Z 酶活性，共 同存在时就会表现出 Z 酶活性，为保证能通过菌落颜色辨别出含有重组质粒的大肠杆菌

8、，本 实验作为受体细胞的大肠杆菌中 Z 酶基因应满足的条件是编码 α肽的 DNA 序列缺失，其他序 列正常。 [答案]  (1)磷酸二酯键  SalⅠ (2)氨苄青霉素抗性 选择 (3)白色 目的基因与质 粒连接后使 lacZ′被破坏，不能合成 α肽  编码 α肽的 DNA 序列缺失，其他序列正常 3．(2019·全国卷Ⅲ)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。 切取洁净的 对根段进 切取1 cm3左右带有 → → → 胡萝卜根段 行消毒 形成层的组织块 DOC 版. .. ① ② ③ 接种

9、组 诱导组织块形 诱导愈伤组织 → → 织块 成愈伤组织 形成试管苗 ④ ⑤ ⑥ 回答下列问题。 (1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的 植株，这是因为植物细胞具有__________________。 (2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是__________________。 (3) 从 步 骤 ⑤ 到 步 骤 ⑥ 需 要 更 换 新 的 培 养 基 ， 其 原 因 是 ________________________________________ 。 在 新 的 培 养 基 上 愈 伤 组 织 通

10、 过 细 胞 的 ________过程，最终可形成试管苗。 (4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是___________________。 (5) 经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的 __________ ，这种繁殖方式属于 ________繁殖。 [解析] (1)分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有全能性。(2) 在本实验中，切取胡萝卜块时要切取含有形成层的部分，原因是形成层容易诱导形成愈伤组 织。 (3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，步骤⑤(诱导愈 伤组织形成 )和步骤⑥(诱导愈伤组织分化形成试管苗

11、) 所需的生长素和细胞分裂素的比例不 同，故从步骤⑤到步骤⑥需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗。(4)步 骤⑥需要进行光照培养，其作用是诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用。(5)组织 培养没有经过两性生殖细胞的结合，因此属于无性繁殖，组织培养得到的植株保持了原品种 的遗传特性。 [答案]  (1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因) (2)形成层容易诱导形成愈伤组 织 (3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比 例不同 性 无性  分化 (或再分化) (4)诱导叶绿

12、素的形成，使试管苗能够进行光合作用 (5)遗传特 4．下表表示高等动植物亲代个体产生新个体的 3 种不同途径，请据表分析并回答问题： 生物 动植物 植物 DOC 版.  途径 甲 乙  主要流程 亲代个体→受精卵→胚→新个体 亲代个体→体细胞→胚状体→新个体 .. 动物  丙  亲代个体→核移植细胞→早期胚胎→新个体 (1)甲、乙、丙途径中属于有性生殖的是________，三种途径中由胚(胚状体或早期胚胎) 发育成新个体都需要经过细胞的________________。 (

13、2)相比于甲，乙、丙途径在应用上的优点是__________________。乙途径依据的原理是 ____________________________，动物一般采用丙而不采用乙途径繁殖新个体的原因是 ________________________________________。 (3) 丙 途 径 中 ， 从 早 期 胚 胎 → 新 个 体 的 流 程 中 还 需 要 进 行 的 生 物 工 程 技 术 是 ______________________。该途径获得的新个体与供核的亲代个体性状不完全相同的原因是 _________________________。

14、 (4)若从乙、丙途径获得的新个体中各取一小块组织进行体外培养。下列叙述错误的有 ________(填字母)。 a．前者需先用盐酸解离，后者需先用胰蛋白酶处理 b．前者培养基中一般加入蔗糖，后者一般加入葡萄糖 c．前者培养过程需要持续光照，后者可在暗处培养 d.两者培养过程中均需要保证无菌条件防止杂菌污染 [解析] (1)分析题表可知：甲表示动植物正常有性生殖的过程；乙表示植物组织培养产 生新个体的过程，为无性繁殖；丙表示通过核移植产生新个体的方式，生殖方式为无性繁殖。 三种途径中由胚(胚状体或早期胚胎 )发育成新个体都需要经过细胞的分裂、分化才能完成

15、新 个体的发育过程。(2)相比于甲，乙、丙途径在应用上的优点是快速繁殖优良品种。乙途径为 植物组织培养，该过程的原理是植物体细胞的全能性，由于高度分化的动物体细胞的全能性 受到限制，分化潜能弱，故动物繁殖新个体一般采用丙途径。(3)丙途径中，从早期胚胎→新 个体的流程中还需要进行的生物工程技术是胚胎移植。胚胎移植是动物细胞工程产生新个体 的最后一步，该途径获得的新个体的遗传物质由供核亲代的核基因和供质亲代的质基因共同 组成，进而卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响，故新个体性状与 供核亲本不完全相同。(4)植物组织离体后直接进行组织培

16、养操作，不需先用盐酸解离，后者 为动物细胞需先用胰蛋白酶处理，分散成单个细胞再进行培养，a 错误；前者培养过程为植物 组织培养，培养基中一般加入蔗糖，后者为动物细胞培养，培养液中一般加入葡萄糖，b 正确； 前者为植物组织培养，前期不需要光，后期需要持续光照，后者为动物细胞培养，可在适宜 条件下培养，c 错误；两者培养过程中均需要保证无菌条件，这是实验成功的关键，d 正确。 [答案] (1)甲 分裂和分化(或分裂、分化、衰老、凋亡等) (2)快速繁殖优良品种 植 物体细胞的全能性 DOC 版.  高度分化的动物体细胞的全能性受到限制，分化潜能弱 (3

17、)胚胎移植 .. 卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响 (4)ac 5．(2020·山东等级考)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性 越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基 因(Wx 基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了 3 个突变品系。 (1)将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列插入 Ti 质粒构建重组载体时，所需的酶是 ________________，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为________。 (2)根据启动子的作用推测，Wx 基

18、因启动子序列的改变影响了 ________________，从而 改变了 Wx 基因的转录水平。与野生型水稻相比，3 个突变品系中 Wx 基因控制合成的直链淀粉 合 成 酶 的 氨 基 酸 序 列 ________( 填 “ 发 生 ” 或 “ 不 发 生 ”) 改 变 ， 原 因 是 ______________________________________。 (3)为检测启动子变化对 Wx 基因表达的影响，科研人员需要检测 Wx 基因转录产生的 mRNA(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总 RNA，经________过程获得总 cDNA。 通 过 PC

19、R 技 术 可 在 总 cDNA 中 专 一 性 地 扩 增 出 Wx 基 因 的 cDNA ， 原 因 是 ____________________________。 (4)各品系 Wx mRNA 量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为________，原因 是____________________________。 [解析] (1)限制性核酸内切酶能够识别双链 DNA 分子的某种特定核苷酸序列，并且使每 一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开；DNA 连接酶能将 DNA 片段拼接起来。 将能表达出基因编辑系统的 DNA 序列插入 Ti 质粒构

20、建重组载体时，需要限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶的参与。转化是指目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的 过程。(2)启动子是 RNA 聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出 mRNA。Wx 基因启动子 序列的改变影响了 RNA 聚合酶与启动子的识别和结合，从而改变了 Wx 基因的转录水平，使直 链淀粉合成酶基因的表达量改变。根据题干信息可知，基因编辑系统是对启动子序列进行定 点编辑，由于编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子，所以与野生型水稻相比，3 个突 变品系中 Wx 基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列没有发生变化。(3)用提取的各品 系胚

21、乳中的总 RNA 合成总 cDNA 的过程为逆转录，需要逆转录酶的参与。由于引物能与 Wx 基 因的 cDNA 特异性结合，故通过 PCR 技术可在总 cDNA 中专一性地扩增出 Wx 基因的 cDNA。(4)mRNA DOC 版. .. 是蛋白质合成的直接模板，根据题图分析可知，4 个品系中品系 3 的 Wx mRNA 量最低，控制合 成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强。 [答案] (1)限制性核酸内切酶和 DNA 连接酶 转化 (2)RNA 聚合酶与启动子的识别和 结合 不发生 编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子 (3)逆转录(或：反转录) 引 物是根据 Wx 基因的一段已知序列设计合成的(或：引物能与 Wx 基因的 cDNA 特异性结合) (4) 品系 3 品系 3 的 Wx mRNA 最少，控制合成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯 性最强 DOC 版.