2019年高考生物 考点一遍过 考点81 基因工程（二）（含解析）.doc

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考点81 基因工程（二） 1．基因工程的操作过程与应用 （1）基因工程的操作步骤 （2）基因工程的应用：培育转基因植物和转基因动物，生产基因工程药物，进行基因治疗。 （3）目的基因导入不同受体细胞的过程 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 农杆菌转化法 显微注射技术 感受态细胞法 受体细胞 体细胞或受精卵 受精卵 原核细胞 转化过程 将目的基因插入到Ti质粒的TDNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞染色体的DNA上→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子 （4）基因治疗与基因诊断的不同点 原理 操作过程 进展 基因治疗 基因表达 利用正常基因导入有基因缺陷的细胞中，以表达出正常性状来治疗(疾病) 临床实验 基因诊断 碱基互补配对 制作特定DNA探针与病人样品DNA混合，分析杂交带情况 临床应用 2．蛋白质工程 （1）流程图 写出流程图中字母代表的含义： A．转录，B．翻译，C．分子设计，D．多肽链，E．预期功能。 （2）结果：改造了现有蛋白质或制造出新的蛋白质。 （3）应用：主要集中应用于对现有蛋白质进行改造，改良生物性状。 考向一 目的基因的获取及基因表达载体的构建 1．利用人胰岛B细胞构建cDNA文库，然后通过核酸分子杂交技术从中筛选目的基因，筛选过程如下图所示。下列说法错误的是 A．cDNA文库的构建需要用到逆转录酶 B．图中的菌落是通过稀释涂布法获得的 C．核酸分子杂交的原理是碱基互补配对 D．从该文库中可筛选到胰高血糖素基因 【参考答案】D 归纳整合 几种目的基因获取方法的比较 方法 从基因文库中获取 人工合成 从基因组文 库中获取 从部分基因文库，如cDNA文库中获取 化学合成法 反转录法 过 程 2．下图是利用基因工程技术生产可食用疫苗的部分过程，其中PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列有关说法中正确的是 A．图示过程是基因工程的核心步骤，所需的限制性核酸内切酶均来自原核生物 B．图示中构建基因表达载体时，需用到一种限制性核酸内切酶 C．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核糖核苷酸序列 D．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来 【答案】D 考向二 基因工程的操作及应用实例分析 3．下面图1为某植物育种流程，图2表示利用农杆菌转化法获得某种转基因植物的部分操作步骤。下列相关叙述错误的是 A．图1子代Ⅰ与原种保持遗传稳定性，子代Ⅱ和子代Ⅲ选育原理相同 B．图1子代Ⅲ选育显性性状需自交多代，子代Ⅴ可能发生基因突变和染色体变异 C．图2中①过程的完成需要限制酶和DNA连接酶的参与 D．图2中⑥可与多个核糖体结合，并可以同时翻译出多种蛋白质 【参考答案】D 技法提炼 1．基因表达载体中启动子、终止子的来源 （1）如果目的基因是从自然界中已有的物种中分离出来的，在构建基因表达载体时，不需要在质粒上目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子，因为目的基因中已含有启动子、终止子。 （2）如果目的基因是通过人工方法合成的，或通过cDNA文库获得的，则目的基因是不含启动子和终止子的。若只将基因的编码序列导入受体生物中，目的基因没有启动子、终止子，是无法转录的，因此，在构建基因表达载体时，需要在与质粒结合之前，在目的基因的前后端接上特定的启动子、终止子。 2．基因工程中的几种检测方法 4．科学家通过基因工程方法，将苏云金芽孢杆菌的Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内，并成功实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉。其过程大致如下图所示： 根据题意，回答下列问题： （1）基因工程的操作程序主要包括的四个步骤是：目的基因的获取、________________、____________________和_____________________。 （2）Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有T-DNA，把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中是利用T-DNA的______________________________特点。 （3）Bt毒蛋白基因转入普通棉株细胞内并成功实现表达的过程，在基因工程中称为___________。 （4）将目的基因导入受体细胞的方法有很多种，该题中涉及的是____________________。 （5）目的基因能否在棉株内稳定维持和表达其遗传性质的关键是____________________，这需要通过检测才能知道，检测采用的方法是________________________________。 【答案】（1）基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 （2）可转移至受体细胞并且整合到受体细胞染色体DNA上 （3）转化 （4）农杆菌转化法 （5）目的基因是否插入了受体生物细胞的染色体DNA上 DNA分子杂交技术 考向三 蛋白质工程概念和过程的辨析 5．下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是 A．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 B．蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 C．a、b过程分别是转录、翻译 D．蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 【参考答案】B 解题技巧 蛋白质工程与基因工程的比较 （1）区别 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列 获取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 定向改造或生产人类所需的蛋白质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型和生物产品 结果 可生产自然界没有的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 （2）联系 ①蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 ②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造。 6．现代生物技术并不是各自独立的，而是相互联系、相互渗透的。下图表示利用乳腺生物反应器生产某种动物蛋白的流程示意图，请分析回答下列问题： （1）该生产流程中应用到的现代生物技术有__________、______________(写出其中两种)。 （2）图中A、B分别表示____________________________、______________________。 （3）为提高培育成功率，进行②过程之前，对早期胚胎的处理是取其部分细胞用目的基因探针进行__________________检测，对受体动物的处理是用________________进行同期发情处理。 （4）蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质，原因是___________________________________________________。 【答案】（1）蛋白质工程 基因工程 胚胎移植技术(任写两种) （2）推测应有的氨基酸序列 基因表达载体 （3）DNA(核酸)分子杂交 促性腺激素 （4）改造后的基因能够遗传(且改造基因易于操作) 1．下列关于目的基因导入受体细胞的描述，不正确的是 A．农杆菌转化法是将目的基因导入植物细胞最常用的方法 B．显微注射技术是转基因动物中采用最多的方法 C．大肠杆菌最常用的转化方法是用Ca2+使细胞的生理状态发生改变 D．基因枪法导入植物体细胞的方法比较经济有效 2．下表是基因工程操作中鉴定含目的基因植株的4种方法。请预测同一后代种群中，4种方法检出的含目的基因植株的比例最小的是 选项 方法 检验对象 检测目标 A PCR扩增 基因组DNA 目的基因 B 分子杂交 总mRNA 目的基因转录产物 C 抗原—抗体杂交 总蛋白质 目的基因编码的蛋白质 D 喷洒除草剂 幼苗 抗除草剂幼苗 A．A B．B C．C D．D 3．下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，不正确的是 A．①→②利用两种不同限制酶处理，能避免抗虫基因的DNA片段自身环化 B．②→③可用氯化钙处理农杆菌，有助于促进重组Ti质粒转化到农杆菌细胞中 C．③→④用农杆菌侵染植物细胞，重组Ti质粒整合到植物细胞的染色体上 D．④→⑤用植物组织培养技术培养，具有抗虫性状的植株产生了可遗传变异 4．利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂，用于降解某种农药的残留，基本流程如图。下列叙述正确的是 A．过程①的反应体系中需要加入逆转录酶和核糖核苷酸 B．过程②需使用限制酶和DNA聚合酶，是基因工程的核心步骤 C．过程③需要使用NaCl溶液制备感受态的大肠杆菌细胞 D．过程④可利用PCR技术鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞 5．下图表示利用基因工程生产胰岛素的三种途径，据图判断下列说法错误的是 A．导入受体细胞C需要用Ca2+处理使大肠杆菌处于感受态 B．利用显微注射的方法将目的基因导入受体细胞A即乳腺细胞 C．受体细胞B通常为莴苣的体细胞，经脱分化、再分化形成个体 D．三种方法得到的胰岛素结构不完全相同 6．如图是生产转基因抗虫棉技术的流程图。已知卡那霉素抗性基因（kanR）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下列叙述正确的是 ①为检测抗虫基因是否成功表达，将“离体棉花叶片组织”放在含卡那霉素的培养基上培养 ②为了防止黏性末端任意连接，可将抗虫基因和质粒均用两种限制酶进行处理 ③卡那霉素抗性基因（kanR）中可能存在限制酶的酶切位点 ④生产抗虫棉的整个过程中只需要基因工程操作即可 A．②④ B．①② C．②③ D．③④ 7．下列不属于基因工程应用实例的是 A．培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株 B．在大肠杆菌内获取人的干扰素 C．利用克隆技术保护珍稀动物 D．利用“工程菌”生产乙肝疫苗 8．北极比目鱼有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。如图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是 A．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白 B．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序 C．过程①需要的工具酶是RNA聚合酶 D．采用DNA探针可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达 9．美国和澳大利亚的研究人员发现，从锥形蜗牛体内提取出的毒液有望帮助人类开发出超级速效的胰岛素。他们研究表明锥形蜗牛毒蛋白(Con-InsGl)能加速受体细胞信号转换，比人类胰岛素更加快速的发挥作用。因此制造这类“速效胰岛素”以及利用转基因技术实现批量生产成为Ⅰ型糖尿病治疗的新思路。请回答下列问题： （1）利用基因工程制造Con-InsGl这种速效胰岛素过程中，构建的基因表达载体一般包括目的基因、启动子、标记基因、_________和复制原点，标记基因的作用是________________________。 （2）为了获得目的基因可以通过提取分析Con-InsGl毒蛋白中的__________序列推知毒蛋白基因的核苷酸序列，再用DNA合成仪直接大量合成。基因工程中需要DNA连接酶，根据酶的来源不同分为________两类。 （3）将人工合成的目的基因导入大肠杆菌体内，一般先用药物处理大肠杆菌使之成为____________细胞，再将重组DNA溶于____________中与该类细胞融合，在一定温度下促进细胞吸收重组DNA分子完成转化过程。 （4）经过目的基因的检测和表达，获得的Con-InsGl毒蛋白活性未能达到期待的“速效胰岛素”的生物活性，导致这种差异的原因可能是___________________________。 10．萝卜的蛋白A具有广泛的抗植物病菌作用，而且对人体没有影响。我国科学家欲获得高效表达蛋白A的转基因大肠杆菌作为微生物农药，做了相关研究。 （1）研究者用相同的_________酶处理蛋白A基因和pET质粒，得到重组质粒，再将重组质粒置于经_________处理的大肠杆菌细胞悬液中，获得转基因大肠杆菌。 （2）检测发现，转入的蛋白A基因在大肠杆菌细胞中表达效率很低，研究者推测不同生物对密码子具有不同的偏好，因而设计了与蛋白A基因结合的两对引物（引物B和C中都替换了一个碱基），并按图2方式依次进行4次PCR扩增，以得到新的蛋白A基因。 ①这是一种定点的_________技术。 ②图2所示的4次PCR应该分别如何选择图1中所示的引物？请填写以下表格（若选用该引物划“√”，若不选用该引物则划“”）。 引物A 引物B 引物C 引物D PCR1 PCR2 PCR3 PCR4 （3）研究者进一步将含有新蛋白A基因的重组质粒和_________分别导入大肠杆菌，提取培养液中的蛋白质，用_________方法检测并比较三组受体菌蛋白A的表达产物，判断新蛋白A基因表达效率是否提高。为检测表达产物的生物活性，研究者将上述各组表达产物加入到长满了植物病菌的培养基上，培养一段时间后，比较_________的大小，以确定表达产物的生物活性大小。 （4）作为微生物农药，使用时常喷洒蛋白A基因的发酵产物而不是转蛋白A基因的大肠杆菌，其优点是_________。 11．（2018全国Ⅱ卷）某种荧光蛋白（GFP）在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白（L1）基因连接在GFP基因的5′末端，获得了L1-GFP融合基因（简称为甲），并将其插入质粒P0，构建了真核表达载体P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中E1~E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。 回答下列问题： （1）据图推断，该团队在将甲插入质粒P0时，使用了两种限制酶，这两种酶是_________。使用这两种酶进行酶切是为了保证_______________，也是为了保证__________________。 （2）将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了________和_________过程。 （3）为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的_____________移入牛的____________中、体外培养、胚胎移植等。 （4）为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行鉴定。在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的____________（填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”）作为PCR模板。 12．（2018海南卷）甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。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： （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1：1，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＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 1．【答案】D 【解析】目的基因导入植物细胞最常用的方法是农杆菌转化法，该方法比较经济有效，还有基因枪法和花粉管通道法，A正确，D错误；显微注射技术是将目的基因导入动物细胞中采用最多的方法，B正确；大肠杆菌细胞最常用的转化方法是用钙离子处理细胞，使细胞的生理状态发生改变，完成转化过程，C正确。 2．【答案】D 3．【答案】C 【解析】图示是利用基因工程培育抗虫植物的示意图，其中①为质粒，作为运载体；②为重组质粒；③为含有重组质粒的农杆菌；④为含有目的基因的植物细胞；⑤为转基因植株。①→②利用两种不同限制酶处理，能避免含抗虫基因的DNA片段自身环化，A正确；②→③可用氯化钙处理农杆菌，使之成为易于吸收周围环境中DNA分子的感受态细胞，这样有助于促进重组Ti质粒转化到农杆菌细胞中，B正确；③→④用农杆菌侵染植物细胞，重组Ti质粒的T-DNA片段整合到植物细胞的染色体上，C错误；④→⑤用植物组织培养技术培养，具有抗虫性状的植株产生了可遗传变异，D正确。 4．【答案】D 【解析】过程①为逆转录过程，反应体系中需要加入逆转录酶和脱氧核苷酸，A项错误；过程②为基因表达载体的构建，需使用限制酶和DNA连接酶，B项错误；过程③需要使用CaCl2溶液制备感受态的大肠杆菌细胞，C项错误；鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞，可利用PCR技术扩增受体细胞DNA片段，用基因探针进行DNA分子杂交，D项正确。 5．【答案】B 6．【答案】C 【解析】卡那霉素基因是标记基因，只能检测目的基因是否导入受体细胞，不能检测目的基因是否表达，①错误；为了防止黏性末端任意连接，可将抗虫基因和质粒均用两种限制酶进行处理，②正确；卡那霉素抗性基因（kanR）中可能存在限制酶的酶切位点，③正确；生产抗虫棉的整个过程中除了需要基因工程操作，还需要采用植物组织培养技术将转基因受体细胞培育成转基因植株，④错误。综上所述，叙述正确的是②③，故选C。 7．【答案】C 【解析】培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株属于基因工程应用实例，A不符合题意；在大肠杆菌内获取人的干扰素属于基因工程应用实例，B不符合题意；利用克隆技术保护珍稀动物属于克隆技术应用的实例，C符合题意；利用“工程菌”生产乙肝疫苗属于基因工程应用实例，D不符合题意。 8．【答案】A 【解析】将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因可能不再是抗冻基因，所以可能得不到抗冻性增强的抗冻蛋白，A正确；图中①是获取目的基因的过程，获取的目的基因，可用于基因工程，但不能用于比目鱼基因组测序，B错误；过程①需要的工具酶是DNA聚合酶，C错误；利用DNA探针技术检测目的基因是否导入到受体细胞，利用抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否表达，D错误。 9．【答案】（1）终止子 鉴别和筛选含有目的基因的细胞 （2）氨基酸 EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶 （3）感受态 缓冲液 （4）大肠杆菌中基因表达获得的蛋白质未加工 【解析】（1）基因表达载体的组成包括目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点几部分，其中标记基因的作用是鉴别和筛选含有目的基因的细胞。（2）为了获得目的基因可以通过提取分析Con-InsGl毒蛋白中的氨基酸序列推知毒蛋白基因的核苷酸序列，再用DNA合成仪大量合成目的基因。基因工程中需要DNA连接酶，根据酶的来源不同分为E•coliDNA连接酶和T4DNA连接酶两类。（3）将人工合成的目的基因导入大肠杆菌体内，一般先用药物处理大肠杆菌使之成为感受态细胞，再将重组DNA溶于缓冲液中与该类细胞融合，在一定温度下促进细胞吸收重组DNA分子完成转化过程。（4）经过目的基因的检测和表达，获得的Con-InsGl毒蛋白活性未能达到期待的“速效胰岛素”的生物活性，导致这种差异的原因可能是大肠杆菌属于原核生物，原核细胞中没有内质网和高尔基体，因此基因表达获得的蛋白质未经内质网和高尔基体的加工，不具有生物学活性。 10．【答案】（1）限制酶和DNA连接 CaCl2 （2）基因突变 （3）含有蛋白A基因的重组质粒、空质粒（pET质粒） 抗原—抗体杂交 抑菌圈 （4）对人、畜、农作物和自然环境安全；不会造成基因污染；有效成分纯度较高 【解析】（1）在基因工程中，利用相同的限制酶和DNA连接酶处理蛋白A基因和pET质粒，得到重组质粒；大肠杆菌作为受体细胞，需要用氯化钙处理，以便重组质粒的导入。（2）①根据题意和图示分析，经过4次PCR技术后获得了新的基因，这是一种定点的基因突变技术。②研究者推测不同生物对密码子具有不同的偏好，因而设计了与蛋白A基因结合的两对引物（引物B和C中都替换了一个碱基），因此4次PCR应该分别选择如图所示的引物： 。 11．【答案】（1）E1和E4 甲的完整 甲与载体正确连接 （2）转录 翻译 （3）细胞核 去核卵母细胞 （4）核DNA 12．【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 【解析】（1）用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜受伤的叶片与含重组质粒的农杆菌共培养，理由是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）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甜蛋白基因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1：1，则说明甜蛋白基因已经整合到核基因组中。（3）假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产，若要以该转基因作物为材料获得脱毒苗，应选用茎尖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。