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2019-2020年高三生物第一輪復(fù)習(xí) 專題1 基因工程練習(xí) 新人教版選修3 1.(16分)質(zhì)粒是基因工程中最常用的載體，質(zhì)粒上有標(biāo)記基因，如圖所示，通過標(biāo)記基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長情況也不同。如圖表示外源基因的插入位置(插入點(diǎn)有a、b、c)。 Ⅰ.(1)質(zhì)粒的基本組成單位是　　　　　　　　。 (2)將細(xì)菌放在含有四環(huán)素、氨芐青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，屬于基因工程操作中的　　　　　　　　　　　　　步驟。 Ⅱ.設(shè)計實(shí)驗探究外源基因插入的位置。 (3)步驟： ①將導(dǎo)入外源基因的細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)產(chǎn)生大量細(xì)菌。 ②分組：將細(xì)菌平均分成兩組并標(biāo)號為1、2。 ③培養(yǎng)：將第1組細(xì)菌放入　　　　　　　　　　　中培養(yǎng)，將第2組細(xì)菌放入　　　　　　　　　　　中培養(yǎng)。 ④觀察并記錄結(jié)果。 (4)預(yù)測實(shí)驗結(jié)果及結(jié)論： ①若1組、2組均能正常生長，則外源基因插入點(diǎn)是　　　　　　　。 ②若1組能正常生長，2組不能生長，則外源基因插入點(diǎn)是　　　　　。 ③若1組不能生長，2組能正常生長，則外源基因插入點(diǎn)是　　　　　。 【解析】(1)質(zhì)粒是小型環(huán)狀DNA分子，其基本組成單位是脫氧核苷酸。 (2)抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因都屬于標(biāo)記基因，其目的是便于目的基因的檢測與鑒定。 (3)分別將導(dǎo)入外源基因的細(xì)菌放在含氨芐青霉素的培養(yǎng)基和含四環(huán)素的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，觀察能否生長。 (4)若目的基因插入a點(diǎn)，則受體細(xì)胞既具有抗四環(huán)素的能力，又具有抗氨芐青霉素的能力；若目的基因插入b點(diǎn)，則受體細(xì)胞只具有抗四環(huán)素的能力；若目的基因插入c點(diǎn)，則受體細(xì)胞只具有抗氨芐青霉素的能力。以此可判斷目的基因插入的位置。 答案：(1)脫氧核苷酸 (2)目的基因的檢測與鑒定 (3)③含氨芐青霉素的培養(yǎng)基　含四環(huán)素的培養(yǎng)基 (4)①a?、赾?、踒 2.(20分)(xx天津高考)嗜熱土壤芽孢桿菌產(chǎn)生的β-葡萄糖苷酶(BglB)是一種耐熱纖維素酶，為使其在工業(yè)生產(chǎn)中更好地應(yīng)用，開展了以下試驗： Ⅰ.利用大腸桿菌表達(dá)BglB酶 (1)PCR擴(kuò)增bglB基因時，選用　　　　　　　　　　　　基因組DNA作模板。 (2)下圖為質(zhì)粒限制酶酶切圖譜。bglB基因不含圖中限制酶識別序列。為使PCR擴(kuò)增的bglB基因重組進(jìn)該質(zhì)粒，擴(kuò)增的bglB基因兩端需分別引入　　　　　　 　　　和　　　　　　　不同限制酶的識別序列。 (3)大腸桿菌不能降解纖維素，但轉(zhuǎn)入上述構(gòu)建好的表達(dá)載體后則獲得了降解纖維素的能力，這是因為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。 Ⅱ.溫度對BglB酶活性的影響 (4)據(jù)圖1、2可知，80℃保溫30分鐘后，BglB酶會　　　　?。粸楦咝Ю肂glB酶降解纖維素，反應(yīng)溫度最好控制在　　　(單選)。 A.50℃　　 　 B.60℃　　　 C.70℃　　　 D.80℃ Ⅲ.利用分子育種技術(shù)提高BglB酶的熱穩(wěn)定性 在PCR擴(kuò)增bglB基因的過程中，加入誘變劑可提高bglB基因的突變率。經(jīng)過篩選，可獲得能表達(dá)出熱穩(wěn)定性高的BglB酶的基因。 (5)與用誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌相比，上述育種技術(shù)獲取熱穩(wěn)定性高的BglB酶基因的效率更高，其原因是在PCR過程中　　　(多選)。 A.僅針對bglB基因進(jìn)行誘變 B.bglB基因產(chǎn)生了定向突變 C.bglB基因可快速累積突變 D.bglB基因突變不會導(dǎo)致酶的氨基酸數(shù)目改變 【解題指南】(1)圖示信息：Ⅰ.質(zhì)粒作為載體，應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)有限制酶切割位點(diǎn)、啟動子、終止子和標(biāo)記基因等。Ⅱ.圖1表示溫度對酶活性的影響，圖2表示不同溫度下酶的熱穩(wěn)定性的大小。 (2)關(guān)鍵知識：獲取目的基因、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、酶的活性和熱穩(wěn)定性、誘變育種的原理。 【解析】本題考查基因工程、酶的活性和變異的相關(guān)知識。 (1)bglB基因存在于嗜熱土壤芽孢桿菌基因組中，故應(yīng)以該菌的基因組DNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增。 (2)目的基因與質(zhì)粒進(jìn)行重組時，需將目的基因插入啟動子和終止子之間，且應(yīng)靠近啟動子和終止子，結(jié)合示意圖可知，應(yīng)在擴(kuò)增的bglB基因兩端分別引入NdeⅠ和BamHⅠ兩種限制酶的識別序列。 (3)該基因表達(dá)載體中含有bglB基因，其可表達(dá)產(chǎn)生β-葡萄糖苷酶，可分解纖維素，這樣大腸桿菌就獲得了分解纖維素的能力。 (4)由圖2可知，BglB酶在80℃保溫30分鐘后，就會失活；由圖1可知，當(dāng)溫度為60～70℃時，酶活性較高，而由圖2可知，70℃保溫30分鐘，酶活性會減弱，而60℃保溫30分鐘后酶活性基本不發(fā)生變化，由此可知為高效利用BglB酶降解纖維素，反應(yīng)溫度最好控制在60℃。 (5)在bglB基因擴(kuò)增過程中加入誘變劑進(jìn)行誘變處理，相比于誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌，針對性更強(qiáng)；基因突變是不定向的；由于PCR過程中基因擴(kuò)增即DNA復(fù)制快速進(jìn)行，發(fā)生突變后可進(jìn)行快速累積，進(jìn)而便于篩選；基因突變可能導(dǎo)致氨基酸數(shù)目的改變，如突變后的密碼子變?yōu)榻K止密碼子，可導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成提前終止，進(jìn)而導(dǎo)致氨基酸數(shù)目變少。 答案：(1)嗜熱土壤芽孢桿菌 (2)NdeⅠ　BamHⅠ (3)轉(zhuǎn)基因的大腸桿菌分泌出有活性的BglB酶 (4)失活　B　(5)A、C 【易錯提醒】限制酶的使用及作用特點(diǎn)的三點(diǎn)提醒 (1)獲取目的基因和切割載體時不能選用識別兩種序列的限制酶，否則產(chǎn)生的堿基末端不相同。 (2)當(dāng)限制酶剪切目的基因一次時，獲得的黏性末端或平末端有2個，而不是1個，若剪切目的基因兩次，共產(chǎn)生4個黏性末端或平末端。 (3)限制酶切割載體的切割位點(diǎn)并不是任意的，必須保證至少有1個標(biāo)記基因的完整性，以便于檢測。 3.(12分)(xx海南高考)下圖是將某細(xì)菌的基因A導(dǎo)入大腸桿菌內(nèi)，制備“工程菌”的示意圖。 據(jù)圖回答： (1)獲得A有兩條途徑：一是以A的mRNA為模板，在　　　　　酶的催化下，合成互補(bǔ)的單鏈DNA，然后在　　　　的作用下合成雙鏈DNA，從而獲得所需基因；二是根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的　　　　序列，推測出相應(yīng)的mRNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對原則，推測其DNA的　　　　　　　　　　　　　序列，再通過化學(xué)方法合成所需基因。 (2)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增DNA時，需要在反應(yīng)體系中添加的有機(jī)物質(zhì)有　　　　、　　　　、4種脫氧核糖核苷酸和耐熱性的DNA聚合酶，擴(kuò)增過程可以在PCR擴(kuò)增儀中完成。 (3)由A和載體B拼接形成的C通常稱為　　　　　　　　。 (4)在基因工程中，常用Ca2+處理D，其目的是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解題指南】(1)題干關(guān)鍵詞：“將某細(xì)菌的基因A導(dǎo)入大腸桿菌內(nèi)”。 (2)關(guān)鍵知識：基因工程的原理和技術(shù)、蛋白質(zhì)工程和PCR技術(shù)的應(yīng)用。 【解析】本題主要考查基因工程及PCR技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)知識。 (1)利用逆(反)轉(zhuǎn)錄法合成目的基因的過程是：以mRNA為模板，在逆(反)轉(zhuǎn)錄酶的催化作用下合成單鏈DNA，然后在DNA聚合酶的作用下，合成雙鏈DNA分子；根據(jù)蛋白質(zhì)工程合成目的基因的過程是：根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測相應(yīng)的mRNA序列，然后按照堿基互補(bǔ)配對原則，推測DNA中脫氧核苷酸的排列順序，通過化學(xué)方法合成。 (2)PCR過程中需要酶、底物、模板、引物等條件。 (3)目的基因和載體結(jié)合，形成基因表達(dá)載體。 (4)在利用大腸桿菌做受體細(xì)胞時，需要先用Ca2+處理，使之成為感受態(tài)細(xì)胞，有利于其吸收重組DNA分子。 答案：(1)逆轉(zhuǎn)錄　DNA聚合酶　氨基酸　脫氧核苷酸 (2)引物　模板(A基因) (3)基因表達(dá)載體 (4)使其成為感受態(tài)細(xì)胞，有利于吸收重組DNA分子 4.(15分)(xx吉林模擬)轉(zhuǎn)基因草莓中有能表達(dá)乙肝病毒表面抗原的基因，由此可獲得用來預(yù)防乙肝的一種新型疫苗，其培育過程如下圖所示(①至④代表過程，A至C代表結(jié)構(gòu)或細(xì)胞)： (1)在圖中①基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程中，為了使目的基因正常表達(dá)，目的基因的首端必須有　　　　　　識別和結(jié)合的部位。若選擇的限制酶切出的DNA片段是平末端，應(yīng)選擇　　　　　　　進(jìn)行連接。 (2)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法很多，在該題中涉及的方法是　　　　　　 　　　　　，之所以要把目的基因插入Ti質(zhì)粒的T-DNA中，這是利用T-DNA 　　　　　　　　　　　　　　　　　的特點(diǎn)。 (3)過程②的具體操作是：先用　　　　　　處理農(nóng)桿菌，使其處于感受態(tài)；再將含乙肝病毒表面抗原基因的重組Ti質(zhì)粒溶于緩沖液中與經(jīng)處理的農(nóng)桿菌混合，完成轉(zhuǎn)化過程。 (4)圖中③和④過程分別叫做　　　　　　　，將葉盤培養(yǎng)成草莓幼苗所依據(jù)的原理是　　　　　　　　　　　　　。 (5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株體內(nèi)維持穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是　　　　　　　　　　，通常采用　　　　　　的方法進(jìn)行檢測。 【解析】本題考查基因工程及轉(zhuǎn)基因生物的安全性的相關(guān)知識，意在考查對基因工程的理解及運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題和識圖的能力。(1)基因表達(dá)載體由啟動子、目的基因、終止子和標(biāo)記基因等組成，其中啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合位點(diǎn)；根據(jù)酶的來源不同，DNA連接酶分為兩類：EcoliDNA連接酶和T4DNA連接酶，這二者都能連接黏性末端，但是T4DNA連接酶還可以連接平末端。(2)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的方法很多，在該題中涉及的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上。(3)圖中②過程是將重組質(zhì)粒導(dǎo)入農(nóng)桿菌，由于受體細(xì)胞是細(xì)菌，常用Ca2+處理使其處于一種能吸收周圍環(huán)境中DNA分子的生理狀態(tài)，稱為感受態(tài)細(xì)胞，以完成轉(zhuǎn)化過程。(4)圖中③過程是讓葉盤細(xì)胞脫分化形成愈傷組織，進(jìn)而再經(jīng)④再分化形成幼苗，此過程叫做植物組織培養(yǎng)；原理是植物細(xì)胞的全能性。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株體內(nèi)維持穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是目的基因是否插入了受體細(xì)胞的染色體DNA上，通常采用DNA分子雜交的方法進(jìn)行檢測。在分子水平上，還可采用抗原-抗體雜交的方法來檢測轉(zhuǎn)基因草莓果實(shí)提取液中有無相應(yīng)的抗原。 答案：(1)RNA聚合酶　T4DNA連接酶 (2)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上　(3)Ca2+ (4)脫分化和再分化　植物細(xì)胞的全能性 (5)目的基因是否插入了受體細(xì)胞的染色體DNA上　DNA分子雜交 5.(12分)(xx唐山模擬)生物分子間特異性結(jié)合的性質(zhì)廣泛用于生命科學(xué)研究。以下實(shí)例為體外處理“蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合體”獲得DNA片段信息的過程圖。 據(jù)圖回答： (1)過程①酶作用的部位是　　　　　　，此過程只發(fā)生在非結(jié)合區(qū)DNA，過程②酶作用的部位是　　　　。 (2)①②兩過程利用了酶的　　　　特性。 (3)若將得到的DNA片段用于構(gòu)建重組質(zhì)粒，需要將過程③的測序結(jié)果與 　　　　　　　酶的識別序列進(jìn)行比對，以確定選用何種酶。 (4)如果復(fù)合體中的蛋白質(zhì)為RNA聚合酶，則其識別、結(jié)合的DNA序列區(qū)為基因的　　　　　　　　　　。 (5)以下研究利用了生物分子間特異性結(jié)合性質(zhì)的有　　　(多選)。 A.分離得到核糖體，用蛋白酶酶解后提取rRNA B.用無水乙醇處理菠菜葉片，提取葉綠體基粒膜上的光合色素 C.通過分子雜交手段，用熒光物質(zhì)標(biāo)記的目的基因進(jìn)行染色體基因定位 D.將抑制成熟基因?qū)敕?，其mRNA與催化成熟酶基因的mRNA互補(bǔ)結(jié)合，終止后者翻譯，延遲果實(shí)成熟 【解析】(1)DNA酶作用于DNA分子后，若將DNA分子切割成片段，應(yīng)作用于磷酸二酯鍵，蛋白酶作用于蛋白質(zhì)中的肽鍵。 (2)酶的作用特點(diǎn)是具有專一性。 (3)若用DNA片段構(gòu)建重組質(zhì)粒，需要與限制性核酸內(nèi)切酶切割的識別序列進(jìn)行比對，選用切割后獲得的相同片段所對應(yīng)的限制性核酸內(nèi)切酶進(jìn)行切割。 (4)RNA聚合酶特定結(jié)合啟動子中RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)。 (5)蛋白酶特定處理蛋白質(zhì)，DNA分子雜交和mRNA與基因的互補(bǔ)都體現(xiàn)了堿基互補(bǔ)配對原則。 答案：(1)磷酸二酯鍵　肽鍵 (2)專一性　(3)限制性核酸內(nèi)切 (4)啟動子(或轉(zhuǎn)錄起始區(qū)) (5)A、C、D 6.(15分)圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。請回答下列問題： (1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個堿基之間依次由　　　　　　　　　連接。 (2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是　　　　末端，其產(chǎn)物長度為　　　　　　　　。 (3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T-A堿基對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖1及其對應(yīng)的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有　　　　種不同長度的DNA片段。 (4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是　　　　。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大腸桿菌，一般需要用添加　　　　的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá)，其最可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 【解題指南】解答本題特別關(guān)注以下三點(diǎn)： (1)明確堿基、磷酸和脫氧核糖之間的連接關(guān)系。 (2)準(zhǔn)確識別各種限制酶的切割位點(diǎn)。 (3)知道重組質(zhì)粒中最少含有一種抗性基因。 【解析】(1)兩條脫氧核苷酸鏈之間的堿基通過氫鍵相連，一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的堿基通過脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖連接。 (2)根據(jù)限制酶SmaⅠ識別的堿基序列可知，限制酶SmaⅠ切割產(chǎn)生的末端為平末端。在圖1序列中共有2個SmaⅠ的切割位點(diǎn)，切割后形成3種不同長度的產(chǎn)物，分別為537 bp、790 bp、661 bp。 (3)圖1中有SmaⅠ的兩個識別序列，完全切割后產(chǎn)生3個不同長度的DNA片段，若虛線方框中的堿基對被T-A堿基對替換，再經(jīng)SmaⅠ識別并完全切割后會產(chǎn)生2個DNA片段，其中1個DNA片段與未替換前完全切割的相同，因此經(jīng)完全切割后共產(chǎn)生4種不同長度的DNA片段。 (4)切割目的基因可選用限制酶BamHⅠ和限制酶MboⅠ，但限制酶MboⅠ可將質(zhì)粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因都破壞，而限制酶BamHⅠ只破壞抗生素A抗性基因，因此只能選用限制酶BamHⅠ；重組質(zhì)粒中含有抗生素B抗性基因，因此可在含抗生素B的培養(yǎng)基上培養(yǎng)。 答案：(1)脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖 (2)平　537 bp、790 bp、661 bp　(3)4 (4)BamHⅠ　抗生素B　同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接 【延伸探究】 (1)若本題(1)中“一條”換為“兩條”，則依靠什么結(jié)構(gòu)連接？ 提示：DNA兩條鏈通過堿基互補(bǔ)配對形成氫鍵的方式連接在一起。 (2)對圖2所示的質(zhì)粒用MboⅠ限制酶切割后，放在含有抗生素A的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，能否生長？為什么？ 提示：不能生長。因為抗生素A抗性基因中含有GATC序列，一旦用MboⅠ限制酶切割該質(zhì)粒后，會破壞該基因，從而無法抵抗抗生素A。 7.(10分)家蠶細(xì)胞具有高效表達(dá)外源基因的能力。將人干擾素基因?qū)爰倚Q細(xì)胞并大規(guī)模培養(yǎng)，可提取干擾素用于制藥。 (1)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作前，需用　　　　酶短時處理幼蠶組織，以便獲得單個細(xì)胞。 (2)為使干擾素基因在家蠶細(xì)胞中高效表達(dá)，需要把來自cDNA文庫的干擾素基因片段正確插入表達(dá)載體的　　　　和　　　　之間。 (3)PCR反應(yīng)體系的主要成分應(yīng)包含：擴(kuò)增緩沖液(含Mg2+)、水、4種脫氧核糖核苷酸、模板DNA、　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　　。 (4)利用生物反應(yīng)器培養(yǎng)家蠶細(xì)胞時，貼壁生長的細(xì)胞會產(chǎn)生接觸抑制。通常將多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反應(yīng)器中，這樣可以　　　　　　　　　　　　，增加培養(yǎng)的細(xì)胞數(shù)量，也有利于空氣交換。 【解析】(1)利用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理動物組織可獲得單個細(xì)胞。(2)來自cDNA文庫中的目的基因不含復(fù)制原點(diǎn)、標(biāo)記基因、啟動子和終止子等，故需將該目的基因插入啟動子和終止子之間。(3)PCR技術(shù)是在體外高溫條件下進(jìn)行的，需利用熱穩(wěn)定的DNA聚合酶(如TaqDNA聚合酶)。由于DNA聚合酶只能將單個脫氧核苷酸連接在一個片段上，所以在PCR反應(yīng)體系中還需加入引物。(4)據(jù)題意可知，反應(yīng)器中放入多孔中空薄壁小玻璃珠可擴(kuò)大細(xì)胞貼壁生長的附著面積，有利于細(xì)胞增殖。 答案：(1)胰蛋白(或膠原蛋白)　(2)啟動子　終止子 (3)對干擾素基因特異的DNA引物　TaqDNA聚合酶 (4)擴(kuò)大細(xì)胞貼壁生長的附著面積