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2019年高考生物一輪復(fù)習(xí) 現(xiàn)代生物科技專題 第1講 基因工程課時作業(yè) 新人教版選修3 一、選擇題(每小題6分，共30分) 1．一環(huán)狀DNA分子，設(shè)其長度為1，已知某種限制性核酸內(nèi)切酶在該分子上有3個酶切位點，如圖中A、B、C三處。如果該DNA分子在3個酶切位點上都被該酶切斷，則會產(chǎn)生0．2、0．3、0．5三種不同長度的DNA片段。現(xiàn)有多個上述DNA分子，若在每個分子上至少有1個酶切位點被該酶切斷；則從理論上講，經(jīng)該酶切后，這些DNA分子最多能產(chǎn)生長度不同的線狀DNA的種類數(shù)是(　　) A．4 B．8 C．6 D．7 答案　C 解析　本題考查限制酶的作用，在此環(huán)狀DNA上可以切1～3個位點，切1個位點得到長度為1的片段，切2個位點可以得到長度為0．5、0．2、0．8、0．3、0．7共5種片段，切3個位點可以得到0．2、0．3、0．5共3種長度的片段，總共能獲得6種不同的DNA片段。 2．(xx晉中模擬)下圖表示科學(xué)家通過基因工程培育抗蟲棉時，從蘇云金芽孢桿菌中提取抗蟲基因“放入”棉花細(xì)胞中與棉花的DNA分子結(jié)合起來而發(fā)揮作用的過程示意圖。以下說法正確的是 (　　) A．該技術(shù)的核心內(nèi)容是構(gòu)建基因表達(dá)載體 B．目的基因在抗蟲棉中的遺傳要遵循基因的分離定律 C．圖中I常直接從大腸桿菌中獲取 D．剔除培育成功的抗蟲棉體內(nèi)的四環(huán)素抗性基因會影響抗蟲基因的表達(dá) 答案　A 解析　基因工程的核心技術(shù)是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，A正確；抗蟲基因如果整合到棉花細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的DNA上，其遺傳不遵循基因的分離定律，B錯誤；常見的載體有質(zhì)粒、動植物病毒和λ噬菌體的衍生物，C錯誤；基因的表達(dá)具有獨立性，剔除抗蟲棉體內(nèi)的四環(huán)素抗性基因不影響抗蟲基因的表達(dá)，D錯誤。 3．(xx重慶卷，6)下列有關(guān)人胰島素基因表達(dá)載體的敘述，正確的是(　　) A．表達(dá)載體中的胰島素基因可通過人肝細(xì)胞mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得 B．表達(dá)載體的復(fù)制和胰島素基因的表達(dá)均啟動于復(fù)制原(起)點 C．借助抗生素抗性基因可將含胰島素基因的受體細(xì)胞篩選出來 D．啟動子和終止密碼子均在胰島素基因的轉(zhuǎn)錄中起作用 答案　C 解析　由于人肝細(xì)胞中胰島素基因不能表達(dá)，所以無法利用肝細(xì)胞mRNA反轉(zhuǎn)錄獲得胰島素基因，A項錯誤；表達(dá)載體的復(fù)制啟動于復(fù)制原點，胰島素基因的轉(zhuǎn)錄啟動于啟動子，B項錯誤；抗生素基因是標(biāo)記基因，作用是檢測受體細(xì)胞中是否含有目的基因，從而將含有胰島素基因的受體細(xì)胞篩選出來，C項正確；啟動子是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，是轉(zhuǎn)錄的起點，而終止密碼子位于mRNA上，在翻譯中起作用，D項錯誤。 4．(xx?？谀M)利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列選項中能說明目的基因完成了在受體細(xì)胞中表達(dá)的是 (　　) A．棉花二倍體細(xì)胞中檢測到細(xì)菌的抗蟲基因 B．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因及其mRNA C．山羊乳腺細(xì)胞中檢測到人生長激素DNA序列 D．酵母菌細(xì)胞中提取到人干擾素蛋白 答案　D 解析　基因表達(dá)的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，因此，只有在受體細(xì)胞中檢測或提取到了相應(yīng)蛋白質(zhì)才能證明目的基因在受體細(xì)胞中完成了表達(dá)，A、C項只能說明完成了目的基因的導(dǎo)入，B項只能說明完成了目的基因的導(dǎo)入和目的基因的轉(zhuǎn)錄過程。 5．(xx信陽模擬)關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，正確的是(　　) A．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作 B．蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子 C．對蛋白質(zhì)的改造是通過直接改造相應(yīng)的mRNA來實現(xiàn)的 D．蛋白質(zhì)工程的流程和天然蛋白質(zhì)合成的過程是相同的 答案　B 解析　蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。由于基因決定蛋白質(zhì)，因此，要對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造，還必須從基因入手。與基因工程不同，蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子。 二、非選擇題(共70分) 6．(12分)(xx海南卷，31)在體內(nèi)，人胰島素基因表達(dá)可合成出一條稱為前胰島素原的肽鏈，此肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中經(jīng)酶甲切割掉氨基端一段短肽后成為胰島素原，進(jìn)入高爾基體的胰島素原經(jīng)酶乙切割去除中間片段C后，產(chǎn)生A、B兩條肽鏈，再經(jīng)酶丙作用生成由51個氨基酸殘基組成的胰島素。目前，利用基因工程技術(shù)可大量生產(chǎn)胰島素?；卮鹣铝袉栴}： (1)人體內(nèi)合成前胰島素原的細(xì)胞是__________，合成胰高血糖素的細(xì)胞是__________。 (2)可根據(jù)胰島素原的氨基酸序列，設(shè)計并合成編碼胰島素原的__________序列，用該序列與質(zhì)粒表達(dá)載體構(gòu)建胰島素原基因重組表達(dá)載體，再經(jīng)過細(xì)菌轉(zhuǎn)化、篩選及鑒定，即可建立能穩(wěn)定合成__________的基因工程菌。 (3)用胰島素原抗體檢測該工程菌的培養(yǎng)物時，培養(yǎng)液無抗原抗體反應(yīng)，菌體有抗原抗體反應(yīng)，則用該工程菌進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時，應(yīng)從__________中分離、純化胰島素原。胰島素原經(jīng)酶處理便可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素。 答案　(1)胰島B細(xì)胞　胰島A細(xì)胞 (2)DNA(基因)堿基序列 　胰島素原　(3)菌體 解析　(1)前胰島素原在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)加工后成為胰島素，人體合成胰島素的細(xì)胞是胰島B細(xì)胞，所以合成前胰島素原的細(xì)胞也是胰島B細(xì)胞；合成胰高血糖素的細(xì)胞是胰島A細(xì)胞。 (2)根據(jù)胰島素原的氨基酸序列，可設(shè)計并合成編碼胰島素原的DNA序列(即目的基因)；用該序列與質(zhì)粒表達(dá)載體構(gòu)建胰島素原基因重組表達(dá)載體，再經(jīng)過細(xì)菌轉(zhuǎn)化、篩選及鑒定，即可建立能穩(wěn)定合成人胰島素原的基因工程菌。 (3)培養(yǎng)液無抗原抗體反應(yīng)，菌體有抗原抗體反應(yīng)，所以應(yīng)該從菌體中分離、純化胰島素原，經(jīng)酶處理便可轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素。 7．(12分)(xx新課標(biāo)Ⅱ卷，40)已知生物體內(nèi)有一種蛋白質(zhì)(P)，該蛋白質(zhì)是一種轉(zhuǎn)運蛋白，由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成亮氨酸，240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸，改變后的蛋白質(zhì)(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}： (1)從上述資料可知，若要改變蛋白質(zhì)的功能，可以考慮對蛋白質(zhì)的________進(jìn)行改造。 (2)以P基因序列為基礎(chǔ)，獲得P1基因的途徑有修飾________基因或合成________基因。所獲得的基因表達(dá)是遵循中心法則的，中心法則的全部內(nèi)容包括________的復(fù)制以及遺傳信息在不同分子之間的流動，即：______________________。 (3)蛋白質(zhì)工程也被稱為第二代基因工程，其基本途徑是從預(yù)期蛋白質(zhì)功能出發(fā)，通過________和________，進(jìn)而確定相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列，據(jù)此獲得基因，再經(jīng)表達(dá)、純化獲得蛋白質(zhì)，之后還需要對蛋白質(zhì)的生物________進(jìn)行鑒定。 答案　(1)氨基酸序列(或結(jié)構(gòu)) (2)P 　P1　DNA和RNA DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(zhì)(或轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、翻譯) (3)設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)　推測氨基酸序列　功能 解析　(1)蛋白質(zhì)工程就是為改造蛋白質(zhì)的功能，可通過改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改造其基因結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。 (2)依據(jù)蛋白質(zhì)工程的定義及題中信息可知獲得P1基因的途徑有修飾現(xiàn)有(P)基因或合成新(P1)基因。中心法則的全部內(nèi)容包括DNA的復(fù)制、RNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄和翻譯。 (3)蛋白質(zhì)工程的基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列。通過蛋白質(zhì)工程合成的蛋白質(zhì)還需要進(jìn)行生物活性的鑒定即功能鑒定，看是否達(dá)到人們的需求。 8．(12分)許多大腸桿菌的質(zhì)粒上含有l(wèi)acZ基因，其編碼的產(chǎn)物β－半乳糖苷酶在X－gal和IPTG存在下，可以產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，使菌落呈現(xiàn)藍(lán)色，否則菌落呈現(xiàn)白色?；蚬こ讨谐＠迷撛韽膶?dǎo)入質(zhì)粒的受體細(xì)胞中篩選出真正導(dǎo)入重組質(zhì)粒的細(xì)胞，過程如下圖所示。請據(jù)圖回答： (1)基因工程中，構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是____________________ ________________________________。 (2)限制酶EcoR Ⅰ的識別序列和切割位點是－G↓AATTC－，Sma Ⅰ的識別序列和切割位點是－CCC↓GGG－。圖中目的基因被切割下來和質(zhì)粒連接之前，需在目的基因的右側(cè)連接相應(yīng)的末端，連接的末端序列是__________，連接過程中需要的基本工具是__________。 (3)轉(zhuǎn)化過程中，大腸桿菌應(yīng)先用________處理，使其處于能吸收周圍DNA的狀態(tài)。 (4)菌落顏色為白色的是________，原因是_____________________________________。 (5)菌落③中的目的基因是否表達(dá)，可采用的檢測辦法是_______________________ _____________________。 答案　(1)使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，能遺傳給后代，并表達(dá)和發(fā)揮作用　(2)－TTAA　DNA連接酶　(3)Ca2＋　(4)菌落③　lacZ標(biāo)記基因區(qū)插入外源基因后被破壞，不能表達(dá)出β－半乳糖苷酶，故菌落為白色　(5)抗原—抗體雜交 解析　(1)基因工程中，構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，能遺傳給后代，并表達(dá)和發(fā)揮作用。 (2)根據(jù)限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ的識別序列和切割位點和圖解判斷，圖中目的基因被切割下來和質(zhì)粒連接之前，需在目的基因的右側(cè)連接相應(yīng)的末端，連接的末端序列是－TTAA，連接過程中需要的基本工具是DNA連接酶。 (3)轉(zhuǎn)化過程中，大腸桿菌應(yīng)先用Ca2＋處理，使其處于能吸收周圍DNA的狀態(tài)。 (4)由于lacZ標(biāo)記基因區(qū)插入外源基因后被破壞，不能表達(dá)出β－半乳糖苷酶，故菌落③為白色菌落。 (5)可采用抗原—抗體雜交的辦法檢測菌落③中的目的基因是否表達(dá)。 9．(12分)如圖為某種質(zhì)粒表達(dá)載體簡圖，小箭頭所指分別為限制性核酸內(nèi)切酶EcoRⅠ、 BamHⅠ的酶切位點，ampR為青霉素抗性基因，tetR為四環(huán)素抗性基因，P為啟動子，T為終止子，ori為復(fù)制原點。已知目的基因的兩端分別有包括EcoRⅠ、BamHⅠ在內(nèi)的多種酶的酶切位點。 據(jù)圖回答： (1)將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒表達(dá)載體分別用EcoRⅠ酶切，酶切產(chǎn)物用DNA連接酶進(jìn)行連接后，其中由兩個DNA片段之間連接形成的產(chǎn)物有________、________、________三種。 (2)用上述3種連接產(chǎn)物與無任何抗藥性的原核宿主細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化實驗。之后將這些宿主細(xì)胞接種到含四環(huán)素的培養(yǎng)基中，能生長的原核宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物是________；若接種到含青霉素的培養(yǎng)基中，能生長的原核宿主細(xì)胞所含有的連接產(chǎn)物是_________ _________________。 (3)目的基因表達(dá)時，RNA聚合酶識別和結(jié)合的位點是________，其合成的產(chǎn)物是________。 (4)在上述實驗中，為了防止目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化，酶切時應(yīng)選用的酶是________。 答案　(1)目的基因—載體連接物　載體—載體連接物 目的基因—目的基因連接物 (2)載體—載體連接物 目的基因—載體連接物、載體—載體連接物 (3)啟動子　mRNA (4)EcoRⅠ和BamHⅠ(不能只答一種酶) 解析　將含有目的基因的DNA與質(zhì)粒表達(dá)載體分別用EcoRⅠ酶切，所產(chǎn)生的黏性末端相同，用DNA連接酶處理后，不同的片段隨機結(jié)合，由兩個DNA片段之間連接可形成3種不同的產(chǎn)物。將這3種連接產(chǎn)物導(dǎo)入受體菌后，可根據(jù)不同連接產(chǎn)物所攜帶抗性基因的差異選擇不同的選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。由圖示和題目中提供的信息可知，同時應(yīng)用EcoRⅠ和BamHⅠ進(jìn)行酶切可有效防止目的基因和質(zhì)粒自身環(huán)化。 10．(11分)(xx常州質(zhì)檢)如圖是從酵母菌中獲取棉株需要的某種酶基因的流程，結(jié)合所學(xué)知識及相關(guān)信息回答下列問題。 (1)圖中cDNA文庫________(填“大于”、“等于”或者“小于”)基因組文庫。 (2)①過程提取的DNA需要______的切割，B是________過程。 (3)為在短時間內(nèi)大量獲得目的基因，可用________擴增的方法，其原理是____________________。 (4)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上的T－DNA具有__________________的特點。目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是______________________，可以用________技術(shù)進(jìn)行檢測。 (5)如果要想使該酶活性更高或具有更強的耐受性，需要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，這要利用基因工程的延伸——蛋白質(zhì)工程。首先要設(shè)計預(yù)期的________，再推測應(yīng)有的氨基酸序列，找到相對應(yīng)的________。 答案　 (1)小于　(2)限制酶　反轉(zhuǎn)錄 (3)PCR技術(shù)　DNA雙鏈復(fù)制 (4)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　目的基因是否整合到植物細(xì)胞染色體的DNA上　DNA分子雜交 (5)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)　脫氧核苷酸序列 解析　(1)一個基因組文庫中包含了一種生物所有的基因，而一個cDNA文庫中只包含了一種生物的一部分基因，故cDNA文庫小于基因組文庫。(2)從酵母菌中提取目的基因，需用限制性核酸內(nèi)切酶；以mRNA為模板合成cDNA的過程屬于反轉(zhuǎn)錄。(3)PCR技術(shù)是一項在生物體外復(fù)制特定DNA片段的核酸合成技術(shù)，其依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制。(4)農(nóng)桿菌中的Ti質(zhì)粒上T－DNA具有可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞并且整合到受體細(xì)胞染色體的DNA上的特點。目的基因能否在棉株體內(nèi)穩(wěn)定遺傳的關(guān)鍵是目的基因是否整合到植物細(xì)胞染色體的DNA上，可以用DNA分子雜交技術(shù)進(jìn)行檢測。(5)蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 11．(11分)(xx福建卷，33)GDNF是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，對損傷的神經(jīng)細(xì)胞具有營養(yǎng)和保護(hù)作用。研究人員構(gòu)建了含GDNF基因的表達(dá)載體(如圖1所示)，并導(dǎo)入到大鼠神經(jīng)干細(xì)胞中，用于干細(xì)胞基因治療的研究。請回答： 注：bp表示堿基對；載體和基因片段上的小 箭頭表示相關(guān)限制酶的酶切位點 圖1 注：　表示電泳條帶?、?、②、③表示電泳泳道 圖2 (1)在分離和培養(yǎng)大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的過程中，使用胰蛋白酶的目的是________。 (2)構(gòu)建含GDNF基因的表達(dá)載體時，需選擇圖1中的________限制酶進(jìn)行酶切。 (3)經(jīng)酶切后的載體和GDNF基因進(jìn)行連接，連接產(chǎn)物經(jīng)篩選得到的載體主要有3種：單個載體自連、GDNF基因與載體正向連接、GDNF基因與載體反向連接(如圖1所示)。為鑒定這3種連接方式，選擇Hpa I酶和BamH I酶對篩選得到的載體進(jìn)行雙酶切，并對酶切后的DNA片段進(jìn)行電泳分析，結(jié)果如圖2所示。圖中第________泳道顯示所鑒定的載體是正向連接的。 (4)將正向連接的表達(dá)載體導(dǎo)入神經(jīng)干細(xì)胞后，為了檢測GDNF基因是否成功表達(dá)，可用相應(yīng)的________與提取的蛋白質(zhì)雜交。當(dāng)培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞達(dá)到一定密度時，需進(jìn)行________培養(yǎng)以得到更多數(shù)量的細(xì)胞，用于神經(jīng)干細(xì)胞移植治療實驗。 答案　(1)使細(xì)胞分散開　(2)XhoⅠ　(3)② (4)抗體　傳代 解析　(1)動物細(xì)胞培養(yǎng)時，可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶作用，使細(xì)胞分散開。 (2)質(zhì)粒上有XhoⅠ識別位點，而且在啟動子之后，所以選用XhoⅠ限制酶進(jìn)行酶切。 (3)泳道①僅有一種條帶，屬于載體自連；泳道②有兩種條帶，且長度分別與質(zhì)粒和GDNF基因長度相同，為正向連接；泳道③有兩種條帶，長度與BamHⅠ酶切后結(jié)果相同，為反向連接。 (4)檢測基因是否表達(dá)采用抗原抗體雜交法。培養(yǎng)動物細(xì)胞采用動物細(xì)胞培養(yǎng)法，當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到一定程度，需要進(jìn)行分瓶，進(jìn)行傳代培養(yǎng)。