高三一轮复习生物双基过关： 基因工程

基因工程双基过关
1．含有限制酶的细胞中通常还具有相应的甲基化酶，这两种酶对DNA分子有相同的作用序列，但具有不同的催化功能。

甲基化酶可以对DNA序列进行修饰，使限制酶不能对这一序列进行识别和切割。

回答下列问题：
(1)目前，基因工程中使用的限制酶主要是从____________生物中分离纯化获得的。

构建“基因组文库”和“cDNA文库”的过程中需要使用DNA连接酶的是____________________(填“基因组文库”“cDNA文库”或“基因组文库和cDNA文库”)。

(2)含有某种限制酶的细胞，可以利用限制酶切割外源DNA，但
不破坏细胞自身的DNA，其原因可能有①_____________________
___________________________________________________________
___________________________________________________；②___
___________________________________________________________
__________。

(3)利用PCR扩增目的基因的过程由高温变性(90～95 ℃)、低温复性(55～60 ℃)、适温延伸(70～75 ℃)三个步骤构成一个循环，为使得DNA聚合酶能够重复利用，选用的酶应在____________℃处理后仍然具备催化活性。

2．叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，该技术能有效改良植物的品质。

请回答下列问题：
(1)转基因技术的核心步骤是________________，完成该步骤所需要的酶有________________。

(2)将植物体细胞处理得到原生质体，再通过________或________法，将目的基因导入原生质体，使原生质体再生细胞壁之
后，通过________可得到相应的转基因幼苗。

(3)来自原核生物中有重要价值的外源基因，无须改造和修饰就可在叶绿体中高效表达，据此分析，原因是__________________
___________________________________________________________ _________________________________________________________。

(4)对大多数高等植物而言，与传统的细胞核转基因相比，叶绿体转基因更稳定，其遗传方式________(填“遵循”或“不遵循”)孟德尔分离定律，不会随________(填“花粉”或“卵细胞”)传给后代，从而保持了________(填“父本”或“母本”)的遗传特性。

3.．为增加菊花的花色类型，研究者从其他植物的cDNA文库中提取出花色基因C(图1)，拟将其与质粒(图2)重组，再借助农杆菌导入菊花细胞中。

图3从上到下依次表示Eco RⅠ、Bam HⅠ和Sau3A Ⅰ三种限制酶的识别序列与切割位点。

请分析回答：
(1)利用PCR技术扩增目的基因C的原理是________。

(2)图2所示质粒被____________________切割获得的产物可与图1所示基因C连接，理由是________________________________ ___________________________________________________________ _____________________________________________________。

(3)经Bam HⅠ处理后构建的重组质粒导入菊花细胞后，基因C 不能表达，原因是质粒酶切部位的两端无________________，导致基因C不能________。

(4)在添加四环素的固体培养基上，________(填“能”或“不能”)筛选出含有插入基因C的重组质粒的农杆菌单菌落，原因是___________________________________________________________
__________________________________________________________。

4．根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
(1)限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有__________和__________。

(2)质粒运载体用Eco RⅠ切割后产生的片段如下：
AATT C……G
G……CTTAA
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用Eco R Ⅰ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)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。

(4)基因工程中除质粒外，__________和__________也可作为运载体。

(5)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________________________
___________________________________________________________
________________________________________________________。

5．乳头瘤病毒HPV可导致人患宫颈癌，科研人员将HPV某外壳蛋白A基因构建成基因表达载体，经包装或直接注入体内，表达出相应抗原，诱导机体产生免疫反应。

该方法获得的疫苗称为DNA疫
苗。

请回答下列问题：
(1)获取A基因的方法：
①方法一：提取HPV的DNA，利用PCR技术扩增A基因时，至少经过________次循环才能获得该基因，此过程中利用的原料是______________________________________。

②方法二：从宿主细胞中提取总RNA，以与________________ ___________互补的一段单链DNA作为引物，加入________酶获得cDNA，然后经PCR技术扩增获得大量的A基因。

(2)构建基因表达载体时，常用不同的限制酶切割质粒与目的基因，其具备的优势是________________________________________ ___________________________________________________________ _____________________________________________。

(3)DNA疫苗是预防性生物制品，与传统疫苗相比，其具备的优点有____________________(至少一点)，而单克隆抗体作为治疗性生物制品，具备的优点是____________________，制备单克隆抗体需要以____________________技术为基础。

6．科学家提出，将蓝藻细胞中的ictB基因导入水稻细胞内，可以提高水稻的产量。

请回答下列相关问题：
(1)基因工程最核心的步骤是_________________________
__________________________，
这个过程需要________酶和________酶参与催化。

(2)若用农杆菌转化法将表达载体导入受体细胞，则必须将ictB基因插入农杆菌的________质粒的________内部，再将含有目的基因的农杆菌和水稻愈伤组织混合处理。

(3)要检测ictB基因是否成功导入水稻细胞，可以用
____________________作为探针，使探针和提取出的转基因水稻基因组DNA 杂交，如果出现________，表明目的基因已经成功导入水稻细胞。

(4)要确认高产水稻是否培育成功，必须要对培育出的水稻做什么检测？________________________________________。

7．下面是利用基因工程培育抗虫大豆的流程图，请据图回答： ⎭⎪⎬⎪⎫抗虫基因Ti 质粒 ――→①构建 基因表达载体 ――→②转入 农杆菌――→③导入 大豆细胞 ――→④培育 转基因抗虫大豆
(1)上述流程的核心步骤是________(填序号)，完成步骤④利用了________技术。

(2)如果从基因文库中获取抗虫基因，在构建基因文库过程需要用到的操作工具有___________________________________________ _____________________________；
如果通过PCR 技术获取抗虫基因，则需要准备4个物质条件，除需含目的基因的DNA 和原料外，还需要_____________________ ___________________________________________________________________________________________________________________。

(3)该流程选用农杆菌中Ti 质粒作为载体的主要原因是______ __________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(4)从分子水平上检测大豆细胞中是否导入抗虫基因的方法是____________________，从个体水平上检测大豆植株是否有抗虫特性的方法是_________________________________。

8．已知生物体内有一种蛋白质(P)，该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。

如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质(P1)不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。

回答下列问题：
(1)从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的________进行改造。

(2)以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。

所获得的基因表达时是遵循中心法则的，
中心法则的全部内容包括____________________的复制，以及遗传
信息在不同分子之间的流动，即：____________________________
____________________________________________。

(3)蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________和______________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物________进行鉴定。

9．如图表示以鸡血为实验材料进行DNA的粗提取与鉴定的操作程序，请分析回答下列问题：
(1)步骤一中，向鸡血细胞液中加入________并搅拌，可使鸡血细胞破裂。

(2)步骤二中，过滤后收集含有DNA的________。

(3)步骤三、四的操作原理是____________________________
___________________________________________________________
_________________________________________________________。

步骤四通过向溶液中加入 ________调节NaCl溶液的物质的量浓度为________mol/L时，DNA将会析出，过滤去除溶液中的杂质。

(4)步骤七：向步骤六过滤后的________中，加入等体积的冷却的________，静置2～3 min，溶液中会出现________色丝状物，这就是粗提取的DNA。

(5)步骤八：DNA遇________试剂，沸水浴 5 min，冷却后，溶液呈________色。

10．某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动，具体步骤如下。

材料处理：称取新鲜的菜花、辣椒和蒜黄各2份，每份10 g。

剪碎后分成2组，一组置于20 ℃，另一组置于－20 ℃条件下，分别保存24 h。

DNA粗提取：
第一步，将上述材料分别放入研钵中，各加入15 mL研磨液，充分研磨，用两层纱布过滤，取滤液备用；
第二步，先向6只小烧杯中分别注入10 mL滤液，再加入20 mL体积分数为95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒缓缓地向一个方向搅拌，使絮状物缠绕在玻璃棒上；
第三步，取6支试管，分别加入等量的物质的量浓度为 2 mol/L的NaCl溶液溶解上述絮状物。

DNA检测：在上述试管中各加入4 mL二苯胺试剂，混合均匀后，置于沸水中加热 5 min，待试管冷却后比较溶液的颜色深浅，结果如下表：
(
分析上述实验过程，回答下列问题。

(1)该探究性实验课题名称是___________________________
___________________。

(2)第二步中“缓缓地”搅拌，这是为了防止_______________
______________________。

(3)根据实验结果，得出结论并分析。

①结论1：与20 ℃相比，相同实验材料在－20 ℃条件下保存，DNA的提取量较多。

结论2：_____________________________________________。

②针对结论1，请提出合理的解释：______________________
___________________________________________________________
____________________________。

(4)氯仿密度大于水，能使蛋白质变性沉淀，与水和DNA均不相溶，且对DNA影响极小。

为了进一步提高DNA纯度，依据氯仿的特性，在DNA粗提取第三步的基础上继续操作的步骤是___________________________________________________________
___________________________________________________________
__________________________，
然后用体积分数为95%的冷酒精溶液使DNA析出。

11.(2020·新高考山东卷)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PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出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______________________________
___________________________________________________________ _______________________________________________________。

,
12.(2019·高考全国卷Ⅰ)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。

回答下列问题。

(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。

基因文库包括________和________。

(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是
________。

在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是____________________。

上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。

(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_______________________________________________ ___________________________________________________________ ______________________________________。

13.(2018·高考全国卷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。

答案：
1． (1)原核基因组文库和cDNA文库
(2)①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列
②甲基化酶对细胞自身的DNA分子进行了修饰
(3)90～95(或95)
2． (1)构建基因表达载体限制酶和DNA连接酶
(2)农杆菌转化法基因枪植物组织培养
(3)叶绿体DNA与原核生物DNA结构类似
(4)不遵循花粉母本
3. (1)DNA双链复制
(2)Bam HⅠ和Eco RⅠBam HⅠ和Sau3AⅠ两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端
(3)启动子和终止子转录
(4)不能含质粒的农杆菌和含重组质粒的农杆菌均含有四环素抗性基因，在含四环素的培养基上均能生长
4． (1)黏性末端平末端
(2)切割产生的DNA片段末端与Eco RⅠ切割产生的相同
(3)mRNA(或RNA) cDNA(或DNA) PCR
(4)λ噬菌体的衍生物动植物病毒
(5)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱
5．(1)①34种游离的脱氧核苷酸②A基因的mRNA(A基因转录出的mRNA) 逆转录(或反转录)
(2)避免目的基因和质粒自身环化或随意连接
(3)DNA疫苗作用时间长(或DNA疫苗更安全、更容易保存，任答一点合理即可) 特异性强、灵敏度高、可大量制备动物细胞培
养和动物细胞融合
6． (1)基因表达载体的构建限制DNA连接
(2)Ti T­DNA
(3)放射性同位素(或荧光物质)等标记的目的基因杂交带
(4)检测水稻产量是否确实提高了(水稻是否增产)
7．(1)①植物组织培养
(2) DNA连接酶、限制酶、载体已知核苷酸序列的引物、Taq 酶
(3)Ti质粒上的T­DNA 能将抗虫基因整合到宿主的染色体上
(4)DNA分子杂交将害虫放置在大豆植株上观察害虫是否死亡
8． (1)氨基酸序列(或结构)
(2)P P1DNA和RNA(或遗传物质) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白质(或转录、逆转录、翻译)
(3)设计蛋白质的结构推测氨基酸序列功能
9． (1)蒸馏水
(2)滤液
(3)DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，通过控制NaCl 溶液的浓度去除杂质蒸馏水0.14
(4)滤液酒精白
(5)二苯胺蓝
10． (1)探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响
(2)DNA断裂
(3)①等质量的不同实验材料，在相同的保存温度下，从蒜黄中提取的DNA量最多②低温抑制了相关酶的活性，DNA降解速度慢
(4)将第三步获得的溶液与等量的氯仿充分混合，静置一段时间，
吸取上清液
11. (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
12. (1)基因组文库cDNA文库
(2)解旋酶加热至90～95 ℃氢键
(3)Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活,
13. (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(或答噬菌体蛋白) 细菌
(3)蛋白酶缺陷型蛋白酶。