2019届《精选精练》高考生物二轮专题练习(15)：基因工程和细胞工程

2019届《精选精练》高考生物二轮专题练习（15）：基因工程和细胞工程1/17基因工程和细胞工程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__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__(答出两点即可)。(2)体外重组的质粒可通过Ca2＋参与的__转化__方法导入大肠杆菌细胞；而体外重组的噬菌体DNA通常需与__外壳蛋白(或答噬菌体蛋白)__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__细菌__。(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__蛋白酶缺陷型__的大肠杆菌作为受体细胞，在蛋白质纯化的过程中应添加__蛋白酶__的抑制剂。[解析](1)将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌中，该过程利用的技术是基因工程。该研究除了证明质粒可作为载体外，还证明了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等。(2)重组质粒导入大肠杆菌细胞可采用Ca2＋参与的转化方法；体外重组噬菌体要通过将体外重组的噬菌体DNA和外壳蛋白(或噬菌体蛋白)进行组装获得；因为噬菌体是专门寄生在细菌中的病毒，所以宿主细胞选用细菌。(3)为防止蛋白质被降解，在实验中应选用蛋白酶缺陷型的大肠杆菌作为受体细胞；在蛋白质纯化过程中，为防止目的蛋白质被降解，需要添加蛋白酶的抑制剂。2．(2017·全国卷Ⅰ)真核生物基因中通常有内含子，而原核生物基因中没有，原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制。已知在人体中基因A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白A)。回答下列问题：(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因A，以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白A，其原因是__基因A有内含子，在大肠杆菌中，其初始转录产物中与内含子对应的RNA序列不能被切除，无法表达出蛋白A__。(2)若用家蚕作为表达基因A的受体，在噬菌体和昆虫病毒两种载体中，不选用__噬菌体__作为载体，其原因是__噬菌体的宿主是细菌，而不是家蚕__。(3)若要高效地获得蛋白A，可选用大肠杆菌作为受体，因为与家蚕相比，大肠杆菌具有__繁殖快、容易培养__(答出两点即可)等优点。(4)若要检测基因A是否翻译出蛋白A，可用的检测物质是__蛋白A的抗体__(填“蛋白A的基因”或“蛋白A的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明DNA是遗传物质做出了重要贡献，也可以说是基因工程的先导，如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示，那么，这一启示是__DNA可以2019届《精选精练》高考生物二轮专题练习（15）：基因工程和细胞工程2/17从一种生物个体转移到另一种生物个体__。[解析](1)人为真核生物，从人的基因组文库中获取的基因A含有内含子，基因A转录出的产物中有与内含子对应的RNA序列。大肠杆菌为原核生物，没有真核生物所具有的切除内含子对应的RNA序列的机制，因此以大肠杆菌作为受体细胞，不能切除内含子对应的RNA序列，无法表达出蛋白A。(2)噬菌体和动物病毒均可作为基因工程的载体，但它们的宿主细胞不同。题中受体为家蚕，是一种昆虫，因此，选择昆虫病毒作为载体，噬菌体的宿主是细菌，不适合作为该实验的载体。(3)大肠杆菌具有繁殖快、容易培养、单细胞、遗传物质少等优点，因此，常作为基因工程的受体细胞。(4)常用抗原——抗体杂交的方法检测目的基因是否表达，故能用于检测蛋白A的物质为蛋白A的抗体。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中，S型菌的DNA转移到了R型菌体内，其对基因工程理论的建立提供的启示是DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体。3．(2017·全国卷Ⅱ)几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分，几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内，可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题：(1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是__嫩叶组织细胞易破碎__。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是__防止RNA降解__。(2)以mRNA为材料可以获得cDNA，其原理是__在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA__。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是__目的基因无复制原点；目的基因无表达所需启动子__(答出两点即可)。(4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时，DNA连接酶催化形成的化学键是__磷酸二酯键__。(5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高，根据中心法则分析，其可能的原因是__目的基因的转录或翻译异常__。[解析](1)在进行基因工程操作时，若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA，常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料，原因是相对于老叶而言嫩叶组织细胞更容易被破碎。提取RNA时，提取液中需添加RNA酶抑制剂，其目的是防止RNA降解。(2)以mRNA为材料获得cDNA的原理是在逆转录酶的作用下，以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。(3)若要使目的基因在受体细胞中表达，需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞，原因是目的基因无复制原点且目的基因无表达所需启动子。(4)DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。(5)若获得的转基因植株不具备所期望的性状表现，根据中心法则分析，其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。4．(2017·全国卷Ⅲ)编码蛋白甲的DNA序列(序列甲)由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。2019届《精选精练》高考生物二轮专题练习（15）：基因工程和细胞工程3/17回答下列问题：(1)先要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是__编码乙的DNA序列起始端无ATG，转录出的mRNA无起始密码子__。(2)某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为__模板__，加入了__dNTP__作为合成DNA的原料。(3)现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。①由图2可知，当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是__进行细胞传代培养__。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是__维持培养液的pH__。②仅根据图1、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少__C__(填“A”“B”“C”“D”或“E”)片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。[解析](1)若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列(TTCGCTTCT……CAGGAAGGA)，则转录出的mRNA上缺少起始密码子，故不能翻译出蛋白乙。(2)使用PCR技术获取DNA片段时，应在PCR反应体系中添加引物、耐高温的DNA聚合酶、模板、dNTP作为原料。(3)T淋巴细胞浓度之所以不再增加，是因为细胞间出现接触抑制，因此若要使T淋巴细胞继续增殖，需要对贴满瓶壁的细胞使用胰蛋白酶处理，然后分瓶培养，即细胞传代培养。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，以维持培养液的pH。据图分析，蛋白丙与对照接近说明B、D片段对于T淋巴细胞增殖不是非常重要，蛋白甲和乙对T淋巴细胞的增殖都有较大影响，甲、乙两种蛋白中共同的片段是C，所以缺少C片段会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。5．(2016·全国卷Ⅰ)某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tett中会导致相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tett表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载体用BamHI酶切后，与用BamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌。结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：2019届《精选精练》高考生物二轮专题练习（15）：基因工程和细胞工程4/17(1)质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有__能自我复制、具有标记基因__(答出两点即可)，而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。(2)如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是__二者均不含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均不生长__；并且__含有质粒载体__和__含有插入了目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒)__的细胞也是不能区分的，其原因是__二者均含有氨苄青霉素抗性基因，在该培养基上均能生长__。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落，还需使用含有__四环素__的固体培养基。(3)基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为运载体，其DNA复制所需的原料来自于__受体细胞__。[解析](1)作为运载体的质粒上应有一个至多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，并含有特殊的标记基因。(2)未被转化的大肠杆菌和仅含环状目的基因的大肠杆菌中均未导入质粒载体，而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因，因此这样的大肠杆菌在含有氨苄青霉素的培养基中不能生长。含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌中都含有氨苄青霉素抗性基因，二者在含有氨苄青霉素的培养基中都能生长，因此无法区分二者。由题图可知，用BamHI切割质粒后将四环素抗性基因破坏，因此可将经氨苄青霉素培养基筛选出的菌落置于含有四环素的培养基上再次筛选，能在含四环素培养基上生存的是含有质粒载体的大肠杆菌，不能生存的是含有插入目的基因的重组质粒的大肠杆菌。(3)噬菌体为病毒，经改造后作为载体时，其DNA复制所需原料来自受体细胞。6．(2018·河北省衡水中学一模)转基因抗病香蕉的培育过程如图1所示，图2表示PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ和ApaⅠ四种限制酶的识别序列及酶切位点。请据图回答下列问题：(1)质粒的化学本质是__DNA__。(2)利用基因工程培育转基因抗病香蕉的核心步骤是形成重组质粒，即__基因表达载体的构建__；2019届《精选精练》高考生物二轮专题练习（15）：基因工程和细胞工程5/17将目的基因导入受体细胞的方式是__农杆菌转化法__。(3)将抗病基因从含抗病基因的DNA中切割下来，使用的限制酶是__PstⅠ和EcoRⅠ__，一个质粒被限制酶PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ同时切割后得到的DNA片段和黏性末端分别为__3、3__个。单独用ApaⅠ切割质粒后的片段是__—GGGCC—C和C—CCGGG—__。(4)转基因抗病香蕉的培育发生了__基因重组__(变异类型)。卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，根据这一原理可利用含卡那霉素的培养基筛选已导入重组质粒的香蕉细胞。由此推断，重组质粒中应含有__卡那霉素抗性__基因作为标记基因。[解析](1)质粒是一种小型的环状DNA分子。(2)基因工程的操作分四个步骤，其中构建目的基因的表达载体是核心步骤。图中将B的基因导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。(3)从图1中的目的基因