2020年新课标Ⅰ高考生物复习练习课件专题26　基因工程(包括PCR技术).pptx

1、五年高考,A组 统一命题课标卷题组,考点1 基因工程的工具与操作,1.(2019课标全国,38,15分)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 。,答案 (1)基因组文库 cDNA文库 (2)解旋酶 加热至90

2、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,解析 (1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)体内DNA复制时,需用解旋酶打开氢键 使双链DNA解旋,而PCR扩增目的基因时,是借助高温加热至9095 使DNA变性解旋。(3) PCR反应体系中进行互补链的合成时,温度需控制在7075 ,则应使用耐高温的DNA聚合酶, 即Taq酶,而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶(高温下会失活)。,素养解读 本题借助基因工程的相关知识,考查考生对生物学问题进行解释的能力;通过PCR 与体内DNA复制的比较,体现了科学思维中分析与推断要素。,易错警示 PCR过程与细胞内的DNA复

3、制过程的主要区别 (1)PCR过程需要的引物是人工合成的能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的一小段(单 链)DNA或RNA; (2)PCR过程中DNA的解旋依靠温度变化而非解旋酶。,2.(2018课标全国,38,15分)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。

4、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)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,解析 本题主要考查基因工程的相关知识。(1)体外重组的质粒可以进入受体细胞,且重组质 粒在不同细胞中能正常表达,说明目的基因在不同细胞中的表达机制相同,生物界共用一套遗 传密码。(2)基因工程中,受体

5、细胞为大肠杆菌细胞时,常用Ca2+处理大肠杆菌,使之处于感受态, 即Ca2+参与的转化法。噬菌体DNA与外壳蛋白组装成完整噬菌体。因噬菌体的宿主是细菌, 故只有细菌可作为重组噬菌体的宿主细胞。(3)为防止目的基因表达的蛋白质被破坏,可选用 不能合成蛋白酶的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化过程中加入蛋白酶的抑制剂可以保 护蛋白质不被水解。,素养解读 本题通过三问并列的命题方式考查基因工程的原理与操作程序,涉及科学思维中 归纳与概括、审视或论证等思维过程。,知识归纳 目的基因导入受体细胞的方法 (1)若受体细胞为植物细胞:基因枪法、花粉管通道法、农杆菌转化法。 (2)若受体细胞为动物细胞:显微注

6、射法。 (3)若受体细胞为大肠杆菌:感受态细胞法(Ca2+参与的转化法)。,3.(2018课标全国,38,15分)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E1E4四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 。 (

7、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。,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,解析 (1)构建基因表达载体时,使用的限制酶不能破坏融合基因。选用产生

8、不同黏性末端的 两种限制酶,可以防止自身环化,并且保证融合基因和质粒正确连接。(2)在牛的皮肤细胞中观 察到绿色荧光,说明L1基因已经表达,即在该皮肤细胞中完成了转录和翻译过程。(3)培育转基 因的克隆牛需将含目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中。(4)为检测克隆牛的 不同组织细胞中是否含有融合基因,需提取不同组织细胞的核DNA作为PCR模板,用PCR方法 进行鉴定。,素养解读 本题综合考查基因工程与胚胎工程,考查考生能否根据文字或图示,运用演绎、推 理等科学思维方法展开探讨的能力。,4.(2017课标全国,38,15分)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

9、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 。 (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 作为载体, 其原因是 。 (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 (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 (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

10、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,。,答案 (1)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)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕 (3)繁殖快、容易培养 (4)蛋白A的抗体 (5)DNA可以从一种生物个体转移到另一种生物个体,解析 本题主要涉及基因文库与cDNA文库的差异、基因工程的步骤、基因工程产物的检测 方法等知识,意在考查考生提取知识、分析和归纳知识的能力。 (1)真核生物和原核生物的基 因结构不同,真核生物的基因中存在内含子等不能编码蛋白质的

11、序列,原核生物的基因中不存 在内含子。真核生物在基因表达时,转录出的RNA需要将内含子对应的RNA序列切除后才可 进行翻译。从人的基因组文库中获得的基因 A 中含有内含子,而作为原核生物的大肠杆菌不 能切除内含子对应的RNA序列,故基因 A 在大肠杆菌中无法表达出蛋白A。 (2)病毒对宿主细 胞的侵染具有特异性,噬菌体是专门侵染细菌的病毒,不能侵染家蚕细胞,故可选用可感染家蚕 的昆虫病毒作为载体。 (3)与真核生物相比,大肠杆菌等原核生物具有繁殖快、容易培养、遗 传物质相对较少等优点,因此在基因工程中常用原核生物作为受体细胞。(4)检测基因A 是否 翻译出蛋白A,一般用抗原抗体杂交的方法,即用

12、蛋白 A 的抗体与从细胞中提取的蛋白质进 行杂交,观察是否出现杂交带。(5)肺炎双球菌转化实验的实质是 S型菌的 DNA 进入 R 型菌 体内,并可在 R 型菌体内完成表达,这证明了 DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个 体,为基因工程奠定了理论基础。,素养解读 本题考查基因工程的工具与操作,考查考生能否针对特定生物问题,运用科学思维 方法展开探讨的能力。,知识拓展 真核生物基因中通常有内含子,原核生物的基因中不含有内含子,原核生物不能切 除内含子转录的RNA序列,故基因工程中不能将真核生物的基因直接导入原核生物,而常使用 反转录的方法先获得真核生物的cDNA(不含内含子),再进行下一

13、步操作。,5.(2017课标全国,38,15分)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。 回答下列问题: (1)现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 (TTCGCTTCTCAGGAAGGA),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 。 (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 ,加入了 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

14、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。 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 。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 。 仅根据图1、图2可知,上述甲、乙、丙三种蛋白中,若缺少 (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。,答案 (1)编码乙的DNA序列起始端无

15、ATG,转录出的mRNA无起始密码子 (2)模板 dNTP (3)进行细胞传代培养 维持培养液的pH C,解析 本题主要考查基因工程技术和动物细胞培养技术的相关知识。(1)由题干中编码蛋白 乙的DNA序列可知,编码乙的DNA序列起始端无ATG,转录出的mRNA上没有起始密码子 AUG。(2)PCR需要的条件包括引物、耐高温的DNA聚合酶、DNA模板、四种游离的脱氧核 苷酸等。(3)动物细胞培养中,细胞具有贴壁生长以及接触抑制的特点,当细胞浓度达到a时, 若要使T淋巴细胞继续增殖,需要在培养基中加入胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)处理贴壁生长的细 胞并分瓶进行传代培养;动物细胞培养过程中,需要在培养箱中

16、通入一定浓度的CO2,CO2的作 用是维持培养液的pH。由图2可知,加入蛋白丙刺激T淋巴细胞增殖的效果明显比加入蛋白 甲、乙时低;结合图1中蛋白丙与蛋白甲、乙的DNA序列可知,缺少C片段所编码的肽段,会明 显降低蛋白刺激T淋巴细胞增殖的效果。,素养解读 本题借助图示模型考查基因工程的技术,考查考生是否具有针对特定生物学问题, 运用模型分析、演绎与推理等科学思维方法展开探讨的能力。,知识拓展 认识dNTP dNTP是脱氧核糖核苷三磷酸的缩写,是dCTP、dATP、dGTP、dTTP的统称。“d”代表脱氧, “N”代表变量A、T、C、G中的一种。dNTP可作为生物DNA合成以及PCR过程的原料。,

17、6.(2016课标全国,40,15分,0.587)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入Ampr或Tetr中会导致 相应的基因失活(Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Tetr表示四环素抗性基因)。有人将此质粒载 体用BamH酶切后,与用BamH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: (1)质粒载体作为基因工程的工具,应具备的基本条件有 (答出两点即,可),而作为基因表达载体,除满足上述基本条件

18、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 ; 并且 和 的细胞也是不能区分 的,其原因是 。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 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载体,其DNA复制所需的原料来自 。,答案 (1)能自我复制、具有标记基因 (2)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 含有质粒载体 含有插入了 目的基因的重组质粒(或答含有重组质粒) 二者均含有氨苄青霉素抗性基因,在该培养

19、基上 均能生长 四环素 (3)受体细胞,解析 (1)质粒作为载体应具备的基本条件有:能自我复制、具有标记基因、含有一至多个限 制酶切割位点等。(2)由题意可知,未被转化的和仅含环状目的基因的细胞中均不含有氨苄青 霉素抗性基因,所以在含有氨苄青霉素的培养基上均不能生长。质粒载体上含有氨苄青霉素 抗性基因和四环素抗性基因,插入了目的基因的重组质粒中仅含有氨苄青霉素抗性基因,所以 含有质粒载体和含有插入了目的基因的重组质粒的细胞均能在含有氨苄青霉素的培养基上 生长,但前者可以在含有四环素的培养基上生长而后者不能,所以可用含有四环素的培养基,筛 选出含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌单菌落。(3)

20、噬菌体属于病毒,病毒增殖过程 中所需的原料、酶等均来自受体细胞。,素养解读 本题借助图示模型考查基因工程的技术,考查考生是否具有针对特定生物学问题, 运用模型分析、演绎与推理等科学思维方法展开探讨的能力。,评分细则 (1)能自我复制(具有复制原点,具有复制起始位点),具有标记基因(具有抗性基因), 具有限制性核酸内切酶酶切位点(限制酶酶切位点),以上每个得分点2分,任选2个即可得4分, 答出一点给2分。 (2)二者均不含氨苄青霉素抗性基因Ampr,在该培养基上均不生长(2分),不含抗性基因为关键 词。含有质粒载体(2分),含插入了目的基因的重组质粒(含重组质粒)(2分),此两问不分先后顺 序。

21、二者均含氨苄青霉素抗性基因Ampr,在该培养基上均能生长(2分),含有抗性基因为关键 词。四环素/Tet(1分),中英文均可得分。 (3)受体细胞/宿主细胞(2分)。,7.(2016课标全国,40,15分,0.442)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR、BamH 和Sau3A三种限制性内切酶的识别序列与切割位点,图(b)为某种表达载体的示意图(载体上 的EcoR、Sau3A的切点是唯一的)。 图(a) 图(b),根据基因工程的有关知识,回答下列问题: (1)经BamH酶切后得到的目的基因可以与上述表达载体被 酶切后的产物连接,理 由是 。 (2)若某人利用图(b)所示的表达载体获

22、得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子,如图(c)所 示。这三种重组子中,不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有 ,不能表达的原因是 。 图(c),(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶,常见的有 和 , 其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 。,答案 (1)Sau3A 两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端(每空2分,共4分) (2)甲和丙(2分) 甲中目的基因插入在启动子的上游,丙中目的基因插入在终止子的下游,二 者的目的基因均不能被转录(3分,其他合理答案可酌情给分) (3)EcoliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶(每空2分,共6分,其他合理答案可酌情给分)

23、,解析 (1)分析图(a)可知,限制酶Sau3A与BamH切割DNA后形成的黏性末端相同,故经这 两种酶切割得到的产物可以用DNA连接酶进行连接。(2)构建基因表达载体时,为保证目的基 因能在宿主细胞中成功表达,目的基因应插入在启动子和终止子之间,据此可判断甲、丙均不 符合要求,目的基因均不能表达。(3)常见的DNA连接酶有EcoliDNA连接酶和T4DNA连接酶, 其中T4DNA连接酶既能连接黏性末端又能连接平末端。,素养解读 本题结合图示模型考查基因工程的操作程序,考查考生能否针对特定生物学问题, 运用模型分析、演绎与推理等科学思维方法展开探讨。,评分细则 (1)第一空答其他两种酶不给分。

24、第二空答“两种酶切割后形成的黏性末端可互 补”给全分。 (2)第二空原因答作“目的基因应插入至启动子与终止子之间”也给分。 (3)第一空、第二空顺序可颠倒,第三空答案唯一。,考点2 基因工程的应用与蛋白质工程,1.(2017课标全国,38,15分)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 。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制 剂,其目的是 。 (2)以mRNA为材料可以获得cDN

25、A,其原理是 。 (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 (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 。 (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 。,答案 (1)嫩叶组织细胞易破碎 防止RNA降解 (2)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)目的基因无复制原点;目的基因无表达所需启动 子 (4)磷酸二酯键 (5)目的基因的转录或翻译异常,解析 本题主要考查基因工程

26、的相关知识,考查学生获取知识,分析与归纳知识等能力。(1)从 植物体中提取mRNA需要破碎组织细胞,嫩叶比老叶的组织细胞易破碎,mRNA提取效率高。 由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解,所以实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降低 RNA酶的活性,保护提取的RNA不被分解。(2)cDNA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合成的。(3)由于目的基因无复制原点,也无基因表达所需的启动子 和终止子,所以需与质粒构建重组质粒后再导入受体细胞。(4)DNA连接酶可以催化两个DNA 片段的黏性末端或平末端连接形成磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因已经整合到植物的基因组 中,但

27、是转基因植株抗真菌病的能力没有提高,说明转基因植株体内不存在抗菌活性蛋白,即几丁质酶基因的转录或翻译过程出现异常,从而导致几丁质酶基因没有正常表达合成抗菌活性蛋白。,素养解读 本题考查基因工程的操作程序及应用,考查考生能否针对特定基因工程问题,运用 分析、解释、演绎与推理等科学思维方法展开探讨。,知识归纳 走出基因工程的5大易混点 (1)限制酶具有特异性,即一种限制酶只能识别特定的碱基序列,并在特定的位点上进行切割; 限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物DNA分子中不存在该酶的识别序列或识别序列已 经被修饰。 (2)切取目的基因与切割载体时“只能”使用“同一种酶”? 在获取目的基因和切割载体

28、时通常用同一种限制酶,以获得相同的末端。 但如果用两种不 同限制酶切割后形成的末端相同,在DNA连接酶的作用下目的基因与载体也可以连接起来。 为了避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接,可使用不同的限制酶切割目的基因和质 粒,使目的基因和载体各具有两个不同的末端。 (3)启动子起始密码子,终止子终止密码子 启动子:一段有特殊结构的DNA片段,位于基因的首端。它是RNA聚合酶识别、结合的部 位。 终止子:一段有特殊结构的DNA短片段,位于基因的尾端。 作用是使转录过程停止。 起始密码子和终止密码子位于mRNA上,分别控制翻译过程的启动和终止。,(4)目的基因的插入位点不是随意的:基因表达需要启动

29、子与终止子的调控,所以目的基因的插 入位点应在启动子与终止子之间,若目的基因插在启动子内部,启动子将失去原功能。 (5)基因工程操作过程中只有第三步(将目的基因导入受体细胞)没有碱基互补配对现象。第 一步用PCR或人工合成法获得DNA过程中存在碱基互补配对,第二步黏性(或平)末端连接时 存在碱基互补配对,第四步分子杂交及基因表达时存在碱基互补配对。,2.(2015课标全国,40,15分,0.4173)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,

30、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。,答案 (1)氨基酸序列(或结构)(1分,其他合理答案也给分) (2)P P1(每空2分,共4分) DN

31、A和RNA(或遗传物质)(2分) DNARNA、RNADNA、 RNA蛋白质(或转录、逆转录、翻译)(3分) (3)设计蛋白质的结构 推测氨基酸序列(每空2分,共4分) 功能(1分),解析 (1)蛋白质的功能与结构相关,若要改变蛋白质的功能,需要对其结构进行改造。(2)确 定目的基因的碱基序列后,可通过对现有基因进行改造或者重新合成来获得目的基因。中心 法则的内容包括遗传信息的复制、转录、逆转录和翻译。(3)蛋白质工程的基本途径是从预 期蛋白质功能出发,通过设计蛋白质的结构和推测氨基酸序列,进而确定相对应的脱氧核苷酸 序列。获得蛋白质之后要对蛋白质的生物功能进行鉴定。,素养解读 本题借助崭新问

32、题情境考查蛋白质工程,通过实例分析的形式考查生命观念中的 蛋白质的结构与功能观。,解题关键 理清蛋白质工程的基本途径、中心法则的全部内容图解是解答本题的关键。,1.(2019江苏单科,33节选,6分)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具 有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题: 图 (1)EcoR 酶切位点为 ,EcoR 酶切出来的线性载体P1为 末端。 (2)用Taq DNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核 苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为 的脱氧核苷酸,形成P2;P2和 目的基

33、因片段在 酶作用下,形成重组质粒P3。,B组 自主命题省(区、市)卷题组,(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类 菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌 落是 (填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是 、 。,答案 (1)平 (2)胸腺嘧啶(T) DNA连接 (3)B A类菌落含有P0 C类菌落未转入质粒,解析 (1)EcoR从识别序列的中心轴线处切割,所以产生的末端为平末端。(2)由于载体和目 的基因要连接成DNA分子,所以目的基因片段的两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸时,载体 P1

34、的两端应各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。在DNA连接酶的作用下,可将P2和目的基因连 接,形成重组质粒P3。(3)重组质粒P3上有完整的氨苄青霉素基因,所以含有重组质粒P3的菌 落在无抗生素和添加氨苄青霉素的培养基上能生长,而在添加四环素的培养基上不能生长,所 以应选择的是B类菌落。A类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养 基上均能生长,说明A类菌落导入了P0。C类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+ 四环素的培养基上均不能生长,说明C类菌落未导入质粒。,知能拓展 PCR过程中,目的基因扩增n次,共产生2n个DNA,其中1个DNA上含引物,1个DNA 上含引物,2n-2个

35、DNA既含引物,也含引物。该过程共需要2n-1个引物和2n-1个引物。,2.(2019天津理综,9,12分)B基因存在于水稻基因组中,其仅在体细胞(2n)和精子中正常表达,但 在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验。 据图回答: (1)B基因在水稻卵细胞中不转录,推测其可能的原因是卵细胞中 (单选)。 A.含B基因的染色体缺失 B.DNA聚合酶失活 C.B基因发生基因突变 D.B基因的启动子无法启动转录,(2)从水稻体细胞或 中提取总RNA,构建 文库,进而获得B基因编码蛋白的序 列。将该序列与Luc基因(表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光)连接成融合基因(表达的蛋

36、白质能保留两种蛋白质各自的功能),然后构建重组表达载体。 (3)在过程、转化筛选时,过程 中T-DNA整合到受体细胞染色体DNA上,过程 在培养基中应加入卡那霉素。 (4)获得转基因植株过程中,以下鉴定筛选方式正确的是 (多选)。 A.将随机断裂的B基因片段制备成探针进行DNA分子杂交 B.以Luc基因为模板设计探针进行DNA分子杂交 C.以B基因编码蛋白的序列为模板设计探针与从卵细胞提取的mRNA杂交 D.检测加入荧光素的卵细胞中是否发出荧光 (5)从转基因植株未成熟种子中分离出胚,观察到细胞内仅含一个染色体组,判定该胚是由未受 精的卵细胞发育形成的,而一般情况下水稻卵细胞在未受精时不进行发

37、育,由此表明 。,答案 (共12分) (1)D (2)精子 cDNA (3) (4)BCD (5)B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育 成胚,解析 本题借助基因工程相关知识,考查运用所学知识对某些生物学问题进行推理、解释,并 作出合理判断或得出正确结论的能力;试题通过B基因表达对卵细胞的影响体现了科学思维 素养中的演绎与推理要素。 (1)B基因的启动子无法启动转录,会导致B基因在水稻卵细胞中不转录。(2)利用水稻体细胞 或精子中提取的总RNA,经逆转录法构建的基因文库为cDNA文库。(3)过程需将基因表达 载体导入农杆菌,所以可在培养基中加入卡那霉素以筛选成功导入了基因表达载体的农杆 菌。过程

38、农杆菌感染水稻愈伤组织,农杆菌Ti质粒的T-DNA可整合到受体细胞染色体DNA 上。(4)水稻细胞中本来就有B基因,正常植株也会出现杂交带,故A错误;B、D选项是检测Luc 基因及其产物,B、D正确;C选项检测对象是卵细胞中mRNA,正常水稻植株卵细胞中无B基因 的mRNA,C正确。(5)一般情况下,水稻卵细胞在未受精时不能发育成胚,而转基因植株未受精 的卵细胞能发育成胚,说明B基因表达能使卵细胞不经受精直接发育成胚。,3.(2019江苏单科,29,8分)利用基因编辑技术将病毒外壳蛋白基因导入猪细胞中,然后通过核移 植技术培育基因编辑猪,可用于生产基因工程疫苗。下图为基因编辑猪培育流程,请回答

39、下列 问题: (1)对1号猪使用 处理,使其超数排卵,收集并选取处在 时期的卵母细胞用于核移植。 (2)采集2号猪的组织块,用 处理获得分散的成纤维细胞,放置于37 的CO2培,养箱中培养,其中CO2的作用是 。 (3)为获得更多基因编辑猪,可在胚胎移植前对胚胎进行 。产出的基因编辑猪的性染 色体来自 号猪。 (4)为检测病毒外壳蛋白基因是否被导入4号猪并正常表达,可采用的方法有 (填序 号)。 DNA测序 染色体倍性分析 体细胞结构分析 抗原抗体杂交,答案 (8分)(1)促性腺激素 减数第二次分裂中期 (2)胰蛋白酶(胶原蛋白酶) 维持培养液 的pH (3)分割 2 (4),解析 本题通过基

40、因工程、动物细胞工程和胚胎移植技术培育转基因猪为信息载体,主要考 查考生知识的综合运用能力;通过对转基因克隆猪培育过程的分析,体现了对科学探究中方案 探讨的考查。 (1)1号猪提供卵母细胞,对其使用促性腺激素处理,可实现超数排卵。用于核移植的卵母细胞 通常应发育至减数第二次分裂中期。(2)动物细胞培养前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶将动物 组织分散成单个细胞,动物细胞培养时,培养箱中一定浓度的CO2用于维持培养液的pH。(3)采 用胚胎分割技术,可获得更多的基因编辑猪。因2号猪为基因提供者,故基因编辑猪的性染色 体组成与2号猪相同。(4)可通过DNA测序技术检测病毒外壳基因是否导入4号猪;采用抗原

41、抗体杂交技术,利用与该病毒外壳蛋白特异性结合的抗体,检测病毒外壳基因是否在4号猪体 内正常表达。,方法技巧 目的基因是否表达成功的检测方法 分子层次:直接检测目的基因是否翻译成蛋白质,方法是抗原抗体杂交法。 个体层次:直接检测相关性状,如转基因抗虫植物直接接种相应害虫后,观察其是否抗虫。,4.(2018海南单科,31,15分)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 。 (

42、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11,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 。,答案 (15分)(1)受伤的 叶片伤口处

43、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11,则说明甜蛋白基因已经整合到核基因

44、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。,5.(2018江苏单科,32,8分)为生产具有特定性能的-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了 -淀粉酶基因(1 656个碱基对),利用基因工程大量制备-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列 问题: (1)利

45、用PCR技术扩增-淀粉酶基因前,需先获得细菌的 。 (2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的 端加上限制性酶切位点, 且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是 。 (3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中 的设定与引物,有关, 的设定与扩增片段的长度有关。(填序号) 变性温度 退火温度 延伸温度 变性时间 退火时间 延伸时间 (4)下图表示筛选获得的工程菌中编码-淀粉酶的mRNA 的部分碱基序列: 5-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU-3 图中虚线框内mRNA片段包含 个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第

46、 一个密码子最多有 种。 (5)获得工程菌表达的-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底 物测定酶活性,结果如下:,根据上述实验结果,初步判断该-淀粉酶活性最高的条件为 。,答案 (8分) (1)基因组DNA (2)5 使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连 (3) (4)8 13 (5)pH为8.5,缓冲液为50 mmol/L Tirs-HCl,解析 (1)由题干信息可知某种海洋细菌含有-淀粉酶基因,因此在扩增-淀粉酶基因前需先 从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)由于引物的作用是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接 到引物上时,是与引物的3端相连的,由此确定需在引物

47、的5端加上限制性酶切位点。常在两 条引物上加入不同的限制酶切位点的主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体,防止自身 相连。(3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有关。延伸时间长短的设定与 扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,该mRNA 上5端为AUG(起始密码子),因此可依据三个碱基是一个密码子来分析图中虚线框中的碱基, 可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子已经固定为U,因此还有2个碱基未知, 共可能有的种数为44=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码子,因此决定氨基酸的密码 子最多有13种。(5)据表格数据可知:-淀粉酶在pH为8.5、缓冲液为50 mmol/L Tris-HCl的条 件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。,6.(2018天津理综,10,14分)甲型流感病毒为RNA病毒,易引起流感大规模流行。我国科学家在2 017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环节如下。 (1)改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。以病毒RNA为模板,逆转录 成对应DNA后,利用 技术扩增,并将其中某些基因(不包括表