2019-2020年高考生物二輪復習 專題能力提升練19 基因工程和細胞工程1.(12分)下圖是科學家利用小鼠成纖維細胞獲得單克隆抗體的示意圖。請據(jù)圖回答：(1)獲取轉錄因子基因需要的工具酶是，因成纖維細胞較小，過程將目的基因導入小鼠成纖維細胞時常用的載體是。(2)過程稱為，在此過程中，成纖維細胞在轉錄因子基因的作用下，轉化為iPS胚性細胞，在體外培養(yǎng)條件下，iPS胚性細胞能不斷進行。(3)過程為動物細胞融合，此過程常用、滅活的病毒、電刺激等誘導細胞融合，融合后的Y細胞具有的特性。(4)對雜種細胞Y進行和后，才能篩選出能產生特異性抗體的雜種細胞?！窘忸}指導】解答本題的關鍵是明確題圖信息：將目的基因導入受體細胞；動物細胞培養(yǎng)；動物細胞融合；獲得單克隆抗體?！窘馕觥?1)獲取轉錄因子基因需要的工具酶是限制酶。因成纖維細胞體積較小，過程將目的基因導入成纖維細胞時最常用的載體是動物病毒。(2)在體外培養(yǎng)條件下，iPS胚性細胞能不斷進行細胞分裂。(3)動物細胞融合時，常用聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等進行誘導。融合后的Y細胞既能大量增殖，又能產生單一抗體。(4)雜交瘤細胞經過克隆化培養(yǎng)，并通過抗原-抗體雜交技術的檢測，才可大量生產符合要求的單克隆抗體。答案：(1)限制酶動物病毒(2)動物細胞培養(yǎng)細胞增殖(細胞分裂)(3)聚乙二醇(PEG)既能大量增殖，又能產生單一抗體(4)克隆化培養(yǎng)(抗原-)抗體檢測2.(14分)(xx蕪湖三模)下圖是制備抗埃博拉病毒(EBOV)VP40蛋白單克隆抗體的過程。請據(jù)圖回答：(1)利用PCR獲取目的基因的過程中，反應體系內要加入含有VP40基因的DNA、dNTP、Taq酶和根據(jù)合成的引物，且反應需要在一定的溶液中才能進行。(2)選用EcoR和Xho雙酶切的優(yōu)點是；VP40基因進入大腸桿菌細胞，并在大腸桿菌內維持穩(wěn)定和表達，該過程可稱為。(3)過程常用的不同于植物原生質體融合的促融方法是用處理。若把在HAT選擇培養(yǎng)基上存活的細胞全部培養(yǎng)在同一培養(yǎng)基中，從中提取出的抗體(填“是”或“不是”)單克隆抗體。圖示過程應用的生物技術是?！窘馕觥?1)利用PCR技術擴增目的基因的過程中，需要根據(jù)目的基因的核苷酸序列制作的引物，該過程在緩沖液中進行。(2)單酶切割DNA形成的黏性末端一致，可能會出現(xiàn)酶切產物自身環(huán)化，在實際操作中通常采用雙酶切割。外源基因在受體細胞內維持穩(wěn)定和表達的過程稱之為轉化。(3)動物細胞融合特有的促融手段是滅活的病毒。有的雜交瘤細胞可能產生其他的抗體，必須采用抗原-抗體雜交技術進行檢測，從而篩選出真正針對埃博拉病毒的單克隆抗體。圖中涉及的生物工程技術包括基因工程和細胞工程。答案：(1)目的基因的核苷酸序列緩沖(2)防止酶切產物之間的隨意連接，提高連接成功率(其他合理答案也可)轉化(3)滅活的病毒不是基因工程、動物細胞培養(yǎng)、動物細胞融合【易錯提醒】解答本題需注意兩點：(1)沒有注意到第(3)問中“不同于植物原生質體融合”的條件而錯填為“聚乙二醇”，或者是只填“病毒”。采用滅活的病毒是動物細胞融合特有的促融手段。(2)沒有分清第一次還是第二次“篩選”而錯填成“是”。單克隆抗體的制備至少經歷兩次“篩選”。3.(10分)(xx福建高考)GDNF是一種神經營養(yǎng)因子，對損傷的神經細胞具有營養(yǎng)和保護作用。研究人員構建了含GDNF基因的表達載體(如圖1所示)，并導入大鼠神經干細胞中，用于干細胞基因治療的研究。請回答：(1)在分離和培養(yǎng)大鼠神經干細胞的過程中，使用胰蛋白酶的目的是。(2)構建含GDNF基因的表達載體時，需選擇圖1中的限制酶進行酶切。(3)經酶切后的載體和GDNF基因進行連接，連接產物經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酶和BamH酶對篩選得到的載體進行雙酶切，并對酶切后的DNA片段進行電泳分析，結果如圖2所示。圖中第泳道顯示所鑒定的載體是正向連接的。(4)將正向連接的表達載體導入神經干細胞后，為了檢測GDNF基因是否成功表達，可用相應的與提取的蛋白質雜交。當培養(yǎng)的神經干細胞達到一定密度時，需進行培養(yǎng)以得到更多數(shù)量的細胞，用于神經干細胞移植治療實驗?！窘忸}指導】解答本題需明確：(1)圖示信息：限制酶的作用與目的基因和載體的關系、電泳結果與DNA片段的關系。(2)隱含信息：動物細胞培養(yǎng)過程中原代培養(yǎng)與傳代培養(yǎng)的特點?！窘馕觥?1)培養(yǎng)大鼠神經干細胞的過程屬于動物細胞培養(yǎng)，在進行動物細胞培養(yǎng)和分離時，都要使用胰蛋白酶處理使細胞分散開。(2)圖1中構建含GDNF基因的表達載體過程中，獲取目的基因(GDNF基因)使用的是Xho限制酶，故切割載體時應使用同種限制酶進行酶切。(3)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)。選擇Hpa酶和BamH酶對篩選的3種載體進行雙酶切，對單個載體自連類型，只有Hpa酶起作用，酶切后得到的就是一段6 000 bp的DNA片段，對應圖2中的；對GDNF基因與載體正向連接類型，Hpa酶和BamH酶都起作用，酶切后得到一段6 000-100+100=6 000 bp的DNA片段和一段700-100+100=700 bp的DNA片段，對應圖2中的；對GDNF基因與載體反向連接類型，Hpa酶和BamH酶都起作用，酶切后得到一段6 000-100+(700-100)=6 500 bp的DNA片段和一段100+100=200 bp的DNA片段，對應圖2中的。(4)檢測GDNF基因是否成功表達，可用相應的抗體與提取的蛋白質進行抗原-抗體雜交檢測提取的蛋白質中是否含有GDNF基因的表達產物。神經干細胞在原代培養(yǎng)過程中出現(xiàn)貼壁生長的特點，達到一定的密度時，出現(xiàn)接觸抑制現(xiàn)象，細胞分裂受到抑制，需進行分瓶后，傳代培養(yǎng)繼續(xù)分裂以得到更多數(shù)量的細胞，用于神經干細胞移植治療實驗。答案：(1)使細胞分散開(2)Xho(3)(4)抗體傳代4.(14分)轉基因抗蟲棉是人們應用較早的基因重組技術推廣項目，目前轉基因技術有了新的改進，如下圖所示，請根據(jù)所學知識回答：(1)啟動子的作用是與進行識別和結合，從而驅動基因的轉錄過程。目的基因與載體結合主要依靠二者含有相同的。若限制酶切出了平末端，要選用進行連接，圖中轉基因過程通常選擇的限制酶是。(2)一般試管苗的形成，先誘導生成(填“叢芽”或“根”)，原因是。(3)從棉株1、2、3中各隨機取出一個葉肉細胞，其細胞核中含有的目的基因的個數(shù)分別為、?！窘忸}指導】解答本題要明確圖中信息：花藥離體培養(yǎng)；提取外植體；植物組織培養(yǎng)；秋水仙素處理。【解析】(1)啟動子位于目的基因的首端，它是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶識別和結合的位點，其作用是啟動目的基因的轉錄過程。只有具備相同黏性末端的目的基因與載體才能連接在一起，形成基因表達載體。只有T4DNA連接酶能連接平末端。據(jù)圖可知，限制酶Sma識別和切割的位點在目的基因內部，它會破壞該目的基因，因此要選用識別位點在目的基因兩側的另外兩種限制酶進行切割，獲取目的基因。(2)在植物組織培養(yǎng)過程的再分化階段，需要光照條件，此時愈傷組織誘導形成叢芽的目的是讓叢芽在光照條件下進行光合作用合成有機物，利于幼苗的生長。(3)據(jù)圖可知，棉株1是二倍體普通棉花植株，不含目的基因(抗蟲基因)；將單倍體苗的體細胞作為受體細胞，導入目的基因，由于這些細胞內只有一個染色體組，沒有同源染色體，由此培育出的棉株2仍然是單倍體，只含有1個目的基因；將棉株2用秋水仙素處理后培育出的純合二倍體棉株3，其體細胞內含2個目的基因。答案：(1)RNA聚合酶黏性末端T4DNA連接酶EcoR和BamH(2)叢芽進行光合作用合成有機物，利于生長(3)0125.(12分)(xx武漢二模)研究人員利用生物工程技術，探究豬bmp15基因在不同組織細胞中的特異性表達。該工程技術基本流程如下圖(EGFP基因控制合成增強型綠色熒光蛋白；過程表示表達載體2成功導入各組織細胞)。請回答：(1)過程中，需利用限制酶處理表達載體1。(2)過程中，常采用技術將表達載體2成功導入受體細胞。(3)在實驗結果的基礎上，提取上述豬肌肉細胞的(填“mRNA”或“DNA”)，利用標記的作探針，進行分子雜交，可進一步探究豬bmp15基因特異性表達的原因。(4)據(jù)實驗結果推測，豬bmp15基因在細胞特異性表達?！窘馕觥?1)由圖示可知，切割目的基因時使用的限制酶是Xho和Hind，構建基因表達載體時，需要用同種限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和載體。(2)將目的基因導入動物受體細胞常用顯微注射技術。(3)檢測目的基因是否轉錄出了mRNA，使用分子雜交技術，具體做法是利用同位素或熒光標記的目的基因作探針，與提取的mRNA進行分子雜交，若出現(xiàn)雜交帶則說明目的基因轉錄成功。(4)據(jù)實驗結果，只在豬卵巢細胞中檢測出綠色熒光，而豬肌肉細胞和豬羊水干細胞中均沒有檢測出綠色熒光，因此推斷bmp15基因在豬卵巢細胞內完成特異性表達。答案：(1)Xho和Hind(2)顯微注射(3)mRNAEGFP基因(4)豬卵巢【加固訓練】(xx南京一模)下圖表示人體內部分結締組織細胞的形成過程。成纖維細胞是疏松結締組織的主要細胞成分，其形成過程未經人為調控；A細胞到單核細胞、紅細胞的幾種途徑中部分屬于人為調控過程，PU、GATA為兩種蛋白質，是細胞內的調控因子。請回答下列問題：(1)過程發(fā)生的根本原因是，過程中，染色體組數(shù)目倍增的時期是。(2)為長期培養(yǎng)胚胎干細胞，需建立一種培養(yǎng)體系，可按途徑操作。首先在培養(yǎng)皿底部用胚胎成纖維細胞制備飼養(yǎng)層，當飼養(yǎng)層細胞分裂生長到細胞表面相互接觸時，細胞會停止增殖。此時，培養(yǎng)皿底部形成的細胞層數(shù)是。然后將干細胞接種在飼養(yǎng)層上進行培養(yǎng)，由此推測，胚胎成纖維細胞可以分泌物質。(3)圖中A、B、C、D四類細胞，有可能在骨髓中完成細胞分化的是。(4)研究發(fā)現(xiàn)，PU和GATA可以識別基因的特定序列，由此推測，其結構更接近下列物質中的。DNA聚合酶DNA連接酶逆轉錄酶限制酶(5)若要使血紅細胞前體直接轉變成單核細胞，可行的人為調控措施是?！窘馕觥?1)過程是細胞分化，其本質是基因的選擇性表達。胚胎成纖維細胞仍然具有分裂能力，過程指的是有絲分裂，在后期著絲點分裂，姐妹染色單體分開，染色體數(shù)目暫時加倍，染色體組數(shù)目也暫時倍增。(2)正常細胞貼壁生長形成一層細胞時就會因細胞接觸抑制而停止增殖。胚胎成纖維細胞可以分泌一些能抑制細胞分化的物質，滿足促進干細胞生長的同時抑制干細胞分化的條件，所以在培養(yǎng)胚胎干細胞時，一般是把胚胎成纖維細胞鋪在培養(yǎng)皿底層作為飼養(yǎng)層。(3)B細胞是造血干細胞，存在于骨髓內。(4)能夠識別特定DNA序列的是限制酶，跟題干中的兩種物質類似。(5)由圖可知，當人為調控PU>GATA時，血紅細胞前體會發(fā)育成單核細胞。答案：(1)基因的選擇性表達有絲分裂后期(2)一層抑制(干)細胞分化(3)B(4)(5)降低GATA的濃度或增加PU的濃度(答出一點即可)6.(16分)擬南芥某突變體可用于驗證相關基因的功能。野生型擬南芥的種皮為深褐色(TT)，某突變體的種皮為黃色(tt)。下圖是利用該突變體驗證油菜種皮顏色基因(Tn)功能的流程示意圖。請據(jù)圖回答下列問題：(1)圖中為，形成過程中需要酶；Tn基因能夠和質粒連接成的主要原因是。(2)擬南芥t基因的mRNA的末端序列為“-AGCGCGACCUGACUCUAA-”，而油菜Tn基因的mRNA與其相比，只有末端序列中的UGA變?yōu)锳GA，則Tn比t多編碼個氨基酸(起始密碼子位置相同，UGA、UAA為終止密碼子)。油菜Tn基因能在擬南芥突變體中表達的原因是。(3)若不能在含抗生素Kan的培養(yǎng)基上生長，則原因是。若轉基因擬南芥的種皮顏色為，則說明油菜Tn基因與擬南芥T基因的功能可能相同。(4)采用PCR技術擴增目的基因時，需在PCR反應體系中加入引物等物質，若共用了引物62個，則目的基因擴增了代?！窘馕觥?1)圖中是質粒和目的基因連接形成的重組質粒。構建基因表達載體時，首先要用同種限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子，以形成相同的黏性末端，其次還需要用DNA連接酶連接目的基因和載體從而形成基因表達載體重組質粒。(2)油菜Tn基因的mRNA中的UGA變?yōu)锳GA，則末端序列變?yōu)锳GCGCGACCAGACUCUAA，在擬南芥中，UGA是終止密碼子不編碼氨基酸，而在油菜中，UGA變?yōu)锳GA后可編碼一個氨基酸，同時CUC也可編碼一個氨基酸，直到UAA終止密碼子不編碼氨基酸，所以Tn比t多編碼2個氨基酸。所有生物共用一套遺傳密碼子，因此油菜Tn基因能在擬南芥突變體中表達。(3)由圖可知重組質粒含有抗生素Kan抗性基因，所以導入重組質粒的受體細胞能在含有抗生素Kan的培養(yǎng)基上生長，若不能在含抗生素Kan的培養(yǎng)基上生長，則說明重組質粒未導入。若的種皮顏色為深褐色，則說明油菜Tn基因與擬南芥T基因的功能相同。(4)PCR擴增技術利用的是DNA復制的原理，DNA復制具有半保留復制的特點。由題意可知，若共用了引物62個，說明每一種引物用了31個，則2n-1=31，n=5，即目的基因擴增了5代。答案：(1)重組質粒限制酶和DNA連接酶切割后具有相同的黏性末端(2)2所有生物共用一套遺傳密碼子(3)重組質粒未導入(目的基因未成功表達)深褐色(4)5【加固訓練】(xx天津二模)熒光素酶及其合成基因在生物研究中有著廣泛的利用。(1)熒光素酶基因常被用作基因工程中的標記基因，其作用是將篩選出來。(2)下表為4種限制酶的識別序列和酶切位點，下圖為含有熒光素酶基因的DNA片段及其具有的限制酶切點。若需利用酶切法(只用一種酶)獲得熒光素酶基因，最應選擇的限制酶是。限制酶MspBamHMboSma酶切位點(3)迄今為止，可將具有上述熒光素酶基因的載體導入動物細胞的技術中，應用最多的、最有效的是。經一系列步驟，將所獲得的胚胎早期培養(yǎng)一段時間后，再移植到雌性動物的或子宮內，使其發(fā)育成為具有新性狀的動物。(4)熒光素酶在ATP的參與下，可使熒光素發(fā)出熒光。生物學研究中常利用“熒光素-熒光素酶發(fā)光法”來測定樣品中ATP的含量。某研究小組對“測定ATP含量時所需熒光素酶溶液的最佳濃度”進行了探究。【實驗材料】110-8mol/L的ATP標準液、緩沖溶液、70 mg/L熒光素溶液(過量)、濃度分別為10、20、30、40、50、60、70的熒光素酶溶液(單位：mg/L)?！緦嶒灲Y果】見圖。【實驗分析與結論】實驗過程：為使結果更加科學準確，應增設一組作為對照。除題目已涉及的之外，還需要嚴格控制的無關變量有(至少寫出一個)。實驗結果：由圖可知，點所對應的熒光素酶濃度為最佳濃度?！窘馕觥?1)在基因工程中，標記基因的作用是將含有目的基因的受體細胞篩選出來。(2)比較各種酶切位點可知，限制酶Sma的酶切位點中包含限制酶Msp的酶切位點，而且限制酶Sma和Msp分別位于熒光素酶基因的兩側，若只用一種酶獲得熒光素酶基因，最應選擇的限制酶是Msp。(3)將具有熒光素酶基因的載體導入動物細胞(通常為受精卵)，常采用顯微注射技術。正常情況下，受精過程發(fā)生在雌性動物的輸卵管內，受精卵形成后即在輸卵管內開始發(fā)育、進行有絲分裂，并且向子宮方向移動，因此，可將基因工程中獲得的胚胎培養(yǎng)一段時間后，再移植到雌性動物的輸卵管或子宮內，使其發(fā)育成為具有新性狀的動物。(4)依題意可知，該實驗的目的是“測定ATP含量時所需熒光素酶溶液的最佳濃度”，自變量是不同的熒光素酶溶液的濃度，因變量是樣品中熒光素發(fā)出熒光的強弱，只有與不加熒光素酶溶液的一組對照，實驗才更具有說服力，所以應增設一組濃度為0 mg/L的熒光素酶溶液作對照。除了自變量外，凡是對實驗結果有影響的因素都屬于無關變量，如溫度、反應時間、加入液體的量等，需要嚴格控制。坐標圖顯示，熒光素酶濃度低于40 mg/L時，隨熒光素酶溶液濃度的增加，試管中熒光強度逐漸增加，當達到40 mg/L時，熒光強度不再隨熒光素酶溶液濃度的增加而增加，所以，d點所對應的熒光素酶濃度為最佳濃度。答案：(1)含有目的基因的細胞(2)Msp(3)顯微注射技術輸卵管(4)0 mg/L熒光素酶溶液溫度(反應時間)d7.(22分)(xx天津高考)纖維素分子不能進入酵母細胞。為了使酵母菌能夠利用環(huán)境中的纖維素為原料生產酒精，構建了含3種不同基因片段的重組質粒。下面是酵母菌轉化及纖維素酶在工程菌內合成與運輸?shù)氖疽鈭D。據(jù)圖回答：(1)本研究構建重組質粒時可選用四種限制酶，其識別序列如下圖，為防止酶切片段的自身連接，可選用的限制酶組合是或。A.B.C.D.(2)設置菌株為對照，是為了驗證不攜帶纖維素酶基因。(3)纖維素酶基因的表達包括和過程。與菌株相比，在菌株、中參與纖維素酶合成和分泌的細胞器還有。(4)在以纖維素為唯一碳源的培養(yǎng)基上分別培養(yǎng)菌株、，菌株不能存活，原因是。(5)酵母菌生成酒精的細胞部位是，產生酒精時細胞的呼吸方式是。在利用纖維素生產酒精時，菌株更具優(yōu)勢，因為導入的重組質粒含有，使分泌的纖維素酶固定于細胞壁，減少因培養(yǎng)液更新而造成的酶的流失，提高酶的利用率?！窘忸}指導】解答本題的突破口：(1)關鍵知識：基因的表達、分泌蛋白的合成和運輸、無氧呼吸。(2)圖示信息：轉基因示意圖菌株為對照；菌株能合成纖維素酶但不能運輸?shù)郊毎猓痪昴芎铣衫w維素酶也能運輸?shù)郊毎?；菌株能合成纖維素酶也能往外運輸，最終附著在細胞壁上?！窘馕觥?1)為防止酶切片段的自身連接，兩種酶切出的黏性末端堿基序列應不同。(2)設置菌株為空白對照，以證實質粒DNA和酵母菌基因組不攜帶纖維素酶基因。(3)基因的表達包括轉錄和翻譯兩個步驟。與菌株相比，菌株、因有信號肽編碼序列，合成的纖維素酶需加工分泌，所以還需內質網和高爾基體。(4)因為纖維素分子不能進入細胞，菌株缺少信號肽，因此該菌株合成的纖維素酶不能分泌到細胞外，故在以纖維素為唯一碳源的培養(yǎng)基上不能存活。(5)酵母菌無氧呼吸產生酒精，場所是細胞質基質；由圖示可知菌株比菌株多了A基因片段，可以使合成的纖維素酶附著在細胞壁上，減少培養(yǎng)液更新造成的酶流失，比菌株更占優(yōu)勢。答案：(1)B(或C)C(或B)(2)質粒DNA和酵母菌基因組(3)轉錄翻譯內質網、高爾基體(4)缺少信號肽編碼序列，合成的纖維素酶不能分泌到細胞外，細胞無可利用的碳源(5)細胞質基質無氧呼吸A基因片段