2016届高三生物二轮复习配套作业专题九 现代生物科技专题 第1讲.doc

第 1 讲 基因工程和细胞工程 配套作业

1. (2015· 天津河西一摸节选)萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。 如果荧光素酶存在于植物体内, 也可使植物体发光。 一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火 虫腹部提取。 但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因 导入大肠杆菌体内, 并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。 请你根据已有的知识回答下列有关问 题: (1)在此转基因工程中,目的的基因是________,具体操作过程中下图所示的粘性末端 是由________种限制性核酸内切酶作用产生的。

(2)将此目的基因导入大肠杆菌体内需要载体的帮助,则作为载体必须具备能够在细胞 内复制并稳定保存,以及__________________ _______________________________________________________ (至少答出两点)等条件。 (3)在此转基因工程中,将体外重组 DNA 导入大肠杆菌体内,并使其在细胞内________ 的过程称为转化。最常用的转化方法是首先用 Ca2 处理大肠杆菌,目的是


____________________________________ ______________________________________________________。 (4)目的基因在受体细胞是否能转录出 mRNA,可用______________技术来检测;目的 基 因是 否表达 出相 应的蛋 白质 ,除了 通过大 肠杆 菌是 否发光 来确定 外 , 还可 以通过 ____________特异性反应来判断。 解析:(1)在此转基因工程中,目的基因是荧光素酶基因;图中所示的黏性末端是由 2 种限制性核酸内切酶作用产生的, 其中第一个和第三个是由一种限制酶切割产生的, 另外两 个是由另一种限制酶切割产生的。(2)作为基因工程的载体必须具备的条件:要具有限制酶 的切割位点;要有标记基因(如抗性基因),以便于重组细胞的筛选;能在宿主细胞中稳定存 在并复制;是安全的,对受体细胞无害,而且要易从供体细胞分离出来。(3)基因工程中,

将体外重组 DNA 导入大肠杆菌体内,并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。最 常用的转化方法是首先用 Ca2 处理大肠杆菌,目的是使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围


DNA 分子的状态。 (4)检测转基因生物的 DNA 上否插入目的基因, 常用 DNA 分子杂交技术; 检测目的基因是否表达出相应的蛋白质,常用抗原—抗体杂交技术。 答案:(1)荧光素酶基因 2 (2)具有特定的限制酶切割位点、具有某些标记基因 (3)维持稳定和表达 使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围 DNA 分子的状态(或使大肠杆 菌处于感受态细胞状态) (4)分子杂交 抗原—抗体

2.(2015· 河南周口一模)下图为转基因的培育过程。请回答:

(1)在对胎猪细胞进行培养时,需要在细胞培养液中添加一定量的________,以防止培 养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止__________对细胞自身造成危害。 (2) 构建基因表达载体的目的是 ________ 。基因表达载体的组成必须要有目的基因、 ________、终止子和________等。 (3)可用________处理母猪以获取更多的卵(母)细胞。 (4)重构胚发育到__________阶段才能进行胚胎移植,被移植的胚胎之所以能够在受体 母猪的子宫内存活,是因为受体母猪对移入子宫的外来胚胎基本不发生 ___________________________________。 解析:(1)细菌对抗生素敏感,动物细胞培养时,需要在细胞培养液中添加一定量的抗 生素,以防止培养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止细胞代谢产物积累对细胞 自身造成危害。(2)基因工程中构建基因表达载体的目的是基因在受体细胞内稳定存在,并 且可以遗传给下一代, 同时使目的基因能够表达和发挥作用。 基因表达载体的组成必须要有 目的基因、启动子、终止子和标记基因等。(3)为获得更多的卵(母)细胞,可用促性腺激素处

理供体母畜,使其超数排卵。(4)重构胚发育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行胚胎移植,被移 植的胚胎之所以能够在受体母畜的子宫内存活, 是因为受体母畜对移入子宫的外来胚胎基本 上不发生免疫排斥。 答案:(1)抗生素 细胞代谢产物积累 (2)使目的基因在受体细胞内稳定存在,并且可

以遗传给下一代,同时使目的基因能够表达和发挥作用 启动子 标记基因 (3)促性腺激素 (4)桑椹胚或囊胚 免疫排斥反应

3.(2015· 宁夏银川二中一模)人们预防与诊疗传染性疾病经常使用疫苗和抗体,已知禽 流感传染性疾病的病原体为 RNA 病毒,该病毒表面的 A 蛋白为主要抗原,相应疫苗生产和 抗体制备的流程之一如下图:

(1)过程②代表基因工程操作步骤中的__________;基因工程的核心步骤是________(填 序号),该过程所需的工具酶有________。 (2)通过过程⑦获得的 X 称为__________。 (3)对健康人进行该传染病免疫预防时,可选用图中基因工程生产的________制备疫苗。 对该传染病疑似患者确诊时,可以从疑似患者体内分离出病毒,与已知病毒进行________ 比较,或用图中的________进行特异性结合检测。 解析:(1)分析图解,①过程表示逆转录;②过程表示目的基因的获取;③过程表示构 建基因表达载体(基因工程的核心步骤);④过程表示向受体细胞导入目的基因;基因工程中 所需的工具酶有限制酶和 DNA 连接酶。(2)⑤过程表示 A 蛋白(抗原)刺激 B 细胞;⑥过程表 示 B 细胞增殖分化为浆细胞;⑦过程表示动物细胞的融合,获得所需的杂交瘤细胞;⑧过 程表示培养、提取单克隆抗体。(3)可用作疫苗的是能使机体产生特异性免疫的抗原物质, 由图可知应选 A 蛋白。确认该种病毒可将其与已知病毒进行核酸序列的比较;也可用抗原 —抗体杂交法,即用制备的单克隆抗体与抗原发生特异性结合检测。 答案:(1)目的基因的获取 ③限制酶和 DNA 连接酶 (2)杂交瘤细胞

(3)A 蛋白 核酸序列(或 RNA 序列等合理答案给分) 抗 A 蛋白单克隆抗体

4.(2015· 吉林长春二模)为培育出含 β?胡萝卜素的“黄金大米”,科研人员提出以下两套 培育方案。请分析回答下列问题。

(1)甲方案中,β ?胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是 ___________________________________________。 若研究人员已知 β?胡萝卜素基因序列,可采用________方法获得 β?胡萝卜素基因。② 过程中可用________技术检测水稻体细胞 DNA 上否插入了 β?胡萝卜素基因。 (2)乙方案中,在体细胞杂交前需要用__________酶除去细胞壁获得原生质体,诱导体 细胞融合的化学试剂常用______。通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要经过________两个过程, 依据的原理是__________________________________________________________。 (3)与传统育种方法相比,甲、乙两套方案共同的优点是________________。 解析:(1)玉米的基因能在水稻体内表达的原因是所有生物共用一套遗传密码。若已知 基因序列, 可采用人工合成的方法获得目的基因。 检测目的基因是否插入水稻体细胞中可用 DNA 分子杂交技术。(2)在植物体细胞杂交前需要用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生 质体,诱导体细胞融合的化学试剂常用聚乙二醇。乙方案中通过⑤获得“黄金大米”幼苗需要 进过脱分化和再分化两个过程,依据的原理是植物细胞的全能性,在培养过程中,除了在培 养基中添加营养物质外,还需要添加植物激素。(3)与传统育种方法相比,两套方案共同的 优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。 答案:(1)所有生物共用一套遗传密码(密码子) 人工合成 DNA 分子杂交 (2)纤维素酶和果胶 (生长素和细胞分裂素) (3)克服远缘杂交不亲和的障碍(打破生殖隔离) 聚乙二醇 脱分化和再分化 (植物)细胞的全能性 (植物)激素

5.胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,要经过 较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。如

图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:

(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 __________________。 (2)通过 DNA 合成形成的新基因应与______________结合后转移到______________中 才能得到准确表达。 (3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有________、________和发 酵工程。 (4)图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么? ______________________________________________________。 解析:(1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行 分子设计, 因此, 图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能, 即速效胰岛素。 (2)合成的目的基因应与载体结合,构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用 蛋白质工程生产速效胰岛素, 需合成新的胰岛素基因, 改造好的目的基因需要通过基因工程 转入受体细胞,并在生产中要借助工程菌,所以还需要发酵过程,因此,此过程涉及蛋白质 工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的蛋白质模型到构建新的基因,其基本思路是根据新 的胰岛素中氨基酸的序列,推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用 DNA 合成仪来合成出新的胰岛素基因。 答案:(1)蛋白质的预期功能 程 (2)载体 大肠杆菌等受体细胞 (3)蛋白质工程 基因工

(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出控制其合成的基因中的脱氧核苷酸序列,

然后利用 DNA 合成仪合成出新的胰岛素基因

6.植物组织培养是克隆植物的一种方法,其过程如图所示,据图回答下列问题。

(1)为了获得脱毒植株,外植体往往取自植物的花芽、叶芽等处的分生组织,其原因是 _____________________________________。 (2)培养皿中的培养基中除需添加营养物质外,还需要添加植物激素,其目的是诱导外 植体____________。 (3)在生产实践中为获得大量的细胞产物,如紫杉醇,可将①________放入液体培养基 中,经机械作用分散成单个细胞,制备成细胞悬浮液,再经过________即可获得大量细胞。 (4)植物组织培养过程需要在植物生长和繁殖的最适条件下进行,否则在光学显微镜下 可能观察到细胞的________________发生了异常, 进而导致植物性状遗传不稳定甚至出现不 育。 (5)植物组织培养技术不仅应用于花卉和果树的快速大量繁殖以及脱毒植株的获取,还 广泛应用于__________、________________、________________等育种过程。 解析:(1)刚长出的茎尖或芽尖还没有受到病毒的侵染,因此用这些部位的细胞作植物 组织培养的材料,可以获得脱毒植株。(2)在植物组织培养时,常用生长素和细胞分裂素来 诱导外植体形成愈伤组织,生根发芽,从而形成新的植物体。(3)紫杉醇是细胞代谢产物, 可通过对愈伤组织进行机械处理获得大量的单细胞, 再经过细胞有丝分裂获得大量细胞, 以 形成大量的细胞代谢产物。(4)在植物形成愈伤组织时,很容易发生细胞融合,从而使植物 发生染色体结构或数目的变异。(5)植物组织培养技术除了用于微型繁殖、脱毒植株的培育, 还可以用于植物体细胞杂交育种、基因工程育种和单倍体育种等多个方面。 答案:(1)这些部位很少受到病毒等的侵害 裂 (4)染色体结构或数目 (5)植物体细胞杂交育种 基因工程育种 单倍体育种 (2)脱分化和再分化 (3)愈伤组织 细胞分

7.下面是将某细菌的基因 A 导入大肠杆菌内,制备“工程菌”的示意图。

请据图回答: (1)获得 A 有两条途径:一是以 A 的 mRNA 为模板,在__________的催化下,合成互补 的单链 DNA,然后在____________作用下合成双链 DNA,从而获得所需基因;二是根据目 标蛋白质的________序列,推测出相应的 mRNA 序列,然后按照碱基互补配对原则,推测 其 DNA 的__________序列,再通过化学方法合成所需基因。 (2)利用 PCR 技术扩增 DNA 时,需要在反应体系中添加的有机物质有______、______、 4 种脱氧核苷酸、三磷酸和耐热性的 DNA 聚合酶,扩增过程可以在 PCR 扩增仪中完成。 (3)由 A 和载体 B 拼接形成的 C 通常称为________。 (4)在基因工程中,常用 Ca2 处理 D,其目的是________________


______________________________________________________。 解析:(1)利用逆转录法合成目的基因的过程是:以 mRNA 为模板,在逆转录酶的催化 作用下合成单链 DNA,然后在 DNA 聚合酶作用下,合成双链 DNA 分子;根据蛋白质工程 合成目的基因的过程是:根据目标蛋白质的氨基酸序列,推测相应的 mRNA 序列,然后按 照碱基互补配对原则,推测 DNA 中脱氧核苷酸的排列顺序,通过化学方法合成。(2)PCR 过 程中需要酶、底物、模板、引物和能量等条件。(3)目的基因和运载体结合,形成基因表达 载体。(4)有利用大肠杆菌做受体细胞时,需要先用 Ca2 处理,使之成为感受态细胞,有利


于吸收重组 DNA 分子。 答案:(1)逆转录酶 DNA 聚合酶 氨基酸 脱氧核苷酸 (2)引物 (目的基因或 A 基 因)模板 (3)基因表达载体 (4)使其成为感受态细胞,使大肠杆菌更容易吸收重组 DNA 分子

8.干扰素是动物或人体细胞受病毒感染后产生的一类糖蛋白,具有抗病毒、抑制肿瘤 及免疫调节等多种生物活性。请分析回答: (1)干扰素的产生受细胞内基因的控制,通常处于抑制状态。在病毒刺激下,干扰素基 因经______、翻译形成干扰素前体,进一步加工后形成成熟的干扰素,通过______方式分泌 到细胞外。

(2)某些干扰素可作用于宿主细胞膜上的相应受体,激活该细胞核中基因表达产生多种 抗病毒蛋白,其中有些蛋白可通过激活 RNA 酶使病毒的 mRNA______ ,有些则可与 ________(细胞器)结合,通过抑制病毒多肽链的合成发挥抗病毒作用。 (3)某些干扰素可抑制肿瘤细胞 DNA 的合成,通过减慢细胞______分裂过程抑制肿瘤。 还有些干扰素可提高吞噬细胞将抗原呈递给________细胞的能力, 从而在免疫调节中发挥作 用。 (4)获取干扰素的传统方法是从人的白细胞中提取, 但产量很低。 科学家利用__________ 酶将干扰素基因与牛乳腺蛋白基因的启动子(即 RNA 聚合酶________________的部位)等调 控组件连接在一起,采用________________的方法将重组 DNA 导入牛的____________细胞 中, 经胚胎早期培养一段时间后移植入母体内发育成熟, 即可获得能产生干扰素的转基因牛。 大大提高了干扰素的产量。 解析:(1)基因通过转录和翻译合成蛋白质,干扰素是一类糖蛋白,属于分泌蛋白,在 核糖体上合成, 经过内质网、 高尔基体加工, 在细胞膜上以胞吐的方式分泌到细胞外; (2)RNA 酶的作用是水解 RNA,核糖体上合成蛋白质的实质是将氨基酸脱水缩合成多肽链;(3)肿瘤 细胞最大的特点是能无限增殖,干扰素能抑制肿瘤,就是减慢了细胞的有丝分裂,即抑制了 DNA 的复制,同时提高了吞噬细胞半抗原呈递给 T 淋巴细胞的能力,从而在免疫调节中发 挥作用;(4)基因工程中采用 DNA 连接酶将目的基因和载体重组,构建基因表达载体,其中 的启动子即 RNA 聚合酶识别与结合的部位。要将基因表达载体导入动物细胞体内,采用的 方法是显微注射法,采用的受体细胞是动物的受精卵。 答案: (1)转录 胞吐 显微注射 受精卵 (2)水解 核糖体 (3)有丝 T 淋巴 (4)DNA 连接 识别与结合


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