1、高考天津版高考生物 专题25 基因工程第十一单元现代生物科技专题专题25基因工程挖命题【考情探究】考点考向5年考情预测热度高考示例素养要素难度1基因工程的工具与操作程序基因工程的工具2018天津理综,10,14分科学思维科学探究易基因工程的操作程序2PCR技术及基因工程的应用PCR技术2014天津理综,8,12分科学思维科学探究易2016天津理综,7,12分中基因工程的应用与蛋白质工程2015天津理综,8,16分中2017天津理综,9,16分中3电泳电泳2018北京理综,5,6分科学探究中分析解读基因工程在现代生物科技专题中占有举足轻重的地位,属于重点知识,是天津高考命题的热点之一。本专题的主
2、要内容包括基因工程的工具与操作程序、PCR技术及基因工程的应用,其中电泳技术会在基因工程技术及遗传病推理的相关试题中出现。复习时应注意加强综合能力的训练。【真题典例】破考点考点一基因工程的工具与操作程序【考点集训】考向1基因工程的工具1.下列关于基因操作工具的叙述,正确的是()A.并非所有目的基因都可用PCR方法获取B.通常以抗生素合成基因作为标记基因C.限制酶识别并在特定位置断开氢键D.DNA连接酶可将脱氧核苷酸连接成长链答案A考向2基因工程的操作程序2.利用人胰岛B细胞构建cDNA文库,然后通过核酸分子杂交技术从中筛选目的基因,筛选过程如图所示。下列说法错误的是()A.cDNA文库的构建需
3、要用到逆转录酶B.图中的菌落是通过稀释涂布法获得的C.核酸分子杂交的原理是碱基互补配对D.从该文库中可筛选到胰高血糖素基因答案D教师用书专用(3)3.CRISPR/Cas9 系统作为新一代基因编辑工具,具有操作简便、效率高、成本低的特点。该系统由Cas9和单导向RNA(sgRNA)构成。Cas9是一种核酸内切酶,它和sgRNA构成的复合体能与DNA分子上的特定序列结合,并在PAM序列(几乎存在于所有基因)上游切断DNA双链(如图所示)。DNA被切断后,细胞会启动DNA损伤修复机制。在此基础上如果为细胞提供一个修复模板,细胞就会按照提供的模板在修复过程中引入片段插入或定点突变,从而实现基因的编辑
4、。(1)真核细胞中没有编码Cas9的基因,可利用基因工程的方法构建,将Cas9基因导入真核细胞。Cas9是在细胞中的合成的,而sgRNA的合成需要酶的催化。(2)如图所示,CRISPR/Cas9系统发挥作用时,sgRNA分子的序列与基因组DNA中特定碱基序列,所以能结合在一起,然后由Cas9催化水解,从而使DNA分子断裂。(3)一般来说,在使用CRISPR/Cas9系统对不同基因进行编辑时,应使用Cas9和(填“相同”或“不同”)的sgRNA进行基因的相关编辑。(4)通过上述介绍,你认为基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在等方面有广阔的应用前景。(至少答出两点)答案(1)基因表达载体
5、核糖体RNA聚合(2)互补配对磷酸二酯键(3)不同(4)基因治疗、基因水平进行动植物育种、研究基因的功能(合理即可)考点二PCR技术及基因工程的应用【考点集训】考向1PCR技术1.科研人员通过PCR获得肝细胞特异性启动子白蛋白启动子,将该启动子与Cre重组酶基因结合构建表达载体,培育出可在肝细胞特异性表达Cre重组酶的转基因小鼠。下列叙述正确的是()A.将该表达载体导入肝细胞以获得转基因小鼠B.PCR获得白蛋白启动子需设计特异性的引物C.构建该表达载体需要限制酶和DNA聚合酶D.通过核酸分子杂交技术检测目的基因是否完成表达答案B 2.从人的胰岛B细胞中提取出总RNA,经反转录后得到cDNA。以
6、cDNA为模板,利用PCR扩增目的基因,无法得到的是()A.胰岛素基因 B.微管蛋白基因C.RNA聚合酶基因 D.生长激素基因答案D考向2基因工程的应用与蛋白质工程3.为使玉米获得抗除草剂性状,需进行如图所示的操作。报告基因的产物能催化无色物质K使其呈现蓝色。转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,使未转化的愈伤组织也可能在选择培养基上生长。下列叙述不正确的()A.筛选1需要用氨苄青霉素培养基筛选出成功导入表达载体的农杆菌B.筛选2需要用无色物质K处理愈伤组织并筛选出呈现蓝色的组织C.报告基因在玉米的愈伤组织和农杆菌细胞中均能正确表达D.诱导幼胚脱分化形成愈伤组织的培养基需添加植物激素答案C考点
7、三电泳【考点集训】考向电泳1.用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时,得到以下电泳图谱。其中1号为DNA标准样液(Marker),10号为蒸馏水,PCR时加入的模板DNA如图所示。据此作出的分析不合理的是()A.PCR产物的分子大小在250500 bp之间B.3号样品为不含目的基因的载体DNAC.9号样品对应植株不是所需的转基因植株D.10号确定反应体系等对结果没有干扰答案B2.(2015福建理综,33,10分)GDNF是一种神经营养因子,对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。研究人员构建了含GDNF基因的表达载体(如图1所示),并导入到大鼠神经干细胞中,用于干细胞基因治疗的研究。请回
8、答:图1图2(1)在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中,使用胰蛋白酶的目的是。(2)构建含GDNF基因的表达载体时,需选择图1中的限制酶进行酶切。(3)经酶切后的载体和GDNF基因进行连接,连接产物经筛选得到的载体主要有3种:单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接(如图1所示)。为鉴定这3种连接方式,选择Hpa酶和BamH酶对筛选得到的载体进行双酶切,并对酶切后的DNA片段进行电泳分析,结果如图2所示。图中第泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。(4)将正向连接的表达载体导入神经干细胞后,为了检测GDNF基因是否成功表达,可用相应的与提取的蛋白质杂交。当培养的神经干细胞
9、达到一定密度时,需进行培养以得到更多数量的细胞,用于神经干细胞移植治疗实验。答案(1)使细胞分散开(2)Xho(3)(4)抗体传代炼技法方法基础判断类比较法分析基因工程的相关概念【方法集训】1.据图所示,有关工具酶功能的叙述不正确的是()A.限制性核酸内切酶可以切断a处B.DNA聚合酶可以连接a处C.解旋酶可以使b处解开D.DNA连接酶可以连接c处答案D2.下列物质或过程不影响磷酸二酯键数目变化的是()A.RNA聚合酶、反转录酶、Taq酶B.DNA聚合酶、DNA连接酶、DNA酶C.遗传信息的翻译、PCR中DNA解链D.cDNA文库的构建、基因突变过程答案C3.某种线性DNA含有限制性核酸内切酶
10、EcoR的1个酶切位点。该DNA样品(甲)经EcoR酶切后,在DNA连接酶催化下形成产物乙。则反应液中产物乙共有()5GAATTC33CTTAAG5AATTC3 G55G3CTTAA5GAATTC33CTTAAG5 样品甲 产物乙A.1种 B.2种 C.3种 D.4种答案C过专题【五年高考】A组自主命题天津卷题组考点一基因工程的工具与操作程序1.(2014天津理综,4,6分)为达到相应目的,必须通过分子检测的是()A.携带链霉素抗性基因受体菌的筛选B.产生抗人白细胞介素-8抗体的杂交瘤细胞的筛选C.转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定D.21三体综合征的诊断答案B2.(2018天津理综,10,14分
11、)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2017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(不包括表面抗原基因)内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的,因此不能产生子代病毒。将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。(2)构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。设计合成一种特殊tRNA的基因,其产物的反密码子能与(1)中的终止密码子配对结合,并可携带
12、一个非天然氨基酸(Uaa)。将该基因与连接后导入宿主细胞。提取宿主细胞的进行分子杂交鉴定,筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞。(3)利用转基因宿主细胞制备疫苗。将(1)中的重组质粒导入(2)中的转基因宿主细胞,并在补加的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。特殊tRNA基因转录时,识别其启动子的酶是(单选)。A.病毒的DNA聚合酶B.宿主的DNA聚合酶C.病毒的RNA聚合酶D.宿主的RNA聚合酶(4)上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。与不具侵染性的流感病毒灭活
13、疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起免疫,增强免疫保护效果。答案(共14分)(1)PCR多肽(或蛋白质)(2)载体总RNA(3)非天然氨基酸(Uaa)D(4)细胞考点二PCR技术及基因工程的应用1.(2017天津理综,9,12分)玉米自交系(遗传稳定的育种材料)B具有高产、抗病等优良性状,但难以直接培育成转基因植株,为使其获得抗除草剂性状,需依次进行步骤、试验。.获得抗除草剂转基因玉米自交系A,技术路线如图。(1)为防止酶切产物自身环化,构建表达载体需用2种限制酶,选择的原则是(单选)。Ti质粒内,每种限制酶只有一个切割位点G基因编码蛋白质的序列中,每种限制酶只有一个切割位点酶切后,G基因
14、形成的两个黏性末端序列不相同酶切后,Ti质粒形成的两个黏性末端序列相同A.B.C.D.(2)下表是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果。据表可知,细胞脱分化时使用的激素是,自交系的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。激素结果自交系2,4-D(2.0 mg/L)6-BA(0.5 mg/L)IBA(2.0 mg/L)愈伤组织形成率(%)芽的分化率(%)根的诱导率(%)甲991390乙858087丙888312丁168583(3)农杆菌转化愈伤组织时,T-DNA携带插入其内的片段转移到受体细胞。筛选转化的愈伤组织,需使用含的选择培养基。(4)转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,导致未转化愈伤
15、组织也可能在选择培养基上生长。含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达,其产物能催化无色物质K呈现蓝色。用K分别处理以下愈伤组织,出现蓝色的是(多选)。A.无农杆菌附着的未转化愈伤组织B.无农杆菌附着的转化愈伤组织C.农杆菌附着的未转化愈伤组织D.农杆菌附着的转化愈伤组织(5)组织培养获得的转基因植株(核DNA中仅插入一个G基因)进行自交,在子代含G基因的植株中,纯合子占。继续筛选,最终选育出抗除草剂纯合自交系A。答案(共12分)(1)A(2)2,4-D乙(3)除草剂(4)BD(5)2.(2016天津理综,7,12分)人血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。如图是以基
16、因工程技术获取重组HSA(rHSA)的两条途径。(1)为获取HSA基因,首先需采集人的血液,提取合成总cDNA,然后以cDNA为模板,使用PCR技术扩增HSA基因。下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。(2)启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是(填写字母,单选)。A.人血细胞启动子B.水稻胚乳细胞启动子C.大肠杆菌启动子D.农杆菌启动子(3)利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中,需添加酚类物质,其目的是。(4)人体合成的初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。与
17、途径相比,选择途径获取rHSA的优势是。(5)为证明rHSA具有医用价值,须确认rHSA与的生物学功能一致。答案(12分)(1)总RNA(或mRNA)(2)B(3)吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目的基因成功转化(4)水稻是真核生物,具有膜系统,能对初始rHSA多肽进行高效加工(5)HSA3.(2015天津理综,8,16分)纤维素分子不能进入酵母细胞。为了使酵母菌能够利用环境中的纤维素为原料生产酒精,构建了含3种不同基因片段的重组质粒。下面是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。据图回答: (1)本研究构建重组质粒时可选用四种限制酶,其识别序列如图。为防止酶切片段的自身连接,可选
18、用的限制酶组合是或。A. B. C. D.(2)设置菌株为对照,是为了验证不携带纤维素酶基因。(3)纤维素酶基因的表达包括和过程。与菌株相比,在菌株、中参与纤维素酶合成和分泌的细胞器还有。(4)在以纤维素为唯一碳源的培养基上分别培养菌株、,菌株不能存活,原因是。(5)酵母菌生成酒精的细胞部位是,产生酒精时细胞的呼吸方式是。在利用纤维素生产酒精时,菌株更具优势,因为导入的重组质粒含有,使分泌的纤维素酶固定于细胞壁,减少因培养液更新而造成的酶的流失,提高酶的利用率。答案(1)B(或C)C(或B)(2)质粒DNA和酵母菌基因组(3)转录翻译内质网、高尔基体(4)缺少信号肽编码序列,合成的纤维素酶不能
19、分泌到胞外,细胞无可利用的碳源(5)细胞质基质无氧呼吸A基因片段4.(2014天津理综,8,12分)嗜热土壤芽胞杆菌产生的-葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶,为使其在工业生产中更好地应用,开展了以下试验:.利用大肠杆菌表达BglB酶(1)PCR扩增bglB基因时,选用基因组DNA作模板。(2)上图为质粒限制酶酶切图谱。bglB基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的bglB基因重组进该质粒,扩增的bglB基因两端需分别引入和不同限制酶的识别序列。(3)大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为。.温度对BglB酶活性的影响(4)据图1、2
20、可知,80 保温30分钟后,BglB酶会;为高效利用BglB酶降解纤维素,反应温度最好控制在(单选)。 A.50 B.60 C.70 D.80 注:酶的热稳定性是酶在一定温度下,保温一段时间后通过其活性的保持程度来反映的.利用分子育种技术提高BglB酶的热稳定性在PCR扩增bglB基因的过程中,加入诱变剂可提高bglB基因的突变率。经过筛选,可获得能表达出热稳定性高的BglB酶的基因。(5)与用诱变剂直接处理嗜热土壤芽胞杆菌相比,上述育种技术获取热稳定性高的BglB酶基因的效率更高,其原因是在PCR过程中(多选)。A.仅针对bglB基因进行诱变B.bglB基因产生了定向突变C.bglB基因可快
21、速累积突变D.bglB基因突变不会导致酶的氨基酸数目改变答案(1)嗜热土壤芽胞杆菌(2)NdeBamH(3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的BglB酶(4)失活B(5)A、CB组统一命题、省(区、市)卷题组考点一基因工程的工具与操作程序1.(2017北京理综,5,6分)为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C(图1),拟将其与质粒(图2)重组,再借助农杆菌导入菊花中。下列操作与实验目的不符的是()A.用限制性核酸内切酶EcoR和连接酶构建重组质粒B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞D.用分子杂交方法检测C基因是否
22、整合到菊花染色体上答案C2.(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。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
23、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3.(2016课标全国,40,15分,0.587)某一质粒载体如图所示,外源DNA插入到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
24、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
25、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,在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞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
26、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
27、教师用书专用(57)5.(2014广东理综,25,6分)利用基因工程技术生产羧酸酯酶(CarE)制剂的流程如图所示,下列叙述正确的是(双选)()A.过程需使用逆转录酶B.过程需使用解旋酶和PCR获取目的基因C.过程使用的感受态细胞可用NaCl溶液制备D.过程可利用DNA分子杂交鉴定目的基因是否已导入受体细胞答案AD6.(2015江苏单科,33,8分,0.448)荧光原位杂交可用荧光标记的特异DNA片段为探针,与染色体上对应的DNA片段结合,从而将特定的基因在染色体上定位。请回答下列问题:图1图2(1)DNA荧光探针的制备过程如图1所示,DNA酶随机切开了核苷酸之间的键从而产生切口,随后在DNA聚合酶作用下,以荧光标记的为原料,合成荧光标记的DNA探针。(2)图2表示探针与待测基因结合的原理。先将探针与染色体共同煮沸,使DNA双链中键断裂,形成单链。随后在降温复性过程中,探针的碱基按照原则,与染色体上的特定基因序列形成较稳定的杂交分子。图中两条姐妹染色单体中最多可有条荧光标记的DNA片段。(3)A、B、C分别代表不同来源的一个染色体组,已知AA和BB中各有一对同源染色体可被荧光探针标记。若植物甲(AABB)与植物乙(AACC)杂交,则其F1有丝分裂中期的细胞中可观察到个荧光点;在减数第一次分裂形成的两个子细胞中分别可观察到个荧光点。答案(1)磷酸二酯脱氧核苷酸(2)氢碱基互补配对
