1、山东版高考生物 专题24 基因工程专题24基因工程挖命题【考情探究】考点考向考题示例素养要素难度预测热度1基因工程的原理及技术基因工程的基本操作程序2018课标全国,38,15分生命观念,科学思维中2基因工程的应用与蛋白质工程基因工程的应用2018天津理综,10,14分生命观念,社会责任中蛋白质工程2015课标全国,40,15分生命观念,科学探究0.4173分析解读基因工程在“生物工程技术”模块中占有举足轻重的地位,是高考命题的高频考点。常考查基因工程三种工具的特点和作用、基因工程操作各个步骤的原理和方法。高考命题时常常结合具体实例综合考查基因工程的基本操作程序和操作原理,其中限制酶的选择、基
2、因表达载体的构建、目的基因的检测和鉴定等是本专题的难点,复习时应注意归纳梳理基因工程的基础知识,注重重难点知识的突破训练。【真题典例】破考点考点一基因工程的原理及技术【考点集训】考向基因工程的基本操作程序1.(2019届黑龙江哈尔滨六中第二次月考,54)绿色荧光是由绿色荧光蛋白发出的,为培育能发出绿色荧光的小鼠,人们设计了如下的流程:(1)获取绿色荧光蛋白基因的常用方法有从基因文库中获取和等。(2)绿色荧光基因通常可以从基因文库中获取,含有一种生物一部分基因的文库称为。(3)A过程是基因工程的核心,常用到的工具酶有限制性核酸内切酶和, 它们作用的化学键是。一个基因表达载体的组成,除了目的基因和
3、复制原点外,还需有、以及标记基因等。(4)B过程常用的方法是。(5)通常采用技术检测外源基因是否插入到小鼠的基因组。答案(1)人工合成(2)部分基因文库(3)DNA连接酶磷酸二酯键启动子终止子(4)显微注射技术(5)DNA分子杂交2.(2019届江苏徐州一中升级考试,41) PCR技术(多聚酶链式反应)成为分子生物学实验室的一种常规手段,其过程如图,PCR与DNA体内复制的比较如表,请回答下列问题: 原料ATPDNA体内复制四种脱氧核苷酸需要PCR脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸不需要(1)加热使DNA双链打开,这一步是打开键,称为,在细胞中是在酶的作用下进行的。(
4、2)当温度降低时,引物与模板末端结合,在酶的作用下,引物沿模板延伸,最终合成2条DNA分子,此过程中原料是。PCR合成DNA子链时能量来源于。(3)通过PCR技术使DNA分子大量复制,若将一个用15N标记的DNA分子放入试管中,以14N标记的脱氧核苷酸为原料,连续复制4次以后,则15N标记的DNA分子占全部DNA总数的比例为。(4)现有一段DNA序列:53CGATATGCGCATTACGCG35，如果它的引物1为5GGA-OH,则引物2为 。答案(1)氢解旋解旋(2)热稳定DNA聚合(或Taq)脱氧核苷三磷酸 原料水解产生的能量(3)1/8(4)5CAA-OH3.(2018四川绵阳一诊,38)
5、基因工程的应用十分广泛,利用此项技术可创造出更加符合人类需求的优良品种或产品。如美洲拟鲽(是鲽科下的一种比目鱼)的体液中存在抗冻蛋白,能够降低鱼的血液冰点。科学家按cDNA路线分离和克隆了抗冻蛋白基因,并将其导入番茄,获得了抗冻的番茄品种。根据有关知识,回答下列问题:(1)基因工程操作的核心步骤为 ,以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是。(2)将目的基因导入植物细胞最常用的方法是。(3)构建重组质粒,需要限制性核酸内切酶切取目的基因、切割质粒。限制性核酸内切酶的识别序列和切割位点是GGATCC,限制性核酸内切酶的识别序列和切割位点是GATC。在质粒上有酶的一个切点,在目的基因的两侧各有1
6、个酶的切点。在DNA连接酶的作用下,上述两种不同限制酶切割后形成的末端能否连接?。理由是。(4)质粒作为基因工程常用运载体必须具备的条件是(至少答2点)。答案(1)基因表达载体的构建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(2)农杆菌转化法(3)可以由这两种不同限制酶切割后形成的黏性(或平)末端是相同的(4)能在宿主细胞内复制并稳定保存;具有多个限制酶酶切位点,方便剪切;具有标记基因,方便检测等4.(2018山东青岛一模,38)某年冬季我国北方再次爆发流感,专家指出接种流感病毒疫苗仍是预防的有效措施。流感病毒为RNA病毒,M基因编码流感病毒表面抗原(M蛋白)。
7、请回答下列问题:(1)由病毒的RNA通过可获得病毒DNA,若要通过PCR技术扩增M基因,关键是设计M基因对应的。(2)构建M基因表达载体所用的工具酶是。为保证目的基因的表达,重组载体上应含有特定的(复制原点、启动子、标记基因),它能被受体细胞的 所识别,以便于催化转录过程。(3)若要将M基因表达载体导入大肠杆菌细胞内,以大量生产疫苗,通常先用钙离子处理大肠杆菌,其目的是。(4)新型疫苗“DNA疫苗”是将含M基因的重组表达载体直接导入人体内,在人体细胞内通过M基因的表达产生,刺激机体通过免疫过程产生,提高机体的免疫能力。答案(1)逆转录引物(2)限制酶和DNA连接酶启动子RNA聚合酶(3)使大肠
8、杆菌处于能吸收周围环境中DNA分子的状态(感受态)(4)M蛋白抗体和记忆细胞考点二基因工程的应用与蛋白质工程【考点集训】考向1基因工程的应用1.(2018山东聊城二模,38)普通番茄细胞中含有PG基因,其能控制合成多聚半乳糖醛酸酶(简称PG),PG能破坏细胞壁使番茄软化不耐贮藏。科学家将抗PG基因导入番茄细胞,培育出了抗软化、保鲜时间长的转基因番茄。如图表示抗PG基因的作用原理,回答下列问题:(1)据图回答该转基因番茄具有抗软化、保鲜时间长的原理是 。(2)为培育抗软化番茄,应采用技术将抗PG基因进行体外扩增。在该技术的反应体系中除模板、引物、原料外,还需要加入,这个基因的表达需要等不可缺少的
9、调控组件。(3)将抗PG基因插入Ti质粒的上构建基因表达载体,通过农杆菌转化法将抗PG基因导入番茄细胞,为检验抗PG基因是否发挥作用,在个体生物学水平上应检测 。(4)为避免抗PG基因通过花粉传播进入其他植物而导致“基因污染”,应将抗PG基因导入(填“细胞核”或“细胞质”)。答案(1)抗PG基因能阻止PG基因表达的翻译过程,使细胞不能合成PG(2)PCR(多聚酶链式反应)热稳定DNA聚合酶(Taq酶)启动子、终止子(3)T-DNA转基因番茄是否抗软化以及保鲜时间的长短(4)细胞质考向2蛋白质工程2.(2018安徽安庆第二次联考,36)材料一:人类可利用转基因番茄作为生物反应器生产人胰岛素。所用
10、的人胰岛素基因是依据植物“偏爱”的密码子来设计所含的密码子,通过人工合成若干DNA片段,拼接而成,并且在胰岛素COOH端加上KDEL内质网滞留序列,避免胰岛素在植物细胞中降解。将该基因置于果实专一性启动子的驱动之下通过农杆菌介导的方法转入番茄中,在番茄的果实中表达人胰岛素。材料二:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性,科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造,使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。(1)材料一中基因工程操作是采用方法获得目的基因的。获得的人胰岛素基因与人体细胞中胰岛素基因中编码氨基酸的碱基序列
11、不同,但两者所编码的蛋白质中氨基酸序列相同,这是因为密码子具有。要想在体外获得大量该目的基因的片段,可以采用技术。(2)根据上述描述,转基因操作时所用的载体是,载体上的可以转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。(3)材料二属于工程范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对进行改造,或制造一种的技术。答案(1)人工合成简并性PCR(2)农杆菌的Ti质粒T-DNA(3)蛋白质现有蛋白质新蛋白质过专题【五年高考】A组山东省卷、课标卷题组考点一基因工程的原理及技术1.(2018课标全国,38,15分)回答下列问题:(1)博耶(H. Boyer)和科恩(S. C
12、ohen)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
13、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2.(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。
14、(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3.(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
15、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cDNA,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
16、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4.(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
17、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
18、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pHC5.(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
19、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
20、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,在该培养基上均能生长四环素(3)受体细胞6.(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
21、物连接,理由是。(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、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
22、他合理答案可酌情给分)教师用书专用(7)7.(2014课标,40,15分,0.5599)植物甲具有极强的耐旱性,其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因,并将其转移到耐旱性低的植物乙中,有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题:(1)理论上,基因组文库含有生物的基因;而cDNA文库中含有生物的基因。(2)若要从植物甲中获得耐旱基因,可首先建立该植物的基因组文库,再从中出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌,并通过农杆菌转化法将其导入植物的体细胞中,经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达,应检测此再生植株中该基因的,如果检测结果呈阳性,再在田间试验中检
23、测植株的是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时,则可推测该耐旱基因整合到了(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。答案(1)全部(2分)部分(2分,其他合理答案也给分)(2)筛选(2分,其他合理答案也给分)(3)乙(2分)表达产物(2分,其他合理答案也给分)耐旱性(2分)(4)同源染色体的一条上(3分)考点二基因工程的应用与蛋白质工程1.(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
24、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。启动子L1基因GFP基因终止子E1 E2 E3E4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。(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
25、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DNA2.(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,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
26、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)PP1(每空2分,共4分)DNA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
27、序列(每空2分,共4分)功能(1分)教师用书专用(3)3.(2013课标全国,40,15分,0.653)阅读如下资料:资料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。资料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造,使其表达的T4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。资料丙:兔甲和兔乙是同一物种的两个雌性个体,科学家将兔甲受精卵发育成的胚胎移植到兔乙体内,成功产出兔甲的后代,证实了同一物种的胚胎可在不同个体的体内发育。回答下列问题:(1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法。构建基因表达载体常用的工具酶是和。在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是。(2)资料乙中的技术属于工程的范畴。该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对进行改造,或制造一种的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的序列发生了改变。(3)资料丙属于胚胎工程的范畴。胚胎移植是指将获得的早期胚胎移植到种的、生理状态相同的另一个雌性动物体内,使之继
