（人教通用版）2020版高考生物新探究大一輪復(fù)習(xí) 第35講 基因工程及其安全性檢測(cè)（含解析）

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1、基因工程及其安全性 1．(2019·安徽六安一中期末)科學(xué)家將擬南芥的抗寒基因(CBFl)，轉(zhuǎn)入香蕉以獲得抗寒的香蕉品種。如圖是某質(zhì)粒載體上的Sac Ⅰ、Xba Ⅰ、EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ四種限制酶的切割位點(diǎn)示意圖。 據(jù)圖回答下列問(wèn)題： (1)在該實(shí)驗(yàn)中為構(gòu)建基因表達(dá)載體，用Sac Ⅰ、Xba Ⅰ切下CBFl基因后，對(duì)質(zhì)粒載體進(jìn)行切割的限制酶是________，理由是________________________________________。 (2)連接CBFl基因到該質(zhì)粒載體后，作為基因表達(dá)載體的組成還必須有________________。將重組質(zhì)粒導(dǎo)入香蕉細(xì)胞最常用

2、的方法是________________。 (3)為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有CBFl基因，可用含________的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。 (4)科學(xué)家將生長(zhǎng)健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實(shí)驗(yàn)組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對(duì)照組)進(jìn)行________處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果________________，則說(shuō)明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。 解析：(1)在基因工程中，用相同限制酶切割來(lái)源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端，所以和含目的基因的DNA一樣，質(zhì)粒也應(yīng)使用SacⅠ、Xba Ⅰ進(jìn)行切割。(2)基因表達(dá)載體的組成包括啟動(dòng)子、終止子、標(biāo)記基因、目的基因等。香蕉細(xì)胞是植物細(xì)胞，將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞

3、常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。(3)據(jù)圖分析，質(zhì)粒上的標(biāo)記基因是氨芐青霉素抗性基因，所以為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有CBFl基因，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選。(4)根據(jù)題干信息已知目的基因是抗寒基因，所以科學(xué)家將生長(zhǎng)健壯、苗齡一致的轉(zhuǎn)基因香蕉(實(shí)驗(yàn)組)與非轉(zhuǎn)基因香蕉(對(duì)照組)進(jìn)行低溫處理，鑒定兩組之間的抗寒性差異，如果實(shí)驗(yàn)組的抗寒能力明顯高于對(duì)照組，則說(shuō)明獲得了抗寒的香蕉優(yōu)質(zhì)品種。 答案：(1)Sac Ⅰ、Xba Ⅰ　用相同限制酶切割來(lái)源不同的DNA后，可產(chǎn)生相同的末端　(2)啟動(dòng)子和終止子　農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　(3)氨芐青霉素　(4)低溫　實(shí)驗(yàn)組的抗寒能力明顯高于對(duì)照組 2．(2019·遼寧五校協(xié)作體

4、高三聯(lián)考)白細(xì)胞介素是一類淋巴因子。研究人員將人白細(xì)胞介素的基因?qū)氲浇湍妇?xì)胞中，使其分泌出有活性的白細(xì)胞介素。請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題： (1)為增加白細(xì)胞介素基因的數(shù)量，可使用________技術(shù)，但前提是必須知道基因的部分序列，目的是________________________________________________________________。 (2)在重組載體導(dǎo)入酵母菌細(xì)胞之前，需用________處理酵母菌，白細(xì)胞介素基因進(jìn)入酵母菌細(xì)胞內(nèi)，并且在其細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程，稱為________。在表達(dá)過(guò)程中，啟動(dòng)子需與________識(shí)別和結(jié)合，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)錄過(guò)

5、程。 (3)在體液免疫過(guò)程中，白細(xì)胞介素是由________細(xì)胞分泌的，為了能成功表達(dá)出白細(xì)胞介素，不使用細(xì)菌，而使用酵母菌細(xì)胞作為受體細(xì)胞，可能原因是__________________ ________________________________________________________________________。 (4)在分泌型表達(dá)載體和白細(xì)胞介素基因所在DNA分子上均有多個(gè)限制酶的酶切位點(diǎn)，圖示過(guò)程獲得有效表達(dá)的重組載體使用了EcoRⅠ和EcoR 52兩種限制酶，與使用單一的限制酶相比，其優(yōu)點(diǎn)是___________________________________

6、_________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)基因工程中，擴(kuò)增目的基因利用的是PCR技術(shù)，但前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便設(shè)計(jì)引物。(2)在重組載體導(dǎo)入酵母菌細(xì)胞之前，需用Ca2＋處理酵母菌，使酵母菌細(xì)胞處于感受態(tài)，白細(xì)胞介素基因進(jìn)入酵母菌細(xì)胞內(nèi)，并且在其細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化。在表達(dá)過(guò)程中，啟動(dòng)子需與RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)錄過(guò)程。(3)在體液免疫過(guò)程中，白細(xì)胞介素是由T淋巴細(xì)胞分泌的；由

7、于細(xì)菌屬于原核生物，細(xì)胞中無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工白細(xì)胞介素的細(xì)胞器，因此為了能成功表達(dá)出白細(xì)胞介素，不使用細(xì)菌，而使用酵母菌細(xì)胞作為受體細(xì)胞。(4)在分泌型表達(dá)載體和白細(xì)胞介素基因所在的DNA分子上均有多個(gè)限制酶的酶切位點(diǎn)，圖示過(guò)程獲得有效表達(dá)的重組載體使用了EcoRⅠ和EcoR 52兩種限制酶，與使用單一的限制酶相比，其優(yōu)點(diǎn)是能防止目的基因、表達(dá)載體發(fā)生自身環(huán)化或者目的基因反向接入分泌型表達(dá)載體中。 答案：(1)PCR　設(shè)計(jì)引物　(2)Ca2＋　轉(zhuǎn)化　RNA聚合酶　(3)T淋巴　細(xì)菌細(xì)胞中無(wú)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等加工白細(xì)胞介素的細(xì)胞器　(4)能防止目的基因、表達(dá)載體發(fā)生自身環(huán)化或者目的基因反

8、向接入分泌型表達(dá)載體中 3．(2019·廣東惠州中學(xué)高三調(diào)研)凡是具有抗原性、接種于機(jī)體可產(chǎn)生特異性免疫、可抵抗傳染病的發(fā)生和流行的物質(zhì)均可稱為疫苗。以下是三代乙肝疫苗的生產(chǎn)原理示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題： (1)目前臨床使用的乙肝疫苗是第二代疫苗。圖中外衣殼蛋白基因A的大量擴(kuò)增可通過(guò)________技術(shù)，需要用到的一種重要酶是______________和______________種引物。構(gòu)建含基因A的重組質(zhì)粒需要用到的工具酶是 ________________________________________________________________________。 (

9、2)據(jù)信息和所學(xué)知識(shí)分析：第一代疫苗基本淘汰的原因是：_______________________。 (3)結(jié)合圖中第二代、第三代疫苗的化學(xué)本質(zhì)，分析推測(cè)哪一代疫苗利于運(yùn)輸及其原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)外源DNA進(jìn)入機(jī)體后，如果整合到人體基因組中可能會(huì)引起________和________發(fā)生突變而導(dǎo)致機(jī)體癌變

10、，這也是第三代疫苗可能存在的安全隱患，目前正在研究中。 解析：(1)目的基因可通過(guò)PCR技術(shù)大量擴(kuò)增，該過(guò)程需要熱穩(wěn)定DNA聚合酶。由于DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩條鏈反向平行，因此擴(kuò)增過(guò)程需要2種引物。構(gòu)建基因表達(dá)載體需要用到的工具酶是限制酶和DNA連接酶。(2)第一代疫苗用的是減毒或滅活的病毒，病毒有可能恢復(fù)致病性或引起血源性疾病。(3)從圖中分析，第三代疫苗要比第二代疫苗更有利于運(yùn)輸，因?yàn)榈谌呙绫举|(zhì)是DNA，第二代疫苗本質(zhì)是蛋白質(zhì)，DNA的穩(wěn)定性比蛋白質(zhì)高。(4)細(xì)胞癌變的原因是原癌基因和抑癌基因發(fā)生突變。 答案：(1)PCR　熱穩(wěn)定DNA聚合酶(或Taq DNA聚合酶)　2　限制酶與D

11、NA連接酶　(2)有引起血源性疾病的嫌疑(或病毒有可能恢復(fù)致病性)　(3)第三代疫苗更有利于運(yùn)輸，因?yàn)榈谌呙绲谋举|(zhì)是DNA，第二代疫苗的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，DNA穩(wěn)定性比蛋白質(zhì)高　(4)原癌基因　抑癌基因 4．(2020·高考預(yù)測(cè))煙草是有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的雙子葉植物，易受TMV(煙草花葉病毒)感染導(dǎo)致大幅度減產(chǎn)。絞股藍(lán)細(xì)胞中含有抗TMV基因，能抵抗TMV感染。研究人員利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育出了抗TMV煙草，操作流程如圖所示。 (1)①表示遺傳信息流動(dòng)中的________過(guò)程，過(guò)程③所需要的工具酶是____________。 (2)目的基因大量擴(kuò)增可以使用PCR技術(shù)，該技術(shù)包括變性、退火、延伸

12、三個(gè)步驟，變性這一步驟的目的是______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)過(guò)程④最常用的方法是__________，過(guò)程⑤用到的細(xì)胞工程技術(shù)是______________。 (4)過(guò)程⑥還需要進(jìn)行基因工程操作步驟中的__________________，在個(gè)體水平上檢驗(yàn)獲得的煙草能否抗TMV的方法是_____________________________________

13、____________。 解析：據(jù)圖分析，①表示逆轉(zhuǎn)錄，②表示目的基因的獲取，③表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建，④表示將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，⑤表示利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得再生植株，⑥表示目的基因的檢測(cè)與鑒定。 (1)根據(jù)以上分析已知，①表示逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程；③表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程，需要限制酶和DNA連接酶的參與。 (2)利用PCR技術(shù)大量擴(kuò)增目的基因的過(guò)程中，變性的目的是使DNA解鏈為單鏈。 (3)④表示將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞；⑤表示利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得再生植株的過(guò)程。 (4)過(guò)程⑥還需要進(jìn)行目的基因的檢測(cè)與鑒定，個(gè)體水平上檢驗(yàn)獲得的煙草能否抗

14、TMV的方法是用TMV感染煙草，觀察煙草是否被感染。 答案：(1)逆轉(zhuǎn)錄　限制酶和DNA連接酶 (2)使DNA解鏈為單鏈(DNA解旋) (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法　植物組織培養(yǎng) (4)目的基因的檢測(cè)與鑒定　用TMV感染煙草，觀察煙草是否被感染(患病) 5．(2019·四川綿陽(yáng)診斷)金屬硫蛋白(MT)是一類廣泛存在的金屬結(jié)合蛋白，某研究小組計(jì)劃通過(guò)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增獲得目的基因，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌，用于重金屬?gòu)U水的凈化處理。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)在進(jìn)行基因工程操作時(shí)，需要從高表達(dá)MT蛋白的生物組織中提取mRNA，提取RNA時(shí)，提取液中需添加RNA酶抑制劑，其目的是_________

15、___________________________，以mRNA為材料可以獲得cDNA，其原理是______________________________________。 (2)PCR之前，需要設(shè)計(jì)一對(duì)與MT基因兩端序列互補(bǔ)配對(duì)的引物(引物1和引物2)，兩種引物之間不能存在互補(bǔ)配對(duì)序列，原因是___________________________________。 (3)在PCR反應(yīng)體系中，除具備緩沖液、模板DNA分子和引物外，還應(yīng)有__________[填序號(hào)：①Taq酶?、赿NTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP)　③四種堿基 ④ATP?、莅被醈 (4)PCR擴(kuò)增時(shí)

16、，退火溫度的設(shè)定是成敗的關(guān)鍵。退火溫度過(guò)高會(huì)破壞____________的堿基配對(duì)。退火溫度的設(shè)定與引物長(zhǎng)度、堿基組成有關(guān)，長(zhǎng)度相同但____________的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。 (5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物，則可以采取的改進(jìn)措施有______(填序號(hào)：①升高退火溫度?、诮档屯嘶饻囟取、壑匦略O(shè)計(jì)引物)。 (6)若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過(guò)質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，原因是________________________________(答出兩點(diǎn)即可)。 解析：(1)RNA酶可催化RNA降解。在從高表達(dá)MT蛋白的生物組織中提取mRNA時(shí)，提取液

17、中添加的RNA酶抑制劑可以防止RNA降解。以mRNA為材料獲得cDNA的原理是：在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則可以合成cDNA。(2)設(shè)計(jì)的與MT基因兩端序列互補(bǔ)配對(duì)的兩種引物，它們之間不能存在互補(bǔ)配對(duì)序列，其原因是：避免引物自連，如果引物自連，會(huì)導(dǎo)致引物不能同模板DNA結(jié)合，不能發(fā)生進(jìn)一步的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(3)在PCR反應(yīng)體系中，除具備緩沖液、模板DNA分子和引物外，還應(yīng)有①Taq酶和②dNTP(dCTP、dATP、dGTP和dTTP)。(4)退火意味著引物與模板鏈相連，退火溫度過(guò)高會(huì)破壞引物與模板的堿基配對(duì)。退火溫度的設(shè)定與引物長(zhǎng)度、堿基組成有關(guān)，因G與C之間含有3

18、個(gè)氫鍵，A與T之間含有2個(gè)氫鍵，因此長(zhǎng)度相同但GC含量高的引物需要設(shè)定更高的退火溫度。(5)如果PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物，可能是退火溫度過(guò)高或引物之間相互配對(duì)(發(fā)生引物自連)，導(dǎo)致引物與模板不能相連，所以可以采取的改進(jìn)措施有：②降低退火溫度和③重新設(shè)計(jì)引物。(6)由于獲得的目的基因無(wú)復(fù)制原點(diǎn)，而且無(wú)表達(dá)所需的啟動(dòng)子，所以若要使目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，需要通過(guò)質(zhì)粒載體而不能直接將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞。 答案：(1)防止RNA降解　在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以mRNA為模板按照堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則可以合成cDNA (2)避免引物自連，從而導(dǎo)致引物不能同模板DNA結(jié)合，不能發(fā)生進(jìn)一步的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

19、(3)①② (4)引物與模板　GC含量高 (5)②③ (6)目的基因無(wú)復(fù)制原點(diǎn)；目的基因無(wú)表達(dá)所需啟動(dòng)子 6．(2019·山東、湖北部分重點(diǎn)中學(xué)高考沖刺模擬)如圖所示為培育二倍體轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米的兩種思路。EcoRⅠ、SmaⅠ、BamHⅠ為限制酶(箭頭所指為酶切位點(diǎn))?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)據(jù)圖，獲取目的基因時(shí)不能選擇SmaⅠ的原因是它________________________。選擇EcoRⅠ和BamHⅠ的優(yōu)點(diǎn)是可避免目的基因與質(zhì)粒________連接。 (2)與思路1相比，思路2的最大優(yōu)點(diǎn)是獲得的轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米________________。 (3)培育轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米

20、的核心步驟是__________________________，其目的是使目的基因在受體細(xì)胞中__________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________。 (4)將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受精卵，采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，這跟農(nóng)桿菌的____________________________________有關(guān)。 (5)操作⑤常

21、用的方法是________________________。 解析：(1)題圖顯示：目的基因中存在SmaⅠ的識(shí)別位點(diǎn)。若使用SmaⅠ切割外源DNA，則會(huì)破壞外源DNA中的目的基因的結(jié)構(gòu)，因此獲取目的基因時(shí)不能選擇SmaⅠ切割。EcoRⅠ和BamHⅠ的識(shí)別位點(diǎn)不同，形成的黏性末端不同，因此選擇EcoRⅠ和BamHⅠ切割質(zhì)粒和外源DNA，其優(yōu)點(diǎn)是可避免目的基因與質(zhì)粒反向連接。 (2)思路1是將重組質(zhì)粒導(dǎo)入玉米的受精卵中，由該受精卵發(fā)育成的植株不一定都是純合子，思路2是將重組質(zhì)粒導(dǎo)入由花粉經(jīng)過(guò)脫分化形成的愈傷組織中，該愈傷組織形成的單倍體幼苗2再經(jīng)過(guò)人工誘導(dǎo)，染色體加倍，最終得到的玉米株都是純合

22、子?？梢?，與思路1相比，思路2的最大優(yōu)點(diǎn)是獲得的轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米都是純合子(或答不發(fā)生性狀分離)。 (3)培育轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米采用的是基因工程技術(shù)，該技術(shù)的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建。構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是：使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在并可遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。 (4)農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上具有T-DNA，T-DNA可轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并整合到受體細(xì)胞的染色體上。在培育轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，采用最多的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法，正是利用了農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上具有的T-DNA的這一特點(diǎn)。 (5)操作⑤是人工誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍，常用的方法是用秋水仙素處理幼苗。 答案：(1)破壞目的基因

23、的結(jié)構(gòu)　反向 (2)都是純合子(或答不發(fā)生性狀分離) (3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建　穩(wěn)定存在并可遺傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用 (4)Ti質(zhì)粒上具有T-DNA (5)用秋水仙素處理幼苗 7．(2019·山東濰坊高三期末測(cè)試)青蒿素為名貴藥材，由青蒿生產(chǎn)?？蒲腥藛T嘗試從以下方法獲得青蒿素： (1)利用________技術(shù)，由青蒿外植體通過(guò)__________(生理過(guò)程)形成愈傷組織。經(jīng)檢測(cè)愈傷組織不含青蒿素，而叢芽含少量，造成這種差異的根本原因是________________。 (2)圖1表示青蒿和酵母菌細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝過(guò)程，DXP、FPP、青蒿二烯均為青蒿素前體產(chǎn)物

24、，各種酶由相應(yīng)基因指導(dǎo)合成。圖2表示基因工程實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 ①據(jù)圖1，如果要通過(guò)基因工程技術(shù)讓酵母菌生產(chǎn)青蒿二烯，則目的基因是________基因，基因表達(dá)載體除目的基因外，還需要有________基因便于后期篩選。 ②將DXR基因?qū)肭噍?，讓DXR基因在青蒿中過(guò)量表達(dá)，通過(guò)增加FPP量最終提高青蒿素產(chǎn)量。除了提高青蒿素前體產(chǎn)物的方法外，要獲得高產(chǎn)青蒿植株，據(jù)圖1分析，思路還有：________________________________________________________________________ _______________________________

25、_________________________________________。 圖2中，導(dǎo)入空白運(yùn)載體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能用來(lái)說(shuō)明______________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，由青蒿外植體通過(guò)脫分化形成愈傷組織；經(jīng)檢測(cè)愈傷組織不含青蒿素，而叢芽含少量，這是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。(2)①要通過(guò)基因工程技術(shù)讓酵母菌生產(chǎn)青蒿二烯，目的基因是ADS(酶)基因；基因表達(dá)載體中標(biāo)記基因的作用是檢測(cè)目的基因是

26、否導(dǎo)入了受體細(xì)胞，便于篩選。②據(jù)圖1分析，可以通過(guò)抑制GAS酶、SQS酶活性，減少香葉烯、角鯊烯的生成量，讓FPP轉(zhuǎn)化成更多的青蒿二烯，達(dá)到提高青蒿素產(chǎn)量的目的。圖2中，導(dǎo)入空白運(yùn)載體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明轉(zhuǎn)入的不含DXR基因的運(yùn)載體并沒有影響青蒿素產(chǎn)量或青蒿導(dǎo)入DXR基因后產(chǎn)量提高，與目的基因表達(dá)有關(guān)。 答案：(1)(植物)組織培養(yǎng)　脫分化　基因選擇性表達(dá) (2)①ADS(酶)　標(biāo)記 ②通過(guò)抑制GAS酶、SQS酶活性，減少香葉烯、角鯊烯的生成量，讓FPP轉(zhuǎn)化成更多的青蒿二烯，達(dá)到提高青蒿素產(chǎn)量的目的　轉(zhuǎn)入的不含DXR基因的運(yùn)載體并沒有影響青蒿素產(chǎn)量或青蒿導(dǎo)入DXR基因后產(chǎn)量提高，與目的基因表達(dá)有關(guān) 6