高三生物二輪復習 課時作業(yè)17 基因工程(含PCR技術(shù))與細胞工程

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課時作業(yè)17 基因工程(含PCR技術(shù))與細胞工程 1．(2016廣州市考前訓練)如圖為人類對克隆羊技術(shù)的拓展及應用的設想。請據(jù)圖回答問題： (1)圖中所涉及的現(xiàn)代生物技術(shù)有_____________________________ ________________________________________________________________________等(至少寫三個)。 (2)若利用圖中過程最終獲得嬰兒說明________具有全能性，兩個嬰兒性狀與________基本相同。 (3)使用培養(yǎng)基進行重組細胞培養(yǎng)時，通常要加入________等天然成分，為防止培養(yǎng)過程中雜菌污染，通常要在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的________。培養(yǎng)過程中通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，將其置于含________的混合氣體的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。 (4)圖中從“內(nèi)細胞團到胚胎干細胞”的培養(yǎng)過程中，必須用________處理內(nèi)細胞團，使之分散成單個細胞。 (5)胚胎干細胞在形態(tài)上具有的特點是_____________________。 答案　(1)核移植、胚胎移植、動物細胞培養(yǎng) (2)動物細胞核　原型男人 (3)血清(或血漿)　抗生素　95%空氣加5%CO2 (4)胰蛋白酶(或膠原蛋白酶) (5)體積小，細胞核大，核仁明顯 解析　(1)圖中所涉及的現(xiàn)代生物技術(shù)有核移植、胚胎移植、動物細胞培養(yǎng)等。(2)克隆嬰兒說明動物細胞核具有全能性，兩個嬰兒的細胞核來自于原型男人，因此性狀與原型男人基本相同。(3)重組細胞培養(yǎng)時通常要加入血清(或血漿)等天然成分；在細胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素，防止培養(yǎng)過程中雜菌污染。培養(yǎng)過程中通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶，將其置于含95%空氣加5%CO2的混合氣體的培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，其中95%空氣是細胞代謝必需的，5%的CO2維持培養(yǎng)液的pH值。(4)圖中從“內(nèi)細胞團到胚胎干細胞”的培養(yǎng)過程中，必須用胰蛋白酶(或膠原蛋白酶)處理內(nèi)細胞團，使之分散成單個細胞。(5)胚胎干細胞在形態(tài)上具有的特點是體積小，細胞核大，核仁明顯。 2．(2016淄博市一模)利用生物工程技術(shù)，可從轉(zhuǎn)基因奶山羊乳汁中分離獲得人凝血因子Ⅳ，用于血友病的治療。請回答下列問題： (1)根據(jù)凝血因子Ⅳ基因上游和下游的堿基序列，可用________技術(shù)獲取并擴增基因。構(gòu)建該基因表達載體時，所用到的工具酶是________，該基因表達載體中，凝血因子Ⅳ基因的上游和下游分別是________________________________________________________________________。 (2)將目的基因表達載體導入奶山羊受精卵的常用方法是________。受體細胞選用受精卵的優(yōu)點是細胞大易操作、營養(yǎng)物質(zhì)含量高和________。 (3)在體外胚胎培養(yǎng)時，應選用囊胚的________進行DNA分析，用于選擇雌性胚胎。此期的胚胎也適于胚胎分割移植，此技術(shù)的優(yōu)點是________________________________________________________________________。 (4)人凝血因子Ⅳ是一種胞外酶，該蛋白的加工是在________等細胞器上進行的。人凝血因子Ⅳ只在乳腺細胞合成的原因是________________________________________________________________________。 答案　(1)PCR　限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶　啟動子和終止子 (2)顯微注射法　細胞全能性高 (3)滋養(yǎng)層細胞　充分發(fā)揮雌性動物的生殖潛力(快速大量繁殖) (4)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體　　基因的選擇性表達 解析　(1)可利用PCR技術(shù)擴增目的基因；構(gòu)建該基因表達載體時，通常用同種限制酶切割含有目的基因的DNA和運載體，再用DNA連接酶將目的基因與切開的運載體連接起來，因此所用到的工具酶是限制酶和DNA連接酶。凝血因子Ⅳ基因為目的基因，在基因表達載體中，啟動子位于目的基因的首端，終止子位于目的基因的尾端。(2)顯微注射技術(shù)是將目的基因?qū)雱游锛毎Ｓ玫姆椒?；受精卵的?yōu)點是：細胞全能性最高，細胞大易操作、營養(yǎng)物質(zhì)含量高。(3)在體外胚胎培養(yǎng)時，可取囊胚的滋養(yǎng)層細胞做DNA分析性別鑒定。胚胎分割有利于提高胚胎的利用率，胚胎移植可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。(4)分泌蛋白是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器上加工的；基因的選擇性表達使人凝血因子Ⅳ只在乳腺細胞合成。 3．(2016衡水中學二模)2015年，屠呦呦因發(fā)現(xiàn)青蒿素治療瘧疾的新療法獲獎。工業(yè)上青蒿素一般從青蒿植株中提取，產(chǎn)量低，價格高?；蚬こ碳凹毎こ痰葹榕嘤龈咔噍锼睾康那噍锾峁┝怂悸??？茖W家先通過紫外線處理大量青蒿幼苗后，偶然發(fā)現(xiàn)一株高產(chǎn)植株。通過基因測序發(fā)現(xiàn)該高產(chǎn)植株控制青蒿素合成相關的一種關鍵酶的基因發(fā)生了突變。 (1)提取了高產(chǎn)植株的全部DNA后，要想快速大量獲得該突變基因可以采用PCR技術(shù)，該技術(shù)的原理是__________________________。 (2)如果用青蒿某個時期mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的雙鏈cDNA片段，用該雙鏈cDNA進行PCR擴增，進行了30個循環(huán)后，理論上可以產(chǎn)生約為________個DNA分子，該雙鏈與載體連接后儲存在一個受體菌群中，這個受體菌群就叫做青蒿的________________，獲得的cDNA與青蒿細胞中該基因堿基序列________(填“相同”或“不同”)。 (3)將獲得的突變基因?qū)肫胀ㄇ噍镏?，先?gòu)建基因表達載體，圖1、2中箭頭表示相關限制酶的酶切位點。請回答： 用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是____________________，構(gòu)建好的重組質(zhì)粒在其目的基因前要加上特殊的啟動子，啟動子是________識別結(jié)合位點。 (4)檢測目的基因是否表達出相應蛋白質(zhì)，應采取________技術(shù)。目的基因?qū)虢M織細胞后，通過________技術(shù)培育出青蒿幼苗。 答案　(1)DNA雙鏈復制 (2)230　cDNA文庫(或部分基因文庫)　不同 (3)SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因　RNA聚合酶 (4)抗原抗體雜交　植物組織培養(yǎng) 解析　(1)PCR技術(shù)的原理是DNA雙鏈復制，可在體外實現(xiàn)DNA的大量擴增。(2)如果用青蒿某個時期mRNA反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的雙鏈cDNA片段，用該雙鏈cDNA進行PCR擴增，進行了30個循環(huán)后，理論上可以產(chǎn)生約為230個DNA分子，該雙鏈與載體連接后儲存在一個受體菌群中，這個受體菌群就叫做青蒿的部分基因文庫(cDNA文庫)，獲得的cDNA與青蒿細胞中該基因堿基序列不同。(3)用圖中的質(zhì)粒和外源DNA構(gòu)建重組質(zhì)粒，不能使用SmaⅠ切割，原因是SmaⅠ會破壞質(zhì)粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因，構(gòu)建好的重組質(zhì)粒在其目的基因前要加上特殊的啟動子，啟動子是RNA聚合酶識別結(jié)合位點。(4)檢測目的基因是否表達出相應蛋白質(zhì)，應采取抗原抗體雜交技術(shù)。目的基因?qū)虢M織細胞后，通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育出青蒿幼苗。 4．(2016唐山市二模)[生物——選修3：現(xiàn)代生物科技專題] 科研人員為了判定人體中某兩個基因是否在同一條染色體上，做了人鼠細胞融合實驗。人鼠融合細胞在細胞增殖過程中會隨機地丟失人的染色體(人染色體數(shù)46條，鼠染色體數(shù)60條)，選出保留要研究的人染色體的融合細胞，測定其是否出現(xiàn)待測基因的表現(xiàn)型(已知這些性狀都是小鼠細胞所沒有的)，從而判斷待測基因所屬的染色體。請回答： (1)人鼠細胞融合常用的生物融合誘導劑是____________________，融合過程體現(xiàn)了細胞膜的________性。 (2)如果僅考慮兩兩融合的細胞，融合體系中除含有人鼠融合細胞外，可能還有________、________。 (3)細胞融合后的增殖方式是__________________，一個人鼠融合細胞，在不分裂時染色體數(shù)目最多是____________條。 (4)有五個人鼠融合細胞株A、B、C、D、E，分別測得甲、乙、丙、丁四種表現(xiàn)型，結(jié)果如下： 保留的人染色體 測定的性狀 1 2 3 甲 乙 丙 丁 細 胞 株 A ＋ － － － ＋ － ＋ B － ＋ － ＋ － ＋ ＋ C － － ＋ － － － － D － － － － － － ＋ E ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － 注：＋表示保留的染色體或具有某一性狀，－表示沒有。 實驗表明：控制________兩個性狀的基因都在人的2號染色體上。 (5)若想制備單克隆抗體，需要用已免疫的________細胞和骨髓瘤細胞融合。 答案　(1)滅活的(仙臺)病毒　流動 (2)人人融合細胞　鼠鼠融合細胞 (3)有絲分裂　106 (4)甲、丙 (5)B 解析　(1)動物細胞融合的原理是細胞膜具有一定的流動性。植物原生質(zhì)體融合的誘導方法有物理法和化學法，而誘導動物細胞融合的方法有物理法、化學法和生物法，因此與植物原生質(zhì)體融合過程相比，過程A特有的誘導方法是生物法，即用滅活的病毒處理。(2)如果僅考慮兩兩融合的細胞，融合體系中除含有人鼠融合細胞外，可能還有人人融合細胞、鼠鼠融合細胞。(3)細胞融合后的增殖方式是有絲分裂，一個人鼠融合細胞，在不分裂時染色體數(shù)目最多是人的染色體數(shù)目＋鼠的染色體數(shù)目＝46＋60＝106。(4)分析表格可知：B組有鼠的全部染色體和人的1號染色體，具有乙、丁性狀；D組只有鼠的全部染色體，具有丁性狀，可見丁性狀在鼠的染色體上，人的1號染色體上含有控制乙性狀的基因；C組有鼠的全部染色體和人的2號染色體，具有甲、丙、丁性狀；可見人的2號染色體上含有控制甲、丙性狀的基因；(5)若想制備單克隆抗體，需要用已免疫的B細胞和骨髓瘤細胞融合。 5．(2016洛陽市考前練習四)如圖所示為細胞融合技術(shù)的一些過程，請據(jù)圖回答： (1)如果A、B細胞為植物細胞，植物細胞在細胞融合前，可先除去________，余下的部分可稱為________。這一步驟中若用酶解法，所使用的酶是(　　) A．多肽酶　　　　　　　 B．淀粉酶 C．纖維素酶 D．脂肪酶 (2)若A、B是動物細胞，一般取自幼齡動物細胞或胚胎，然后用________使其分散開來；A、B到C的過程中常用的但不能用于植物細胞培養(yǎng)的手段是________，所形成的D稱為________。 (3)若該過程是制備單克隆抗體，A為小鼠漿細胞，那么，在獲得此細胞之前，小鼠已被注射了________。獲得雜交瘤細胞后，常用的擴大培養(yǎng)方法是培養(yǎng)基中體外培養(yǎng)和注入________培養(yǎng)。 答案　(1)細胞壁　原生質(zhì)體　C (2)胰蛋白酶　滅活的病毒誘導　雜交細胞 (3)相應的抗原　小鼠腹腔 解析　(1)植物細胞在細胞融合前，可先除去細胞壁，余下部分稱為原生質(zhì)體，因為植物細胞壁的成分主要是纖維素和果膠，故可以纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。(2)若A、B細胞為動物細胞，一般取自動物胚胎或出生不久的幼年動物的組織或器官，然后用胰蛋白酶或膠原蛋白酶將其分散開。由A、B到C的過程中，采用的不同于植物細胞融合的手段是生物法：如滅活病毒。所形成的D稱為雜交細胞。(3)若該過程是制備單克隆抗體，A為小鼠漿細胞，那么，在獲得此細胞之前，小鼠已被注射了相應的抗原，獲得雜交瘤細胞后，常用的擴大培養(yǎng)方法是培養(yǎng)基中體外培養(yǎng)和注入小鼠腹腔培養(yǎng)。 6．(2016懷化市二模)如圖是植物細胞雜交過程示意圖，請據(jù)圖分析完成下列問題： (1)步驟①是________，最常用的方法是________。 (2)步驟②一般常用的化學試劑是________，目的是________。 (3)在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，運用的技術(shù)手段是________，其中步驟④相當于________，步驟⑤相當于________。 (4)植物體細胞雜交的目的是獲得新的雜種植株，這項研究對于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于________。 答案　(1)去壁過程　纖維素酶、果膠酶處理(酶解法) (2)聚乙二醇(PEG)　誘導細胞融合 (3)植物組織培養(yǎng)技術(shù)　脫分化　再分化 (4)克服遠緣雜交不親和的障礙，擴大親本范圍 解析　(1)步驟①是去壁過程，常用酶解法，即用纖維素酶和果膠酶處理。(2)步驟②是人工誘導原生質(zhì)體融合的過程，常用的化學試劑是聚乙二醇(PEG)。(3)將雜種細胞培育成雜種植株需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，圖中④相當于脫分化過程，⑤相當于再分化過程。(4)植物體細胞雜交技術(shù)能克服遠緣雜交不親和的障礙，擴大親本范圍。 7．Rag2基因缺失小鼠不能產(chǎn)生成熟的淋巴細胞。科研人員利用胚胎干細胞(ES細胞)對Rag2基因缺失小鼠進行基因治療。其技術(shù)流程如圖： (1)步驟①中，在核移植前應去除卵母細胞的________。 (2)步驟②中，重組胚胎培養(yǎng)到________期時，可從其內(nèi)細胞團分離出ES細胞。 (3)步驟③中，需要構(gòu)建含有基因Rag2的表達載體?？梢愿鶕?jù)Rag2基因設計引物，利用PCR技術(shù)擴增Rag2基因片段。用HindⅢ和PstⅠ限制酶分別在片段兩側(cè)進行酶切獲得Rag2基因片段。為將該片段直接連接到表達載體，所選擇的表達載體上應具有________酶的酶切位點。該基因表達載體上除含Rag2基因外，還應含有________(至少寫出兩個)。用________方法將基因表達載體導入ES細胞。 (4)為檢測Rag2基因的表達情況，利用________原理，可提取小鼠骨髓細胞的________，用抗Rag2蛋白的抗體進行雜交實驗。 答案　(1)細胞核 (2)囊胚 (3)HindⅢ和PstⅠ　啟動子、終止子、標記基因、復制原點　顯微注射 (4)抗原抗體雜交(分子雜交)　蛋白質(zhì) 解析　(1)核移植是將體細胞核移植到去核的卵母細胞中，所以實驗前要去除卵母細胞的細胞核。(2)內(nèi)細胞團位于囊胚中，所以重組胚胎培養(yǎng)到囊胚期。(3)Rag2基因是利用限制酶HindⅢ和PstⅠ切割獲得的，所以表達載體應具有HindⅢ和PstⅠ的酶切位點?；虮磉_載體的組成包括啟動子、終止子、標記基因、復制原點、目的基因(Rag2基因)。將目的基因?qū)雱游锛毎钣行У姆椒ㄊ秋@微注射法。(4)基因表達的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，所以提取小鼠骨髓細胞的蛋白質(zhì)進行抗原－抗體雜交。 8．(2016菏澤市二模)[生物——選修3：現(xiàn)代生物科技專題] 凝乳酶是奶酪生產(chǎn)中的關鍵性酶。研究人員運用基因工程技術(shù)，將編碼該酶的基因轉(zhuǎn)移到了微生物細胞中并使之表達。下圖是基因工程中獲得的基因和構(gòu)建重組質(zhì)粒過程，請回答有關問題： (1)分析上圖可知，構(gòu)建重組質(zhì)粒(如圖所示)最好選用________限制酶，理由是________________________________________________。 (2)工業(yè)生產(chǎn)過程中，最初多采用重組大腸桿菌或芽孢桿菌生產(chǎn)凝乳酶，將目的基因?qū)氪竽c桿菌或芽孢桿菌前所做的處理方法是________________________?，F(xiàn)在生產(chǎn)凝乳酶多采用重組毛霉或重組酵母菌，毛霉或酵母菌作為受體細胞的優(yōu)勢是______________________。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，如果將該凝乳酶20位和24位氨基酸改變?yōu)榘腚装彼?，其催化能力將提?倍?？茖W家可以生產(chǎn)上述高效凝乳酶的現(xiàn)代生物工程技術(shù)是________________，該生物工程技術(shù)的實質(zhì)是________。 (4)轉(zhuǎn)基因技術(shù)和細胞工程在動植物中都有廣泛應用，但是胚胎工程只是指對動物的________所進行的多種亞顯微操作和處理技術(shù)。 答案　(1)BamHI和PstⅠ　提高重組DNA的比例(防止自身的黏性末端連接或防止目的基因與載體反向連接) (2)用鈣離子處理細胞，使之轉(zhuǎn)化為感受態(tài)細胞 含有的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體可對蛋白質(zhì)進行加工和修飾 (3)蛋白質(zhì)工程　基因工程的延伸(或在基因工程基礎上，延伸出來的第二代基因工程) (4)配子或早期胚胎 解析　(1)限制酶不能破壞目的基因，也不能破壞質(zhì)粒上的標記基因，且應該用不同的限制酶進行切割，以防止自身的黏性末端連接或防止目的基因與載體反向連接，所以構(gòu)建圖示的重組質(zhì)粒應該選擇BamHⅠ和PstⅠ。(2)基因工程中，將目的基因?qū)氪竽c桿菌等微生物細胞時，需要用氯化鈣處理大腸桿菌，使之轉(zhuǎn)化為感受態(tài)細胞，便于目的基因的導入。毛霉或酵母菌含有的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體可對蛋白質(zhì)進行加工和修飾，所以生產(chǎn)凝乳酶多采用毛霉或酵母菌作為受體細胞。(3)根據(jù)題意分析，通過改造凝乳酶的氨基酸，提高了其催化功能，利用的是蛋白質(zhì)工程，該過程的實質(zhì)是基因工程的延伸，又稱為第二代基因工程。(4)胚胎工程只是指對動物的配子或早期胚胎所進行的多種亞顯微操作和處理技術(shù)。 9．近十年來，PCR技術(shù)(聚合酶鏈式反應)成為分子生物學實驗室的一種常規(guī)手段，其原理是利用DNA半保留復制，在試管中進行DNA的人工復制(如下圖所示)，在很短的時間內(nèi)，將DNA擴增幾百萬倍甚至幾十億倍，使實驗室所需的遺傳物質(zhì)不再受限于活的生物體。 (1)加熱使DNA雙鏈打開，這一步是打開________鍵，稱為________，在細胞中是在________酶的作用下進行的。 (2)當溫度降低時，引物與模板末端結(jié)合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最終合成兩個DNA分子，此過程中原料是____________，遵循的原則是______________。 (3)“PCR”技術(shù)的必需條件，除了模板、原料、ATP、酶以外，至少還有三個條件，即液體環(huán)境、適宜的________和________。 (4)通過“PCR”技術(shù)使DNA分子大量復制，若將一個用15N標記的DNA分子放入試管中，以14N標記的脫氧核苷酸為原料，連續(xù)復制4次之后，則15N標記的DNA分子占全部DNA分子總數(shù)的比例為________。 答案　(1)氫　解旋　解旋 (2)脫氧核苷酸　堿基互補配對原則 (3)溫度　酸堿度 (4)1/8