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-1-基因工程(40分钟100分)1.(12分)(2014·海南高考)下图是将某细菌的基因A导入大肠杆菌内，制备“工程菌”的示意图。据图回答：(1)获得A有两条途径：一是以A的mRNA为模板，在____________酶的催化下，合成互补的单链DNA，然后在__________的作用下合成双链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种脱氧核糖核苷三磷酸和耐热性的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__________________________。【解题指南】(1)题干关键词：“将某细菌的基因A导入大肠杆菌内”。(2)关键知识：基因工程的原理和技术、蛋白质工程和PCR技术的应用。【解析】本题主要考查基因工程及PCR技术应用的相关知识。(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聚合酶的作用下，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、引物等条件。(3)目的基因和载体结合，形成基因表达载体。(4)在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，有利于其吸收重组DNA分子。答案：(1)逆转录DNA聚合酶氨基酸脱氧核苷酸(2)引物模板(A基因)(3)基因表达载体(4)使其成为感受态细胞，有利于吸收重组DNA分子2.(12分)请回答下列关于转基因抗虫棉的相关问题：-2-(1)从苏云金芽孢杆菌的DNA上获取抗虫基因，需要用到的工具酶是__________，它能够识别双链DNA分子的某种____________________，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的____________键断开。(2)若检测目的基因是否插入受体细胞的DNA上，方法是采用_________________________；若检测目的基因是否翻译出相应的蛋白质，方法是采用____________________。【解析】(1)获取目的基因需要用限制酶，它能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(2)用DNA分子杂交技术检测目的基因是否插入到受体细胞的DNA上，用抗原-抗体杂交技术检测目的基因是否翻译出相应的蛋白质。答案：(1)限制酶特定核苷酸序列磷酸二酯(2)DNA分子杂交技术抗原—抗体杂交技术3.(15分)(2016·石家庄模拟)转基因草莓中有能表达乙肝病毒表面抗原的基因，由此可获得用来预防乙肝的一种新型疫苗，其培育过程如下图所示(①至④代表过程，A至C代表结构或细胞)：(1)在图中①基因表达载体的构建过程中，为了使目的基因正常表达，目的基因的首端必须有____________识别和结合的部位。若选择的限制酶切出的DNA片段是平末端，应选择______________进行连接。(2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是__________________，之所以要把目的基因插入Ti质粒的T-DNA中，这是利用T-DNA__________________________________的特点。(3)过程②的具体操作是：先用____________处理农杆菌，使其处于感受态；再将含乙肝病毒表面抗原基因的重组Ti质粒溶于缓冲液中与经处理的农杆菌混合，完成转化过程。(4)图中③和④过程分别叫做______________，将叶盘培养成草莓幼苗所依据的原理是__________________________。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传的关键是______________________，通常采用____________的方法进行检测。【解析】本题考查基因工程及转基因生物的安全性的相关知识，意在考查对基因工程的理解及运用所学知识解决实际问题和识图的能力。(1)基因表达载体由启动子、目的基因、终止子和标记基因等组成，其中启动子是RNA聚合酶识别和结合位点；根据酶的来源不同，DNA连接酶分为两类：E·coliDNA连接酶和T4DNA-3-连接酶，这二者都能连接黏性末端，但是T4DNA连接酶还可以连接平末端。(2)将目的基因导入受体细胞的方法很多，在该题中涉及的方法是农杆菌转化法。农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。(3)图中②过程是将重组质粒导入农杆菌，由于受体细胞是细菌，常用Ca2+处理使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，称为感受态细胞，以完成转化过程。(4)图中③过程是让叶盘细胞脱分化形成愈伤组织，进而再经④再分化形成幼苗，此过程叫做植物组织培养；原理是植物细胞的全能性。(5)乙肝病毒表面抗原的基因能否在草莓植株体内维持稳定遗传的关键是目的基因是否插入了受体细胞的染色体DNA上，通常采用DNA分子杂交的方法进行检测。在分子水平上，还可采用抗原-抗体杂交的方法来检测转基因草莓果实提取液中有无相应的抗原。答案：(1)RNA聚合酶T4DNA连接酶(2)农杆菌转化法可转移至受体细胞并整合到受体细胞的染色体DNA上(3)Ca2+(4)脱分化和再分化植物细胞的全能性(5)目的基因是否插入了受体细胞的染色体DNA上DNA分子杂交4.(12分)(2016·郑州模拟)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较高的应用价值。如图所示的是获得转基因莴苣的技术流程，请据图回答下列问题：(1)获取目的基因的主要途径包括从自然界已有的物种中分离和__________________。(2)如果受体细胞C1是土壤农杆菌，则将目的基因导入它的目的是利用农杆菌的________，使目的基因进入受体细胞C2，并将其插入受体细胞C2中的__________上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，形成转基因莴苣。(3)经②过程获得的转基因莴苣中的目的基因是否表达，在分子水平上可用____________法进行检测，如果出现杂交带，说明目的基因已经表达蛋白质产品，转基因莴苣培育成功。【解析】(1)获取目的基因的主要途径有从自然界已有的物种中分离和人工合成。(2)农杆菌转化法利用的是农杆菌的转化作用，将目的基因整合到受体细胞的染色体DNA上，进而使目的基因能够稳定遗传和表达。(3)检测目的基因是否成功表达可采用抗原—抗体杂交法。答案：(1)人工合成-4-(2)转化作用染色体DNA(3)抗原—抗体杂交5.(15分)(2016·大庆模拟)应用转基因技术可获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题。(1)要获得抗虫基因，可采用_______________________________________________________________________________等方法，基因工程的核心是______________________。(2)如果要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是____________，原因是________________________。若用大肠杆菌储存目的基因，则需先将其处理为__________细胞。(3)在培育转人生长激素基因牛的过程中，②过程常用的方法是______________。(4)转人生长激素基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的首端必须含有__________。【解析】(1)获得目的基因的方法有从基因文库中获取目的基因、PCR技术扩增目的基因、人工合成目的基因等，基因工程的核心是基因表达载体的构建。(2)动物受精卵全能性最高，发育成完整个体最容易，要获得一只含目的基因的小鼠，则选择的受体细胞通常是受精卵。(3)②是重组质粒导入动物细胞的过程，常用的方法是显微注射法。(4)基因表达载体的首端必须有启动子。答案：(1)从基因文库中获得目的基因、PCR技术扩增目的基因、人工合成基因表达载体的构建(2)受精卵动物受精卵全能性最高(动物不能像植物那样，利用一个除受精卵以外的独立的体细胞直接培养成完整的个体)感受态(3)显微注射法(4)启动子6.(15分)(2016·佛山模拟)胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：-5-(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)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是______________________________________。(3)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的方法是________________________。(4)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有__________、__________和发酵工程等。【解析】(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是农杆菌转化法，将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上，通过农杆菌的转化作用，使目的基因进入植物细胞。(4)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需要用到蛋白质工程、基因工程和发酵工程等。答案：(1)蛋白质的预期功能(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因(3)农杆菌转化法(4)蛋白质工程基因工程7.(10分)基因工程目前成为生物科学核心技术，在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面展示出美好的前景。据相关资料回答下列有关问题：-6-(1)上图是转基因抗冻番茄培育过程的部分示意图，ampr为抗氨苄青霉素基因，甲、乙表示相关结构或细胞。PstⅠ酶和SmaⅠ酶切割基因后将产生不同的黏性末端。图中甲代表的是____________________，乙可代表______________，可用____________和____________提取鱼的抗冻蛋白基因以避免目的基因末端发生任意连接，用此二酶切割质粒产生的DNA片段有________种。(2)重症联合免疫缺陷病(简称SCID)是代表一组体液和细胞免疫严重缺陷的综合征。患者先天腺苷酸脱氨酶(ada)基因缺乏，运用现代生物技术进行治疗，可以使患者的免疫功能得到很大的修复。下图表示治疗SCID的过程，在这个实例中，携带人正常ada基因的细菌相当于________________，充当“分子运输车”的是__________，目的基因是____________________，受体细胞是__________________________________，这种治疗方法称为______________。【解析】(1)由图可知，甲是基因表达载体，将其导入番茄细胞进行培养；目的基因的右端只能用PstⅠ切割，左端可用PstⅠ和SmaⅠ切割，若用PstⅠ切割，则目的基因两端的末端相同，目的基因会发生自己相连接的情况，用PstⅠ酶和SmaⅠ酶提取鱼的抗冻蛋白基因可避免目的基因末端发生任意连接，用这两种酶切割质粒，能得到2种DNA片段(目的基因和左边PstⅠ和SmaⅠ之间的片段)。(2