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专题26基因工程高考生物(江苏专用)考点1基因工程的工具与操作程序五年高考A组自主命题·江苏卷题组1.(2019江苏单科,16,2分)下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是 ()A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗答案D胰岛素基因表达质粒导入大肠杆菌,获得的工程菌可将胰岛素基因遗传给子代,A不符合题意;B、C培育的转基因植物和转基因动物的每个细胞均含有目有基因,后代可表现转基因性状,B、C不符合题意;将转入目的基因的淋巴细胞回输患者体内后,患者的生殖细胞不含目的基因,故子代不表现转基因性状,D符合题意。素养解读本题以基因工程为信息载体,考查考生运用所学知识,对某些生物学问题进行解释、推理得出正确结论的能力;试题通过基因工程技术遗传性分析,体现了对科学思维素养中的分析与判断要素的考查。2.(2019江苏单科,33,8分)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图,载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题: 图1(1)EcoRⅤ酶切位点为 ,EcoRⅤ酶切出来的线性载体P1为末端。(2)用TaqDNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段,其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理,在两端各添加了一个碱基为的脱氧核苷酸,形成P2;P2和目的基因片段在酶作用下,形成重组质粒P3。(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落,采用含有不同抗生素的平板进行筛选,得到A、B、C三类菌落,其生长情况如下表(“+”代表生长,“-”代表不生长)。根据表中结果判断,应选择的菌落是(填表中字母)类,另外两类菌落质粒导入情况分别是、GATATCCTATAG。(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒,拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置,PCR鉴定时应选择的一对引物是。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400bp片段,原因是。 菌落类型平板类型ABC无抗生素+++氨苄青霉素++-四环素+--氨苄青霉素+四环素+--图2答案(8分)(1)平(2)胸腺嘧啶(T)DNA连接(3)BA类菌落含有P0C类菌落未转入质粒(4)乙丙目的基因反向连接解析(1)EcoRⅤ从识别序列的中心轴线处切割,所以产生的末端为平末端。(2)由于载体和目的基因要连接成DNA分子,所以目的基因片段的两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸时,载体P1的两端应各添加一个胸腺嘧啶脱氧核苷酸。在DNA连接酶的作用下,可将P2和目的基因连接,形成重组质粒P3。(3)重组质粒P3上有完整的氨苄青霉素基因,所以含有重组质粒P3的菌落在无抗生素和添加氨苄青霉素的培养基上能生长,而在添加四环素的培养基上不能生长,所以应选择的是B类菌落。A类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基上均能生长,说明A类菌落导入了P0。C类菌落在添加氨苄青霉素、四环素、氨苄青霉素+四环素的培养基上均不能生长,说明C类菌落未导入质粒。(4)选择的一对引物组合、目的基因与重组质粒的连接方向及扩增片段长度的可能情况如表:由表可知,PCR鉴定时应选择的一对引物是乙丙。若扩增出了400bp片段,则原因是目的基因反向连接。素养解读本题借助基因工程相关知识,考查考生从表格、图形等提取信息并运用这些信息解决相关问题的能力;通过构建重组质粒的过程图示和菌落生长情况分析等体现了科学思维素养中的演绎与推理要素。知能拓展PCR过程中,目的基因扩增n次,共产生2n个DNA,其中1个DNA上含引物Ⅰ,1个DNA上含引物Ⅱ,2n-2个DNA既含引物Ⅰ,也含引物Ⅱ。该过程共需要2n-1个引物Ⅰ和2n-1个引物Ⅱ。引物组合扩增片段(bp)连接方向甲乙乙丙甲丙正向0350450反向40004503.(2018江苏单科,32,8分)为生产具有特定性能的α-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了α-淀粉酶基因(1656个碱基对),利用基因工程大量制备α-淀粉酶,实验流程见图。请回答下列问题: (1)利用PCR技术扩增α-淀粉酶基因前,需先获得细菌的。(2)为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的端加上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是。(3)进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中的设定与引物有关,的设定与扩增片段的长度有关。(填序号)①变性温度②退火温度③延伸温度④变性时间⑤退火时间⑥延伸时间(4)如图表示筛选获得的工程菌中编码α-淀粉酶的mRNA的部分碱基序列:5'-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU……-3'图中虚线框内mRNA片段包含个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有种。(5)获得工程菌表达的α-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性,结果如下:缓冲液50mmol/LNa2HPO4-KH2PO450mmol/LTris-HCl50mmol/LGly-NaOHpH6.06.57.07.57.58.08.59.09.09.510.010.5酶相对活性%25.440.249.863.270.195.599.585.368.163.741.520.8根据上述实验结果,初步判断该α-淀粉酶活性最高的条件为。答案(8分)(1)基因组DNA(2)5'使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连(3)②⑥(4)813(5)pH为8.5,缓冲液为50mmol/LTirs-HCl解析(1)由题干信息可知某种海洋细菌含有α-淀粉酶基因,因此在扩增α-淀粉酶基因前需先从细菌中提取细菌的基因组DNA。(2)引物的作用是引导子链的延伸,将脱氧核苷酸连接到引物上时,是与引物的3'端相连的,由此确定需在引物的5'端加上限制性酶切位点。常在两条引物上加入不同的限制酶切位点的主要目的是使DNA片段能定向插入表达载体,防止自身相连。(3)进行PCR扩增时,退火的温度与引物长短和碱基种类有关。延伸时间长短的设定与扩增片段的长度有关。(4)密码子是指mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基,该mRNA上5'端为AUG(起始密码子),因此可依据三个碱基是一个密码子来分析图中虚线框中的碱基,可得出共有8个密码子。由于虚线框后的第一个密码子的第一个碱基已经固定为U,因此还有2个碱基未知,共可能有的种数为4×4=16,又因为UAG、UGA、UAA为终止密码子,因此决定氨基酸的密码子最多有13种。(5)据表格数据可知:α-淀粉酶在pH为8.5、缓冲液为50mmol/LTris-HCl的条件下相对活性为99.5%,初步判断此条件下酶活性最高。素养解读本题通过基因工程及酶活性测定的相关知识考查了科学思维中的归纳与概括能力,同时考查了考生的科学探究能力。4.(2017江苏单科,33,8分)金属硫蛋白(MT)是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题: (1)从高表达MT的生物组织中提取mRNA,通过获得用于PCR扩增。(2)设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物(引物1和引物2),为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的位点。设计引物时需要避免引物之间形成,而造成引物自连。(3)图中步骤1代表,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。(4)PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。退火温度过高会破坏的碱基配对。退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但的引物需要设定更高的退火温度。(5)如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有(填序号:①升高退火温度②降低退火温度③重新设计引物)。答案(8分)(1)逆转录cDNA(2)限制性核酸内切酶碱基互补配对(3)变性(4)引物与模板G/C含量高(5)②③解析本题主要考查目的基因的获取及PCR技术的有关知识。(1)依据题中表述现象分析,mRNA合成目的基因的过程应为逆转录过程,由mRNA直接逆转录形成的为cDNA。(2)构建重组质粒时需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶,因此推测在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶识别的位点。设计引物时需要注意避免引物1和引物2之间形成碱基互补配对。(3)图中步骤1代表变性。(4)退火温度过高会破坏引物与模板链之间的碱基互补配对。由于含G/C碱基对多的DNA稳定性强,因此在PCR过程中设置的温度应视G/C的含量而定。(5)温度过高不利于引物与模板结合;引物设计不合理也会影响PCR扩增反应。知识归纳关于引物的几个问题:①引物是一小段DNA或RNA,它能与DNA母链的一段碱基序列互补配对,其长度通常为20~30个核苷酸。②由于PCR利用了DNA的热变性原理,因此温度的高低直接影响DNA变性、复性和延伸的过程,特别是复性的过程也即题中的退火过程,它关乎引物是否能与模板链结合,只有结合后才有可能进行“延伸”。③结合DNA结构特点,A与T之间有2个氢键、C与G之间有3个氢键的知识分析,引物中含碱基不同耐温程度不同,其中含C/G较多的引物,PCR扩增时温度可适当提高。5.(2016江苏单科,33,9分)下表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点,其中切割位点相同的酶不重复标注。请回答下列问题:限制酶BamHⅠBclⅠSau3AⅠHindⅢ识别序列及切割位点 ATCCCCTA ATCAACTA GATCCTAG GCTTTTCG GGGGTGGT AAAA图1图2(1)用图中质粒和目的基因构建重组质粒,应选用两种限制酶切割,酶切后的载体和目的基因片段,通过酶作用后获得重组质粒。为了扩增重组质粒,需将其转入处于态的大肠杆菌。(2)为了筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌,应在筛选平板培养基中添加,平板上长出的菌落,常用PCR鉴定,所用的引物组成为图2中。(3)若BamHⅠ酶切的DNA末端与BclⅠ酶切的DNA末端连接,连接部位的6个碱基对序列为,对于该部位,这两种酶(填“都能”“都不能”或“只有一种能”)切开。(4)若用Sau3AⅠ切图1质粒最多可能获得种大小不同的DNA片段。答案(9分)(1)BclⅠ和HindⅢ连接感受(2)四环素引物甲和引物丙(3)TGATCCACTAGG 都不能(4)7GGATCACCTAGT解析本题主要考查基因工程的相关知识。(1)分析4种限制酶识别的序列可知:BamHⅠ和BclⅠ识别序列中含有Sau3AⅠ的识别序列,这三种酶切割DNA后可以产生相同的黏性末端。为保证质粒上含有标记基因,切割质粒时不能选用BamHⅠ和Sau3AⅠ,应选用BclⅠ和HindⅢ两种限制酶切割;酶切后的载体和目的基因片段,需用DNA连接酶连接形成重组质粒,为了扩增重组质粒,需将其转入处于感受态的大肠杆菌中。(2)重组质粒中四环素抗性基因结构完整,氨苄青霉素抗性基因结构被破坏,在筛选平板培养基中添加四环素可以筛选出转入了重组质粒的大肠杆菌。PCR扩增目的基因时,需用引物甲和引物丙两种引物。(3)BamHⅠ酶切产生的黏性末端为 ,BclⅠ酶切产生的黏性末端为 ,经DNA连接酶连接后,连接部位的6个碱基对序列为 ,此序列不能被BamHⅠ和BclⅠ识别,因此不能被两种酶切开。(4)图1质粒中含有Sau3AⅠ酶的3个识别序列,如图:(A、B、C分别表示相邻切点间的DNA片段) 用Sau3AⅠ酶切,若在一个切点处切割可得到:B+C+A、C+A+B、A+B+C三种DNA片段(但其大小相同),若在两个切点处切割可得到:A、B+C、A+C、B、A+B、C六种DNA片段(其大小均不同);若在三个切点处均切割,可得到A、