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2019-2020年高考生物一輪復習 第一講 基因工程課時跟蹤檢測 浙教版選修3 1．(xx江蘇高考改編)下列關于基因工程技術的敘述，正確的是(　　) A．切割質粒的限制性核酸內切酶均特異性地識別6個核苷酸序列 B．PCR反應中溫度的周期性改變是為了DNA聚合酶催化不同的反應 C．載體質粒通常采用抗生素合成基因作為篩選標記基因 D．抗蟲基因即使成功地插入到植物細胞染色體上也未必能正常表達 2．(xx重慶高考)下面是利用基因工程培育抗蟲植物的示意圖。以下相關敘述，正確的是(　　) A．②的構建需要限制性核酸內切酶和DNA聚合酶參與 B．③侵染植物細胞后，重組Ti質粒整合到④的染色體上 C．④的染色體上若含抗蟲基因，則⑤就表現(xiàn)出抗蟲性狀 D．⑤只要表現(xiàn)出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異 3．(xx寧波效實月考)xx年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予馬里奧卡佩基等三位科學家，以表彰他們“在涉及胚胎干細胞和哺乳動物DNA重組方面的一系列突破性發(fā)現(xiàn)”。這些發(fā)現(xiàn)導致了“基因敲除”技術(通常叫基因打靶)的出現(xiàn)，利用這一技術可以準確地“敲除”DNA分子上的特定基因，從而為研究基因功能開辟了新途徑。該技術的過程大致如下： 第一步：分離胚胎干細胞。從小鼠囊胚中分離出胚胎干細胞，在培養(yǎng)基中擴增。這些細胞中需要改造的基因稱為“靶基因”。 第二步：突變DNA的體外構建。獲取與靶基因同源的DNA片斷，利用基因工程技術在該DNA片段上插入neoR基因(新霉素抗性基因)，使該片段上的靶基因失活。 第三步：突變DNA與靶基因互換。將體外構建的突變DNA轉移入胚胎干細胞，再通過同源互換，用失活靶基因取代兩個正常靶基因中的一個，完成對胚胎干細胞的基因改造。 第四步：將第三步處理后的胚胎干細胞，轉移到添加新霉素的培養(yǎng)基中篩選培養(yǎng)。 其基本原理如下圖所示： 請根據(jù)上述資料，回答下列問題： (1)“基因敲除技術”以胚胎干細胞作為對象是因為胚胎干細胞具有________性。 (2)在第三步中，涉及的變異類型是________。 (3)在靶基因中插入neoR基因的目的________________________________________。 (4)假設經(jīng)過上圖表示的過程，研究者成功獲得一枚“敲除”一個靶基因的胚胎干細胞，并培育成一只雌性克隆小鼠，則： ①該克隆小鼠的后代是否都含有neoR基因，為什么？________，__________________。 ②簡述如何利用上述小鼠才能獲得符合需要的小鼠： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③若該克隆雌鼠與普通小鼠交配，理論上該克隆雌鼠產(chǎn)下抗新霉素小鼠與不抗新霉素小鼠的比例為________。 4．我們日常吃的大米中鐵含量極低，科研人員通過基因工程等技術，培育出了鐵含量比普通大米高60%的轉基因水稻，改良了稻米的營養(yǎng)品質。下面為培育轉基因水稻過程示意圖，請回答： (1)在上述工程中，鐵結合蛋白基因稱為________，獲取該基因后常用________技術進行擴增。 (2)構建重組Ti質粒時，通常要用同種限制性核酸內切酶分別切割______________________________和________。將重組Ti質粒轉入農桿菌時，可以用________處理農桿菌，使重組Ti質粒易于導入。 (3)將含有重組Ti質粒的農桿菌與水稻愈傷組織共同培養(yǎng)時，通過培養(yǎng)基2的篩選培養(yǎng)，可以獲得________________；培養(yǎng)基3與培養(yǎng)基2的區(qū)別是______________________。 (4)檢測培育轉基因水稻的目的是否達到，需要檢測轉基因水稻________________。 5．浙江大學農學院喻景權教授課題組研究發(fā)現(xiàn)，一種植物激素——油菜素內酯能促進農藥在植物體內的降解和代謝。用油菜素內酯處理后，許多參與農藥降解的基因(如P450基因和紅霉素抗性基因)表達和酶活性都得到提高，在這些基因“指導”下合成的蛋白酶能把農藥逐漸轉化為水溶性物質或低毒甚至無毒物質，有的則被直接排出體外。某課題組進一步進行了如下的實驗操作，請回答下列問題： (1)獲得油菜素內酯合成酶基因的方法有____________、____________________。步驟①用PCR技術擴增基因時用到的耐高溫酶通常是指____________________；步驟②用到的酶有__________________________。 (2)圖中導入重組質粒之前應用________處理受體細菌。 (3)導入重組質粒2以后，往往還需要進行檢測和篩選，可用________________制成探針，檢測是否導入了重組基因，在培養(yǎng)基中加入________可將含有目的基因的細胞篩選出來。 (4)請為該課題命名：_______________________________________________________。 6．(xx天津高考)嗜熱土壤芽孢桿菌產(chǎn)生的β葡萄糖苷酶(BglB)是一種耐熱纖維素酶，為使其在工業(yè)生產(chǎn)中更好地應用，開展了以下試驗： Ⅰ.利用大腸桿菌表達BglB酶 (1)PCR擴增bglB基因時，選用______________基因組DNA作模板。 (2)下圖為質粒限制酶酶切圖譜。bglB基因不含圖中限制酶識別序列。為使PCR擴增的bglB基因重組進該質粒，擴增的bglB基因兩端需分別引入________和________不同限制酶的識別序列。 (3)大腸桿菌不能降解纖維素，但轉入上述構建好的表達載體后則獲得了降解纖維素的能力，這是因為_________________________________________________________________。 Ⅱ.溫度對BglB酶活性的影響 (4)據(jù)圖1、2可知，80 ℃保溫30分鐘后，BglB酶會________；為高效利用BglB酶降解纖維素，反應溫度最好控制在________(單選)。 A．50 ℃　　 B．60 ℃　　　 C．70 ℃　　　 D．80 ℃ Ⅲ.利用分子育種技術提高BglB酶的熱穩(wěn)定性 在PCR擴增bglB基因的過程中，加入誘變劑可提高bglB基因的突變率。經(jīng)過篩選，可獲得能表達出熱穩(wěn)定性高的BglB酶的基因。 (5)與用誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌相比，上述育種技術取得熱穩(wěn)定性高的BglB酶基因的效率更高，其原因是在PCR過程中________(多選)。 A．僅針對bglB基因進行誘變 B．bglB基因產(chǎn)生了定向突變 C．bglB基因可快速累積突變 D．bglB基因突變不會導致酶的氨基酸數(shù)目改變 答 案 1．選D　限制性核酸內切酶大多是特異性識別6個核苷酸序列，但也有識別序列由4、5或8個核苷酸組成的；PCR中耐高溫的DNA聚合酶只是在延伸階段發(fā)揮催化作用；載體質粒上抗生素抗性基因可作為標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇，不是抗生素合成基因；目的基因導入了受體細胞不一定就都能正常表達。 2．選D　構建重組質粒需要用到限制性核酸內切酶和DNA連接酶，不需要DNA聚合酶，含重組Ti質粒的農桿菌侵染植物細胞后，重組Ti質粒的TDNA整合到受體細胞的染色體上，而不是重組Ti質粒整合到受體細胞的染色體上，導入受體細胞的目的基因表達后，轉基因植株方能表現(xiàn)出相應性狀，若目的基因在受體細胞中不表達，轉基因植株不能表現(xiàn)出相應性狀，⑤表現(xiàn)出抗蟲性狀則表明該植株細胞發(fā)生了基因重組，基因重組是可遺傳變異。 3．解析：(1)胚胎干細胞有發(fā)育的全能性，較易通過克隆獲得克隆后代。(2)通過同源交換用突變DNA替換靶基因，與交叉互換類似，屬基因重組。(3)在靶基因中插入neoR基因可以造成靶基因不能正常表達而失活，同時插入的neoR基因是抗生素抗性基因可作為標記基因用于基因敲除細胞的篩選。(4)由圖示可知該克隆小鼠的一對靶基因只敲除了一個，另一個還正常起作用，所以該克隆小鼠可視為雜合子，在形成配子時等位基因會發(fā)生分離，產(chǎn)生不含neoR基因和含neoR基因的兩種配子，比例為1∶1。若該克隆雌鼠與普通小鼠交配，理論上該克隆雌鼠產(chǎn)下抗新霉素小鼠與不抗新霉素小鼠的比例也為1∶1。因此其后代并不會都含neoR基因?！胺闲枰男∈蟆睉斒莾蓚€靶基因都敲除的個體，可以讓該克隆小鼠與多只普通小鼠交配，讓子代與該克隆小鼠回交或子代小鼠間自由交配，篩選突變型的純合子。 答案：(1)發(fā)育全能性　(2)基因重組 (3)使靶基因失活和用于基因敲除細胞的篩選 (4)①否　因為該克隆小鼠可視為雜合子，在形成配子時等位基因會發(fā)生分離，產(chǎn)生不含neoR基因和含neoR基因的配子?、谙茸屧摽寺⌒∈笈c多只野生型小鼠交配然后讓子代與該克隆小鼠回交或子代小鼠間自由交配，篩選突變型的純合子?、?∶1 4．解析：本題中培育轉基因水稻的目的是獲得鐵含量比普通大米高的大米，因此目的基因為鐵結合蛋白基因，要大量獲得此基因一般采用PCR技術進行擴增。要構建重組質粒要用同種限制性核酸內切酶切割含目的基因的DNA片段和質粒。將外植體培養(yǎng)成試管苗的過程要用到不同的培養(yǎng)基，各培養(yǎng)基最明顯的差別在于所添加植物激素的比例不同。 答案：(1)目的基因　PCR (2)含目的基因的DNA片段　質?！aCl2　(3)含有重組質粒的愈傷組織　生長素和細胞分裂素的濃度比例　(4)種子中鐵含量 5．解析：進行基因工程操作時，首先要獲取目的基因，其方法有多種：從基因文庫中獲取、人工合成目的基因或PCR合成等。在構建基因表達載體的過程中，用到的工具酶有限制性核酸內切酶和DNA連接酶。圖中的受體細胞是細菌，導入后，需檢測和篩選。從圖中可以看出，最終是通過對照實驗來檢驗轉基因細菌對土壤中殘留農藥的分解能力。 答案：(1)從基因文庫中獲取　人工合成目的基因或PCR合成　耐熱的DNA聚合酶　限制性核酸內切酶和DNA連接酶　(2)氯化鈣溶液　(3)紅霉素抗性基因　紅霉素　(4)油菜素內酯能否促進土壤中農藥的分解 6．(1)BglB酶是嗜熱土壤芽孢桿菌產(chǎn)生的一種耐熱纖維素酶，因此在該菌體內存在相應的基因，利用PCR擴增bglB基因時，應選用嗜熱土壤芽孢桿菌的基因組DNA作模板。(2)要使目的基因插入在啟動子和終止子之間，而且不能破壞啟動子、終止子、復制原點、抗生素抗性基因等部位，只能選用Nde Ⅰ和BamH Ⅰ限制酶切割質粒和目的基因，因此在擴增的bglB基因的兩端需分別引入Nde Ⅰ和BamH Ⅰ不同限制酶的識別序列。(3)bglB基因能夠編碼BglB酶(一種纖維素酶)，BglB酶能分解纖維素。大腸桿菌不能降解纖維素，但轉入bglB基因的大腸桿菌能分泌有活性的BglB酶，獲得了降解纖維素的能力。(4)根據(jù)圖1可知，80 ℃下BglB酶活性接近于0，由圖2可知，BglB酶在80 ℃保溫30分鐘后，其相對活性為0，因此80 ℃保溫30分鐘后，BglB酶會失活；BglB酶的最適溫度在60～70 ℃之間，而在70 ℃下保溫一段時間后酶活性逐漸降低，因此為高效利用該酶降解纖維素，反應溫度最好控制在60 ℃。(5)在PCR擴增bglB基因的過程中，加入誘變劑可提高bglB基因的突變率，該過程中誘變劑只針對bglB基因進行誘變，而用誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌，是針對嗜熱土壤芽孢桿菌內的所有基因進行誘變，A正確；基因突變是不定向的，用誘變劑處理bglB基因不能產(chǎn)生定向突變，B錯誤；在PCR擴增bglB基因的過程中，加入誘變劑可快速累積突變，而用誘變劑直接處理嗜熱土壤芽孢桿菌則不能，C正確；BglB酶是由bglB基因編碼的，基因突變是指基因的內部結構發(fā)生改變(堿基對的增添、缺失或改變)，可能會導致酶的氨基酸數(shù)目改變，D錯誤。 答案：(1)嗜熱土壤芽孢桿菌 (2)NdeⅠ　BamHⅠ (3)轉基因的大腸桿菌分泌出有活性的BglB酶 (4)失活　B　(5)A、C