第3章 基因工程 阶段复习（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 不定项）

1．限制酶主要是从哪里分离纯化出来的？有怎样的特点？ 答案：限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的，其能够识别双链DNA分子的特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 2．说出基因工程中的载体种类和作为载体的必备条件。 答案：目的基因通常用质粒作为载体，另外还有噬菌体和动植物病毒等。作为载体的必备条件：在宿主细胞中能保存下来并大量复制；有一个至多个限制酶切割位点；有特殊的标记基因，便于重组DNA分子的筛选；对受体细胞无害等。 3．说出利用PCR获取和扩增目的基因的原理和扩增过程。 答案：原理是DNA半保留复制。扩增的过程一般可以分为变性、复性和延伸三步。 4．说出基因表达载体的组成。 答案：基因表达载体除目的基因、标记基因外，还必须有启动子、终止子等。 5．将目的基因导入植物细胞、动物受精卵和大肠杆菌的方法有什么不同？ 答案：将目的基因导入植物细胞的方法有花粉管通道法和农杆菌转化法等，导入动物受精卵中最常用显微注射法，导入的大肠杆菌需用Ca2＋处理，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 6．说出目的基因在分子水平上的检测方法。 答案：利用PCR等技术可以检测受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因或目的基因是否转录出了mRNA；利用抗原—抗体杂交技术可以检测目的基因是否翻译成相应蛋白质。 7．说出蛋白质工程的基本思路。 答案：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 1．(2024·吉林高考)关于采用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR产物的实验，下列叙述正确的是(　　) A．琼脂糖凝胶浓度的选择需考虑待分离DNA片段的大小 B．凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示DNA分子的具体位置 C．在同一电场作用下，DNA片段越长，向负极迁移速率越快 D．琼脂糖凝胶中的DNA分子可在紫光灯下被检测出来 A　解析：琼脂糖凝胶的浓度会影响DNA分子在凝胶中的迁移速率和分辨率，琼脂糖凝胶的浓度通常是根据需分离的DNA片段大小来选择的。对于较大的DNA片段，比如基因组DNA或质粒DNA，通常选择较低浓度的琼脂糖凝胶，因为它们需要更大的孔径来有效迁移。而对于较小的DNA片段，比如PCR产物或酶切片段，则需要选择较高浓度的琼脂糖凝胶，以提供更好的分辨率和分离效果，A正确。凝胶载样缓冲液中指示剂的作用是指示电泳的进度，待指示剂前沿迁移接近凝胶边缘时，停止电泳，B错误。在琼脂糖凝胶电泳中，PCR扩增的DNA分子带负电荷，当电场作用时，DNA片段向正极迁移，DNA片段的迁移速率与其大小成反比，即DNA片段越长，迁移速率越慢，C错误。琼脂糖凝胶中的DNA分子需染色后，才可在波长为300 nm的紫外灯下被检测出来，D错误。 2．(2024·新课标全国卷)某种二倍体植物的P1和P2植株杂交得F1，F1自交得F2。对个体的DNA进行PCR检测，产物的电泳结果如图所示，其中①～⑧为部分F2个体，上部2条带是一对等位基因的扩增产物，下部2条带是另一对等位基因的扩增产物，这2对等位基因位于非同源染色体上。下列叙述错误的是(　　) A．①②个体均为杂合子，F2中③所占的比例大于⑤ B．还有一种F2个体的PCR产物电泳结果有3条带 C.③和⑦杂交子代的PCR产物电泳结果与②⑧电泳结果相同 D．①自交子代的PCR产物电泳结果与④电泳结果相同的占1/2 D　解析：由题可知，这2对等位基因位于非同源染色体上，假设A/a为上部两条带的等位基因，B/b为下部两条带的等位基因，由电泳图可知P1为AAbb，P2为aaBB，F1为AaBb，F2中①AaBB、②Aabb都为杂合子，③AABb占F2的比例为1/8，⑤AABB占F2的比例为1/16，A正确；电泳图中的F2的基因型从左到右依次为AaBB、Aabb、AABb、aaBB、AABB、AAbb、aabb、AaBb，未出现的基因型为aaBb，其个体PCR产物电泳结果有3条带，B正确；③AABb和⑦aabb杂交后代为Aabb、 AaBb，其PCR产物电泳结果与②⑧电泳结果相同，C正确；①AaBB自交子代为AABB(1/4)、AaBB(1/2)、aaBB(1/4)，其PCR产物电泳结果与④aaBB电泳结果相同的占1/4，D错误。 3．(2023·湖北高考)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如下图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并转化到受体菌中。下列叙述错误的是(　　) A．若用Hind Ⅲ 酶切，目的基因转录的产物可能不同 B．若用Pvu Ⅰ 酶切，在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因 C．若用Sph Ⅰ 酶切，可通过DNA凝胶电泳技术鉴定重组质粒构建成功与否 D．若用Sph Ⅰ 酶切，携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)和Tet的培养基中能形成菌落 D　解析：若用Hind Ⅲ 酶切，目的基因可能正向插入，也可能反向插入，转录的产物可能不同，A正确；若用Pvu Ⅰ 酶切，重组质粒和质粒中都有四环素抗性基因(TetR)，因此在含Tet(四环素)培养基中的菌落，不一定含有目的基因，B正确；DNA凝胶电泳技术可以分离不同大小的DNA片段，重组质粒的大小与质粒不同，能够鉴定重组质粒构建成功与否，C正确；Sph Ⅰ 的酶切位点位于四环素抗性基因中，若用Sph Ⅰ 酶切，重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，四环素抗性基因(TetR)被破坏，因此携带目的基因的受体菌在含Amp(氨苄青霉素)的培养基中能形成菌落，在含Tet的培养基中不能形成菌落，D错误。 4．(2024·新课标全国卷)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中，构建高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段；再经限制酶切割获得含N基因的片段甲，片段甲两端分别为M1与M2；利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组，得到菌株B2。酶切位点( Ⅰ ～Ⅳ)、引物(P1～P4)的结合位置、片段甲替换区如图所示，→表示引物5→3方向。回答下列问题。 (1)限制酶切割的化学键是________。为保证N基因能在菌株B2中表达，在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的 Ⅰ 和 Ⅱ 、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和____________________。 (3)用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是________________；若用该模板与引物P3和P4进行PCR，实验结果是 ________________________________________________________________________。 (4)与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是 _______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (答出2点即可)。 答案：(1)磷酸二酯键　保证片段甲含有启动子和终止子 (2)C—G、A—T、U—A (3)N基因的两条链　不能扩增出目的基因 (4)减少环境污染、增加土壤养分 解析：(1)限制酶切割的化学键为磷酸二酯键。在构建片段甲时，应将M1与M2片段分别插入质粒的 Ⅰ 和 Ⅱ 、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间，可保证片段甲含有启动子和终止子，从而使N基因能在菌株B2中表达。(2)RNA的碱基组成有A、U、G、C，DNA的碱基组成为A、T、G、C，向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和C—G、A—T、U—A。(3)用引物P1和P2进行PCR可扩增N基因，验证片段甲插入了细菌B1基因组，所用的模板是N基因的两条链；用该模板与引物P3和P4进行PCR，因为P3不能与N基因模板链结合，实验结果是不能扩增出DNA片段。(4)与秸秆焚烧相比，利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是减少环境污染、增加土壤养分。 5．(2024·吉林高考)将天然Ti质粒改造成含有Vir基因的辅助质粒(辅助T-DNA转移)和不含有Vir基因、含有T-DNA的穿梭质粒，共同转入农杆菌，可提高转化效率。细菌和棉花对密码子偏好不同，为提高翻译效率，增强棉花抗病虫害能力，进行如下操作。回答下列问题。 注：F1～F3，R1～R3表示引物；T-DNA-LB表示左边界；T-DNA-RB表示右边界；Ori表示复制原点；KanR表示卡那霉素抗性基因；HygBR表示潮霉素B抗性基因。 (1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是_________________________ _______________________________________________________________。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精，其目的是______________________________________。 (2)本操作中获取目的基因的方法是________________和____________。 (3)穿梭质粒中p35s为启动子，其作用是________________________________，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，其目的可能是_________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)根据图中穿梭质粒上的KanR和HygBR两个标记基因的位置，用________基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。 (5)为检测棉花植株是否导入目的基因，提取棉花植株染色体DNA作模板，进行PCR，应选用的引物是________和________。 (6)本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，理由是________________________。 A．通过含有双质粒的农杆菌转化棉花细胞 B．将苏云金杆菌Bt基因导入棉花细胞中表达 C．将1－1362基因序列改变为棉花细胞偏好密码子的基因序列 D．用1－1362合成基因序列和1363－1848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白 答案：(1)水解蛋白质，使得DNA与蛋白质分离　溶解蛋白质等物质，析出不溶于酒精的DNA (2)PCR技术扩增　人工合成 (3)RNA聚合酶识别并结合的部位　保证目的基因的稳定高效表达，提高转录的效率 (4)HygBR (5)F3　R2 (6)D 解析：(1)从苏云金杆菌提取DNA时，需加入蛋白酶，其作用是水解蛋白质，使得DNA与蛋白质分离。提取过程中加入体积分数为95%的预冷酒精，其目的是溶解蛋白质等物质，析出不溶于酒精的DNA。(2)本操作中获取目的基因的方法是人工合成和PCR技术扩增。(3)穿梭质粒中p35s为启动子，其作用是RNA聚合酶识别并结合的部位，驱动目的基因转录；插入两个p35s启动子，有利于目的基因的稳定高效表达，提高转录的效率。(4)由题图中穿梭质粒的结构可知，KanR位于T-DNA的左、右边界外，在T-DNA导入植物细胞时无法进入植物细胞的基因组，而HygBR位于T-DNA内部，可随T-DNA导入植物细胞，故应使用HygBR基因对应的抗生素初步筛选转化的棉花愈伤组织。(5)根据图中信息知，目的基因是人工合成的1－1362基因序列与天然的1363－1848基因序列结合体，故应该选择引物F3和 R2 进行PCR 检测棉花植株是否导入目的基因。(6)蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求，本研究采用的部分生物技术属于蛋白质工程，理由是用1－1362合成基因序列和1363－1848天然基因序列获得改造的抗虫蛋白。 6．(2023·全国乙卷节选)GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以GFP基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白，丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。 (1)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的GFP突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体，其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为__________；②为________，其作用是____________________________________________；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是______________________________________________________(答出1点即可)。 (3)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的GFP突变基因进行测序，发现其碱基序列与GFP基因的不同，将该GFP突变基因命名为YFP基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，实验思路是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)终止子　启动子　RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录　鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来 (2)密码子具有简并性，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同 (3)将构建好的基因表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌，检测其是否会发出黄色荧光 解析：(1)一个基因表达载体的组成，除目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。基因的转录方向为从启动子到终止子，故图中①为终止子，②为启动子。启动子是一段有特殊序列结构的DNA片段，位于基因的上游，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质。标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来，如抗生素基因就可以作为标记基因。(2)正常情况下，GFP突变基因应该不发绿色荧光，而大肠杆菌有的发绿色荧光，从密码子特点的角度分析，原因是密码子具有简并性，GFP基因突变后编码的蛋白质与突变前相同。(3)基因工程研究中常用的真核表达系统有酵母菌表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞表达系统。要通过基因工程的方法探究YFP基因能否在真核细胞中表达，可将构建好的表达载体(含有目的基因YFP基因)导入酵母菌，检测其是否会发出黄色荧光，如果酵母菌发出黄色荧光，说明YFP基因能在真核细胞中表达，反之则不能在真核细胞中表达。 学科网（北京）股份有限公司 $$