高考生物二轮复习非选择题强化练6 基因工程（含解析）

高考生物二轮复习非选择题强化练(六)
基因工程
[时间:20min]
1.[2023·广东广州三模] 2023年4月11日是第27个“世界帕金森病日”。帕金森病(PD)已成为世界上增长最快的神经系统疾病。全球范围内有超过850万人患有PD。运用干细胞治疗PD已经进行了多年研究,且取得了很多突破性的进展。干细胞在治疗其他疾病方面也有广泛的应用前景。请回答下列问题:
(1)人体干细胞主要包括成体干细胞和　　　　　　　,后者可以从囊胚的　　 　　　中获取,这涉及了　　　　问题,因此限制了其在医学上的应用。将诱导患者的皮肤成纤维细胞获得的iPS细胞用于该患者疾病的治疗,其优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)科学家将Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞中,然后在特定培养基中培养可获得iPS细胞。
①在进行细胞培养时除了提供充足的营养和所需气体环境外,还需满足的条件有　　　　　　。
②实验中逆转录病毒的作用是　　　　　　　　　　　　　　。
③已知c-Myc是原癌基因,研究表明将诱导iPS细胞获得的神经干细胞移入小鼠体内会增加发生恶性肿瘤的风险,推测可能的原因是细胞中原癌基因　　　　　　　　　　导致相应蛋白质活性过强。当实验对象是人类成纤维细胞时,为提高应用iPS细胞的安全性,可通过设计实验判断c-Myc在诱导获得iPS细胞的过程中是否必需,实验的思路如下:将导入　 的小鼠成纤维细胞,与导入　　　　　　　　的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较。
2.[2023·山东潍坊模拟] 我国科研人员将寒带地区海鱼中的抗冻基因转入千禧果(番茄品种)细胞中,成功培育出抗冻千禧果。图甲为培育过程使用的Ti质粒示意图,Vir区的基因活化能促进T-DNA的加工和转移。图乙为使用相应的单克隆抗体检测,比较不同抗冻千禧果中抗冻蛋白合成量的原理图。
(1)利用PCR从海鱼基因组中扩增抗冻基因需要添加一对特异性引物,目的是　　　　　　　　　　;利用抗冻基因的mRNA逆转录后PCR也可获得抗冻基因。通过琼脂糖凝胶电泳,　　　　(填“能”或“不能”)区分两种方法获得的抗冻基因,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)选择图示Ti质粒构建基因表达载体,应选择限制酶　　 　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”或“Ⅲ”),理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)为筛选成功导入抗冻基因的千禧果细胞,要在培养基中添加　　　　　。成功转化的千禧果细胞经脱分化形成愈伤组织后,再使用　　　　　　　　　　　诱导培育成植株,最后在　　　　　　条件下筛选出具有抗冻性状的千禧果植株。
(4)图乙中,检测前先将抗冻蛋白的单克隆抗体固定在支持物上,然后向该检测体系中加入一定量的抗冻千禧果植株中提取的蛋白质(待测抗原)和等量酶标记抗冻蛋白(酶标记抗原),让待测抗原、酶标记抗原与抗体竞争性结合。然后保温一段时间后洗涤,再向检测体系中加入一定量的白色底物,若检测体系蓝色越深,则说明抗冻千禧果提取物中抗冻蛋白的含量越　　　　　。本检测方法中的单克隆抗体可以利用筛选出的杂交瘤细胞在　　　　　　　　　　　　　培养大量获得。
3.木质纤维素是地球上较为丰富的可再生资源,中国科学家利用基因工程的方法构建了一株嗜热厌氧杆菌H,以花生壳、玉米芯等为原料发酵生产生物燃料乙醇,以期提高农业废弃物的整体利用价值。据此回答下列问题:
(1)研究者将取样器放入温泉底部取样,将样本加入含有　　　　的锥形瓶中稀释,利用厌氧技术将稀释液接种到以纤维素为　　　　　的培养基中初步获得能降解纤维素的嗜热厌氧杆菌。培养过程所用的玻璃器皿需用　　　　　　　法灭菌。
(2)基于嗜热厌氧杆菌的特殊代谢能力(图甲),研究人员构建了双功能醇醛脱氢酶基因(Adh)的过量表达载体,图乙为构建表达载体时所需的关键条件。
①为保证双功能醇醛脱氢酶基因(Adh)能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和引物2,其中引物1的序列为5'　　　　　　　　　　　3'。
②将重组表达载体导入嗜热厌氧杆菌,然后置于含有　　　　的选择培养基中进行筛选,经鉴定及扩大培养得到工程菌。
(3)将构建的工程菌进行摇瓶发酵,结果发现乙醇产量提高,副产物乙酸产量下降。结合其代谢途径,分析出现这种结果的原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)嗜热厌氧杆菌最适生长温度为55~75 ℃,产物乙醇在温度超过50 ℃即可快速蒸馏出。相对于传统的发酵菌株,利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要优势有　　　　　　　 (写出两点即可)。
4.同源重组是指发生在两个DNA分子的同源序列(DNA序列相同或近似)之间直接进行交换的一种重组形式。利用同源重组的方法可以将目的基因插入表达载体上,如图所示。该操作可通过PCR技术在任一位点实现质粒的线性化,只要目的基因两端带有与线性化质粒两端同源的DNA序列,在重组酶的作用下即可实现质粒上的同源重组,被称为体外重组。请回答:
(1)真核生物有性生殖过程中发生在　　　　　之间的基因重组,为体外同源重组提供了依据。图中B过程采用PCR技术扩增目的基因时,需要的正向引物和反向引物的序列中都由　 　两部分组成。
(2)通常采用双酶切法构建目的基因表达载体,优点是　　　　　　　　　　　。与双酶切法相比,同源重组法构建基因表达载体的突出优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)表达质粒线性化和目的基因扩增后电泳结果分别如图甲、乙所示,将获得的目的基因与线性化质粒混合导入感受态的细胞中,不添加重组酶,该过程称为体内重组。为检测不同细胞的同源重组情况,一段时间后利用相应的引物对三个细胞(标号1、2、3)中DNA进行PCR扩增,电泳结果如图丙所示。根据电泳结果可说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
非选择题强化练(六)
1.(1)胚胎干细胞　内细胞团　伦理　避免免疫排斥反应
(2)①无菌无毒的环境,适宜的温度、pH和渗透压　②作为载体,将目的基因(外源基因)导入小鼠成纤维细胞(受体细胞)中　③突变或过量表达　Oct3/4、Sox2和Klf4基因　Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc基因(两空顺序可以颠倒)
[解析] (1)人体干细胞主要包括成体干细胞和胚胎干细胞。其中胚胎干细胞可以从囊胚的内细胞团中获取,但这涉及了伦理问题,因此限制了其在医学上的应用。诱导患者的皮肤成纤维细胞获得的iPS细胞是一种全能干细胞,可用于该患者疾病的治疗,避免了免疫排斥反应,也不涉及伦理问题。(2)①在进行动物细胞培养时除了提供充足的营养和所需气体环境外,还需要无菌无毒的环境,适宜的温度、pH和渗透压等条件。②实验中逆转录病毒作为载体,将目的基因(外源基因)导入小鼠成纤维细胞(受体细胞)中。③将诱导iPS细胞获得的神经干细胞移入小鼠体内会增加发生恶性肿瘤的风险,推测可能的原因是细胞中原癌基因突变或过量表达,从而导致相应蛋白质活性过强。判断c-Myc在诱导获得iPS细胞的过程中是否必需的实验思路如下:将导入Oct3/4、Sox2和Klf4基因的小鼠成纤维细胞,与导入Oct3/4、Sox2、Klf4和c-Myc基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较,观察二者是否相同。
2.(1)使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸　能　利用抗冻基因的mRNA逆转录后PCR获得的抗冻基因中不含启动子、终止子和内含子等序列, DNA分子较小,在凝胶中的迁移速率较大
(2)Ⅲ　限制酶Ⅰ会破坏四环素抗性基因,不利于含目的基因的受体细胞的筛选;限制酶Ⅱ会破坏Vir区基因,影响目的基因的转移
(3)四环素　生长素和细胞分裂素　低温或寒冷
(4)低　体外或小鼠腹腔内
[解析] (1)PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术,引物使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸,合成DNA子链。利用抗冻基因的mRNA逆转录后PCR获得的抗冻基因中不含启动子、终止子和内含子等序列, DNA分子较小,在凝胶中的迁移速率较大;而利用PCR从海鱼基因组中获得的抗冻基因含启动子、终止子和内含子等序列, DNA分子相对较大,在凝胶中的迁移速率较小。因此,可以通过琼脂糖凝胶电泳,区分两种方法获得的抗冻基因。(2)选择图示Ti质粒构建基因表达载体时,限制酶Ⅰ会破坏四环素抗性基因,影响后续的筛选,限制酶Ⅱ会破坏Vir区基因,影响目的基因的转移,因此构建重组DNA分子时,选择的限制酶最好是限制酶Ⅲ。(3)在培养基中添加四环素,可以筛选成功导入抗冻基因的千禧果细胞;将成功转化的千禧果细胞经脱分化形成愈伤组织后,再通过再分化过程培育成植株,再分化过程通过调节生长素和细胞分裂素的比例诱导愈伤组织分化出根或芽。新形成的植株含有抗冻基因,在低温或寒冷条件下筛选出具有抗冻性状的千禧果植株。(4)根据图示反应原理,待测抗原中的目标抗原和酶标记抗原竞争结合固相抗体,标记抗原的酶可催化白色底物变为蓝色产物,所以如果抗冻千禧果提取物中抗冻蛋白的含量越少,则酶标记抗原和抗体结合得越多,催化生成的蓝色产物就越多,检测体系蓝色就越深。本检测方法中的单克隆抗体可经杂交瘤细胞体外培养或注射到小鼠腹腔克隆化培养后,分别从细胞培养液、小鼠腹水中提取。
3.(1)无菌水　唯一碳源　干热灭菌(或湿热灭菌,或高压蒸汽灭菌)
(2) GGTACCGTACCTTTGT　红霉素
(3)Adh基因过量表达使Adh酶增多,与P酶竞争结合乙酰辅酶A
(4)①高温发酵可杀灭杂菌或抑制杂菌的生长,从而减少污染;②高温能够促进乙醇的回收,有利于连续蒸馏;③嗜热厌氧杆菌在大规模培养时不需要供氧;④高温环境下微生物代谢活性及产物转化率较高
[解析] (1)研究者将取样器放入温泉底部取样,加入含有无菌水的锥形瓶中稀释。纤维素中富含碳元素,可以将稀释液接种到以纤维素为唯一碳源的培养基中初步获得能降解纤维素的嗜热厌氧杆菌。玻璃器皿可以用干热灭菌(或高压蒸汽灭菌)法进行灭菌。(2)①EcoRⅠ会破坏标记基因(红霉素抗性基因),应该选用XbaⅠ、KpnⅠ对目的基因和质粒进行切割,若要目的基因以正确方向插入质粒,引物1应携带KpnⅠ识别的碱基序列GGTACC。PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3'端通过碱基互补配对结合,故引物1的碱基序列为5'GGTACCGTACCTTTGT3'。②在含有红霉素的选择培养基上,不含红霉素抗性基因的嗜热厌氧杆菌不能生存,导入重组质粒的嗜热厌氧杆菌因为含红霉素抗性基因而能正常生存,从而起到筛选作用。(3)乙酰辅酶A在Adh酶的作用下能转化为乙醇,在P酶的作用下能转化为乙酸,Adh基因过量表达使Adh酶增多,与P酶竞争结合乙酰辅酶A,从而导致乙醇产量提高,副产物乙酸产量下降。(4)由题干信息可知,相对于传统的发酵菌株,利用嗜热厌氧杆菌发酵产乙醇主要优势有①高温发酵可杀灭杂菌或抑制杂菌的生长,从而减少污染;②高温能够促进乙醇的回收,有利于连续蒸馏;③嗜热厌氧杆菌在大规模培养时不需要供氧;④高温环境下微生物代谢活性及产物转化率较高。
4.(1)同源染色体的非姐妹染色单体　线性化质粒两端同源的DNA序列和目的基因的部分序列
(2)保障目的基因和质粒的正确连接(防止目的基因、质粒的自身环化及目的基因与质粒的反向连接)　在重组酶的作用下可以实现载体上任一位点与目的基因的重组
(3)1号、2号细胞未实现同源重组,3号细胞实现了同源重组
[解析] (1)基因重组的方式有同源染色体上非姐妹染色单体之间的互换和非同源染色体上非等位基因之间的自由组合,同源染色体上非姐妹染色单体之间的互换为体外同源重组提供了依据。图中B过程需要的正向引物和反向引物的序列中都有线性化质粒两端同源的DNA序列和目的基因的部分序列,才能采用PCR技术扩增目的基因。(2)采用双酶切法构建目的基因表达载体时产生的黏性末端不同,保障目的基因和质粒的正确连接(防止目的基因、质粒的自身环化及目的基因与质粒的反向连接),与双酶切法相比,同源重组法构建基因表达载体的突出优点是在重组酶的作用下可以实现载体上任一位点与目的基因的重组。(3)对比图甲、乙、丙可知,3号条带最大,且长度是载体和目的基因之和,则说明实现了同源重组。