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2016届高三生物第一轮复习 专题1 基因工程练习 新人教版选修3







(40 分钟

程练习教师版
100 分)

1.(16 分)质粒是基因工程中最常用的载体,质粒上有标记基因,如图所示,通过标记基因可推知外源基因 插入的位置,插入位置不同,细菌在培养基上的生长情况也不同。如图表示外源基因的插入位置(插入点 有 a、b、c)。

Ⅰ.(1)质粒的基本组成单位是



(2) 将 细 菌 放 在 含 有 四 环 素 、 氨 苄 青 霉 素 的 培 养 基 中 培 养 , 属 于 基 因 工 程 操 作 中 的 步骤。 Ⅱ.设计实验探究外源基因插入的位置。 (3)步骤: ①将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。 ②分组:将细菌平均分成两组并标号为 1、2。 ③培养: 将第 1 组细菌放入 培养。 ④观察并记录结果。 (4)预测实验结果及结论: ①若 1 组、2 组均能正常生长,则外源基因插入点是 ②若 1 组能正常生长,2 组不能生长,则外源基因插入点是 ③若 1 组不能生长,2 组能正常生长,则外源基因插入点是 。 。 。 中培养, 将第 2 组细菌放入 中

【解析】(1)质粒是小型环状 DNA 分子,其基本组成单位是脱氧核苷酸。 (2)抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因都属于标记基因,其目的是便于目的基因的检测与鉴定。 (3)分别将导入外源基因的细菌放在含氨苄青霉素的培养基和含四环素的培养基中进行培养,观察能否生 长。 (4)若目的基因插入 a 点,则受体细胞既具有抗四环素的能力,又具有抗氨苄青霉素的能力;若目的基因
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插入 b 点,则受体细胞只具有抗四环素的能力;若目的基因插入 c 点,则受体细胞只具有抗氨苄青霉素的 能力。以此可判断目的基因插入的位置。 答案:(1)脱氧核苷酸 (2)目的基因的检测与鉴定 (3)③含氨苄青霉素的培养基 (4)①a ②c ③b 2.(20 分)(2014·天津高考)嗜热土壤芽孢杆菌产生的β -葡萄糖苷酶(BglB)是一种耐热纤维素酶,为使其 在工业生产中更好地应用,开展了以下试验: Ⅰ.利用大肠杆菌表达 BglB 酶 (1)PCR 扩增 bglB 基因时,选用 基因组 DNA 作模板。 含四环素的培养基

(2)下图为质粒限制酶酶切图谱。bglB 基因不含图中限制酶识别序列。为使 PCR 扩增的 bglB 基因重组进该 质粒,扩增的 bglB 基因两端需分别引入 和 不同限制酶的识别序列。

(3)大肠杆菌不能降解纤维素,但转入上述构建好的表达载体后则获得了降解纤维素的能力,这是因为 。 Ⅱ.温度对 BglB 酶活性的影响 (4)据图 1、2 可知,80℃保温 30 分钟后,BglB 酶会 度最好控制在 A.50℃ (单选)。 B.60℃ C.70℃ D.80℃ ;为高效利用 BglB 酶降解纤维素,反应温

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Ⅲ.利用分子育种技术提高 BglB 酶的热稳定性 在 PCR 扩增 bglB 基因的过程中,加入诱变剂可提高 bglB 基因的突变率。经过筛选,可获得能表达出热稳 定性高的 BglB 酶的基因。 (5)与用诱变剂直接处理嗜热土壤芽孢杆菌相比, 上述育种技术获取热稳定性高的 BglB 酶基因的效率更高, 其原因是在 PCR 过程中 A.仅针对 bglB 基因进行诱变 B.bglB 基因产生了定向突变 C.bglB 基因可快速累积突变 D.bglB 基因突变不会导致酶的氨基酸数目改变 【解题指南】(1)图示信息:Ⅰ.质粒作为载体,应具备的结构有限制酶切割位点、启动子、终止子和标记 基因等。Ⅱ.图 1 表示温度对酶活性的影响,图 2 表示不同温度下酶的热稳定性的大小。 (2)关键知识:获取目的基因、基因表达载体的构建、酶的活性和热稳定性、诱变育种的原理。 【解析】本题考查基因工程、酶的活性和变异的相关知识。 (1)bglB 基因存在于嗜热土壤芽孢杆菌基因组中,故应以该菌的基因组 DNA 为模板进行 PCR 扩增。 (2)目的基因与质粒进行重组时,需将目的基因插入启动子和终止子之间,且应靠近启动子和终止子,结 合示意图可知,应在扩增的 bglB 基因两端分别引入 NdeⅠ和 BamHⅠ两种限制酶的识别序列。 (3)该基因表达载体中含有 bglB 基因,其可表达产生β -葡萄糖苷酶,可分解纤维素,这样大肠杆菌就获
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(多选)。

得了分解纤维素的能力。 (4)由图 2 可知,BglB 酶在 80℃保温 30 分钟后,就会失活;由图 1 可知,当温度为 60~70℃时,酶活性 较高,而由图 2 可知,70℃保温 30 分钟,酶活性会减弱,而 60℃保温 30 分钟后酶活性基本不发生变化, 由此可知为高效利用 BglB 酶降解纤维素,反应温度最好控制在 60℃。 (5)在 bglB 基因扩增过程中加入诱变剂进行诱变处理,相比于诱变剂直接处理嗜热土壤芽孢杆菌,针对性 更强; 基因突变是不定向的; 由于 PCR 过程中基因扩增即 DNA 复制快速进行, 发生突变后可进行快速累积, 进而便于筛选;基因突变可能导致氨基酸数目的改变,如突变后的密码子变为终止密码子,可导致蛋白质 合成提前终止,进而导致氨基酸数目变少。 答案:(1)嗜热土壤芽孢杆菌 (2)NdeⅠ BamHⅠ (3)转基因的大肠杆菌分泌出有活性的 BglB 酶 (4)失活 B (5)A、C 【易错提醒】限制酶的使用及作用特点的三点提醒 (1)获取目的基因和切割载体时不能选用识别两种序列的限制酶,否则产生的碱基末端不相同。 (2)当限制酶剪切目的基因一次时,获得的黏性末端或平末端有 2 个,而不是 1 个,若剪切目的基因两次, 共产生 4 个黏性末端或平末端。 (3)限制酶切割载体的切割位点并不是任意的,必须保证至少有 1 个标记基因的完整性,以便于检测。 3.(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 在 酶的催化下,合成互补的单链 DNA,然后 序列,推测出相 序列,再通过

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

应的 mRNA 序列,然后按照碱基互补配对原则,推测其 DNA 的 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 苷酸和耐热性的 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 种脱氧核糖核

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(4)在基因工程中,常用 Ca 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(反)转录法合成目的基因的过程是: 以 mRNA 为模板, 在逆(反)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 Ca 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 4.(15 分)(2015·吉林模拟)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):
2+

2+

(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 (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 进行连接。

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。
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(4) 图 中 ③ 和 ④ 过 程 分 别 叫 做 是 。

,将叶盘培养成草莓幼苗所依据的原理

(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 用 的方法进行检测。

,通常采

【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 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 Ca 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)Ca (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 5.(12 分)(2015·唐山模拟)生物分子间特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理 “蛋白质-DNA 复合体”获得 DNA 片段信息的过程图。
2+ 2+

据图回答: (1)过程①酶作用的部位是 (2)①②两过程利用了酶的 , 此过程只发生在非结合区 DNA, 过程②酶作用的部位是 特性。 。

(3)若将得到的 DNA 片段用于构建重组质粒,需要将过程③的测序结果与 酶的识别序列进行比对,以确定选用何种酶。 (4)如果复合体中的蛋白质为 RNA 聚合酶,则其识别、结合的 DNA 序列区为基因的 (5)以下研究利用了生物分子间特异性结合性质的有 (多选)。
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A.分离得到核糖体,用蛋白酶酶解后提取 rRNA B.用无水乙醇处理菠菜叶片,提取叶绿体基粒膜上的光合色素 C.通过分子杂交手段,用荧光物质标记的目的基因进行染色体基因定位 D.将抑制成熟基因导入番茄,其 mRNA 与催化成熟酶基因的 mRNA 互补结合,终止后者翻译,延迟果实成熟 【解析】(1)DNA 酶作用于 DNA 分子后,若将 DNA 分子切割成片段,应作用于磷酸二酯键,蛋白酶作用于蛋 白质中的肽键。 (2)酶的作用特点是具有专一性。 (3)若用 DNA 片段构建重组质粒,需要与限制性核酸内切酶切割的识别序列进行比对,选用切割后获得的 相同片段所对应的限制性核酸内切酶进行切割。 (4)RNA 聚合酶特定结合启动子中 RNA 聚合酶结合位点。 (5)蛋白酶特定处理蛋白质,DNA 分子杂交和 mRNA 与基因的互补都体现了碱基互补配对原则。 答案:(1)磷酸二酯键 肽键 (2)专一性 (3)限制性核酸内切 (4)启动子(或转录起始区) (5)A、C、D 6.(15 分)图 1 表示含有目的基因 D 的 DNA 片段长度(bp 即碱基对)和部分碱基序列,图 2 表示一种质粒的 结构和部分碱基序列。现有 MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4 种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列 和酶切位点分别为 C CGG、G GATCC、 GATC、CCC GGG。请回答下列问题:
↓ ↓ ↓ ↓

(1)图 1 的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 (2) 若 用 限 制 酶 SmaⅠ 完 全 切 割 图 1 中 DNA 片 段 , 产 生 的 末 端 是 为 。

连接。 末端,其产物长度

(3)若图 1 中虚线方框内的碱基对被 T-A 碱基对替换,那么基因 D 就突变为基因 d。从杂合子中分离出图 1 及其对应的 DNA 片段,用限制酶 SmaⅠ完全切割,产物中共有 种不同长度的 DNA 片段。

(4)若将图 2 中质粒和目的基因 D 通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶 是 。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加 的培养基
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进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因 D 不能正确表达,其最可能的原因 是 【解题指南】解答本题特别关注以下三点: (1)明确碱基、磷酸和脱氧核糖之间的连接关系。 (2)准确识别各种限制酶的切割位点。 (3)知道重组质粒中最少含有一种抗性基因。 【解析】(1)两条脱氧核苷酸链之间的碱基通过氢键相连,一条脱氧核苷酸链中相邻的碱基通过脱氧核糖磷酸-脱氧核糖连接。 (2)根据限制酶 SmaⅠ识别的碱基序列可知,限制酶 SmaⅠ切割产生的末端为平末端。在图 1 序列中共有 2 个 SmaⅠ的切割位点,切割后形成 3 种不同长度的产物,分别为 537 bp、790 bp、661 bp。 (3)图 1 中有 SmaⅠ的两个识别序列,完全切割后产生 3 个不同长度的 DNA 片段,若虚线方框中的碱基对被 T-A 碱基对替换,再经 SmaⅠ识别并完全切割后会产生 2 个 DNA 片段,其中 1 个 DNA 片段与未替换前完全 切割的相同,因此经完全切割后共产生 4 种不同长度的 DNA 片段。 (4)切割目的基因可选用限制酶 BamHⅠ和限制酶 MboⅠ, 但限制酶 MboⅠ可将质粒中的抗生素 A 抗性基因和 抗生素 B 抗性基因都破坏,而限制酶 BamHⅠ只破坏抗生素 A 抗性基因,因此只能选用限制酶 BamHⅠ;重 组质粒中含有抗生素 B 抗性基因,因此可在含抗生素 B 的培养基上培养。 答案:(1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖 (2)平 537 bp、790 bp、661 bp (3)4 (4)BamHⅠ 抗生素 B 同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因 D 与质粒反向连接 【延伸探究】 (1)若本题(1)中“一条”换为“两条”,则依靠什么结构连接? 提示:DNA 两条链通过碱基互补配对形成氢键的方式连接在一起。 (2)对图 2 所示的质粒用 MboⅠ限制酶切割后,放在含有抗生素 A 的培养基中培养,能否生长?为什么? 提示:不能生长。因为抗生素 A 抗性基因中含有 GATC 序列,一旦用 MboⅠ限制酶切割该质粒后,会破坏该 基因,从而无法抵抗抗生素 A。 7.(10 分)家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养,可提取干 扰素用于制药。 (1)进行转基因操作前,需用 酶短时处理幼蚕组织,以便获得单个细胞。 。

(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达,需要把来自 cDNA 文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的 和 之间。
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(3)PCR 反应体系的主要成分应包含:扩增缓冲液 ( 含 Mg ) 、水、 4 种脱氧核糖核苷酸、模板 DNA 、 和 。

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(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时,贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠 放入反应器中,这样可以 ,增加培养的细胞数量,也有利于空气交换。

【解析】(1)利用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理动物组织可获得单个细胞。(2)来自 cDNA 文库中的目的基因 不含复制原点、标记基因、启动子和终止子等,故需将该目的基因插入启动子和终止子之间。(3)PCR 技术 是在体外高温条件下进行的,需利用热稳定的 DNA 聚合酶(如 TaqDNA 聚合酶)。由于 DNA 聚合酶只能将单 个脱氧核苷酸连接在一个片段上,所以在 PCR 反应体系中还需加入引物。(4)据题意可知,反应器中放入 多孔中空薄壁小玻璃珠可扩大细胞贴壁生长的附着面积,有利于细胞增殖。 答案:(1)胰蛋白(或胶原蛋白) (2)启动子 终止子 (3)对干扰素基因特异的 DNA 引物 (4)扩大细胞贴壁生长的附着面积 TaqDNA 聚合酶

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