2023届高考生物二轮复习专题基因工程(二)作业含答案

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第4练　基因工程(二)一、 非选择题 1. (2022·苏锡常镇四市二模)目的基因在酵母菌细胞中表达出的蛋白可能被细胞内的蛋白酶降解，某科研团队构建重组表达载体解决了此问题。下图为该重组表达载体构建示意图，图中改造了的目的基因序列融合了信号肽的核酸序列S和2个合成的核酸序列Z，信号肽能引导融合蛋白出胞，折叠后的Z肽段能与抗体IgG结合。请据图回答有关问题。(1) Ori是基因组的复制起始序列，是________酶的作用位点，该序列富含________碱基对。(2) Plac是启动子序列，是________酶的作用位点，转录沿DNA模板链的________方向进行。(3) 双酶切是构建表达载体的重要环节。下列关于双酶切的叙述，正确的是________。A. 目的基因内不能含有所选的酶切位点B. 2个酶切位点距离越近酶切效果越佳C. 若2种限制酶最适温度相差较大，应实行2次单酶切D. 确保酶切位点一个产生黏性末端另一个产生平末端，方可避免载体自连(4) 为使目的基因能定向插入载体，需对目的基因进行改造，通常的做法是____________________________。检验表达载体是否已经准确连接了目的基因，需对扩增的表达载体再次双酶切处理，完全酶切后经电泳处理，理想的结果有______条条带。目的基因进入受体细胞后，可能存在的复制形式有__________________________。(5) 菌种选育成功后，生产实践中可用含有________的琼脂糖层析柱纯化融合蛋白。 2. (2022·扬州中学月考)膀胱癌是泌尿系统最常见的肿瘤，传统的检测方法存在诸多不足。研究者尝试使用噬菌体展示技术(将外源基因插入到噬菌体DNA上并将表达的蛋白呈现至噬菌体表面的一种技术)获取能与膀胱癌细胞特异性结合的小分子多肽。(1) 与大肠杆菌相比，噬菌体在结构上最主要的特点是______________。建立噬菌体展示库需要用到的工具酶有__________________，该过程中________(填“需要”或“不需要”)用CaCl2溶液处理大肠杆菌。(2) 研究者以膀胱癌细胞特异性表达的UBC蛋白作为靶蛋白，设计出多种基因片段，将其分别转入不同噬菌体DNA上，并在子代噬菌体表面表达出可与UBC特异性结合的多肽，再根据图1、2的操作进行筛选。根据题意将正确的选项填在下表①②横线处。图1　第一次洗脱前　　图2　第二次洗脱后 特异性结合将UBC固定，加入①________混合温育洗脱第一次：非特异性洗脱液；第二次：含UBC单抗的洗脱液收集收集②________，提取DNA进行测序A. 噬菌体　　　　B. 大肠杆菌　　　　    C. UBC单抗 D. 第一次洗脱完的液体    E. 第二次洗脱完的液体(3) 从筛选出的噬菌体中获得了1种相应的多肽S，对多肽S和UBC的结合力做了进一步检测，结果如图3所示。据图分析，①和②处应添加的物质分别为________、________(填“无关抗体”或“UBC”单抗)，由此可知，多肽S的结合力____________________________________________________________________。图3　相对结合力检测结果(4) 研究者分别将人的肺癌细胞、膀胱癌细胞、膀胱上皮细胞置于动物细胞培养液中，放在____________中37 ℃恒温培养。将筛选的多肽S进行荧光标记，分别与上述细胞混合温育处理1.5 h，使用荧光显微镜观察细胞，预期结果是________________，依据是________________________________________________________________________。(5) 关于噬菌体展示技术的叙述，正确的是________。A. 噬菌体简单的结构组成将内部基因与表达在外部的蛋白质建立联系B. 筛选的高效性和特异性，使挑选到高亲和力的抗体成为可能C. 所挑选到的微量存在的噬菌体可通过感染大肠杆菌得到富集扩大D. 与单克隆抗体技术相比，其产量较低，无法大量制备 3. (2022·南通四模)β­地中海贫血是一种常染色体隐性遗传病，我国南方这种遗传病的常见病因是血红蛋白 β 珠蛋白基因(HBB)编码区 4 个碱基(3′－CTTT－5′)缺失。下图 1 是一种基因治疗 β­地中海贫血的技术路线，图 2 是图 1 过程③外源 DNA 导入 iPS 细胞(诱导多能干细胞)后，在细胞内利用 CRISPR/Cas9 基因编辑系统和外源单链 DNA 及 DNA 自我修复系统进行基因治疗的主要过程。请据图回答问题。图1　　　　图2(1) 利用患者的成纤维细胞诱导形成 iPS 细胞，不仅可以避免在进行细胞移植时发生______，还因为 iPS 细胞能____________________________________，可获得足够多的回输细胞。(2) 根据图 2 分析，在利用CRISPR/Cas9 基因编辑技术进行基因修复时，需要根据________设计2种gRNA；导入单链 DNA 作为修复模板的目的是___________________。(3) 图 1的过程③中，研究人员将 gRNA 基因与Cas9 基因分别整合到不同的载体中，这是因为整合到同一载体中会________________，不容易导入细胞。研究人员将 gRNA 载体、Cas9 载体和单链 DNA 按一定比例与 iPS 细胞混合后，对混合液进行瞬时高压电激处理，其目的是____________________________。(4) 导入 iPS 细胞的 gRNA 基因和 Cas9基因需要利用细胞中的________催化合成 gRNA 和 Cas9 mRNA，后者指导合成 Cas9 蛋白，并组装成CRISPR/Cas9 系统。图 2 中酶 B 的功能是_______________________________________。(5) 为检测 iPS 细胞中 HBB 基因是否正确修复，研究人员设计特异引物时，最好将插入片段(CTTT)或互补序列设计在引物的______端。在 PCR 时可______________，以提高引物结合的特异性。 4. (2022·连云港三模)研究人员利用农杆菌介导法和花粉管通道法培育出转抗寒基因PgLCBF1的月季石榴，主要过程如下图所示。请回答下列问题。(1) 质粒pBI121的复制原点中A－T比例高，有利于________。过程①用限制酶XbaⅠ分别切割质粒和抗寒基因，原因是______________________________________。(2) 过程②筛选时，应将菌液用____________法接种培养，使用的培养基除水、无机盐、碳源、氮源和生长因子外，还应加入的物质有____________。实验中过程③扩大培养的主要目的是________________________________________________________________________。(3) 转基因农杆菌借助萌发的花粉管运输，将PgLCBF1导入________中，最终获得转基因种子，经播种、筛选出抗寒月季石榴新品种。与农杆菌直接转化月季石榴叶肉细胞相比，花粉管通道转化法具有的优点有___________________________________________________。(4) 为探究上述农杆菌菌液浸染的合适介质和时期，研究人员进行了如下实验，请完成下表。 实验步骤简要操作过程采集花粉摘取花粉成熟的月季石榴花，自然阴干，收集花粉配制不同介质配制植物组织培养液(MS)、质量浓度为5%蔗糖溶液、MS＋5%蔗糖混合溶液配制农杆菌浸染液取5 mL转基因农杆菌菌液，分别与①______________________混匀②__________蘸取收集好的花粉，轻轻点涂在花柱的柱头上浸染转化分别在授粉时和授粉后24 h，选择柱头未开裂的花，③________________________________________，并作标记，每个处理浸染10朵花结果统计分析分组获得月季石榴种子，催芽播种、培植植株，统计坐果率、种子出芽率和转化阳性率。(坐果率＝坐果数/浸染花数×100%；出芽率＝出芽数/播种数×100%；转化阳性率＝转化成功的株数/播种数×100%) 5. (2022·南京三模)基因工程自20世纪70年代兴起后，在农牧业、医药卫生和食品工业等方面，展示出广阔的前景。下图是通过基因工程获得转基因生物或产品的流程图，请结合相关知识回答下列问题。(1) 转基因生物反应器是指利用基因工程技术手段将外源基因转化到受体中进行高效表达，从而获得具有重要应用价值的表达产物的生命系统，包括转基因动物、转基因植物和转基因微生物。①若利用图示流程构建小鼠乳腺生物反应器批量生产人抗利尿激素，应先从人体________细胞中获取总RNA，通过反转录获得cDNA，再PCR后获得抗利尿激素基因。一条单链cDNA在PCR仪中进行n次循环，需要消耗______个引物。构建的表达载体导入的受体细胞是________。膀胱反应器有着和乳腺反应器一样的优点：收集产物蛋白比较容易，不会对动物造成伤害。此外膀胱生物反应器还具有的显著优势在于不受转基因动物的__________(答2点即可)的限制，而且从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取更简便、高效。②若图中的受体细胞是大肠杆菌，通常用Ca2＋处理大肠杆菌，其目的是使大肠杆菌处于感受态，有利于____________________________。理论上制备能分泌抗利尿激素的“工程菌株”时，酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞，从细胞结构与功能的角度分析，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2) 全球新冠疫情形势依然非常严峻，新冠病毒疫苗的研制和新冠病毒的快速检测的研究均已有所突破。①目前，新冠疫苗有灭活疫苗、基因疫苗、蛋白疫苗等。利用图示流程制备新冠病毒S蛋白疫苗。图中质粒A上m、n分别是启动子和终止子，箭头处是限制酶的切点(NcoⅠ∶5′-C↓CATGG-3′；NheⅠ∶5′-G↓GATCC-3′)，根据S蛋白的RNA制备的目的基因S无法与载体A连接，需要在S基因两侧加接末端，若b链处加接末端5′-GATC，则在a链处加接末端5′-________。由图推测，目的基因S转录的模板链是______(填“a链”或“b链”)。②2022年3月11日，国家卫健委印发《新冠病毒抗原检测应用方案(试行)》，增加抗原检测作为核酸检测的补充手段。抗原检测采用双抗体夹心法，其原理如下图所示。结合垫处含有足量的、可移动的、与胶体金结合的抗体1，T处固定有抗体2，抗体1和抗体2与新冠病毒表面同一抗原N蛋白的不同位点发生特异性结合，呈红色。C处固定有抗体1的抗体，与抗体1结合也呈红色。检测过程中反复进行了抗原—抗体的特异性结合，若检测结果为阳性，则过程中此特异性结合共发生________次。若待测样本中不含新冠病毒，显色结果为______________，结果为阴性。③利用单克隆抗体制备技术制备试剂盒中的抗体1。先给小鼠注射纯化的N抗原蛋白，一段时间后，从小鼠的________(免疫器官)中获取已免疫的B淋巴细胞，将获得的细胞与骨髓瘤细胞融合，再经过选择培养基筛选、________________，获得产生特定抗体的杂交瘤细胞，再经体外培养或注射到小鼠腹腔内培养，最终获得抗N抗原蛋白的单克隆抗体。第4练　基因工程(二)1. (1) 解旋　A－T(2) RNA聚合　3′→5′端　(3) AC(4) 设计P1、P2引物时在其5′端接上适宜的酶切位点(序列)　2　随载体进行复制；(整合到染色体DNA上，)随染色体一起复制(5) IgG解析：(1) DNA的复制需要解旋酶破坏氢键，复制起始序列和解旋酶结合，开始复制；该序列富含A－T碱基对，氢键较少，双螺旋容易打开。(2) 启动子是启动转录的地方，与RNA聚合酶结合，启动转录；RNA聚合酶只能识别DNA模板链的3′端，因此转录沿着DNA模板链的3′→5′端方向进行。(3) 目的基因内不能含有所选的酶切位点，否则容易被酶切而被破坏，A正确； 2个酶切位点距离越近，酶切容易混乱，难以得到两个不同的黏性末端，B错误；若2种限制酶最适温度相差较大，应实行2次单酶切，否则同时用其中的一种酶容易失活，C正确；使用两种不同的酶，使其产生两个不同的黏性末端，也能避免载体自连，不需要确保酶切位点一个产生黏性末端，另一个产生平末端，D错误。故选AC。(4) 为使目的基因能定向插入载体，目的基因的两端也应该有相应的酶切位点，因此在PCR时，在引物里(5′端)应包含酶切位点；若表达载体已经准确连接了目的基因，则应含有原来两个酶切位点，因此再用相应的双酶切，能得到两个片段；目的基因进入受体细胞后，可以随载体进行复制，也可以整合到染色体上进行复制。(5) 折叠后的Z肽段能与抗体IgG结合，因此生产实践中可用含有IgG的琼脂糖层析柱纯化融合蛋白。2. (1) 没有细胞结构　限制酶和DNA连接酶　不需要(2) ①A　②E(3) UBC单抗　无关抗体　略低于(接近)UBC单抗，远高于无关抗体和无菌水(4) CO2培养箱　只有膀胱癌细胞显示了荧光，其他细胞都不显示荧光　多肽S只能和膀胱癌UBC特异性结合，不能与其他细胞特异性结合(5) ABC解析：(1) 噬菌体是DNA病毒，大肠杆菌是原核生物，由原核细胞构成，故与大肠杆菌相比，噬菌体在结构上最主要的特点是没有细胞结构。建立噬菌体展示库过程首先需要用限制酶切割含有外源基因的外源DNA分子和噬菌体，其次用DNA连接酶连接外源基因和噬菌体形成重组DNA分子。由于噬菌体可以侵染大肠杆菌，将重组DNA分子注入大肠杆菌，因此在噬菌体展示库的构建过程中，不需要利用CaCl2处理大肠杆菌以制备感受态细胞。(2) 噬菌体的遗传物质是DNA，侵染大肠杆菌后，以噬菌体的DNA为模板合成噬菌体的DNA；原料来自大肠杆菌，合成场所也在大肠杆菌。多种基因分别转入不同噬菌体DNA上，表达出可与UBC特异性结合的多肽，要检测哪个噬菌体能表达出与UBC特异性结合的多肽，需要将UBC与①噬菌体混合，故选A；第一次洗脱掉的是不能特异性结合的，第二次是将与UBC单抗结合的洗脱下来，因此收集②第二次洗脱的液体，提取DNA进行测序，即为与UBC特异性结合的多肽对应的基因，故选E。(3) 判断多肽S与UBC的结合力，以UBC与UBC单抗的结合力作为条件对照，第一组加入的应是UBC＋UBC单抗；第二组加入的应是多肽S＋UBC，第三组为UBC＋无关抗体，第四组为UBC＋无菌水，因此①为UBC单抗，②为无关抗体；结合图示可知，多肽S的结合力略低于(接近)UBC单抗，远高于无关抗体和无菌水。(4) 5% CO2培养箱可以模拟体内环境，常用来培养动物细胞，故人的肺癌细胞、膀胱癌细胞、膀胱上皮细胞放在CO2培养箱中37℃恒温培养。由于多肽S只能和膀胱癌UBC特异性结合，不能与其他细胞特异性结合，因此多肽S使得膀胱癌细胞显示了荧光，其他细胞都不显示荧光。(5) 噬菌体展示技术作为一种新兴的蛋白质研究技术，是将外源基因插入到噬菌体DNA上并将表达的蛋白呈现至噬菌体表面的一种技术。噬菌体属于病毒，简单的结构组成将内部基因与表达在外部的蛋白质建立联系，A正确；筛选的高效性和特异性，使挑选到高亲和力的抗体成为可能，B正确；噬菌体是病毒，能在大肠杆菌大量繁殖，所以所挑选到的微量存在的噬菌体可通过感染大肠杆菌得到富集扩大，C正确；噬菌体展示技术是一种新型的抗体制备技术，可以大量制备，D错误。3. (1) 免疫排斥　在体外培养时不断增殖，并可诱导分化形成造血干细胞(2) HBB碱基缺失部位两侧的核苷酸序列　正确修复基因(能获得在指定部位插入缺失碱基CTTT的正常HBB基因)(3) 使重组DNA分子过大　使重组载体和单链DNA更易导入iPS细胞(4) RNA聚合酶　催化游离脱氧核苷酸连接到核苷酸链上(催化以导入的单链DNA为模板的核苷酸链的延伸)(5) 3′　适当提高退火温度4. (1)  解旋　形成相同的黏性末端，便于将目的基因插入到质粒特定部位(2) 稀释涂布平板　琼脂、新霉素　使转基因大肠杆菌快速增殖，获得更多重组质粒(3) 受精卵　操作简单、直接，不需要植物组织培养过程(4) ①等量的上述不同介质(MS培养液、5%蔗糖溶液和MS＋5%蔗糖混合液)　②人工授粉　③用等量不同的农杆菌浸染液涂抹传粉后的月季石榴花柱头5. (1)  ①下丘脑　2n－1　受精卵　性别、年龄　②吸收周围环境中DNA分子　酵母菌是真核生物，具有内质网、高尔基体，可对蛋白质加工并分泌到细胞外，便于提取(2) ①CATG　b链　②3　只有C处出现红色　③脾脏　克隆化培养和专一抗体检测解析：(1) ①要批量生产人抗利尿激素，人的抗利尿激素基因在下丘脑中表达，所以需要从下丘脑细胞中获取总RNA，再经过逆转录形成cDNA；一条单链cDNA在PCR仪中进行n次循环，共产生2n－1个DNA分子，所以共有2n条链，其中2n－1条链是新合成的，需要引物，所以需要2n－1个引物。实验目的是要获得小鼠乳腺生物反应器，所以需要将基因表达载体导入动物细胞的受精卵中；与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物，不受动物的性别和年龄的限制。②用Ca2＋处理大肠杆菌，其目的是使大肠杆菌处于感受态，有利于吸收周围环境中DNA分子；大肠杆菌是原核生物，没有细胞器，而酵母菌是真核生物，具有内质网、高尔基体，可对蛋白质加工并分泌到细胞外，便于提取，所以制备能分泌抗利尿激素的“工程菌株”时，酵母菌比大肠杆菌更适合作为受体细胞。(2) ①根据题干信息，质粒用了NcoⅠ和NheⅠ进行切割，分别产生了5′－CATG－3′和5′－GATC－3′的黏性末端，所以需要在S基因b链处加接末端5′－GATC和a链处加接末端5′－CATG的黏性末端，使其能够互补配对；b链处加接末端5′－GATC，所以和质粒的NheⅠ切割处相连，a链和质粒上限制酶酶切位点NcoⅠ相连，转录方向为m→n，且转录只能从模板链的为3′端开始，因此b链是模板链。②若检测结果为阳性，则这种结合有3次，第一次是与结合垫上的抗体1结合，第二次与T处垫上固定有抗体2结合，第三次是与C处垫上固定有抗体1的抗体结合。若待测样本中不含新冠病毒，则不会与结合垫上的抗体1结合，也不会和T处抗体2结合，但由于抗体1是可移动的，所以游离的抗体1移动至C处，C处固定有抗体1的抗体，与抗体1结合也呈红色，因此C处将变红，所以如果只有C处出现红色，则结果为阴性。③在制备抗体1的过程中，将从免疫(注射一种纯化的抗原蛋白)小鼠的脾脏中获取的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，将获得的细胞与骨髓瘤细胞融合，再经过选择培养基筛选、克隆化培养和专一抗体检测，获得产生特定抗体的杂