专题十六 基因工程和细胞工程

1．(2017年天津市和平区生物一模)已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原。疫苗的生产和抗体的制备流程如图1所示。请回答下列问题：

(1)过程①代表的是___逆转录__，过程③构建A基因重组载体时，启动子和终止子是重新构建的，它们应该能被受体细胞的___RNA聚合酶__所识别，以便于其催化转录过程。

(2)如图2为A基因的结构示意图，已知Ⅱ区的碱基数是2000个，其中阴影区域碱基数是800个，空白区域中G和C的总数共有400个，则由该区域能指导蛋白质合成的片段转录产生的mRNA中A和U总数是___400__个。

(3)在给小鼠皮下注射A蛋白时，要重复注射几次的目的是通过二次免疫，增加小鼠体内的___浆细胞__数目。

(4)在将X进行扩大培养前，至少需要经过2次筛选，第一次是将___杂交瘤细胞__筛选出来，第二次是将___能分泌所需抗体的杂交瘤细胞__筛选出来。

(5)对健康人进行该传染病免疫预防时，可选用图中基因工程生产的___A蛋白__来制备疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可以从疑似患者体内分离出病毒与已知病毒进行核酸序列比较，或用图中的___抗A蛋白的单克隆抗体__与分离出的病毒进行特异性检测。

[解析]　(1)由以上分析可知①是逆转录。启动子是RNA聚合酶识别和结合的位点，能启动转录过程。(2)已知图中Ⅱ区的碱基数是2000个，其中阴影区域碱基数是800个，则空白区域中碱基总数为1200个，又已知空白区域中G和C的总数为400个，则A＋T总数为800个，每条链中A＋T总数为400个，根据碱基互补配对原则，由该区转录形成的成熟mRNA中A和U总数也是400个。(3)在给小鼠皮下注射A蛋白时，要重复注射几次的目的是通过二次免疫，增加小鼠体内的浆细胞数目。(4)在将X进行扩大培养前，至少需要经过2次筛选，第一次是用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，第二次是采用抗体阳性检测法筛选出能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞。(5)对健康人进行该传染病免疫预防时，可选用图中基因工程生产的A蛋白所制备的疫苗。对该传染病疑似患者确诊时，可以从疑似患者体内分离出病毒，与已知病毒进行核酸序列比较；或采用抗原—抗体杂交法，即用图中的抗A蛋白的单克隆抗体进行特异性结合检测。

2．(河北省衡水中学2017届高三下学期一模)转基因抗病香蕉的培育过程如图1所示，图2表示PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ和ApaⅠ四种限制酶的识别序列及酶切位点。请据图回答下列问题：

(1)质粒的化学本质是___DNA__。

(2)利用基因工程培育转基因抗病香蕉的核心步骤是形成重组质粒，即___基因表达载体的构建__；将目的基因导入受体细胞的方式是___农杆菌转化法__。

(3)将抗病基因从含抗病基因的DNA中切割下来，使用的限制酶是___PstⅠ和EcoRⅠ__，一个质粒被限制酶PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ同时切割后得到的DNA片段和粘性末端分别为___3、3－c__个。单独用ApaⅠ切割质粒后的片段是___和___。

(4)转基因抗病香蕉的培育发生了___基因重组__(变异类型)。卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，根据这一原理可利用含卡那霉素的培养基筛选已导入重组质粒的香蕉细胞。由此推断，重组质粒中应含有___卡那霉素抗性__基因作为标记基因。

[解析]　(1)质粒是一种小型的环状DNA分子。(2)基因工程的操作分四个步骤，其中构建目的基因的表达载体是核心步骤。图中将B的基因导入受体细胞的方法是农杆菌转化法。(3)从图1中的目的基因的三种限制酶的切割位点可以看出，不能使用SmaⅠ，否则会破坏目的基因的结构，只有利用另外两种限制酶才能将目的基因切割下来。用三种限制酶切割环状DNA，能得到3个DNA片段和3个黏性末端。根据图2中的ApaⅠ识别的碱基序列及切割位点可知，该酶切割质粒后得到的黏性末端是和。

(4)基因工程的原理是基因重组，利用含卡那霉素的培养基能筛选出抗卡那霉素的细胞，由此可以推断重组质粒中的标记基因是卡那霉素抗性基因。

3．(2017年福建省泉州市生物一模)利用基因工程技术培育转基因抗冻番茄。该过程需要用多种限制酶，如图依次表示EcoRⅠ、SmaⅠ、NaeⅠ三种限制酶的识别序列及切割位点。

请回答：

(1)上述限制酶在特定位点切割DNA，其实质是断开DNA分子每条链中特定部位的两个核苷酸之间的___磷酸二酯键__切割后产生了___黏性末端和平__末端。

(2)利用EcoRⅠ和NaeⅠ酶切得某种鱼的抗冻蛋白基因，可与被EcoRⅠ和SamⅠ酶切后的质粒连接成重组质粒，原因是___相同的黏性末端之间可连接，且不同的平末端之间也可以连接__。

(3)重组质料导入番茄后，欲检测抗冻蛋白基因是否转录出mRNA，需利用___标记的含有目的基因的DNA片段(或“标记的抗冻蛋白基因”或“标记的含有目的基因的DNA单链”)__作探针。

(4)利用抗冻蛋白制备出相应的___抗体__，然后进行抗原－抗体杂交，观察到杂交带出现，尚不足以确定转基因抗冻番茄培育是否成功。因此，还应将转基因番茄___置于寒冷环境培养(或进行个体水平检测或进行抗冻实验)__，以确定其耐寒能力是否提高。

[解析]　(1)限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，产生黏性末端和平末端。(2)EcoRⅠ酶切出黏性末端，SmaⅠ和NaeⅠ酶切出平末端，利用EcoRⅠ和NaeⅠ酶切得某种鱼的抗冻蛋白基因，可与被EcoRⅠ和SamⅠ酶切后的质粒连接成重组质粒，原因是相同的黏性末端之间可连接，且不同的平末端之间也可以连接。(3)欲检测目的基因是否转录出mRNA，需利用标记的含有目的基因的DNA片段作探针，进行核酸分子杂交，若出现杂交带，说明目的基因转录出了mRNA。(4)利用抗冻蛋白制备出相应的抗体，然后进行抗原－抗体杂交，观察到杂交带出现，尚不足以确定转基因抗冻番茄培育是否成功。因此，还应进行个体生物学水平的鉴定，将转基因番茄置于寒冷环境培养，以确定其耐寒能力是否提高。

4．(2017年东北三省三校高考生物一模)马铃薯是重要的经济作物，在基因育种方面取得丰硕成果。

(1)马铃薯是双子叶植物，常用___农杆菌转化__方法将目的基因导入马铃薯素体细胞中。构建好的基因表达载体基本结构有：目的基因、___启动子__、___终止子__、___标记基因__、复制原点五部分。

(2)马铃薯易患多种疾病，导致产量下降。基因工程中常用的抗病基因为___病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因__(写一种即可)。

(3)科学家还培育出抗除草剂的转基因马铃薯，主要从两个方面进行设计：

①修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂___不敏感(抵抗)__，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。

②引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前___被降解(分解)不敏感(抵抗)__。

(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行___检测和鉴定__。

[解析]　(1)马铃薯是双子叶植物，常用农杆菌转化法将目的基因导入双子叶植物体细胞中。构建好的基因表达载体基本结构有目的基因、标记基因、启动子、终止子、复制原点五部分。(2)基因工程中常用的抗病基因为病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因、抗毒素合成基因、几丁质酶基因。(3)①除草剂只能作用于杂草，不能作用于马铃薯，因此需要修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感(抵抗)，或使靶蛋白过量表达，植物吸收除草剂后仍能正常代谢。②也可以引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前被降解(分解)。(4)将目的基因导入受体细胞后，还需对转基因植物进行检测和鉴定。

5．(2017年广东省韶关市高考生物一模)基因工程自20世纪70年代兴起后，目前已成为生物科学的核心技术，并在实际领域——农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。请回答下列有关基因工程的问题。

(1)基因工程操作的核心步骤是___基因表达载体的构建(答将目的基因和运载体结合或答构建基因表达载体得分)__。若选择的限制酶切出的DNA片段是平末端，应选择___T4DNA连接酶(漏答“T4”不给分)__进行连接。

(2)将目的基因导入到植物细胞采用最常用的方法是___农杆菌转化法__，该方法通常要把目的基因插入___Ti质粒__的T－DNA中，这是利用T－DNA___可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上__的功能。

(3)在基因工程操作中，若要在短时间内大量获取目的基因，可用___PCR技术__扩增DNA。该技术的原理是___DNA(双链)复制__。

(4)人体的遗传性疾病很难用一般药物进行治疗，基因工程的兴起迎来了基因治疗的曙光。基因治疗的思路是___将正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能__。

[解析]　(1)基因工程的基本操作步骤主要包括四步：①目的基因的获取；②基因表达载体的构建；③将目的基因导入受体细胞；④目的基因的检测与表达，其中核心步骤是基因表达载体的构建。E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶都能连接黏性末端，此外T4DNA连接酶还可以连接平末端，因此若选择的限制酶切出的DNA片段是平末端，则应选择T4DNA连接酶进行连接。

(2)将目的基因导入到植物细胞常用农杆菌转化法，该方法通常要把目的基因插入Ti质粒的T－DNA中，这是利用T－DNA可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体DNA上的功能。

(3)PCR技术可在体外大量扩增目的基因，其原理是DNA复制。

(4)基因治疗是指把正常基因导入病人体内有缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。

6．(2017年陕西省西安市高考生物一模)白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短、耐热性强和易于储藏等优点。如图是“白菜—甘蓝”的杂交过程示意图，回答以下问题：

(1)为了得到原生质体需先用___纤维素酶__和___果胶酶__来处理白菜细胞和甘蓝细胞。

(2)诱导原生质体融合的方法有多种，常用的物理方法是___离心、振动、电激__，融合完成的标志是___再生出新的细胞壁__。由杂种细胞得到白菜一甘蓝还需要经过组织培养技术，其中需要避光培养的步骤是___脱分化__。

(3)如图通过植物体细胞杂交技术获得的“白菜—甘蓝”体细胞染色体数为___38__；通常情况下，白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的，原因是___存在生殖隔离__，若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话，得到的后代应含___19__条染色体。

(4)植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是___克服远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种__。

[解析]　(1)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性原理，可采用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。(2)诱导原生质体融合的方法包括：物理方法(离心、振动、电激)和化学方法(聚乙二醇)；融合完成的标志是再生出新的细胞壁；将杂种细胞培育成杂种植株还需要采用植物组织培养技术，包括脱分化和再分化两个阶段，其中脱分化过程要避光，再分化过程需光。(3)如图通过植物体细胞杂交技术获得的“白菜一甘蓝”体细胞染色体数为20＋18＝38；通常情况下，由于白菜和甘蓝之间存在生殖隔离，因此白菜和甘蓝有性杂交是不能成功的；若对白菜和甘蓝采用杂交育种方法能成功的话，得到的后代应含＋＝19条染色体。(4)植物体细胞杂交技术和传统杂交技术相比的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍，培育作物新品种。

7．(2016·全国丙卷)图(a)中的三个DNA片段上依次表示出了EcoRI、BamHI和Sau3AI三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图(b)为某种表达载体的示意图(载体上的EcoRI、Sau3AI的切点是唯一的)。

根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

(1)经BamHI酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被___Sau3AⅠ__酶切后的产物连接，理由是___两种酶切割后产生的片段具有相同的黏性末端__。

(2)若某人利用图(b)所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组质粒，如图(c)所示。这三种重组质粒中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有___甲和丙__，不能表达的原因是___甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，二者的目的基因均不能被转录__。

(3)DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有___E·coli_DNA连接酶__和___T4DNA连接酶__，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是___T4DNA连接酶__。

[解析]　(1)由图(a)可知，尽管BamHⅠ和Sau3AⅠ两种限制酶的识别序列不相同，但两种酶切割后产生的DNA片段具有相同的黏性末端，故被BamHⅠ酶切后得到的目的基因可以与图(b)中表达载体被Sau3AⅠ酶切后的产物连接。(2)运载体上的启动子和终止子具有调控目的基因表达的作用，由于甲和丙的目的基因分别插入在启动子的上游和终止子的下游，所以这两个运载体上的目的基因都不能被转录和翻译。(3)常见的DNA连接酶是E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶，但作用有所差别，T4DNA连接酶既能连接黏性末端，又能连接平末端，而E·coliDNA连接酶只能连接黏性末端。

高考生物大复习专题十六基因工程和细胞工程复习指导练案