专题21　基因工程、生物技术的安全性和伦理问题

基因工程的原理及工具

命题剖析

考向

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1

以选择题的形式考查基因工程的基本概念,考查学生识记和应用知识的能力







2

结合实例考查基因工程的操作工具,如根据限制酶的切割位点分析限制酶的应用,考查学生理解和综合分析的能力,多以选择题形式出现





命题

动向

命题会结合新的背景材料考查基因工程操作的各种工具,多数情况下会综合基因工程的步骤共同考查,形式多以文字描述、图示等形式出现,选择题、非选择题均会出现





(2010年全国理综卷Ⅱ)下列叙述符合基因工程概念的是(　　)

A.B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因

B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌,获得能产生人干扰素的菌株

C.用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,通过筛选获得青霉素高产菌株

D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上

解析:A项B淋巴细胞与肿瘤细胞融合,属于细胞工程;C项用紫外线照射青霉菌,使其DNA发生改变,进而筛选出青霉素高产菌株,属于人工诱变;D项自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上,并没有进行人为的加工,属于自然状态下的基因重组。

答案:B。

基因工程的操作步骤及应用

命题剖析

考向

扫描

1

借助背景材料以非选择题的形式考查基因工程的操作程序,考查学生理解和应用知识的能力







2

通过流程图的形式,结合基因工程的工具考查基因工程操作的过程,如基因表达载体的构建、基因导入受体的方法、目的基因的检测与鉴定等,考查学生获取及处理信息的能力和综合分析的能力,多以非选择题形式出现





命题

动向

命题将会结合生产实际或最新科研材料考查基因工程的操作方法及技术手段,有时会结合细胞工程、胚胎工程综合命制试题,多以文字描述、图示等形式出现,题型主要以非选择题为主





1.(2012年四川理综卷,2,6分)将大肠杆菌的质粒连接上人生长激素的基因后,重新置入大肠杆菌的细胞内,通过发酵就能大量生产人生长激素。下列叙述正确的是(　　)

A.发酵产生的生长激素属于大肠杆菌的初级代谢产物

B.大肠杆菌获得的能产生人生长激素的变异可以遗传

C.大肠杆菌质粒标记基因中腺嘌呤与尿嘧啶含量相等

D.生长激素基因在转录时需要解旋酶和DNA连接酶

解析:本题考查基因工程的有关知识。大肠杆菌发酵产生的生长激素属于次级代谢产物;生长激素基因可以伴随质粒的复制而复制,伴随质粒传递给后代,故B正确;质粒是小型环状DNA分子,不存在尿嘧啶;DNA转录需要RNA聚合酶,不需要解旋酶和DNA连接酶。

答案:B。

2.(2012年浙江理综卷,6,6分)天然的玫瑰没有蓝色花,这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B,而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰。下列操作正确的是(　　)

A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA,经逆转录获得互补的DNA,再扩增基因B

B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B

C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞

D.将基因B直接导入大肠杆菌,然后感染并转入玫瑰细胞

解析:本题考查的是基因工程的工具及步骤等知识。蓝色花基因B碱基序列已知,获得该类基因可用反转录法,反转录法需要以蓝色花基因B的mRNA为模板合成互补的单链DNA,后可用PCR技术扩增该DNA片段;限制性核酸内切酶可切割矮牵牛的蓝色花基因;DNA连接酶可将蓝色花基因B与质粒连接形成重组质粒,将重组质粒导入玫瑰体细胞;将目的基因导入植物受体细胞的常用方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法,农杆菌转化法针对双子叶植物和裸子植物,基因枪法针对单子叶植物,花粉管通道法相对简便经济,不能将基因B导入大肠杆菌,因为大肠杆菌不能感染玫瑰细胞。

答案:A。

3.(2012年课标全国卷,40,15分)根据基因工程的有关知识,回答下列问题:

(1)限制性内切酶切割DNA分子后产生的片段,其末端类型有　　　　和　　　　。?

(2)质粒运载体用EcoR Ⅰ切割后产生的片段如下:

AATTC……G

　　　　　　G……CTTAA

为使运载体与目的基因相连,含有目的基因的DNA除可用EcoR Ⅰ切割外,还可用另一种限制性内切酶切割,该酶必须具有的特点是　　　　。?

(3)按其来源不同,基因工程中所使用的DNA连接酶有两类,即　　　　DNA连接酶和　　　　DNA连接酶。?

(4)反转录作用的模板是　　　　,产物是　　　　。若要在体外获得大量反转录产物,常采用　　　　技术。?

(5)基因工程中除质粒外,　　　　和　　　　也可作为运载体。?

(6)若用重组质粒转化大肠杆菌,一般情况下,不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞,原因是　　　　。?

解析:(1)限制酶切割位置的不同可产生黏性末端和平末端。

(2)运载体与目的基因相连,不同的限制酶应切割出相同的黏性末端,且必须能识别相同的核苷酸序列,使每条链中相同的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。

(3)根据酶的来源不同分为两类:一类是从大肠杆菌中分离得到的,称为E·coli DNA连接酶;另一类是从T4噬菌体中分离出来的,称为T4 DNA连接酶。

(4)反转录是以RNA为模板来合成DNA的过程。可以在体外短时间内大量扩增DNA的技术叫PCR(多聚酶链式反应)。

(5)基因工程中除质粒外,还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

(6)大肠杆菌细胞外有细胞壁和细胞膜,能阻止其他物质的进入,可通过Ca2+处理细胞,使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,这种细胞称为感受态细胞。

答案:(1)黏性末端　平末端

(2)切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同

(3)大肠杆菌(E·coli)　T4

(4)mRNA(或RNA)　cDNA(或DNA)　PCR

(5)噬菌体(λ噬菌体的衍生物)　动植物病毒

(6)未处理的大肠杆菌吸收质粒(外源DNA)的能力极弱

4.(2011年安徽理综卷)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。?

(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。该PCR反应体系的主要成分应包含:扩增缓冲液(含Mg2+)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、　　　　　　　　　　　　　　　　　　和　　　　。?

(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:本题考查基因工程和细胞工程相关知识。(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到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Taq DNA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引物对　Taq DNA聚合酶

(4)扩大细胞贴壁生长的附着面积

5.(2011年重庆理综卷)拟南芥是遗传学研究的模式植物,其突变体可用于验证相关基因的功能。野生型拟南芥的种皮为深褐色(TT),某突变体的种皮为黄色(tt),下图是利用该突变体验证油菜种皮颜色基因(Tn)功能的流程示意图。

(1)与拟南芥t基因的mRNA相比,若油菜Tn基因的mRNA中UGA变为AGA,其末端序列成为“—AGCGCGACCAGACUCUAA”,则Tn比t多编码　　　　个氨基酸(起始密码子位置相同,UGA、UAA为终止密码子)。?

(2)图中①应为　　　　。若②不能在含抗生素Kan的培养基上生长,则原因是　。?

若③的种皮颜色为　　　　,则说明油菜Tn基因与拟南芥T基因的功能相同。?

(3)假设该油菜Tn基因连接到拟南芥染色体并替换其中一个t基因,则③中进行减数分裂的细胞在联会时的基因型为　　　　　　;同时,③的叶片卷曲(叶片正常对叶片卷曲为显性,且与种皮性状独立遗传),用它与种皮深褐色、叶片正常的双杂合体拟南芥杂交,其后代中所占比例最小的个体表现型为　　　　　　　　　　　　　　;取③的茎尖培养成16棵植株,其性状通常　　　　　　(填“不变”或“改变”)。?

(4)所得的转基因拟南芥与野生型拟南芥　　　　(填“是”或“不是”)同一个物种。?

解析:(1)观察Tn基因的mRNA序列,可以发现AGA位置在原基因t的mRNA中为终止密码子,而在基因Tn的mRNA序列中则代表一个编码氨基酸的密码子,AGA之后还有一个密码子CUC可编码一个氨基酸,最后一个密码子UAA为终止密码子,故Tn比t多编码2个氨基酸。

(2)图中①为目的基因与质粒连接之后的产物,应为重组质粒。若②不能在含抗生素Kan的培养基上生长,则是缺乏抗性基因,由此判断重组质粒未导入。若基因功能相同,其控制的性状一般应相同,种皮颜色应显示深褐色。

(3)联会时染色体已复制,替换后的染色体上基因为Tn、Tn,相应的同源染色体上基因为t、t,故此时细胞基因型为TnTntt。叶片卷曲为隐性,设a基因控制,叶片正常为显性,设A基因控制,这样③的基因型为Tntaa,与之杂交的双杂合亲本的基因型为TtAa,其后代中所占比例最小的个体的表现型应为黄色正常、黄色卷曲。取茎尖组织培养形成的个体,其性状通常不变,此为无性繁殖。

(4)转基因拟南芥只是导入个别基因,与野生型拟南芥可以进行基因交流,应为同一物种。

答案:(1)2　

(2)重组质粒(重组DNA分子)　重组质粒未导入　深褐色

(3)TnTntt　黄色正常、黄色卷曲　不变　(4)是

6.(2010年福建理综卷)红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白,可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限,目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO),其简要生产流程如下图。

请回答:

(1)图中①所指的是　　　　技术。?

(2)图中②所指的物质是　　　,③所指的物质是　　　。?

(3)培养重组CHO细胞时,为便于清除代谢产物,防止细胞产物积累对细胞自身造成危害,应定期更换　　　　。?

(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的　　　　细胞,可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。?

解析:基因工程中目的基因的获取包括从基因文库中获取、用PCR技术扩增及人工合成。题中提取的核DNA扩增用到PCR技术。cDNA文库中cDNA来源于以mRNA为模板的反转录过程。基因工程成功的标志是目的基因在受体细胞中成功表达出相应蛋白质。在动物细胞培养的过程中,为补充营养、气体或清除代谢产物等,应定期更换培养液。单克隆抗体产生需用到杂交瘤细胞,它是由免疫小鼠的B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合而成的,其特点是既能无限增殖,又能产生特异性抗体。

答案:(1)PCR　(2)mRNA　rhEPO

(3)培养液　(4)杂交瘤

7.(2010年天津理综卷)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因,ampR表示氨苄青霉素抗性基因,BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。

据图回答:

(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体,需用　　　　限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含　　　　的培养基上进行。?

(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是　　　　(填字母代号)。?

A.启动子 B.tetR C.复制原点 D.ampR

(3)过程①可采用的操作方法是　　　　(填字母代号)。?

A.农杆菌转化 B.大肠杆菌转化

C.显微注射 D.细胞融合

(4)过程②采用的生物技术是　　　　。?

(5)对早期胚胎进行切割,经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的　　　　性。?

(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达,可采用　　　　(填字母代号)技术。?

A.核酸分子杂交 B.基因序列分析

C.抗原—抗体杂交 D.PCR

解析:(1)SmaⅠ酶切位点在人乳铁蛋白基因内,如用该酶,则会破坏目的基因,并且在质粒上无该酶的酶切位点。从图中可以看出,目的基因两端需要用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶切割才会在目的基因两端形成黏性末端,且质粒上也有这两种酶的酶切位点,所以需要用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。因人乳铁蛋白基因插入位置位于tetR(四环素抗性基因)内,因此该基因不能表达而导致受体细胞无四环素抗性。而载体上的ampR(氨苄青霉素抗性基因)未被破坏,所以受体细胞具有该抗性,故筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含有氨苄青霉素的培养基上进行。(2)启动子位于基因的首端,可驱动基因转录出信使RNA,从而使基因得以表达,故属于调控序列。(3)①过程表示将重组载体导入到动物受精卵中,常采用显微注射法。(4)②过程表示将早期胚胎移入代孕牛体内继续发育,故为胚胎移植技术。(5)早期胚胎分割成几份后,每份经培养和移植后都能形成一个新的个体,故利用了细胞的全能性。(6)人乳铁蛋白基因成功表达的标志是产生了人乳铁蛋白,因此可利用抗原—抗体杂交技术检测是否含有人乳铁蛋白,从而确定目的基因是否表达。

答案:(1)HindⅢ和BamHⅠ　氨苄青霉素

(2)A　(3)C　(4)胚胎移植技术　(5)全能　(6)C

(1)无论是用一种限制酶处理还是两种限制酶处理,处理目的基因和质粒(载体)的限制酶应相同,不少考生错误地认为只能用同一种限制酶处理目的基因和质粒。

(2)检测目的基因是否导入受体细胞以及检测目的基因是否转录和表达各有不同的检测方法,这是基因工程考查的热点。