专题10 现代生物科技专题
肖秉林
（共15题）
1．（2022年安徽省黄山市高考生物第一次质检）研究人员将大麦细胞的LTP1基因导入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。回答下列问题： （1）已知DNA复制子链的延伸方向是5′→3′，图1中A、B、C、D在不同情况下可以作为引物，在PCR技术中，扩增LTP1基因，必须要有 有一段已知目的基因的核苷酸序列 ，以便根据这一序列合成引物。扩增LTP1基因时应该选用 B和C 作为引物。 （2）图2中的B为质粒，质粒和LTP1基因结合形成重组质粒C。重组质粒C在受体细胞中能够稳定存在并发挥作用，在LTP1基因的首端必须具有 启动子 ，尾端必须具有终止子；重组质粒C还必须含有标记基因和 复制原点 。
巴利语（3）分别用含有青霉素、四环素的两种选择培养基进行筛选，则有图2中C进入的酵母菌在选择培养基上的生长情况是 在含有青霉素的培养基上存活，但不能在含有四环素的培养基上存活 。
（4）可采用分子杂交技术检测LTP1基因是否导入成功，需要从转基因啤酒酵母中提取DNA，用 放射性同位素标记的目的基因（LTP1基因） 作探针与之杂交。为检测转基因啤酒酵母是否产生LTP1蛋白，除检测LTP1蛋白是否产生及含量外，还可从个体水平上的检测，其方法是 用该转基因啤酒酵母酿酒，跟普通酵母比较，观察泡沫是否更丰富 。
【答案】（1）有一段已知目的基因的核苷酸序列 B和C
（2）启动子 复制原点
（3）在含有青霉素的培养基上存活，但不能在含有四环素的培养基上存活
（4）放射性同位素标记的目的基因（LTP1基因） 用该转基因啤酒酵母酿酒，跟普通酵母比较，观察泡沫是否更丰富
【解析】（1）采用PCR技术扩增目的基因的前提是有一段已知目的基因的核苷酸序列，便于合成引物；DNA复制只能从5‘到3’，因此构建前利用PCR技术扩增目的基因时，A、B、C、D四种单链DNA片段中应选取B和C作为引物。（2）启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的位点，用于驱动基因的转录，故图2中的C除了含标记基因之外，在LTP1基因的上游必须具有启动子。基因表达载体的组成包括复制远点、启动子、终止子、标记基因和目的基因，因此重组质粒C还必须含有标记基因和复制远点。（3）图2表示将使啤酒产生丰富泡沫的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，使其产生LTP1蛋白，酿出泡沫丰富的啤酒的过程。图中A为获取目的基因的过程；B为质粒；C为基因表达载体。由图可知，构建基因表达载体时，四环素抗性基因被破坏，而青霉素抗性基因没有被破坏，因此将导入C的酵母菌分别在含有青霉素和四环素的两种选择培养基上培养，则在含有青霉素的培养基上 能存活，但在含有四环素的培养基上不能存活。（4）检测目的基因是否导入受体细胞可采用分子杂交技术，即用放射性同位素标记的目的基因（LTP1基因）作探针与之杂交。还可从个体水平上的检测，即用该转基因啤酒酵母酿酒，跟普通酵母比较，观察泡沫是否更丰富。
2．（2022年江西省九江市高考生物一模）江西水稻研究所对水稻抗褐飞虱病的育种研究取得了进展，抗褐飞虱水稻培育的基本流程如下，请回答下列问题：
抗褐飞虱基因的获取→基因表达载体的构建→导入受体细胞→检测与鉴定→获得植株
（1）通常，获取目的基因的方法有从 基因文库 中获取目的基因、利用PCR技术扩增目的基因和用化学方法人工合成。
（2）基因表达载体的组成必须有目的基因、启动子 终止子 以及标记基因等。其中，标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中. 是否含有目的基因 ，从而将相关细胞筛选出来。
（3）将目的基因导入植物细胞采用最多的方法是 农杆菌转化法 ，这种方法可以使目
的基因进入植物细胞，并将其插入到植物细胞中 染体的DNA 上。
（4）将抗褐～飞虱基因导入水稻细胞后，需要进行个体水平的鉴定，即做 抗虫的接种 实验。
（5）与杂交育种相比，基因工程育种具有的优点是 目的性强、定向改造生物性状、实现不同物种之间的性状转移等 。（回答两点即可）
【答案】（1）基因文库
（2）终止子 是否含有目的基因
（3）农杆菌转化法 染体的DNA
（4）抗虫的接种
（5）目的性强、定向改造生物性状、实现不同物种之间的性状转移等
【解析】（1）通常，获取目的基因的方法有从基因文库中获取目的基因、利用PCR技术扩
增目的基因和用化学方法人工合成。（2）基因表达载体的组成必须有目的基因、启动子、终止子（两者复制基因转录的起始和终止）以及标记基因等；标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因，从而将相关细胞筛选出来。（3）将目的基因导入植物细胞常用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体的DNA上。（4）将抗褐飞虱基因导入dac基因水稻细胞后，需要进行个体水平的鉴定，即做抗虫的接种实验。（5）基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因技术等，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，与杂交育种相比，基因工程育种具有的优点是目的性强、定向改造生物性状、实现不同物种之间的性状转移等。
3．（2022年福建省泉州市高考生物质检）藻类生物柴油是一种可持续性柴油燃料。紫苏种子中含大量油脂，出油率能达35%﹣64%，三酰甘油（TAG）是紫苏种子最主要的储藏脂类，DGAT1是TAG合成途径的关键酶。如图1所示，科研人员将紫苏DGAT1基因导入微藻构建高产油工程藻。请回答：
（1）提取紫苏总RNA经过 逆转录 得到cDNA，再采用PCR方法扩增出紫苏DGAT1基因的cDNA编码区序列。
（2）DGAT1基因序列两端无BamHⅠ和HindⅢ限制酶酶切位点，可在PCR技术设计引物时，在引物一端加上相应识别序列，经PCR技术扩增后，可获得相应的限制酶识别序列的扩增片段。已知，应在图2中DGAT1基因的左端加上BamHⅠ识别序列，DGAT1基因的右端加上HindⅢ识别序列。则根据图2中信息推测，引物1的 3' （填“5′”或“泰乐菌素3′”）端加上限制酶BamHⅠ的识别序列 5'﹣GGATCC﹣3' ；引物2的相应端加上HindⅢ限制酶的相应识别序列。
（3）构建基因表达载体时，只考虑两两连接，可产生 3 种重组产物。用含有卡那霉素的培养基对重组产物进行筛选，不能筛选出所需的转DGAT1基因的工程藻，其原因是 若发生了运载体与运载体连接，工程藻细胞内仍含有卡那霉素抗性基因，也能存活 。若要筛选出所需的转DGAT1基因的工程藻，还需检测工程藻的 出油率 ，并与普通微藻相比，以进行筛选。
【答案】（1）逆转录
（2）3'5'﹣GGATCC﹣3'
（3）3 若发生了运载体与运载体连接，工程藻细胞内仍含有卡那霉素抗性基因，也能存活 出油率
【解析】（1）以RNA为模板，产生cDNA的过程是逆转录，再采用PCR方法扩增出紫苏DGAT1基因的cDNA编码区序列。（2）DGAT1基因序列两端无限制酶酶切位点，由题干信息可知DGAT1基因的两端各添加有限制酶BamHⅠ和HindⅢ的识别位点，而在引物一端加上相应识别序列，经PCR技术扩增后，可获得相应的限制酶识别序列的扩增片段，故引物1的3'端加上限制酶BamHⅠ的识别序列5'﹣GGATCC﹣3'。引物2的相应端加上HindⅢ限制酶的相应识别序列，即5'﹣AAGCTT﹣3'。（3）构建基因表达载体时，只考虑两两连接，由于该过程利用了两种不同的限制酶对目的基因和运载体进行切割，得到的黏性末端不同，故可产生目的基因和目的基因连接，运载体与运载体连接，目的基因正向和运载体连接等3种重组产物。用含有卡那霉素的培养基对重组产物进行筛选，不能筛选出所需的转DGAT1基因的工程藻，其原因是若发生了运载体与运载体连接，工程藻细胞内仍含有卡那霉素抗性基因，也能存活。若要筛选出所需的转DGAT1基因的工程藻，还需检测工程藻的出油率，并与普通微藻相比，以进行筛选高产油工程藻。
4．（2022年重庆八中高考生物适应性试卷）1974年，科恩（Cohen）将金黄葡萄球菌质粒上的抗青霉素基因转到大肠杆菌体内，揭开了转基因技术应用的序幕。科斯坦蒂尼（Costantini）将兔珠蛋白基因注入鼠受体细胞，最终发育成小鼠，并表达出了兔b﹣珠蛋
白。图甲为含有目的基因的DNA片段，两端分别有包括EcoRⅠ、BamHⅠ在内的多种酶的酶切位点；乙为基因表达载体模式图。请回答下列问题：
（1）Cohen构建基因表达载体时，需要使用的工具酶有 限制酶、DNA连接酶 ，作用于图甲中的 b （填“a”或“b”金光集团）处。基因表达载体的组成，主要包括 目的基因、启动子、终止子、标记基因 。
（2）构建图乙基因表达载体，最好同时选用EcoRⅠ和BamHⅠ酶进行切割，原因是 这种操作可以防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接（或使目的基因与质粒表达载体结合的机会增加） 。
（3）将目的基因导入 受精卵 （细胞）中才能培育出表达兔b﹣珠蛋白的转基因小鼠。
科学家将这种转基因小鼠与普通小鼠杂交，筛选出纯系用于遗传研究。该转基因小鼠与普通小鼠 是 （填“是”或“不是”）同一个物种，理由是 该转基因小鼠与普通小鼠杂交可以产生可育后代，没有产生生殖隔离 。
【答案】（1）限制酶、DNA连接酶b 目的基因、启动子、终止子、标记基因
（2）这种操作可以防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接（或使目的基因与质粒表达载体结合的机会增加）
（3）受精卵 是 该转基因小鼠与普通小鼠杂交可以产生可育后代，没有产生生殖隔离
【解析】（1）Cohen构建基因表达载体时，需要使用限制酶和DNA连接酶，这两种酶都是作用于磷酸二酯键，对应图甲中的b处。基因表达载体主要包括目的基因、启动子、终止子、标记基因等。（2）为防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接，可同时选用EcoRⅠ和BamHⅠ酶进行切割。（3）将目的基因导入动物细胞时，常用受精卵作为受体细胞。转基因小鼠与普通小鼠由于可以杂交，且产生可育后代，说明转基因小鼠与普通小鼠不存在生殖隔离，属于同一物种。
5．（2022年云南师大附中高考生物适应性试卷）红荧光蛋白（mScarlet） 在细胞内蛋白质的定位和动态示踪等方面有着广泛的应用。研究人员欲构建mScarlet蛋白表达载体，将其转入拟南芥的细胞中表达。回答下列问题：
（1）要扩增mScarlet基因时，需要先设计一对与mScarlet基因两端序列互补配对的引物。为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的 限制性核酸内切酶 位点。设计引物时，研究人员需要避免引物之间形成 碱基互补配对 而导致引物自连。
（2）质粒作为基因表达的载体，应具备的基本条件有 具有标记基因，能自我复制 （答出2点）。除此需要具有启动子和终止子，启动子的作用是 驱动目的基因转录出mRNA 。
（3）构建含mScarlet基因的表达载体还需要使用DNA连接酶，该酶催化形成的化学键是 磷酸二酯键 。
常见的DNA连接酶中既能连接黏性末端又能连接平末端的是 T4DNA连接酶 。
（4）将mScarlet基因通过基因法导入拟南芥细胞时，常用的携带基因表达载体的金属颗
粒有 金粉和钨粉 （写出2种）。
（5）若mScarlet基因导入拟南芥后，细胞并未发出荧光，可从细胞中提取 RNA（或mRNA） 进行分子杂交，以直接检测mScarlet基因是否转录。
【答案】（1）限制性核酸内切酶 碱基互补配对
（2）具有标记基因，能自我复制 驱动目的基因转录出mRNA
（3）磷酸二酯键 T4DNA连接酶
（4）金粉和钨粉
（5）RNA（或mRNA）
【解析】（1）为方便构建重组质粒，在引物中需要增加适当的限制性核酸内切酶位点。设计引物时，研究人员需要避免引物之间形成碱基互补配对而导致引物自连。（2）质粒作为基因表达的载体，应具备的基本条件有具有标记基因，能自我复制。启动子的作用是驱动目的基因转录出mRNA。（3）DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。T配对比较法4DNA连接
酶既能连接黏性末端又能连接平末端。（4）常用的携带基因表达载体的金属颗粒有金粉和钨粉。（5）若mScarlet基因导入拟南芥后，细胞并未发出荧光，可从细胞中提取RNA（或mRNA）进行分子杂交，以直接检测mScarlet基因是否转录。
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