2023届高考生物二轮复习基因工程和生物技术的安全性与伦理问题作业（广东版）含答案

这是一份2023届高考生物二轮复习基因工程和生物技术的安全性与伦理问题作业（广东版）含答案，共34页。
专题28　基因工程和生物技术的安全性与伦理问题
高频考点
考点1　基因工程的工具与操作
该考点基础层级训练内容主要包括基因工程的基本工具及操作程序,如限制酶、连接酶、运载体等;重难和综合层级训练内容主要是分析基因工程实例中的相关原理,如目的基因筛选、表达载体构建、限制酶的选择等。
基础
1.(2021湖北,7,2分)限制性内切酶EcoRⅠ识别并切割双链DNA,用EcoRⅠ完全酶切果蝇基因组DNA,理论上得到DNA片段的平均长度(碱基对)约为(　　)
A.6　　B.250　　C.4 000　　D.24 000
答案　C　
2.(2021湖北,16,2分)某实验利用PCR技术获取目的基因,实验结果显示除目的基因条带(引物与模板完全配对)外,还有2条非特异条带(引物和模板不完全配对)。为了减少反应中非特异条带的产生,以下措施中有效的是(　　)
A.增加模板DNA的量　　　　B.延长热变性的时间
C.延长延伸的时间　　　　D.提高复性的温度
答案　D　
3.(2020北京,12,2分)为了对重金属污染的土壤进行生物修复,研究者将从杨树中克隆的重金属转运蛋白(HMA3)基因与外源高效启动子连接,导入杨树基因组中(如图)。

为检测获得的转基因杨树苗中是否含有导入的HMA3基因,同时避免内源HMA3基因的干扰,在进行PCR扩增时,应选择的引物组合是(　　)
A.①+③　　B.①+②　　C.③+②　　D.③+④
答案　B　
重难
4.(2021浙江6月选考,20,2分)采用CRISPR/Cas9基因编辑技术可将增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因定点插入受精卵的Y染色体上,获得转基因雄性小鼠。该转基因小鼠与野生型雌性小鼠交配,通过观察荧光可确定早期胚胎的性别。下列操作错误的是(　　)
A.基因编辑处理的受精卵在体外培养时,不同发育阶段的胚胎需用不同成分的培养液
B.基因编辑处理的受精卵经体外培养至2细胞期,须将其植入同期发情小鼠的子宫,才可获得表达EGFP的小鼠
C.分离能表达EGFP的胚胎干细胞,通过核移植等技术可获得大量的转基因小鼠
D.通过观察早期胚胎的荧光,能表达EGFP的即为雄性小鼠胚胎
答案　B　
5.(2021全国乙,38,15分)用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性,创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶,其中4种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)的切割位点如图所示。

回答下列问题:
(1)常用的DNA连接酶有E.coli DNA连接酶和T4(T4) DNA连接酶。上图中　　　　　　酶切割后的DNA片段可以用E.coli DNA连接酶连接。上图中　　　　　　　　　　　酶切割后的DNA片段可以用T4(T4) DNA连接酶连接。 
(2)DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是　　　　　　。 
(3)DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征。如质粒DNA分子上有复制原点,可以保证质粒在受体细胞中能　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　; 
质粒DNA分子上有　　　　　　　　　,便于外源DNA插入;质粒DNA分子上有标记基因(如某种抗生素抗性基因),利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞,方法是　　　　
　　　　　　　　　　　　。 
(4)表达载体含有启动子,启动子是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　 (1)EcoRⅠ、PstⅠ　EcoRⅠ、SmaⅠ、PstⅠ、EcoRⅤ　(2)磷酸二酯键　(3)自我复制　限制酶切割位点　将待筛选的宿主细胞接种到含该抗生素的培养基中,能够生长的是含有质粒载体的宿主细胞　(4)RNA聚合酶识别、结合并启动转录的DNA片段
6.(2021全国甲,38,15分)PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌,医生进行了相关操作:①分析PCR扩增结果;②从病人组织样本中提取DNA;③利用PCR扩增DNA片段;④采集病人组织样本。回答下列问题:
(1)若要得到正确的检测结果,正确的操作顺序应该是　　　　　(用数字序号表示)。 
(2)操作③中使用的酶是　　　　　　　。PCR中的每次循环可分为变性、复性、　　　三步, 其中复性的结果是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)为了做出正确的诊断,PCR所用的引物应该能与　　　　　　　特异性结合。 
(4)PCR(多聚酶链式反应)技术是指　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。 
答案　 (1)④②③①　(2)DNA聚合酶　延伸　引物通过碱基互补配对与单链DNA结合　(3)病原菌DNA　(4)在生物体外大量快速扩增特定DNA片段的技术
7.(2022湛江二模,22)中国农业大学国家玉米改良中心采用基因工程技术将从A生物分离出的抗虫基因导入玉米细胞,培育出的抗虫玉米ND207能够抗玉米螟、黏虫、棉铃虫等玉米主要鳞翅目害虫,并能有效减轻草地贪夜蛾带来的危害。回答下列问题:
(1)通常,基因工程的基本操作程序主要有4个步骤,即目的基因的筛选与获取、　　　　　　　　、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此,基因工程的含义可概括为按照人们的愿望,通过　　　　　　　　,赋予生物新的遗传特性,创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 
(2)为获取抗虫基因,将A生物细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接,导入受体菌的群体中储存,这个群体称为A生物的　　　　　　　　。 
(3)将抗虫基因插入Ti质粒上构建基因表达载体,构建的基因表达载体需要含有标记基因,标记基因的作用是　　　　　　　　。用农杆菌感染时,应优先选用玉米　　　　　　
　　(填“受伤的”或“完好的”)叶片与含重组质粒的农杆菌共培养,选用这种叶片的理由是　　　　　　　　。 
(4)若将得到的抗虫玉米植株自交,子代中抗虫玉米与非抗虫玉米的数量比为63∶1,由此可作出的推断是　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)基因表达载体的构建　转基因等技术　(2)基因组文库　(3)便于目的基因的筛选和鉴定　受伤的　叶片伤口处细胞释放出大量酚类物质,可吸引农杆菌移向这些细胞　(4)抗虫基因整合到了三条非同源染色体上
综合
8.(2022广东,22,12分)“绿水逶迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术。

回答下列问题:
(1)研究者针对每个需要扩增的酶基因(如图)设计一对　　　　,利用PCR技术,在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。 
(2)研究者构建了一种表达载体pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因组合表达库,经筛选后提高丙酮的合成量。该载体包括了启动子、终止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是　　　　　　　　　　,终止子的作用是　　　　　　　　　　　　。　 
(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。 
(4)这种生产高附加值化工产品的新技术,实现了　　　　　　　　,体现了循环经济特点。从“碳中和”的角度看,该技术的优势在于　　　　　　　,具有广泛的应用前景和良好的社会效益。 
答案　 (1)引物　(2)便于筛选含有目的基因的受体细胞　使转录在所需要的地方停下来　(3)酶蛋白的大量合成消耗了大量物质和能量　(4)废弃物的资源化　减少了碳排放
9.(2022全国乙,38,15分) 新冠疫情出现后,病毒核酸检测和疫苗接种在疫情防控中发挥了重要作用。回答下列问题。
(1)新冠病毒是一种RNA病毒,检测新冠病毒RNA(核酸检测)可以采取RT-PCR法。这种方法的基本原理是先以病毒RNA为模板合成cDNA,这一过程需要的酶是　　　　　　　,再通过PCR技术扩增相应的DNA片段。根据检测结果判断被检测者是否感染新冠病毒。 
(2)为了确保新冠病毒核酸检测的准确性,在设计PCR引物时必须依据新冠病毒RNA中的
　　　　　　　　　　　　来进行。PCR过程每次循环分为3步,其中温度最低的一步是　　　　　　　。 
(3)某人同时进行了新冠病毒核酸检测和抗体检测(检测体内是否有新冠病毒抗体),若核酸检测结果为阴性而抗体检测结果为阳性,说明　　　　　　　　　　(答出1种情况即可);若核酸检测和抗体检测结果均为阳性,说明　　　　　　　　　　　　　。 
(4)常见的病毒疫苗有灭活疫苗、蛋白疫苗和重组疫苗等。已知某种病毒的特异性蛋白S(具有抗原性)的编码序列(目的基因)。为了制备蛋白疫苗,可以通过基因工程技术获得大量蛋白S。基因工程的基本操作流程是　　　　　　　 　　　　　　　　。 
答案　(1)逆转录酶　(2)特定核苷酸序列　复性　(3)曾经感染过新冠病毒但已康复　已感染新冠病毒,还未康复(或为患者)　(4)蛋白S基因的获取→构建蛋白S基因表达载体→导入受体细胞(微生物)→蛋白S基因的检测与鉴定(检测受体能否产生蛋白S)
10.(2022珠海质检,22)CRISPR/Cas系统是在细菌中广泛存在的防御机制。该系统能截取噬菌体的DNA片段,并将其插入细菌自身DNA的CRISPR序列中,该序列表达产生的gRNA(引导RNA)与细菌的Cas9蛋白构成Cas9/gRNA复合物,并在gRNA的引导下特异性识别和切割再次入侵的噬菌体。
2021年4月,中科院微生物研究所揭示了在细菌中与CRISPR/Cas系统共同存在的一对毒素—抗毒素RNA系统(简称CreT-A系统),其作用机制如图所示。

请回答下列问题:
(1)Cas9/gRNA复合物的功能类似于基因工程工具中的　　　　　。CRISPR/Cas系统截取噬菌体DNA片段插入自身CRISPR序列中,相当于基因工程的　　　　　　　步骤。 
(2)gRNA精准识别入侵的外源DNA片段遵循的原理是　　　　　　　。科学家基于CRISPR/Cas系统发展出了基因编辑技术,在对不同目标DNA进行编辑时,应使用Cas9蛋白和　　　　　(选填“相同”或“不同”)的gRNA进行基因编辑。 
(3)CRISPR/Cas系统在细菌中的稳定性维持是其抗病毒功能实现的关键基础。CreT-A系统中的CreA能够精确识别CreT的启动子,从而抑制相关基因的转录而发挥作用。据图分析,在细菌与噬菌体长期进化的过程中,CreT-A系统的存在意义是　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)限制酶　构建基因表达载体　(2)碱基互补配对原则　不同　(3)CRISPR/Cas系统正常时,抗毒素CreA可以抑制毒素CreT的表达;CRISPR/Cas系统被破坏时,会诱导表达CreT毒素并杀死细菌,CreT-A系统的作用维持了CRISPR/Cas系统在细菌群体中的稳定存在
考点2　基因工程的应用与蛋白质工程
该考点基础层级训练内容主要是蛋白质工程的基本程序及基因工程的实例;重难和综合层级训练内容主要是运用基本原理对基因工程实例进行分析,同时结合基因的本质、基因的表达、遗传与变异规律进行综合考查。

基础
1.(2021辽宁,14,2分)腈水合酶(N0)广泛应用于环境保护和医药原料生产等领域,但不耐高温,利用蛋白质工程技术在N0的α和β亚基之间加入一段连接肽,可获得热稳定的融合型腈水合酶(N1)。下列有关叙述错误的是(　　)
A.N1与N0氨基酸序列的差异是影响其热稳定性的原因之一
B.加入连接肽需要通过改造基因实现
C.获得N1的过程需要进行转录和翻译
D.检测N1的活性时先将N1与底物充分混合,再置于高温环境
答案　D　
2.(2019江苏,16,2分)下列生物技术操作对遗传物质的改造,不会遗传给子代的是(　　)
A.将胰岛素基因表达质粒转入大肠杆菌,筛选获得基因工程菌
B.将花青素代谢基因导入植物体细胞,经组培获得花色变异植株
C.将肠乳糖酶基因导入奶牛受精卵,培育出产低乳糖牛乳的奶牛
D.将腺苷酸脱氨酶基因转入淋巴细胞后回输患者,进行基因治疗
答案　D　

重难
3.(2021广东,22,12分)非细胞合成技术是一种运用合成生物学方法,在细胞外构建多酶催化体系,获得目标产物的新技术,其核心是各种酶基因的挖掘、表达等。中国科学家设计了4步酶促反应的非细胞合成路线(如图),可直接用淀粉生产肌醇(重要的医药食品原料),以期解决高温强酸水解方法造成的严重污染问题,并可以提高产率。

回答下列问题:
(1)研究人员采用PCR技术从土壤微生物基因组中扩增得到目标酶基因。此外,获得酶基因的方法还有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。(答出两种即可) 
(2)高质量的DNA模板是成功扩增出目的基因的前提条件之一。在制备高质量DNA模板时必须除去蛋白,方法有　　　　　　　　　　　　　　　。(答出两种即可) 
(3)研究人员使用大肠杆菌BL21作为受体细胞、pET20b为表达载体分别进行4种酶的表达。表达载体转化大肠杆菌时,首先应制备　　　　细胞。为了检测目的基因是否成功表达出酶蛋白,需要采用的方法有　　　　　　　。 
(4)依图中所示流程,在一定的温度、pH等条件下,将4种酶与可溶性淀粉溶液混合组成一个反应体系。若这些酶最适反应条件不同,可能导致的结果是　　　　　　　　　　　。在分子水平上,可以通过改变　　　　　,从而改变蛋白质的结构,实现对酶特性的改造和优化。 
答案　 (1)从基因文库中获取、用化学方法人工合成
(2)蛋白酶水解法、盐析法、高温变性法　(3)感受态　抗原—抗体杂交　(4)部分酶失活,无法获得肌醇　基因结构
4.(2020山东,25,11分)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻,实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑,从而获得了3个突变品系。
(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需的酶是　　　
　　　　,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为　　　　。 
(2)根据启动子的作用推测,Wx基因启动子序列的改变影响了　　　　　　　　　　　,从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比,3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列　　　(填:“发生”或“不发生”)改变,原因是　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响,科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA(Wx mRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA,经　　　　　　过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性地扩增出Wx基因的cDNA,原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示,据图推测糯性最强的品系为　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　。 

答案　 (1)限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)和DNA连接酶　转化　(2)RNA聚合酶与启动子的识别和结合　不发生　编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子　(3)逆转录(或:反转录)　引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的(或:引物能与Wx基因的cDNA特异性结合)　(4)品系3　品系3的Wx mRNA最少,控制合成的直链淀粉合成酶最少,直链淀粉合成量最少,糯性最强
5.(2022汕头一模,22)中国首个自主知识产权抗新冠特效药:安巴韦单抗和罗米司韦单抗获批。这不仅意味着,我国有了第一个抗新冠的“特效药”,也标志着我国抗击新冠疫情进入了有特效药可用的全新阶段。
(1)2020年1月10日,我国科学家发布了全球首个新冠病毒的基因组测序结果。新冠病毒的遗传物质是RNA,因此在体外扩增病毒核酸时需要先进行　　　　　。 
(2)新冠病毒感染人体细胞取决于病毒刺突蛋白受体结合区域(RBD)与宿主细胞上血管紧张素转化酶2(ACE2)受体的结合。据此推测抗新冠特效药作用机制是　　　　　。 
(3)在生产抗新冠的“特效药”单抗的过程中需要采取细胞融合技术,将致敏的B细胞和　
　　　　细胞融合形成　　　　　细胞。 
(4)对于任何一种疾病,预防是第一重要的,有了药,也要按要求接种疫苗。我国研制的重组新型冠状病毒疫苗在2021年2月25日获批上市,科研人员剔除了腺病毒中与复制相关的基因,再把新冠病毒刺突蛋白(S蛋白)的基因插进去,该过程需要用到的工具酶有　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　。这个新插入的基因让重新组装的病毒进入人体后,在体内翻译出新冠病毒刺突蛋白,免疫系统发现刺突蛋白后会启动免疫应答,产生　　　　　　　　　　,以起到免疫预防的作用。 
答案　(1)逆转录　(2)阻断新冠病毒刺突蛋白受体结合区域(RBD)与人体细胞ACE2受体的结合　(3)骨髓瘤　杂交瘤　(4)限制酶和DNA连接酶　抗体和记忆细胞
6.(2022深圳二模,22)新型冠状病毒的检测方法很多,实时荧光RT-PCR(逆转录聚合酶链式反应)法是目前核酸检测的主要方法,操作流程:采集样本→提取RNA→逆转录成cDNA→PCR扩增→结果分析。如图是RT-PCR两步法的过程图,在PCR扩增时加入能与目的基因(新冠病毒的核壳蛋白N基因)结合的荧光探针。目的基因合成越多,荧光信号越强,回答下列问题。

(1)构建cDNA文库时,会利用　　　　　　酶,将cDNA断开并与载体结合,然后把各个片段　　　　到一个受体菌群中储存。cDNA文库构建的意义有　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　(回答1点)。 
(2)在配制PCR扩增液时,加入的荧光探针序列:5'-TTGCT……AGATT-3',如果模板中存在N基因序列,与探针结合的序列应该是　　　　　　　　　　。如果某人没有感染新冠病毒,则PCR时DNA实时荧光信号强度　　　　　　(增强/减弱/不变)。 
(3)我国前不久推出新冠病毒抗原检测的方法,相较核酸检测,该方法方便简单,出结果较快,其原理是　　　　　　　　,目前国家推广“抗原筛查,核酸诊断”的监测模式,如果取样中所含病原体数量较少时,核酸检测的优点是　　　　　　　 　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)限制酶和DNA连接　转化　能从文库中筛选获取目的基因、物种的分子保存等
(2)5'-AATCT……AGCAA-3'　不变　(3)抗原与抗体特异性结合　有扩增环节,对病原体的特异性和敏感性更强,结果更可靠
7.(2022广州一模,22)矮化育种能使水稻等作物品种具有抗倒伏和高产的优良特性,但同时会引起所育品种的氮肥利用率降低。研究发现,提高NGR5基因表达量既能保持矮化特征,又可以提高氮肥的利用率。为了进一步研究NGR5蛋白提高氮肥利用率的作用机制,研究人员利用酵母菌进行相关实验。回答下列问题。
(1)酵母菌需要转录因子(一类蛋白质)才能开始转录过程,某种转录因子由BD(DNA结合结构域)和AD(转录激活结构域)两部分组成,在具备相应条件时,BD与AD会靠拢并结合,激活特定基因的转录。据此推测,BD能识别特定基因前段的　　　　　并与之结合,但不能激活转录过程。 
(2)研究人员将NGR5基因连接到含有编码BD多肽基因的表达载体中,随后使用一定方法处理酵母菌细胞,并将该表达载体导入其中,使其能表达　　　　　　　　　。 
(3)提取水稻根部细胞的RNA,通过　　　　　　　过程获得大量的各种cDNA,随后将不同的cDNA片段连接到含有编码AD多肽基因的表达载体中,并导入上述酵母菌细胞,使其能表达不同的AD-Xn融合蛋白(“Xn”表示不同cDNA片段表达的多肽)。 
(4)若Xn能与NGR5蛋白相互作用,则AD-Xn融合蛋白和BD-NGR5融合蛋白就会被牵引靠拢,促使BD与AD结合,激活标记基因的表达。这能使酵母菌将培养基中的某特殊物质转化为蓝色,因此可选择　　　　　的菌落进行继续研究。 
(5)为寻找能与NGR5蛋白相互作用的蛋白质,研究人员最终完成的实验如表所示,设置3个对照组的目的分别是　　　　　。 
组别
表达的蛋白(多肽)1
表达的蛋白(多肽)2
对照组1
BD
AD
对照组2
BD-NGR5
AD
对照组3
BD
AD-Xn
实验组
BD-NGR5
AD-Xn
答案　(1)碱基序列　(2)BD-NGR5融合蛋白　(3)逆转录和PCR扩增　(4)变蓝　(5)确保BD与AD之间、BD-NGR5与AD之间、BD与AD-Xn之间不会相互作用
综合
8.(2021河北,24,15分)采矿污染和不当使用化肥导致重金属镉(Cd)在土壤中过量积累。利用植物修复技术将土壤中的Cd富集到植物体内,进行后续处理(例如,收集植物组织器官异地妥善储存),可降低土壤中Cd的含量。为提高植物对Cd污染土壤的修复能力,研究者将酵母液泡Cd转运蛋白(YCF1)基因导入受试植物,并检测了相关指标。
回答下列问题:
(1)为获取YCF1基因,将酵母细胞的全部DNA提取、切割后与载体连接,导入受体菌的群体中储存,这个群体称为　　　　。 
(2)将DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时,所需要的两种酶是　　　　　　　　。构建的重组基因表达载体中必须含有标记基因,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)进行前期研究时,将含有YCF1基因的重组载体导入受试双子叶植物印度芥菜,采用最多的方法是　　　　　　。研究者进一步获得了转YCF1基因的不育杨树株系,采用不育株系作为实验材料的目的是　　　　　。 
(4)将长势一致的野生型和转基因杨树苗移栽到Cd污染的土壤中,半年后测定植株干重(图1)及不同器官中Cd含量(图2)。据图1可知,与野生型比,转基因植株对Cd具有更强的　　　　(填“耐性”或“富集能力”);据图2可知,对转基因植株的　　　　进行后续处理对于缓解土壤Cd污染最为方便有效。 

图1

图2
(5)已知YCF1特异定位于转基因植物细胞的液泡膜上。据此分析,转基因杨树比野生型能更好地适应高Cd环境的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
相较于草本植物,采用杨树这种乔木作为Cd污染土壤修复植物的优势在于　　　　　　(写出两点即可)。 
答案　 (1)基因文库　(2)限制酶和DNA连接酶　鉴别受体细胞中是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来　(3)农杆菌转化法　防止YCF1基因随花粉扩散,给生态系统带来风险　(4)耐性　叶　(5)转基因杨树液泡膜上的Cd转运蛋白可将细胞质基质中的Cd转运至液泡贮存,降低Cd对细胞代谢的影响　乔木比草本生物量大,与外界物质交换能力强
9.(2021天津,16,12分)乳酸菌是乳酸的传统生产菌,但耐酸能力较差,影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强,但不产生乳酸。研究者将乳酸菌的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母,获得能产生乳酸的工程菌株。图1为乳酸和乙醇发酵途径示意图,图2为构建表达载体时所需的关键条件。

图1

图2
(1)乳酸脱氢酶在转基因酿酒酵母中参与厌氧发酵的场所应为　　　　　　　　　　。 
(2)获得转基因酿酒酵母菌株的过程如下:
①设计引物扩增乳酸脱氢酶编码序列。
为使扩增出的序列中编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG,且能通过双酶切以正确方向插入质粒,需设计引物1和2。其中引物1的5'端序列应考虑　　　　　　　　　　　和　　　　　　　　　　。 
②将上述PCR产物和质粒重组后,导入大肠杆菌,筛选、鉴定,扩增重组质粒。
重组质粒上有　　　　　　　　　　,所以能在大肠杆菌中扩增。启动子存在物种特异性,易被本物种的转录系统识别并启动转录,因此重组质粒上的乳酸脱氢酶编码序列　　　(能/不能)在大肠杆菌中高效表达。 
③提取重组质粒并转入不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株,在　　　　　　　　的固体培养基上筛选出转基因酿酒酵母,并进行鉴定。 
(3)以葡萄糖为碳源,利用该转基因酿酒酵母进行厌氧发酵,结果既产生乳酸,也产生乙醇。若想进一步提高其乳酸产量,下列措施中不合理的是　　　(单选)。 
A.进一步优化发酵条件
B.使用乳酸菌LDH基因自身的启动子
C.敲除酿酒酵母的丙酮酸脱羧酶基因
D.对转基因酿酒酵母进行诱变育种
答案　 (1)细胞质基质　(2)①包含BamHⅠ的识别序列　将GTG改为ATG　②原核生物复制原点　不能　③缺失尿嘧啶　(3)B
考点3　DNA粗提取及生物技术的安全性与伦理问题
该考点训练内容主要是DNA的粗提取与鉴定等。
1.(2021山东,13,2分)粗提取DNA时,向鸡血细胞液中加入一定量的蒸馏水并搅拌,过滤后所得滤液进行下列处理后再进行过滤,在得到的滤液中加入特定试剂后容易提取出DNA相对含量较高的白色丝状物的处理方式是(　　)
A.加入适量的木瓜蛋白酶
B.37~40 ℃的水浴箱中保温10~15分钟
C.加入与滤液体积相等的、体积分数为95%的冷却的酒精
D.加入NaCl调节浓度至2 mol/L→过滤→调节滤液中NaCl浓度至0.14 mol/L
答案　A　
2.(2019江苏,10,2分)下列关于DNA粗提取与鉴定的叙述,错误的是(　　)
A.用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近
B.DNA析出过程中,搅拌操作要轻柔以防DNA断裂
C.预冷的乙醇可用来进一步纯化粗提的DNA
D.用二苯胺试剂鉴定DNA需要进行水浴加热
答案　A　
题型模板
模型　限制酶的选择
典型模型
限制酶选择的基本原则
模型特征:基因工程的试题往往会考查限制酶的选择,做题时要结合目的基因和质粒综合考虑选择哪些限制酶。
1.(2021辽宁,24节选,3分)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9 kb (1 kb=1 000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题:
图1为所用载体图谱示意图,图中限制酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入　　　　和　　　　两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用　　　　　　(填 “E.coli DNA连接酶”或“T4 DNA连接酶”)。 

图1
相关限制酶的识别序列及切割位点

注:箭头表示切割位点
答案　PvuⅡ　EcoRⅠ　T4 DNA连接酶　
2.(2022浙江百校联盟联考,37节选)钙依赖蛋白激酶(CDPK)在植物的信号传导和提高植物抗性方面发挥着重要作用。科学家通过将CDPK基因导入拟南芥(双子叶植物)中,来获得具有抗性的新品种。如图为某种质粒表达载体和含CDPK基因的DNA片段示意图,图中标记了限制酶的切割位点。据此回答下列问题:


通过基因工程,将CDPK基因导入拟南芥中,获得具有抗性的新品种的育种原理是　　　。为了使CDPK基因插入质粒中,应选取　　　　　　(两种限制酶)分别切割质粒和含目的基因的DNA片段,不选取另两种限制酶的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　基因重组　SmaⅠ和XbaⅠ　Hind Ⅲ可切断目的基因(CDPK基因),EcoRⅠ可切断标记基因(卡那霉素抗性基因)
变式模型
变式 特殊情况下的限制酶选择
模型特征:在某些特殊情况下,如载体和目的基因上的限制酶不同时,可以考虑选择同尾酶(识别序列不同但切出的DNA片段具有相同的黏性末端);质粒和目的基因都能进行转录,且转录方向是确定的,在将目的基因插入质粒时,要考虑选择哪种限制酶才能使二者的转录方向一致。
3.(2022辽宁营口期末,24节选)遗传毒性物质常存在于被化学物质污染的水体,可损伤生物的DNA,严重威胁人类健康。研究人员通过基因工程改造大肠杆菌,以期筛选对遗传毒性物质反应灵敏的工程菌株用于水质检测。研究人员选取启动子sul准备与图1表达载体连接。图2显示了启动子sul内部存在的酶切位点,箭头表示转录方向。

图1

图2
(1)据图1、2信息,克隆启动子sul时,在其A端和B端应分别添加限制酶　　　　　　的酶切位点,从而确保启动子sul可与已被酶切的表达载体正确连接。 
(2)将重组表达载体导入大肠杆菌,置于含有　　　　　　的选择培养基中进行筛选、鉴定及扩大培养,获得工程菌sul。 
答案　(1)XhoⅠ和SapⅠ　(2)氨苄青霉素　
情境应用
简单情境
1.肿瘤细胞耐药性机制(2022广州二模,22节选)肿瘤已成为严重危害人类健康的高发病,主要的治疗手段有化疗、放疗和手术等,而肿瘤细胞对肿瘤药物产生耐药性是化疗失败的主要原因之一,研究表明肿瘤细胞耐药性的产生与过量表达的跨膜转运蛋白BCRP有关,研究人员尝试建立稳定表达BCRP的细胞系。回答下列问题:
(1)研究人员从人的　　　　　　　(填“普通体细胞”或“癌细胞”)中提取出总RNA,逆转录后进行PCR扩增获得大量BCRP基因。 
(2)随后构建BCRP基因的真核表达载体,研究人员选择了P质粒作为载体,因为其具有①能被真核细胞识别的启动子,作用是　　　　　　　　　　　　　　;②抗新霉素的标记基因;③多个限制酶切割位点,作用是　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)在不破坏表达载体各功能序列的基础上,对上述环状载体进行酶切得到线性化载体,随后将其导入受体细胞,线性化载体可整合到染色体DNA上。联系所学知识推测进行酶切得到线性化载体的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)癌细胞　(2)①RNA聚合酶识别和结合的位点　③便于插入外源基因　(3)与环状载体相比,线性化载体能更稳定地存在并发挥功能

复杂情境
2.逆转录-荧光PCR技术(2022广东二模,22改编)如图所示为RT-PCR(逆转录-荧光PCR技术)的原理:PCR过程中探针和引物一起与模板结合,探针两侧分别带有荧光基团和淬灭基团(抑制荧光发出),当酶催化子链延伸至探针处时会水解探针,导致荧光基团与淬灭基团分离而发出荧光。

请回答下列问题:
(1)PCR技术的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。RT-PCR过程中,需先将RNA逆转录成cDNA,故装置中需添加的酶有　　　　　　　　　。 
(2)对新冠病毒进行检测时,探针的设计依据是　　　　　　　　　　　　。探针与模板结合发生在PCR循环中的　　　　(选填“变性”“复性”或“延伸”)阶段。 
(3)若监测系统检测到荧光信号,则可判定该检测样本为阳性,其原理是　　　 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(4)为了在没有核酸检测的条件下及早发现新冠病毒,我国于2022年3月11日推出新冠病毒抗原检测试剂盒作为核酸检测的补充措施,该试剂盒的检测原理是　　　　　。 
答案　(1)大量扩增目的基因片段,用于检测　逆转录酶　(2)一段已知目的基因的核苷酸序列　复性　(3)样本中的新冠病毒核酸会被探针识别,从而进行快速复制,导致监测系统检测到荧光信号　(4)抗原与抗体的特异性结合
复杂陌生情境
3.基因编辑技术(2022韶关二模,22)我国科学家黄三文团队通过基因编辑技术培育出二倍体自交系和杂交优势显著的杂交马铃薯品系“优薯1号”,突破了百年来马铃薯自交不亲和,薯块只能无性繁殖的难题。如图是科学家用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点敲除二倍体马铃薯的自交不亲和基因的示意图。

(1)据图分析CRISPR/Cas9基因编辑技术能对基因进行定点编辑,其原理是由一条单链向导RNA引导Cas9蛋白到　　　　　　　　　进行切割。已知CRISPR/Cas9仅存在于原核生物中,故需借助　　　　技术才能在马铃薯细胞中发挥作用。Cas9蛋白和向导RNA结合形成的复合物能切割DNA,从功能上来看该复合物相当于基因工程中的限制酶,CRISPR/Cas9打破了限制酶　　　　　　　　　　　　　　的局限性。所以在使用CRISPR/Cas9系统对不同基因进行编辑时,应使用　　　　(填“相同”或“不同”)的向导RNA。 
(2)敲除二倍体马铃薯的自交不亲和基因后可让该植株自交观察是否产生种子来检测其作用效果,这属于　　　　　　　水平的鉴定。 
(3)基因编辑技术比传统的基因工程技术更准确,目的性更强。通过上述材料,推测利用CRISPR/Cas9基因编辑技术进行基因敲除的应用价值可能有　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　(答出一点即可)。 
答案　(1)一个特定的基因位点　转基因　只能识别一种特定的核苷酸序列　不同　(2)个体生物学　(3)进行基因治疗、研究基因功能、构建疾病治疗动物模型等
4.基因敲除和基因沉默(2022佛山二模,22)心脏移植是挽救终末期心脏病患者生命唯一有效的手段,然而心脏移植过程中会发生缺血再灌注损伤(IRI),可能导致心脏坏死。研究发现,IRI通过促进Caspase8等一系列凋亡基因的表达,导致细胞凋亡坏死,最终引起器官损伤。根据Caspase8基因合成的小干扰RNA(siRNA)可以使Caspase8基因沉默,有效抑制IRI所致的器官损伤。图是利用猪的心肌细胞开展siRNA作用研究的示意图。

回答下列问题:
(1)图中步骤②构建重组质粒需要使用　　　　　　　　　　等工具酶。与直接将siRNA导入猪的心肌细胞相比,通过重组质粒将siRNA对应的DNA序列导入心肌细胞,其优点是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出一点)。 
(2)siRNA对应DNA序列在心肌细胞中表达产生的siRNA,与RISC组装形成基因沉默复合物,通过抑制基因表达的　　　　过程,使Caspase8基因沉默,从而降低IRI引起的细胞凋亡。 
(3)研究人员根据Caspase8基因的碱基序列,设计了三种序列分别导入猪的心肌细胞,通过测定靶基因Caspase8的mRNA含量来确定最优序列。测定mRNA含量时,需提取心肌细胞的总RNA,经过　　　　过程得到cDNA,再进行PCR扩增,测定PCR产物量,结果如图所示。据此判断最优序列是　　　　。 

(4)选用猪的心肌细胞作受体细胞是因为猪在基因、解剖结构、生理生化和免疫反应等方面与人类极为相似。为了解决心脏移植供体短缺问题,许多科学家正在研究用猪心脏代替人的心脏。你认为将猪心脏移植到人体面临的最大挑战是　　　　　　　　　,请说出一种解决这一问题的思路:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)限制酶、DNA连接酶　可持续产生siRNA,使靶基因长时间沉默(或:可以使质粒只在特定的组织中表达;或:可构建某基因永久沉默的实验动物模型)　(2)翻译　(3)逆转录　序列2　(4)免疫排斥反应　可以利用基因工程技术将猪与免疫排斥有关的抗原基因敲除;转入一些人类特有蛋白的基因,将猪细胞伪装成人的细胞


审题解题
1.(2022山东淄博一模,5)为确定W基因在染色体上的位置,研究人员进行了如下操作:①破裂细胞后将染色体固定在玻片上,去除mRNA及染色体上的蛋白质,拍摄染色体得到显微照片1。②制备32P标记的W基因探针(单链DNA)。③将玻片上的染色体DNA变性为单链后,置于含W基因放射性探针的杂交溶液中温育一段时间。④洗脱玻片上未杂交的放射性探针,对玻片进行放射性自显影处理得到照片2。⑤将照片1和照片2叠加,确定W基因的所在染色体及其位置。下列分析错误的是(　　)
A.可用A-32P~P~P制备W基因的放射性探针
B.W基因探针的碱基序列与W基因中某条单链的部分碱基序列相同或互补
C.去除染色体上的蛋白质并将DNA变性为单链有利于DNA与探针完成杂交
D.去除mRNA可以防止W基因的mRNA与探针杂交,对实验结果产生干扰
补充设问
审题方法
设问① 染色体上为什么会有RNA和蛋白质?如何去除?去除RNA有何意义?
解题思路
设问② A-32P~P~P去掉两个磷酸基团后剩下的结构可以合成DNA吗?为什么?
答案　A　
补充设问答案 设问① 染色体(质)上的DNA可能正结合RNA聚合酶进行RNA的转录,染色体主要由DNA和蛋白质构成;可用RNA酶和蛋白酶去除RNA和蛋白质;去除mRNA可以防止W基因的mRNA与探针杂交,去除蛋白质后,有利于DNA与探针碱基互补配对。
设问② 不可以。A-32P~P~P去掉两个磷酸基团后剩下的结构为AMP,是构成RNA的基本单位之一。
2.(2022山东烟台一模,25)2020年8月16日,由我国军事医学研究院陈薇院士团队及康希诺生物联合申报的腺病毒载体新冠疫苗被授予专利权,是我国首个新冠疫苗专利。全面接种新冠疫苗,建立免疫屏障,可有效防止新冠病毒大规模传染。
(1)新冠病毒是一种RNA病毒,通过其表面的S蛋白与宿主细胞膜表面ACE2受体结合而完成感染。研制疫苗时,通过RT-PCR(逆转录-聚合酶链式反应)获取S蛋白基因所需要的酶是　　　　　　　。据图1分析,选择的引物是　　　　,其作用是　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　。 

图1

图2
(2)PCR的产物一般通过电泳来鉴定,结果如图2所示。1号泳道为标准(Marker),2号泳道为阳性对照(提纯的S蛋白基因片段),3号泳道为实验组。标准(Marker)的实质为　　　　
　　　　　　　　　　　　,3号泳道的杂带出现的原因一般有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(至少答出两点)。 
(3)腺病毒是一种DNA病毒,基因组中的E1区蛋白与腺病毒的复制有关,对宿主细胞的毒性很强。科研中将去除E1基因构建的复制缺陷型腺病毒作为运载S蛋白基因的载体,经过改造后的腺病毒应该具备的特点有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(至少答出两点)。试说明科研中选用复制缺陷型腺病毒作载体制备新冠疫苗的原因是　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
补充设问
审题方法
设问① 如何判断DNA单链的5'端和3'端?引物只能结合在DNA单链的哪一端?
解题思路
设问② 电泳鉴定DNA时,如果不止一条条带,分析原因时常从哪几个方面分析?
答题技巧
设问③ 腺病毒基因组中的E1基因去除后的病毒称为什么病毒?该腺病毒还能复制吗?用去除E1基因的腺病毒作为载体制备DNA疫苗在安全性方面有何优势?
答案　(1)逆转录酶、Taq酶　Ⅱ、Ⅲ　使Taq酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸　(2)不同已知长度的DNA片段混合物　模板受到污染;引物的特异性不强;复性温度偏低　(3)能够侵染宿主细胞;具有多个限制酶酶切位点;不能复制　避免人体因重组腺病毒增殖而感染,进而提高疫苗的安全性。
补充设问答案 设问① “—”端为DNA单链的5'端,“—OH”端为DNA单链的3'端。引物只能结合在DNA单链的3'端。
设问② 模板不唯一,可能掺入了其他DNA分子;引物设计不合理,它们与非目的序列有同源性或容易聚合形成二聚体;复性温度过低,复性的温度取决于引物的长度、碱基组成等;DNA聚合酶的质量不好等。
设问③ 复制缺陷型腺病毒。不能复制。可以避免腺病毒增殖,提高疫苗的安全性。