专题15 基因工程-2025年高考生物 热点 重点 难点 专练（天津专用）

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1.命题趋势：明考情知方向
2.重难诠释：知重难、掌技巧、攻薄弱
3.创新情境练：知情境练突破
4.限时提升练：（30min）综合能力提升
基因工程与蛋白质工程(含PCR技术、DNA的粗提取与分离)
1.基因工程常考的3种基本工具
图17-1
2.基因工程的操作步骤
图17-2
3.PCR技术
原理是 DNA双链复制 ,前提是 要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 ,其过程如下:
变性:90~95 ℃,DNA解链 ↓复性:55~60 ℃, 引物 与互补DNA链结合 ↓延伸:70~75 ℃,在 热稳定的DNA聚合酶 作用下合成子链
4.DNA的粗提取与鉴定
5.蛋白质工程
图17-3
（建议用时：10分钟）
1．水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。蛋白质工程流程如图所示。下列关于蛋白质工程叙述正确的是（ ）
A．蛋白质工程是在分子水平上对DNA分子直接进行操作，定向改变分子的结构
B．图中的b为mRNA a为蛋白质，b和a对应的单体序列都是唯一的
C．通过蛋白质工程改造的水蛭蛋白是自然界已有的蛋白质
D．蛋白质工程改造的水蛭蛋白过程中不涉及中心法则
2．天然的T4溶菌酶（A0）来源于T4噬菌体，在食品防腐、医药工业等方面有广泛应用，但热稳定性较差。为提高该酶的热稳定性，研究人员将T4溶菌酶（A0）第3位上的异亮氨酸替换为半胱氨酸，该处的半胱氨酸可与第97位半胱氨酸间形成二硫键，从而获得热稳定性高的T4溶菌酶（A1）。下列说法正确的是（ ）
A．A1热稳定性较A0高的原因与氨基酸之间形成的化学键有关
B．根据A1的氨基酸序列，就能准确推出相应的脱氧核苷酸序列
C．工业化生产中A0的合成需经过基因的表达过程，A1则直接合成
D．将A0、A1分别与底物混合后，再置于相同的高温环境中以检测活性
3．草鱼是我国养殖产量最大的水产品种之一、近日武汉高泽霞教授团队找到并敲除控制草鱼肌间刺产生的关键基因B，成功培育出“无刺”草鱼，实验过程如下。下列说法错误的是（ ）
A．可从鱼刺中提取mRNA进行逆转录获得cDNA，从中找到与鱼刺发育有关的基因
B．PCR扩增时反应体系中需加入模板、原料、引物、耐高温的DNA聚合酶、Mg2+等
C．利用基因编辑技术获得一条敲除基因B的杂合体少刺草鱼，通过一代杂交可获得遗传性状稳定的无刺鱼
D．养殖遗传性状稳定的无刺鱼时，应避免与野生鱼杂交，否则可能会造成生态威胁
4．为研究水稻D基因的功能，研究者将T-DNA插入D基因中，致使该基因失活，失活后基因记为d。为验证F植株基因型（DD、Dd、dd），研究者根据D基因T-DNA的序列设计了3种引物。随机选取F植株若干，提取各植株的总DNA分别用引物“I+Ⅲ”组合（A组）及“II+Ⅲ”组合（B组）进行PCR扩增，检测是否扩增（完整的T-DNA过大，不能完成PCR扩增）。下列叙述错误的是（ ）
A．引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸
B．PCR扩增需要2种引物，确保特异地复制处于两个引物之间的DNA序列
C．若A组进行PCR可完成扩增，B组不能，则相应植株的基因型是DD
D．若A、B组进行PCR均可完成扩增，则相应植株的基因型是Dd
5．实时荧光RT-PCR可用于新型冠状病毒的核酸检测，RT-PCR是将RNA逆转录（RT）和cDNA聚合酶链式扩增反应相结合的技术，其原理是：在PCR复性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抑制荧光发出的淬灭基团，新链延伸过程中，DNA聚合酶会破坏探针，导致荧光基团与淬灭基团分离而发出荧光。利用RT-PCR进行核酸检测的相关过程如下图所示。下列说法错误的是（ ）

A．做RT-PCR之前，需要先根据新冠病毒的cDNA核苷酸序列合成引物和探针
B．如果检测结果有强烈荧光信号发出，说明被检测者没有感染新型冠状病毒
C．RNA不能作为PCR扩增的模板，需将样本中的RNA反转录为DNA后再扩增
D．还可以检测病毒的外壳或病毒引发产生的抗体，其原理都是抗原—抗体杂交
（建议用时：30分钟）
一、单选题
1．据悉多基因编辑猪皮移植手术已获成功，下列叙述错误的是（ ）
A．为防止免疫排斥反应，应该把患者的抗体基因进行删除
B．皮肤在人体的免疫中发挥重要作用，它属于人体免疫的第一道防线
C．器官移植中的免疫排斥反应既有细胞免疫也有体液免疫
D．更多的人加入到自愿捐献器官行列中，有助于缓解供体器官的短缺
2．某校学习小组进行PCR实验，甲、乙、丙三名同学分别以酵母菌为材料，进行PCR扩增，各取20ul产物进行凝胶电泳，得到的结果如右图。下列叙述错误的是（ ）

A．PCR技术可用于检测酵母菌是否含有某种基因
B．甲同学扩增得到的DNA量比乙同学多
C．丙同学所用的引物可能与甲乙同学的不一样
D．丙同学扩增得到的片段比甲乙同学的要大
3．将Oct3/4、Sx2、c-Myc和Klf4基因通过逆转录病毒转入小鼠成纤维细胞后。置于培养胚胎干细胞（ES细胞）的培养基上培养。2~3周后，细胞会呈现出与ES细胞类似的形态和活跃分裂能力，这样的细胞称为诱导多能干细胞（iPS细胞）。下列说法错误的是（ ）
A．逆转录病毒充当了将目的基因导入成纤维细胞的载体
B．从获取途径看，iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞
C．体细胞经诱导产生iPS细胞后，细胞的全能性下降
D．欲验证iPS细胞的产生是由于外源基因的作用，应设置不转入外源基因的对照组
4．PCR技术可用于遗传多样性的研究。下图是对两个跳虫（A和B）DNA分析的实验过程，有关叙述错误的是（ ）
A．蛋白酶可以分解组织中的蛋白质，在提取DNA时加入蛋白酶有助于释放出DNA
B．Taq酶能够耐高温，高温下不会变性，常在PCR中用于DNA链的合成
C．将已知长度的DNA片段装到凝胶上作参照，可用于估测样本DNA片段的大小
D．阴性对照是已知DNA模板及PCR扩增过程所需的物质，以监测试剂是否污染
5．“筛选”是生物技术与工程中常用的技术手段。下列叙述错误的是（ ）
A．培育转基因抗虫棉时，需从分子水平及个体水平进行筛选
B．制备单克隆抗体时，需从分子水平筛选能产生所需抗体的杂交瘤细胞
C．胚胎移植前，需对通过体外受精或其他方式得到的胚胎进行质量筛选
D．单倍体育种时，需对的花药进行筛选后才可继续进行组织培养
6．外界因素或细胞自身因素均可引起DNA分子断裂。下图是断裂DNA的一种修复模式，其中DNA同源序列是指具有相同或相似核苷酸序列的片段。相关叙述错误的是（ ）
A．酶a的作用是形成黏性末端，便于侵入同源序列
B．过程②中含同源序列的DNA会发生解旋
C．酶b是DNA聚合酶，以同源序列为模板、侵入单链为引物
D．修复DNA的核苷酸序列可能改变，这种变异属于基因重组
7．下列有关生物工程描述正确的有（ ）
①植物体细胞杂交技术可打破生殖隔离，培育出的新品种一定不是单倍体②利用普通植物茎尖进行植物组织培养可以培育出抗病毒植株③在植物体细胞杂交过程中可采用质壁分离实验检测制备的原生质体的活性④通过对引物的设计，运用PCR技术可以实现目的基因的定点诱变、在目的基因两端增加限制酶识别位点等目的⑤在试管牛培育过程中需用物理或化学法激活重构胚，使其完成分裂和发育⑥在“克隆羊”、“试管羊”和“转基因羊”的形成过程中，一般都有卵母细胞的参与⑦设计试管婴儿与试管婴儿的区别是前者在胚胎植入前需进行遗传学诊断⑧把目的基因导入蛙的受精卵，待培养成早期胚胎后再移植到雌蛙体内
A．四项B．三项C．两项D．一项
8．通过设计引物，运用 PCR 技术可以实现目的基因的定点诱变。如图为基因工程中获取突变基因的过程，其中引物 1 序列中含有一个碱基 T 不能与目的基因片段配对，但不影响引物与模板链的整体配对，反应体系中引物 1 和引物 2 的 5'端分别设计增加限制酶 a 和限制酶 b 的识别位点。有关叙述不正确的是（ ）
A．引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因定向插入
B．在 PCR 反应体系中还需要加入 4 种游离核苷酸、耐高温的 DNA 聚合酶等
C．第 3 轮 PCR，引物 1 能与图中②结合并且形成两条链等长的突变基因
D．第 3 轮 PCR 结束后，含突变碱基对且两条链等长的 DNA 占 1/2
9．PCR引物的3'端为结合模板DNA的关键碱基，5'端无严格限制，可用于添加限制酶切点等序列。下列叙述正确的是（ ）
A．PCR第4个循环，消耗了15对引物
B．脱氧核苷酸作为扩增的原料会依次连接到5'端
C．耐高温的DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸连续结合到双链DNA片段的引物链上
D．用图中引物扩增至少四个循环后才能获得两端均添加限制酶切点的目的产物
10．胰岛素的研发走过了：动物提取—化学合成—重组胰岛素—生产胰岛素类似物生产等历程。有关叙述错误的是（ ）
A．动物体内胰岛素由胰岛B细胞合成并胞吐出细胞
B．氨基酸是化学合成胰岛素的原料
C．用大肠杆菌和乳腺生物反应器生产胰岛素需相同的启动子
D．利用蛋白质工程可生产速效胰岛素等胰岛素类似物
11．下列关于PCR扩增DNA片段及电泳鉴定的叙述，正确的有（ ）
A．PCR反应中，复性阶段需要DNA聚合酶连接磷酸二酯键
B．PCR反应中，延伸阶段需要反应体系中的ATP提供能量
C．电泳时，DNA分子在凝胶中的迁移速率与DNA的大小和构象等有关
D．电泳时，将PCR产物、核酸染料和电泳指示剂混合后注入凝胶加样孔
12．某研究小组构建了能表达ACTA1-GFP融合蛋白的重组质粒，该重组质粒的部分结构如下图所示。下列叙述错误的是（ ）
注：F1和F2表示上游引物，R1和R2表示下游引物
A．ACTA1基因转录的模板链是a链，引物F1与a链的部分序列相同
B．仅用F2和R1一对引物，即可确定ACTA1基因插入方向是否正确
C．RNA聚合酶与启动子结合，调控ACTA1基因和GFP基因的表达
D．若用引物F2和R2进行PCR，能更好地区分ACTA1-GFP基因纯合子和杂合子
13．研究发现，水稻蜡质基因（Wx）编码直链淀粉合成酶。若Wx基因中第226位碱基是正常的G，该位点所在的内含子能被正常剪接，胚乳中直链淀粉含量最高，基因型记做GG；若该位点突变成T，则不能被正常剪接，胚乳中直链淀粉的合成水平会降低，基因型记做TT。为检测Wx基因该位点碱基是G或T，研究人员以待测水稻叶片总DNA为材料，以Wx基因片段设计引物如图所示，对PCR扩增产物经AccⅠ酶切后电泳。已知引物1为5＇-GCTTCACTTCTCTGCTTGTG-3＇，两引物之间无另外的AccI酶的识别位点。下列叙述正确的是（ ）
A．组成上述两种淀粉合成酶的氨基酸的种类不同，数目相同
B．GT杂合型水稻品种酶切电泳结果为2条条带
C．若酶切产物只能观察到大约460bp的DNA条带，则表明该水稻品种为TT型
D．该实验中需设计的引物2为5＇-TTCAACTCTCGTTAAATCAT-3＇
阅读下列材料，回答下列小题。
在应用基因工程改变生物遗传特性，进而利用种间关系进行生物防治方面，中国科学家取得了许多重要进展。
资料一：人类使用化学农药防治害虫，致使环境不断恶化。王成树等从黄肥尾蝎中克隆出一种神经毒素基因AalT，将其导入能寄生在许多害虫体内的绿僵菌中，增强绿僵菌致死害虫的效应，可有效控制虫害大规模爆发。
资料二：小麦赤霉病是世界范围内极具毁灭性的农业真菌病害。王宏伟、孔令让等从长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7。将Fhb7导入小麦，其表达产物可减轻赤霉菌对小麦的感染，从而避免小麦赤霉病大规模爆发。
资料三：疟疾由受疟原虫感染的雌按蚊通过叮咬在人群中传播。王四宝等从几种微生物中克隆出5种不同抗疟机制的基因，将它们导入按蚊的肠道共生菌AS1中。在按蚊肠道内，AS1工程菌分泌的基因表达产物可杀灭疟原虫。因AS1可在按蚊亲代和子代种群中扩散，所以在含AS1工程菌按蚊的群落中，疟疾传播一般可被阻断。
14．目的基因是基因工程的关键要素。关于上述资料中涉及的目的基因，下列分析正确的是（ ）
A．来源：必须从动物、植物或微生物的基因组文库中直接获取
B．作用：上述基因表达产物一定影响防治对象的生长或存活
C．转化：均可采用农杆菌转化法将目的基因导入受体细胞
D．应用：只有将目的基因导入防治对象才能达到生物防治目的
15．在利用种间关系进行生物防治的措施中，下列分析错误的是（ ）
A．施用绿僵菌工程菌减少虫害，不改变绿僵菌与害虫之间存在寄生关系
B．引入Fhb7增强小麦的抗菌性，目的是调节真菌对植物的寄生能力
C．AS1工程菌分泌的多种表达产物不改变AS1与按蚊之间存在共生关系
D．使AS1工程菌分泌多种表达产物杀灭疟原虫，目的是调节按蚊对人的寄生能力
大多数真核细胞的基因为不连续基因，除编码蛋白质的外显子外，还有不编码蛋白质的内含子；在转录时整个基因（包括外显子和内含子）都被转录，形成前体mRNA。前体mRNA有两种基本剪接方式：一是将内含子从前体mRNA中去除，然后规范地将外显子剪接成成熟的mRNA，这种剪接方式称为组成型剪接；另一种剪接方式是可调控的选择性剪接，真核生物中有些基因的mRNA前体有几种不同的剪接方式，外显子按照不同的方式剪接在一起。
人类的甲状腺和下丘脑中，都存在一种相同的基因，但由于转录后加工方式的不同，同种基因产生了两种不同的成熟mRNA。在甲状腺中，mRNA的翻译产物是降钙素，调节钙和磷的正常代谢，降低血液中的钙浓度。在下丘脑中，基因产物是降钙素基因相关多肽（CGRP），与血压的调节和痛觉有关。

阅读材料完成下列小题：
16．下列关于转录和RNA剪接的叙述，正确的是（ ）
A．转录启动区域甲基化会干扰DNA聚合酶与启动子结合
B．图中②发生的剪接方式为组成型剪接
C．同一个基因指导合成的蛋白质一定相同
D．RNA剪接过程中有磷酸二酯键的断裂和重新形成
17．根据降钙素基因的表达过程，有关叙述正确的是（ ）
A．基因结构改变导致转录出不同的mRNA
B．根据某成熟mRNA的碱基排列顺序，就可确定基因碱基排列顺序
C．外显子不一定参与蛋白质的编码
D．降钙素和CGRP均可与二苯胺反应呈蓝色
二、非选择题
18．东北酸菜是白菜经腌制而成的传统食品。发酵过程中若霉菌等微生物大量繁殖会导致酸菜腐败发臭。研究人员从酸菜中分离出具有抑菌活性的乳酸菌，该类乳酸菌因能分泌新型细菌素（多肽）而具有抑菌活性。为获得细菌素表达量更高的工程菌用于生产，进行了相关研究。回答下列问题。
(1)乳酸菌产生的乳酸能溶解碳酸钙而产生溶钙圈。研究人员为从市售多个品牌的酸菜中分离纯化乳酸菌，配制含有碳酸钙的固体培养基，利用 法对该培养基进行灭菌，并采用 法将酸菜液接种到培养基中，选择有溶钙圈的菌落并继续进行纯培养，选择对霉菌抑菌率高的菌株进行后续操作。
(2)研究人员从上述乳酸菌中提取细菌素基因，将其导入受体菌，再对受体菌做进一步的检测与鉴定。下面是细菌素基因及构建的基因表达载体的示意图。

①利用PCR技术扩增细菌素基因时，应选择的一对引物是 ，PCR过程中，经过4轮循环，消耗引物的个数是 。
②若以细菌素基因甲链为转录的模板链，为构建基因表达载体，应在与甲链结合的引物的5′端加入 （填“BamHI”或“NdeI”）的识别序列。
③转化操作后提取受体细胞中的DNA，并利用选择的引物进行扩增，再对扩增产物进行电泳检测，结果如下图。

设置4号的目的是 （答出1点即可），电泳结果表明 。
19．人体内的t-PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和脑血栓的急救药。然而，为心梗患者注射大剂量的基因工程t-PA会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该突变基因，可制造出性能优异的t-PA突变蛋白。下图是通过重叠延伸PCR技术获取t-PA改良基因和利用质粒pCLY11构建含t-PA改良基因的重组质粒示意图（图中重叠延伸PCR过程中引物n、b用来扩增突变位点及其上游DNA序列，引物c、d用来扩增突变位点及其下游DNA序列）。请回答下列问题：
(1)科学家将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，生产出性能优良的t-PA突变蛋白的生物技术手段属于 范畴。
(2)获得性能优良的t-PA突变蛋白的正确顺序是 （选择正确编号并排序）。
①t-PA蛋白功能分析和结构设计
②借助定点突变改造t-PA基因序列
③检验t-PA蛋白的结构和功能
④设计t-PA蛋白氨基酸序列和基因序列
⑤利用工程菌发酵合成t-PA蛋白
(3)已知t-PA蛋白第84位是半胱氨酸，相应的基因模板链（图中t-PA基因的上链）上的碱基序列是ACA，丝氨酸的密码子是UCU。重叠延伸PCR示意图中的黑点便是突变部位的碱基，引物b中该突变位点的碱基是 。
(4)据图可知，重叠延伸后，进行PCR需要的引物是 ，引物的作用是 。
(5)若获得的t-PA突变基因如图所示，那么质粒pCLY11需用限制酶 切开，才能与t-PA突变基因高效连接。
20．毕赤酵母（能以甲醇为唯一碳源）可作为生产抗原蛋白的工程菌。研究人员以pPIC9K质粒为载体，构建含乙型肝炎病毒表面抗原蛋白基因HBsAg的重组质粒，酶切后导入毕赤酵母，经同源重组整合到其染色体DNA上并实现复制与表达，部分过程如下图。其中5'AOX1为AOX1基因启动子（一种甲醇诱导型启动子），3'AOX1（TT）为AOX1基因终止子，3'AOX1为AOX1基因的部分序列（同源重组的重要位点之一），Bg1Ⅱ、SacⅠ、SnaBⅠ和AyrⅡ为限制酶酶切位点，HBsAg基因中“→”表示基因转录方向。回答下列问题。
(1)过程①PCR除需要加入Taq酶、dNTP、缓冲液、Mg2+外，还需加入 和 。
(2)为了后续将目的基因定向插入质粒，在进行过程①时应在HBsAg基因两侧的A和B端分别添加的碱基序列是 、 。
(3)过程③需用一定浓度的 处理大肠杆菌使其成为感受态细胞，将重组质粒导入大肠杆菌的目的是 。
(4)若用限制酶SnaBⅠ、Bg1Ⅱ联合酶切pPIC9K质粒，获得的DNA片段的长度分别是38kb、27kb、67kb，用限制酶BgⅢ、AvrⅡ联合酶切pPIC9K质粒，得到的DNA片段的长度分别是38kb、40kb、54kb：已知HBsAg基因长度是55kb。则过程⑤应选用的限制酶是 ，获得的重组DNA的长度为 。
(5)转化的酵母菌需在培养基中加入甲醇，其目的是 。
三年考情分析
2025命题预测
2024天津卷T5 基因表达载体的构建 蛋白质工程原理及操作流程
2024天津卷T11 将目的基因导入受体细胞
2024天津卷T16 基因工程的操作程序综合 电泳鉴定
2023天津卷T7 基因工程在农牧业、制药及环境等方面的应用
2023天津卷T16 PCR扩增的原理与过程
2023天津卷T17 基因工程综合
2022天津卷T15 PCR扩增的原理与过程 基因表达载体的构建 目的基因的检测与鉴定
基因工程的流程和应用是高考的必考点，且常考常新，预计2024年高考也不例外，依然会对其进行考查，有可能与新的科研实事结合，综合考查基因工程的流程和应用，比如新冠病毒疫苗的研发，还可能与细胞工程、胚胎工程等综合起来考查
基本原理
方法
目的
DNA在不同浓度的NaCl溶液中的溶解度不同,如下图所示:
溶于NaCl溶液中并稀释
①NaCl溶液浓度为 2 ml/L 时,DNA溶解,而部分蛋白质发生盐析生成沉淀,通过 过滤 可除去部分蛋白质及不溶于NaCl溶液的杂质
②将NaCl溶液稀释至 0.14 ml/L 时,DNA析出,过滤可除去溶于NaCl溶液中的部分蛋白质和其他杂质
DNA不被蛋白酶所水解
加入嫩肉粉
嫩肉粉中的 木瓜蛋白酶 可水解蛋白质
DNA不溶于酒精
加入冷却的体积分数为95%的 酒精
DNA析出,除去溶于酒精的蛋白质
DNA可被二苯胺试剂染成 蓝色
加入 二苯胺试剂 ,并进行 沸水浴
鉴定DNA