2023届高考生物二轮复习基因工程与蛋白质工程作业含答案

这是一份2023届高考生物二轮复习基因工程与蛋白质工程作业含答案，共35页。
专题二十八　基因工程与蛋白质工程
高频考点
考点一　基因工程的工具与操作
该考点训练内容为重组DNA所需基本工具的作用、基因工程基本操作程序的四个步骤,重点考查基本步骤中酶的选择和使用、PCR及电泳鉴定。
基础
1.(2021北京朝阳一模,10)夏黑葡萄的V基因启动子上游存在一段调控基因表达的碱基序列。此碱基序列可与细胞中的某些蛋白结合,从而使启动子发挥功能,V基因可以表达。将V基因调控序列、启动子与金担子素抗性基因构建融合基因,用融合基因构建的重组质粒转入酵母菌细胞(如图)。再向酵母菌细胞中转入夏黑葡萄的F蛋白基因表达载体。下列相关叙述错误的是(　　)

A.启动子可与RNA聚合酶结合从而使基因转录
B.可用含金担子素的培养基作为选择培养基
C.重组质粒导入酵母菌中,金担子素抗性基因即可表达
D.若F蛋白与V基因调控序列结合,则酵母菌对金担子素有抗性
答案　C　
2.(2019北京理综,4,6分)甲、乙是严重危害某二倍体观赏植物的病害。研究者先分别获得抗甲、乙的转基因植株,再将二者杂交后得到F1,结合单倍体育种技术,培育出同时抗甲、乙的植物新品种。以下对相关操作及结果的叙述,错误的是(　　)
A.将含有目的基因和标记基因的载体导入受体细胞
B.通过接种病原体对转基因的植株进行抗病性鉴定
C.调整培养基中植物激素比例获得F1花粉再生植株
D.经花粉离体培养获得的若干再生植株均为二倍体
答案　D　
重难
3.(2021北京东城二模,14)为了获得抗蚜虫棉花新品种,研究人员将雪花莲凝集素基因(GNA)和尾穗苋凝集素基因(ACA)与载体(pBI 121)结合,然后导入棉花细胞。下列操作与实验目的不符的是(　　)

A.用限制酶BsaBⅠ和DNA连接酶处理两种基因可获得GNA-ACA融合基因
B.与只用KpnⅠ相比,KpnⅠ和XhoⅠ处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确
C.将棉花细胞接种在含氨苄青霉素的培养基上可筛选出转基因细胞
D.用PCR技术可检测GNA和ACA基因是否导入棉花细胞中
答案　C　
4.(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　
综合
5.(2021北京西城一模,14)如图为数字PCR技术的原理示意图,下列相关叙述错误的是(　　)

A.PCR每一循环包括变性、复性和延伸三步
B.每个反应单位中都含有耐高温的RNA聚合酶
C.每个反应单位有无荧光取决于是否含有靶分子
D.数字PCR技术有利于提高病原体检测的灵敏度
答案　B　
6.(2018北京理综,5,6分)用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是(　　)

图1　酶切位点图

图2　电泳结果示意图
A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同
B.图2中酶切产物可用于构建重组DNA
C.泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物
D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA
答案　D　
7.(2021北京海淀二模,17)养殖家禽的饲料中富含谷物,纤维素是谷物的重要成分,但家禽消化道中缺少能降解纤维素的酶,阻碍了家禽对饲料的吸收与利用。研究人员利用转基因技术改造乳酸杆菌,将其添加于饲料中,以提高家禽养殖效率。
(1)乳酸杆菌是动物肠道的优势细菌之一。家禽肠道内的乳酸杆菌通过细胞　　　　呼吸产生乳酸等代谢产物,可抑制有害细菌的生长和繁殖,维持肠道的正常机能,乳酸杆菌与家禽的种间关系属于　　　　。 
(2)枯草芽孢杆菌可分泌一种降解纤维素的酶,这种酶由W基因编码。为在乳酸杆菌中表达W基因,需使用图1中的质粒为载体。图2为克隆得到的含W基因的DNA片段,W基因以乙链为转录模板链,转录时mRNA自身延伸的方向为5'→3'。

图1

图2
①很多启动子具有物种特异性,在图1质粒中插入W基因,其上游启动子应选择　　　　(填写字母)。 
A.枯草芽孢杆菌启动子　　　　B.乳酸杆菌启动子
C.农杆菌启动子
②如表是几种限制酶识别序列及其切割位点,图1、图2中标注了相关限制酶的酶切位点。
限制酶
EcoRⅠ
BamHⅠ
识别序列及
切割位点
↓　　
5'-GAATTC-3'
3'-CTTAAG-5'
　　↑
↓　　
5'-GGATCC-3'
3'-CCTAGG-5'
　　↑

限制酶
KpnⅠ
MfeⅠ
识别序列及
切割位点
　　 ↓
5'-GGTACC-3'
3'-CCATGG-5'
↑　　
↓　 　
5'-CAATTG-3'
3'-GTTAAC-5'
　 　↑

限制酶
HindⅢ
识别序列及
切割位点
↓　　
5'-AAGCTT-3'
3'-TTCGAA-5'
　　↑
根据上述信息,应使用限制酶　　　　切割图1中质粒,使用限制酶　　　　切割图2中含W基因的DNA片段,以获得能正确表达W基因的重组质粒。所得重组质粒转化乳酸杆菌后,使用含抗生素　　　　　的培养基筛选,以得到转入W基因的乳酸杆菌。 
(3)为确定导入重组质粒的乳酸杆菌是否具有分解纤维素的能力,研究人员用液体培养基分别培养如表所示菌种。所得部分菌液接种于固体鉴别培养基上,另取部分菌液上清液测定酶活力,实验方案及测定结果如表所示。
菌种
酶活性相对值
乳酸杆菌
未检出
X
未检出
导入了重组质粒的乳酸杆菌
0.96
①表中的X应为　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②在配制固体鉴别培养基时,除加入无机盐、刚果红、维生素、氮源外,还需要添加　　　　　　　。导入了重组质粒的乳酸杆菌在此培养基上应出现　　　　　　　　　　。 
(4)解决谷物中纤维素难以被消化吸收的另一思路是将W基因转入家禽中,使转基因家禽消化道特异表达能够降解纤维素的酶。上述研究方法与该思路相比,有哪些优点(写出2点)?
答案　(1)无氧　互利共生　(2)①B　②MfeⅠ、Hind Ⅲ　EcoR Ⅰ、Hind Ⅲ　氨苄青霉素　(3)导入空质粒(或“空载体”)的乳酸杆菌　纤维素、琼脂、水　以菌落为中心的透明圈　(4)家禽转基因难度大,成本高,且通过家禽转基因只能改造一种家禽,本实验通过在饲料中添加转基因乳酸杆菌可满足各种家禽需要;转基因家禽可能存在食物安全性问题,将转基因乳酸杆菌加入饲料比较安全;转基因乳酸杆菌易扩大培养,生产成本低。(写出2点即可)
8.(2021北京海淀一模,16)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。
(1)大肠杆菌DNA中存在可被遗传毒性物质激活的毒性响应启动子序列,将毒性响应启动子插入图1所示表达载体的P区,获得基因工程改造的大肠杆菌。当改造后的大肠杆菌遇到遗传毒性物质时,　　　　　　　识别并与启动子结合,驱动噬菌体裂解基因(SRR)　　　　,表达产物可使大肠杆菌裂解。 
(2)研究人员选取启动子sul准备与图1的表达载体连接。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。 
(3)研究人员陆续克隆了其他4种启动子(rec、imu、qnr、cda),分别连入表达载体,用同样的方法获得导入重组载体的工程菌,以筛选最灵敏的检测菌株。
①将5种工程菌和对照菌在LB培养基中培养一段时间后,检测菌体密度,结果如图3。图中结果显示　　　　　　　　　　　　　　,说明工程菌在自然生长状态下不会产生自裂解现象。 

图3
②上述菌株在LB培养基中生长 2 h时加入遗传毒性物质,检测结果如图4。据图可知,5种工程菌均启动了对遗传毒性物质的响应,应选择工程菌　　　　　　　　作为最优检测菌株。 

图4
(4)下列关于该工程菌的叙述,正确的包括(　　)
A.该工程菌可用于检测土壤、蔬菜中的农药残留量
B.该毒性响应启动子序列广泛存在于自然界所有物种中
C.其表达产物可裂解大肠杆菌,检测后的剩余菌液可直接倒掉
D.为长期保存该工程菌,应加入一定浓度的甘油冻存于-20 ℃
答案　(1)RNA聚合酶　转录　(2)①Xho Ⅰ和Sap Ⅰ　②氨苄青霉素　(3)①5种工程菌菌体数量增长趋势与对照菌一致　②转入rec启动子的菌株　(4)AD
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
考点二　基因工程与蛋白质工程的应用
该考点训练内容为基因工程在农牧业、医药卫生、食品工业等方面的应用,蛋白质工程的基本原理等。
基础
1.(2021北京西城二模,14)获得抗除草剂转基因玉米的技术流程如下图。相关叙述正确的是(　　)

A.玉米DNA聚合酶可识别报告基因启动子
B.转化愈伤组织时需用氯化钙处理愈伤组织
C.需用含四环素的培养基筛选愈伤组织
D.将A自交可得到抗除草剂玉米纯合子
答案　D　
2.(2020浙江7月选考,24,2分)下列关于基因工程的叙述,正确的是(　　)
A.若受体大肠杆菌含有构建重组质粒时用到的限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶),则一定有利于该重组质粒进入受体并保持结构稳定
B.抗除草剂基因转入某抗盐植物获得2个稳定遗传转基因品系,抗性鉴定为抗除草剂抗盐和抗除草剂不抗盐。表明一定是抗盐性的改变与抗除草剂基因的转入无关
C.抗除草剂基因转入某植物获得转基因植株,其DNA检测均含目的基因,抗性鉴定为抗除草剂和不抗除草剂。表明一定是前者表达了抗性蛋白而后者只表达抗性基因RNA
D.已知不同分子量DNA可分开成不同条带,相同分子量的为一条带。用某种限制性核酸内切酶(限制性内切核酸酶)完全酶切环状质粒后,出现3条带。表明该质粒上一定至少有3个被该酶切开的位置
答案　D　
重难
3.(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　
综合
4.(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
5.(2021北京朝阳二模,20)研究者通过生物技术改造腺病毒成为溶瘤腺病毒,并分析其治疗急性髓系白血病(AML)的潜力。
(1)人体多种组织细胞的表面含有肿瘤坏死因子诱导凋亡蛋白(T蛋白),可特异性　　　　肿瘤细胞表面的死亡受体DR4,启动肿瘤细胞凋亡基因的　　　　,从而诱导其凋亡。 
(2)Z蛋白可连接于腺病毒表面,研究者利用PCR技术将Z基因与T基因连接成融合基因。


注:引物Ⅱ、Ⅲ上的n、m片段可互补配对
将扩增得到的Z基因与T基因置于PCR反应体系中高温变性后,含m、n的DNA单链互补配对作为复制的　　　　,在　　　　催化作用下合成融合基因。将融合基因导入大肠杆菌,获得融合蛋白。 
(3)将融合蛋白与腺病毒(A3)共孵育,得到表面T蛋白含量依次增多的两类腺病毒:A4、zA4。用病毒感染正常细胞和取自AML患者的肿瘤细胞,得到如图1、图2所示结果。图1结果说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　。图2结果表明表面连接T蛋白可增强腺病毒对AML患者的肿瘤细胞杀伤力,图中的对照组是　　　　　　　　　　　　。 

图1

图2
(4)进一步研究发现,某些AML患者的肿瘤细胞对T蛋白修饰的溶瘤腺病毒不敏感。人参皂甙(Rh2)是人参的主要活性成分,可诱导肿瘤细胞某些基因表达,是有潜力的抗肿瘤药物。研究者通过实验证实了Rh2能增强T蛋白诱导肿瘤细胞凋亡的敏感性。请分析肿瘤细胞对T蛋白修饰的腺病毒不敏感的原因以及Rh2可能的作用机理:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(5)请评价改造后的溶瘤腺病毒在肿瘤治疗上的优势:　　　　　　　　。 
答案　(1)(识别并)结合　表达　(2)模板和引物　Taq酶　(3)腺病毒表面的T蛋白越多,病毒结合肿瘤细胞的能力越大,但三种病毒均几乎不结合正常细胞　不用腺病毒处理的AML患者的肿瘤细胞　(4)细胞表达的死亡受体DR4较少,使T蛋白无法诱导其凋亡;Rh2通过提高肿瘤细胞表面死亡受体的表达量来提高其对T蛋白的敏感性　(5)具有较强的肿瘤细胞靶向能力和效果明显的肿瘤细胞杀伤能力,还可以联合使用Rh2提高对不敏感肿瘤细胞的杀伤力
6.(2020北京,17,12分)枯草芽孢杆菌可分泌纤维素酶。研究者筛选到一株降解纤维素能力较强的枯草芽孢杆菌菌株(B菌),从中克隆得到了一种纤维素酶(C1酶)基因。将获得的C1酶基因与高效表达载体(HT质粒)连接,再导入B菌,以期获得降解纤维素能力更强的工程菌。
(1)纤维素属于　　　　糖,因此经过一系列酶催化最终可降解成单糖,该单糖是　　　。 
(2)对克隆到的C1酶基因测序,与数据库中的C1酶基因编码序列相比有两个碱基对不同,但两者编码出的蛋白的氨基酸序列相同,这是因为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)C1酶基因以B链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5'→3'。为了使C1酶基因按照正确的方向与已被酶切的HT质粒连接,克隆C1酶基因时在其两端添加了SmaⅠ和BamH Ⅰ的酶切位点。该基因内部没有这两种酶切位点。图1中酶切位点1和2所对应的酶分别是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

图1

图2
(4)将纤维素含量为20%的培养基分为三组,一组接种工程菌,对照组1不进行处理,对照组2进行相应处理。在相同条件下培养96小时,检测培养基中纤维素的含量。结果(图2)说明工程菌降解纤维素的能力最强。对照组2的处理应为　　　　　　　　　　　　。 
(5)预期该工程菌在处理废弃物以保护环境方面可能的应用。(举一例)
答案　(1)多　葡萄糖　(2)编码同一种氨基酸的密码子可以有多个　(3)BamHⅠ、SmaⅠ　(4)接种(等量)B菌　(5)处理绿化废弃物/处理农作物秸秆
7.(2022湖南,22,15分)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。回答下列问题:
(1)蛋白质工程流程如图所示,物质a是　　　　　,物质b是　　　　　。在生产过程中,物质b可能不同,合成的蛋白质空间构象却相同,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)蛋白质工程是基因工程的延伸,基因工程中获取目的基因的常用方法有　　　　　　　　　、　　　　　和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是　　　　　　　。 
(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后,分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性,结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的　　　　(填“种类”或“含量”)有关,导致其活性不同的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 


(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异,简要写出实验设计思路　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)多肽链　mRNA　 mRNA上决定氨基酸的密码子具有简并性　(2)从基因文库中获取　人工合成　DNA半保留复制　(3)种类　酶处理后形成的肽中氨基酸的种类、数目和排列顺序不同　 (4)在相同条件下,将蛋白质工程改造后的水蛭素、水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素分别进行抗凝血实验,比较三组血液凝固所需时间长短,所需时间越长说明其抗凝血活性越大
考点三　生物技术的安全性与伦理问题
该考点主要考查理性看待转基因技术和转基因产品的安全性、克隆人问题、生物武器的危害等。
基础
1.(2022北京房山一模,15)生物安全是国家安全体系的重要组成部分。下列关于保障生物安全的说法,不正确的是(　　)
A.谨慎使用抗生素,减少对耐药菌的选择
B.转基因技术已经成熟,可以任意改造生物
C.面对新冠疫情,应积极注射疫苗,建立免疫屏障
D.加强对高风险实验室的监管,避免病原微生物的泄露
答案　B　
重难
2.(2021北京房山一模,15)为有效防范由各类生物因子和生物技术误用、滥用等引起的生物性危害,生物安全已纳入国家安全体系。以下选项中会给我国带来生物安全风险的是(　　)
A.将新冠患者的血浆采集后注射到危重患者体内
B.试管婴儿通过基因筛查技术阻断遗传疾病的遗传
C.利用生物技术改造的工程菌获得大量的抗生素
D.克隆技术可应用到器官移植但不能进行人体克隆
答案　A　
综合
3.(2021北京房山一模,10)基因编辑CRISPR/Cas9技术系统由Cas9蛋白和人工设计的gRNA构成。在gRNA引导下,Cas9与靶序列结合并将DNA双链切断。通过在Cas9基因中引入突变,获得了只有切割一条链活性的nCas9,可以实现C→T(G→A)或A→G(T→C)的碱基替换。下列相关说法不正确的是(　　)


A.gRNA与靶序列特异性结合遵循碱基互补配对原则
B.利用CRISPR/Cas9基因编辑技术可以使靶基因发生定点突变
C.可设计gRNA与靶基因的启动子区域互补,从而抑制靶基因复制
D.将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用人类疾病治疗时,需注意安全性及伦理问题
答案　C　
易混易错
易错
1.PCR中出现的循环次数问题(2022北京朝阳一模,13)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位点等序列。下列叙述正确的是(　　)

A.该图表示PCR循环中的变性环节
B.dNTP作为扩增的原料会依次连接到5'端
C.TaqDNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成
D.用图中引物扩增两个循环后可获得目的产物
答案　C　
2.Ti质粒上T-DNA的应用(2022北京东城一模,13)自然界中很少出现蓝色的花,天然蓝色花产生的主要原因是花瓣细胞液泡中花青素在碱性条件下显蓝色。我国科学家利用链霉菌的靛蓝合成酶基因(idgS)及其激活基因(sfp)构建基因表达载体(如图),通过农杆菌转化法导入白玫瑰中,在细胞质基质中形成稳定显色的靛蓝。

下列相关叙述错误的是(　　)
A.上述获得蓝色玫瑰的方案中无需转入能调控液泡pH的基因
B.将sfp基因插入Ti质粒时使用的限制酶是Pme Ⅰ、BamH Ⅰ
C.sfp和idgS基因具有各自的启动子,表达是相互独立进行的
D.农杆菌可将Ti质粒上的T-DNA整合到白玫瑰染色体DNA上
答案　B　
题型　限制酶基本原则选择
典型模型
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种限制酶。
1.(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,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)进行切割。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。
2.(2021山东,25,12分)人类γ基因启动子上游的调控序列中含有BCL11A蛋白结合位点,该位点结合BCL11A蛋白后,γ基因的表达被抑制。通过改变该结合位点的序列,解除对γ基因表达的抑制,可对某种地中海贫血症进行基因治疗。科研人员扩增了γ基因上游不同长度的片段,将这些片段分别插入表达载体中进行转化和荧光检测,以确定BCL11A蛋白结合位点的具体位置。相关信息如图所示。


(1)为将扩增后的产物定向插入载体指导荧光蛋白基因表达,需在引物末端添加限制酶识别序列。据图可知,在F1~F7末端添加的序列所对应的限制酶是　　　　,在R末端添加的序列所对应的限制酶是　　　　。本实验中,从产物扩增到载体构建完成的整个过程共需要　　　　种酶。 
(2)将构建的载体导入除去BCL11A基因的受体细胞,成功转化后,含F1~F6与R扩增产物的载体表达荧光蛋白,受体细胞有荧光,含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光。含F7与R扩增产物的受体细胞无荧光的原因是　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)向培养液中添加适量的雌激素,含F1~F4与R扩增产物的受体细胞不再有荧光,而含F5~F6与R扩增产物的受体细胞仍有荧光。若γ基因上游调控序列上与引物序列所对应的位置不含有BCL11A蛋白的结合位点序列,据此结果可推测,BCL11A蛋白结合位点位于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,理由是　　　　　　　　　　。 
答案　(1)SalⅠ　EcoRⅠ　6　
(2)F7与R扩增产物不含完整的启动子,荧光蛋白基因不表达
(3)引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上　根据有无荧光情况判断,F1~F4与R扩增产物上均有结合位点,因此结合位点位于F4所对应调控序列的下游(右侧);F5~F6与R扩增产物上均无结合位点,可知结合位点位于F5所对应调控序列的上游(左侧),所以结合位点位于引物F4与F5在调控序列上所对应序列之间的区段上
实践应用
3.(2022北京通州一模,16)人感染乳头瘤病毒(HPV)可诱发宫颈癌等恶性肿瘤,疫苗是预防宫颈癌的主要手段,科研人员针对HPV疫苗的研发做了如下研究。
(1)为构建重组疫苗,如图1所示,科研人员将能表达出HPV衣壳蛋白的L1基因用　　　　酶和　　　　酶酶切后,构建重组质粒,导入大肠杆菌。用添加　　　　　　的培养基筛选,对长出的单菌落提取质粒,利用　　　　技术鉴定重组质粒是否含有L1基因。 


图1
(2)大肠杆菌表达产物衣壳蛋白L1经纯化,加佐剂SA04吸附后,二者共同被免疫系统识别加工,发挥免疫作用,吸附后制成疫苗用于预防HPV,与传统灭活疫苗相比,这样的重组疫苗更安全又有效,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)为评价SA04疫苗佐剂能否提高疫苗的免疫效果,科研人员将L1及经SA04佐剂吸附后的L1分别注射到小鼠体内,然后在第7、14、21、28天测定相应抗体的相对含量,结果如图2所示。

图2
①实验结果表明　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②请指出本实验方案存在的缺陷并改进实验方案:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
答案　(1)BamHⅠ　Hind Ⅲ　氨苄青霉素　PCR(或核酸分子杂交或核酸分子测序)　(2)衣壳蛋白L1无核酸,无侵染能力,但有抗原特性,可刺激机体产生抗体和记忆细胞　(3)①SA04疫苗佐剂能提高抗体含量从而提高疫苗免疫效果　②缺少对照组;增加只有SA04疫苗佐剂处理的对照组
情境应用
简单情境
1.PCR技术改良植物(2022北京顺义二模,13)水稻根部一般没有根瘤菌,在种植时常需要施加氮肥。科学家想利用基因工程技术将相关基因导入水稻细胞中,建立水稻“小型化肥厂”,让水稻直接固氮,减少使用氮肥的生产成本以及可能造成的环境污染。下列相关叙述错误的是(　　)
A.用PCR技术可从根瘤菌DNA中获取固氮基因
B.PCR扩增后的目的基因可直接导入水稻细胞中
C.PCR技术可用于检测目的基因是否插入水稻基因组中
D.实验中需将转基因水稻种植在缺氮培养液中进行筛选
答案　B　
2.基因修饰的异体器官移植(2022北京西城二模,14)科学家尝试将经过基因修饰的猪心脏移植到人体,下列叙述错误的是(　　)
A.器官移植中的免疫排斥主要是由细胞免疫引起的
B.供体猪需敲除其参与免疫识别的相关基因
C.猪心移植可缓解器官移植中的供体短缺问题
D.由于种间差异,无需担心供体携带的病毒基因
答案　D　
复杂情境
3.基因编辑(2022北京海淀一模,20)肠道微生物对宿主健康具有重要影响,但目前缺乏对特定菌株进行基因编辑的有效手段。科研人员尝试使用M13噬菌体作为载体,对大肠杆菌进行基因编辑。
(1)M13噬菌体与T2噬菌体相似,能够侵染大肠杆菌,在侵染过程中,其蛋白质外壳留在菌体外,头部的　　　注入菌体内,指导子代噬菌体的复制增殖。与T2噬菌体不同的是,被M13噬菌体侵染的大肠杆菌不发生裂解。 
(2)科研人员将绿色荧光蛋白基因特异性序列(sgfp)、Cas酶基因与利用特定方法得到的M13噬菌体的环状DNA进行重组,构建重组基因编辑质粒(pCG)、如图1。

图1
①构建pCG需要用到的工具酶有　　　　　　　　。 
②以pCG的绿色荧光蛋白基因特异性序列(sgfp)经　　　　过程形成的RNA,会靶向结合绿色荧光蛋白基因,从而使Cas酶能够切割绿色荧光蛋白基因。 
(3)科研人员将绿色荧光蛋白基因和红色荧光蛋白基因导入大肠杆菌,获得GS菌株。先用添加GS菌株的饲料喂养小鼠,一段时间后,将小鼠分为实验组和对照组。其中,实验组小鼠用添加含　　　　的M13噬菌体和　　　　　的饲料喂养,以筛选获得肠道微生物被基因编辑的小鼠。本实验对照组使用的质粒应当包括图1中的　　。 
a.Cmr　　b.sgfp　　c.Ori　　d.Cas
(4)为确认M13噬菌体作为载体对大肠杆菌进行基因编辑的可行性和特异性,科研人员检测肠道微生物的变化,结果如图2。

图2

图3-1　　　　　　　图3-2
①图2中,标号为a、c的区域分别代表含有红色荧光的微生物和无荧光的微生物,b区域代表含有　　　　荧光的微生物。 
②图3-1为实验组第0天小鼠肠道微生物的荧光情况。请在图3-2中标注该组小鼠第14天时肠道微生物的荧光区域编号。
③图2表明,实验中M13噬菌体能　　　　　　　　　　。 
答案　(1)DNA　(2)限制酶和DNA连接酶　转录　(3)pCG　羧苄青霉素　acd　(4)①红、绿叠加色
②

③成功地特异性敲除绿色荧光蛋白基因
4.植原体与“僵尸植物”(2022北京西城二模,19)学习以下材料,回答(1)~(4)题。
植原体与“僵尸植物”
植原体是无细胞壁的原核生物,生活于植物韧皮部筛管细胞中,主要靠叶蝉、飞虱等从韧皮部取食的昆虫传播。植原体能危害上千种植物,枣疯病、泡桐丛枝病、水稻黄萎病等均是由植原体侵染所致。植原体病害的显著特征是被感染植物常出现花变叶(花芽异常发育成叶状体)、丛枝症(芽和枝条过度增殖)等典型形态改变,导致植物无法正常生长、繁殖而沦为植原体滋生和虫媒传播的温床。“僵尸植物”就是用以形容被植原体侵染的植物。
SPL和GATA这两类蛋白是植物生长发育的重要调控因子,可抑制植株分枝形成,调节叶片和花的发育。研究发现植原体效应因子P05能特异识别SPL和GATA并使之降解,导致植物不断产生叶片和败育小枝但不衰老,呈现“僵尸”状态。通常情况下,细胞内的一些错误折叠蛋白、不再需要的蛋白与泛素(Ub)结合,这些被Ub标记的蛋白最终被蛋白酶体识别并降解(图1),70%的蛋白降解依赖这种泛素化过程。有意思的是,植原体的P05通过“劫持”蛋白酶体上的泛素受体R10,形成P05-R10-SPL/GATA异源三聚体,直接介导目标蛋白在蛋白酶体降解(图2),该过程并不需要Ub的参与。

图1

图2
植原体也可以侵染叶蝉、飞虱等昆虫,但对昆虫宿主一般无害。科学家通过比对动、植物体内的R10序列,发现二者有2个氨基酸的差异,正是这种小小的差异造成P05并不结合昆虫的R10。植原体P05作用机理的研究为精细调控作物生长、靶向蛋白降解、防治虫媒病害提供了全新的思路。
(1)植原体细胞生存与增殖必需的结构或物质包括　　　　(填选项前字母),其与“僵尸植物”的种间关系为　　　　。 
A.细胞壁　　　　B.细胞膜　　　　C.细胞核
D.核糖体　　　　E.核酸　　　　　F.酶
(2)阐释植原体通过如何“操纵”植物细胞内的蛋白酶体实现利己不利宿主的机制。
(3)下列哪些实验可为“僵尸植物”产生机制提供证据　　　　。 
A.将P05基因导入拟南芥,观察植株的形态变化
B.用蛋白酶体抑制剂处理被植原体侵染的拟南芥,检测SPL和GATA的含量
C.敲除拟南芥的R10基因,再用植原体侵染,检测SPL和GATA的含量
D.用P05基因敲除的植原体侵染拟南芥,观察植株表型变化
(4)综合本文信息,利用现代生物技术设计预防枣疯病发生的基本操作程序。
答案　(1) BDEF　寄生　(2)①P05识别并结合SPL 和GATA,直接介导代谢所需正常蛋白在蛋白酶体的降解,导致花变叶、分枝的形成,植物不能繁殖,同时为植原体提供更多营养;②植物衰老延迟,增加昆虫取食的次数,有利于植原体通过昆虫传播;③P05“劫持”蛋白酶体上的R10,使得被泛素标记的、本该降解的蛋白依然存在,影响植物正常生长发育。　(3)ABCD　(4)定点突变或基因编辑植物R10基因,使其编码的两个特殊的氨基酸序列突变成动物R10上对应编码的氨基酸序列(获取动物的R10基因)→构建含突变R10基因的表达载体→导入枣树细胞,进行组织培养→检测和鉴定再生枣树中的突变R10基因(植原体侵染并观察枣树表型变化)