2025届高考生物二轮专题突破：专题五 生物技术与工程选填题探析十七 基因工程（含答案）

选填题探析十七　基因工程
【考情分析】
1.考查题型:基因工程的命题多以简答题呈现。
2.考查趋势:以大学教材知识或最新的文献资料为情境考查基因工程。
考点1　基因操作的基本工具及过程
【知识归纳】
1.基因工程的基本工具
2.基因工程的操作步骤
【高考真题】
1.(2024·山东卷,T13)关于“DNA的粗提取与鉴定”实验,下列说法正确的是( )。
A.整个提取过程中可以不使用离心机
B.研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后,应充分摇匀再倒入烧杯中
C.鉴定过程中DNA双螺旋结构不发生改变
D.仅设置一个对照组不能排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰
2.(2024·新课标卷,T35)某研究小组将纤维素酶基因(N)插入某种细菌(B1)的基因组中,构建高效降解纤维素的菌株(B2)。该小组在含有N基因的质粒中插入B1基因组的M1与M2片段;再经限制酶切割获得含N基因的片段甲,片段甲两端分别为M1与M2;利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术将片段甲插入B1的基因组,得到菌株B2。酶切位点(Ⅰ~Ⅳ)、引物(P1~P4)的结合位置、片段甲替换区如图所示,“→”表示引物5'→3'方向。回答下列问题:
(1)限制酶切割的化学键是　　　　　　。为保证N基因能在菌株B2中表达,在构建片段甲时,应将M1与M2片段分别插入质粒的Ⅰ和Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ酶切位点之间,原因是　 　。
(2)CRISPR/Cas9技术可以切割细菌B1基因组中与向导RNA结合的DNA。向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有G—C和　　　　　　　　　　。
(3)用引物P1和P2进行PCR可验证片段甲插入了细菌B1基因组,所用的模板是　　　　　　　　;若用该模板与引物P3和P4进行PCR,实验结果是　 　。
(4)与秸秆焚烧相比,利用高效降解纤维素的细菌处理秸秆的优点是 　(答出2点即可)。
【考向速清】
(1)[2023·辽宁卷,T25(2)]PCR中使用的聚合酶属于以DNA为模板的DNA聚合酶。 ( )
(2)[2023·江苏卷,T22(4)]转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选,抗性平板上常常会出现大量杂菌形成的菌落。 ( )
(3)[2023·河北卷,T22(2)]超表达载体的基本组件包括复制原点、目的基因、标记基因、　　　和　　　　等。
(4)[2023·河北卷,T22(3)]PCR扩增时引物通过　　　　　　　原则与模板特异性结合。
【对点强化】
1.(原创)肉桂醇脱氢酶(CAD)是植物体内木质素生物合成途径中的关键酶。为进一步揭示云南松木质素生物合成的分子机制,科研人员利用实时荧光逆转录PCR技术(RT-qPCR)分析CAD家族基因在不同组织中的表达模式。下列说法正确的是( )。
A.RT-qPCR可以直接测定云南松CAD基因的数量
B.用于RT-qPCR的引物应只与CAD基因转录的mRNA互补配对
C.在RT-qPCR过程中,用到的原料核苷酸有4种
D.CAD在不同组织中的含量差异体现了基因的选择性表达
2.(2024·安徽安庆模拟)下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。下列相关叙述正确的是( )。
A.②的构建需要限制酶和DNA聚合酶参与
B.③导入④后,重组Ti质粒整合到④的染色体DNA上
C.②到③过程,需要钙离子处理,有助于促进重组Ti质粒转化到农杆菌细胞中
D.⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了不可遗传变异
3.(2024·黑龙江大庆模拟)通过PCR的定点诱变技术获得的改良基因两侧的碱基序列和大肠杆菌的质粒(有氨苄青霉素抗性基因、LacZ基因及一些酶切位点)结构如下图所示,研究者欲将改良基因导入大肠杆菌的质粒中保存。下列叙述正确的是( )。
A.使用PCR技术扩增时需要一种引物、四种脱氧核苷酸及Mg2+等
B.实现质粒和改良基因的高效连接应选用限制酶SmaⅠ
C.在含氨苄青霉素和β-半乳糖苷的培养基上,白色菌落的大肠杆菌含重组质粒
D.构建重组质粒需用到的酶有XmaⅠ、NheⅠ和DNA连接酶
考点2　蛋白质工程
【知识归纳】
【高考真题】
(2022·重庆卷,T3)将人胰岛素A链上1个天冬氨酸替换为甘氨酸,B链末端增加2个精氨酸,可制备出一种人工长效胰岛素。下列关于该胰岛素的叙述,错误的是( )。
A.进入人体后需经高尔基体加工
B.比人胰岛素多了2个肽键
C.与人胰岛素有相同的靶细胞
D.可通过基因工程方法生产
【考向速清】
(1)[2023·辽宁卷,T25(1)]天然β-淀粉酶大多耐热性差,不利于工业化应用。我国学者借助PCR改造β-淀粉酶基因,并将改造的基因与pLN23质粒重组后导入大肠杆菌,最终获得耐高温的β-淀粉酶。该过程属于　　　　工程。
(2)[2022·湖南卷,T22(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　 　。
【对点强化】
1.(2024·吉林延边一模)干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白,在临床上被广泛用于治疗病毒感染性疾病。如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸(密码子:UGU、UGC)变成丝氨酸(密码子:UCU、UCC、UCA、UCG),就可以延长干扰素的体外保存时间。下列相关叙述错误的是( )。
A.对干扰素的设计和改造,以基因的结构和功能的关系为基础
B.对干扰素基因进行定点突变(C→G)来实现碱基的替换
C.改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程
D.改造后的干扰素的功能与天然干扰素不是完全不同
2.(2024·湖南三模)苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry具有杀虫毒性,但Cry蛋白存在杀虫谱窄、毒力有限等问题,制约了其在农业生产中的进一步应用。科学家通过定点突变,将Cry蛋白第168位的组氨酸替换为精氨酸后,Cry蛋白对烟草天蛾的毒性提高了3倍;将Cry蛋白第282位、第283位的丙氨酸和亮氨酸分别替换成甘氨酸和丝氨酸后,Cry蛋白对舞毒蛾的毒性提高了7倍。下列叙述正确的是( )。
A.对Cry蛋白改造需要重新合成新的基因
B.通过测定DNA的序列确定定点突变是否成功
C.根据Cry蛋白的氨基酸序列只能推测出一种相应的mRNA序列
D.经改造后的苏云金芽孢杆菌中的Cry蛋白毒性提高这一性状不可遗传
参考答案
考点1　基因操作的基本工具及过程
知识归纳
1.①磷酸二酯键　②黏性　③磷酸二酯　④平
高考真题
1.A　解析　在“DNA的粗提取与鉴定”实验中,可将获得的研磨液用纱布过滤后,在4 ℃的冰箱中放置几分钟,再取上清液,也可以直接将研磨液用离心机离心后取上清液,A正确;研磨液在4 ℃冰箱中放置几分钟后,DNA在上清液中,应取上清液倒入烧杯中,B错误;鉴定过程中用沸水浴加热,DNA双螺旋结构会发生改变,C错误;加入二苯胺试剂后沸水浴处理的时间要在5分钟以上,且要等到冷却后再观察结果,以确保观察到较为明显的显色反应,因此仅设置一个对照组可以排除二苯胺加热后可能变蓝的干扰,D错误。
2.(1)磷酸二酯键(或磷酸酯键或3',5'-磷酸二酯键)　片段甲中含有启动子、终止子　(2)A—U、A—T(或A—U、A—T、C—G)　(3)菌株B2基因组DNA　无扩增产物　(4)实现废物利用,减少环境污染
解析　(1)略。(2)RNA的碱基组成为A、U、G、C,DNA的碱基组成为A、T、G、C,则向导RNA与B1基因组DNA互补配对可以形成的碱基对有A—U、A—T(或A—U、A—T、C—G)。(3)需要验证是否插入了重组后的片段甲,因此所用模板为菌株B2的基因组DNA。如果有PCR产物,说明菌株B2中含有N基因;如果没有PCR产物,说明菌株B2中不含N基因。片段甲被替换,因此在重组片段甲(M1+启动子+N基因+终止子+M2)中,没有引物P4的结合位置,因此使用引物P3、P4进行PCR时,无法获得PCR产物。(4)略。
考向速清
(1)√
(2)×　提示:转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选,一般含有重组质粒的大肠杆菌才能发展为菌落,故不会出现大量杂菌形成的菌落。
(3)启动子　终止子
(4)碱基互补配对
对点强化
1.C　解析　RT-qPCR技术主要通过测量mRNA的拷贝数来反映基因的表达活性,而不是直接测定基因的数量,A错误。RT-qPCR包含逆转录和PCR扩增两个主要步骤。用于RT-qPCR逆转录的引物需与CAD基因转录的mRNA互补配对,PCR引物需与cDNA两条链互补配对,B错误。在RT-qPCR中,逆转录和随后的PCR扩增中都使用4种脱氧核苷酸作为原料,C正确。CAD在不同组织中都有表达,但含量有差异,这体现了基因的表达水平不同,D错误。
2.C　解析　②重组质粒的构建需要限制酶和DNA连接酶参与,DNA聚合酶用于DNA复制过程,A错误;③侵染④植物细胞后,重组Ti质粒上的T-DNA整合到植物细胞的染色体上,B错误;将重组质粒导入农杆菌,常用钙离子处理,使农杆菌处于一种能吸收周围的DNA分子的生理状态,有助于促进重组Ti质粒转化到农杆菌细胞中,C正确;⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异,D错误。
3.C　解析　使用PCR技术扩增时需要一对引物、四种dNTP及Mg2+等,A错误。选择SmaⅠ切割质粒获得的是平末端,无法与改良基因上的黏性末端连接,B错误。由题意可知,将菌液涂布在含氨苄青霉素和β-半乳糖苷的平板上,观察菌落的颜色确定大肠杆菌是否含有重组质粒。由于重组质粒的LacZ基因在重组过程中被切断,即构建改良基因质粒时破坏了LacZ基因,不能编码相应的酶分解β-半乳糖苷,菌落呈现白色,故白色菌落含有重组质粒,C正确。分析限制酶的酶切位点可知,需使用XmaⅠ和Bgl Ⅱ切割质粒,产生CCGG、GATC的黏性末端与改良基因的GGCC、CTAG两侧进行连接,同时需要用DNA连接酶构建基因表达载体,D错误。
考点2　蛋白质工程
高考真题
A　解析　胰岛素进入人体后作用于细胞表面的受体,不需要经高尔基体加工,A错误;人工长效胰岛素比人胰岛素的B链多了2个精氨酸,而氨基酸与氨基酸之间通过肽键连接,故比人胰岛素多2个肽键,B正确;人工长效胰岛素和人胰岛素作用相同,都能降低血糖,故靶细胞相同,C正确;人工长效胰岛素是对天然蛋白质的改造,可通过基因工程生产,D正确。
考向速清
(1)蛋白质
(2)具有特定氨基酸序列的多肽链　mRNA　密码子的简并
对点强化
1.A　解析　蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质功能的需求,对蛋白质的结构进行改造,理论基础是蛋白质的结构与功能相适应,A错误;比较半胱氨酸和丝氨酸的密码子,若第二个碱基由G替换为C,就可引起氨基酸的替换,所以基因上发生定点突变(C→G)可实现基因的改造,B正确;基因的表达需要众多物质和结构的参与,还需要细胞呼吸提供能量,故改造后的干扰素基因仍需导入受体细胞完成表达过程,C正确;改造后的干扰素氨基酸序列改变,导致结构改变,从而延长体外保存时间,但其仍具有干扰病毒复制的功能,即改造后的干扰素与天然干扰素的功能不是完全不同,D正确。
2.B　解析　对Cry蛋白改造通过改造编码Cry蛋白的基因来实现,A错误;DNA中碱基的排列顺序代表遗传信息,因此,可通过测定DNA的序列确定突变是否成功,B正确;由于密码子的简并,根据Cry蛋白的氨基酸序列可以推测出多种mRNA序列,C错误;对编码Cry蛋白的基因进行定点突变,其遗传物质发生改变,故经改造后的苏云金芽孢杆菌中的杀虫晶体蛋白Cry毒性提高这一性状是可遗传的,D错误。