【高考突破方案】专题10 第6讲 基因工程及生物技术的安全性和伦理问题 -（习题课件） 高考生物一轮复习

(共42张PPT)
专题 10
生物技术与工程
第6讲　基因工程及生物技术
的安全性和伦理问题
1.(2024·湖南三模)某同学拟用限制酶(酶1、酶2、酶3和酶4)、DNA连接酶为工具，将目的基因(两端含相应限制酶的识别序列和切割位点)和质粒进行切割、连接，以构建重组表达载体。限制酶的切割位点如图所示，下列分析合理的是(　　)
一、单项选择题
答案：D
A.选择酶3切割质粒和目的基因，只能用E.coli DNA连接酶连接
B.可选择酶2和酶4切割质粒和目的基因，再用E.coli DNA连接酶连接
C.可选择酶2切割质粒、酶4切割目的基因，再用E.coli DNA连接酶连接，连
接后的片段仍能被酶2和酶4切割
D.为了让重组表达载体的构建合理且高效，可用酶1和酶2切割质粒和目的基
因，再用T4 DNA连接酶连接
【解析】D　使用酶3切割出的末端为平末端，需用T4 DNA连接酶连接效率更高，A错误；使用酶4切割质粒和目的基因时会破坏质粒上的抗性基因，B错误；酶2和酶4切割后得到的DNA片段，连接后不能被酶2和酶4识别，C错误；质粒用酶3切割后得到平末端，不利于连接，酶4切割质粒和目的基因，会破坏质粒上的抗生素抗性基因，不便于筛选，所以质粒和目的基因都用酶1和酶2切割后得到黏性末端，用T4 DNA连接酶连接后，还能保证目的基因在质粒上的连接方向，此重组表达载体的构建方案最合理且高效，D正确。
2.(2024·北京一模)双向启动子可同时结合两个RNA聚合酶来驱动下游基因的表达，研究人员构建了下图所示的表达载体，以检测双向启动子的作用效果。下列分析不正确的是(　　)
答案：B
A.可用农杆菌转化法将构建好的表达载体导入植物细胞
B.为连入GUS基因，需用Sal Ⅰ和Sph Ⅰ酶切已整合了双向启动子及LUC基因
的质粒
C.在培养基中添加壮观霉素可筛选出成功导入表达载体的微生物受体细胞
D.可通过观察是否出现荧光和蓝色物质确认双向启动子的作用
【解析】B　将基因表达载体导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法，A正确；如果用Sph Ⅰ酶切已整合了双向启动子及LUC基因的质粒，就会破坏LUC基因，B错误；如果成功导入含有壮观霉素抗性基因的基因表达载体，受体细胞就具有抗壮观霉素的能力，在含有壮观霉素的培养基上能生存，因此可以筛选出成功导入表达载体的微生物受体细胞，C正确；双向启动子如果正常表达，就会合成荧光素酶和β－葡萄糖苷酶，催化底物分别产生荧光或生成蓝色物质，从而确定双向启动子的作用，D正确。
3.(2024·北京一模)为了构建可以直接利用纤维素发酵的酿酒酵母工程菌，研究人员构建基因表达载体(如图所示)，并导入不能合成尿嘧啶的酵母菌。下列相关分析不正确的是(　　)
A.尿嘧啶合成基因可以作为表达载体上的标记基因
B.该方法需利用限制酶和DNA连接酶实现目的基因与载体的连接
C.扩增目的基因时应在引物的5′端添加与线性化载体两端相同的DNA序列
D.在以纤维素为唯一碳源的液体培养基中检测酒精含量确定工程菌发酵效果
答案：B
【解析】B　由题意可知，表达载体导入不能合成尿嘧啶的酵母菌，所以可将尿嘧啶合成基因作为表达载体上的标记基因，若导入表达载体后酵母菌能产生尿嘧啶，说明导入成功，A正确；该方法需利用DNA连接酶实现目的基因与载体的连接，不需要使用限制酶，B错误；扩增目的基因时应在引物的5′端添加与线性化载体两端相同的DNA序列，以便引物与目的基因配对，C正确；在以纤维素为唯一碳源的液体培养基中检测酒精含量确定工程菌发酵效果，若能利用纤维素发酵，则证明转基因成功，D正确。
4.(2024·湖南三模)镰状细胞贫血是一种单基因遗传病，由正常血红蛋白基因(HbA)突变为异常血红蛋白基因(Hbs)引起，它们的某片段如图1。现对一胎儿进行基因检测，主要原理：限制酶Mst Ⅱ处理扩增后的DNA，加热使酶切片段解旋后用荧光标记的CTGACTCCT序列与其杂交，最后电泳分离。图2为电泳后荧光出现的三种可能性。下列叙述不正确的是(　　)
注：“↑”表示Mst Ⅱ限制酶酶切位点。
图1
A.提取胎儿DNA样品后，扩增DNA需要添加特定的引物
B.若该胎儿检测结果为图2－b，则其为镰状细胞贫血患者
C.荧光标记序列越长，图2－c中两个DNA条带间的距离越大
D.若用限制酶Mst Ⅱ处理 DNA不充分，可能把正常人误判为携带者
答案：C
【解析】C　引物的作用是作为DNA复制开始时DNA聚合酶的结合位点，在细胞外的条件下，只有通过引物，DNA才可以开始进行复制，因此提取胎儿DNA样品后，扩增DNA需要添加特定的引物，A正确。据图可知，正常血红蛋白基因(HbA)中含有Mst Ⅱ限制酶的酶切位点，而异常血红蛋白基因(Hbs)中没有，限制酶Mst Ⅱ处理扩增后的DNA，会导致正常血红蛋白基因(HbA)变短，单个分子量变小，出现图2－a DNA条带，DNA条带距离加样孔较远，说明DNA分子量小，则表示含有正常血红蛋白基因(HbA)；出现图2－b DNA条带，DNA条带距离加样孔较近，说明DNA分子量大，没有被切割，表示含有异常血红蛋白基因(Hbs)；出现图2－c DNA条带表示含有异常血红蛋白基因(Hbs)和正常血红蛋白基因(HbA)，因此若某胎儿检测结果为图2－b，则该胎儿为镰状细胞贫血患者，B正确。凝胶电泳中，DNA分子量越大迁移速率越慢，因此图2－c中两个DNA条带间的距离与切割后DNA分子量的大小有关，与荧光标记序列长短无关，C错误。据图可知，正常血红蛋白基因(HbA)中含有Mst Ⅱ限制酶的酶切位点，而异常血红蛋白基因(Hbs)中没有，若用Mst Ⅱ限制酶处理DNA不充分，正常血红蛋白基因(HbA)中中间位置可能没有被切割，结果可能与异常血红蛋白基因(Hbs)结果一样，因此可能把正常人误判为携带者，D正确。
5.(2024·浙江期末)某植物的花色由D/d基因控制，存在D基因时开红花，否则开白花。相关基因上的酶切点分布如图1。为培育新花色，研究人员利用农杆菌转化法将1个控制蓝色色素合成的B基因(蓝色叠加红色呈紫色，蓝色叠加白色呈淡蓝色)导入到D/d基因所在的染色体上，并获得转基因幼苗若干。为提前筛选转基因幼苗的花色，用某一限制酶分别对未转基因植株和转基因幼苗甲、乙、丙、丁的D/d基因酶切，凝胶电泳结果如图2所示。关于培育甲、乙、丙、丁转基因幼苗的过程，下列叙述正确的是(　　)
注：↓代表限制酶酶切位点。
图1
图2
A.对B基因酶切时，断裂2个磷酸二酯键
B.构建重组质粒需用限制酶和DNA聚合酶
C.农杆菌拟核基因与该植物基因发生了重组
D.B基因中不含图1所用的限制酶的识别序列
答案：D
【解析】D　对B基因酶切时，需要在B基因两端各切一刀，断开4个磷酸二酯键，A错误；构建重组质粒需用限制酶和DNA连接酶，B错误；农杆菌拟核基因不会与该植物基因发生重组，和该植物基因发生重组的是农杆菌Ti质粒上的T－DNA，C错误；D基因有1个限制酶切割位点，d基因不含限制酶切位点，分析图2可知，D、d基因片段大小均为1 200 bp，D基因被限制酶切割后形成300 bp和900 bp两个片段，由此推测，幼苗甲的B基因插到d基因片段上，且切割还是一条带，说明B基因中不含该限制酶的酶切位点，D正确。
6.(2024·北京一模)蛛丝蛋白是一种特殊纤维蛋白，具有强度高、韧性大等特点，在人工肌腱等医学领域有着诱人的前景。某研究小组提取一种丝绒蜘蛛中的蛛丝蛋白基因，将其导入大肠杆菌生产蛛丝蛋白。下列叙述正确的是 (　　)
A.构建蛛丝蛋白基因表达载体需要解旋酶和RNA聚合酶
B.可通过显微注射的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌
C.基因表达载体上的复制原点可调控蛛丝蛋白基因的表达
D.可通过蛋白质工程设计与改造蛛丝蛋白的结构以增强其韧性
D
【解析】D　构建蛛丝蛋白基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶，A错误；可通过感受态细胞的方法将蛛丝蛋白基因导入大肠杆菌，B错误；基因表达载体上的启动子可调控蛛丝蛋白基因的表达，C错误；若需对蛛丝蛋白进行设计和改造以增强其韧性，可通过蛋白质工程来实现，D正确。
7.(2024·吉林二模)生物技术是以现代生命科学理论为基础，在个体、细胞及分子水平上研究及制造产品或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质和特性。下列叙述错误的是(　　)
A.干细胞培养在临床医学等领域前景广泛，但也可能面临安全性问题
B.蛋白质工程是在基因操作水平上改造或创造新的蛋白质
C.治疗性克隆的研究与应用必须受到相应法律法规的规范限制
D.生物武器主要影响人畜健康，对植物的影响不大
D
二、不定项选择题
8.(2024·山东二模)可用碱裂解法从转化后的菌体中提取质粒，再通过琼脂糖凝胶电泳筛选出重组质粒。碱裂解法的原理是：细胞在碱裂解液作用下裂解，同时细胞中的线性DNA、质粒DNA和蛋白质均变性，加入酸后，质粒DNA复性，线性DNA和蛋白质难以复性而析出，离心后的上清液去除杂质后得到较纯净的质粒DNA，如图1所示。将利用上述方法提取的两组样品进行琼脂糖凝胶电泳，结果如图2所示。下列说法错误的是(　　)
图1
注：1为空白对照，2、3分别是挑取单菌落后扩大培养提取质粒后电泳结果。
图2
A.Ⅰ过程不宜剧烈振荡，以防止线性DNA断裂混入上清液中
B.Ⅲ过程中冷酒精的作用是溶解DNA
C.2、3结果对应的样品分别为重组质粒、非重组质粒
D.1号出现条带的原因可能是移液器枪头受到DNA污染
答案：BC
【解析】BC　线性DNA易受到外力的影响而断裂，故Ⅰ过程不宜剧烈振荡，以防止线性DNA断裂混入上清液中，A正确；DNA不溶于酒精，冷酒精的作用是使线性DNA析出，B错误；由于题干并未告知重组质粒、非重组质粒的分子大小，故不能确定2、3结果对应的样品是重组质粒还是非重组质粒，C错误；1为空白对照组，本应没有条带出现，故1号出现条带的原因可能是移液器枪头受到DNA污染，D正确。
9.(2024·山东二模)TaIBH1－2D是小麦中一个调控千粒重的关键基因。为验证TaIBH1－2D的功能，研究人员构建了过表达株系，可利用酶切法检验TaIBH1－2D与载体是否连接，图1三个泳道分别是用不同的限制酶完全酶切后(只考虑图示酶切位点)，产物经琼脂糖凝胶电泳的结果；同时构建了敲除TaIBH1－2D基因的突变体。图2统计了不同植株的千粒重。下列说法正确的是(　　)
A.电泳的缓冲液中含指示剂，可在紫外灯下被检测出来
B.泳道1为单酶切空载体，泳道2为单酶切的重组载体
C.泳道3为双酶切的重组载体，且目的基因与载体正确连接
D.由图2分析，TaIBH1－2D负调控小麦千粒重
答案：BD
【解析】BD　缓冲液中的指示剂指示电泳进程，核酸染料加在凝胶中，凝胶中的DNA分子通过染色，可以在紫外灯下被检测出来，A错误；泳道1的质粒长度小于泳道2，则泳道1为单酶切空载体，泳道2为单酶切的重组载体，B正确；泳道3有一个条带的大小与泳道1相同，且还有两个较小的条带，则为限制酶A和限制酶B双酶切的重组载体，但是无法判断目的基因与载体是否正确连接，C错误；由图2分析，含有TaIBH1－2D基因的植株千粒重小于野生植株和敲除突变体，则说明TaIBH1－2D负调控小麦千粒重，D正确。
10.(2024·湖南长郡中学二模)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(如下图，Pme Ⅰ、BamH Ⅰ、Spe Ⅰ、Sac Ⅰ为不同限制酶)，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。下列说法不正确的是(　　)
答案：ABD
A.上述获得蓝色玫瑰的方案中需转入能调控液泡pH的基因
B.将sfp基因插入Ti质粒时使用的限制酶是Pme Ⅰ和BamH Ⅰ
C.sfp和idgS基因表达时分别以T－DNA的不同链为模板进行转录
D.农杆菌可将Ti质粒上的T－DNA整合到白玫瑰细胞质基因组中防止基因
扩散
【解析】ABD　靛蓝能够稳定显色，不受pH的影响，故本题方案中无需转入能调控液泡pH的基因，A错误；结合图示可知，将sfp基因插入Ti质粒时若使用的限制酶是Pme Ⅰ和BamH Ⅰ，则会将终止子一同切除，故只能用BamH Ⅰ，B错误；sfp和idgS基因具有各自的启动子，表达是相互独立进行的，转录是以DNA的一条链为模板进行的，由启动子方向可知：两基因转录的模板不同，C正确；将目的基因导入植物细胞可采用农杆菌转化法，故农杆菌可将Ti质粒上的T－DNA整合到白玫瑰染色体DNA上，D错误。
三、非选择题
11.(2024·湖南“一起考”大联考)生物胺是一种存在于发酵食品中的含氮小分子有机化合物，是合成核酸、蛋白质、生物碱等的前体物质。人体自身合成的生物胺可促进正常生理活动，而通过食物摄入过量生物胺会引起头疼、腹部痉挛、呕吐等不良反应，严重时可能危及生命。利用酶解法降解是减少发酵食品中生物胺含量，保障食品安全的有效方法之一。科研人员成功地筛选获得具有降解生物胺能力的多铜氧化酶(MCO)基因，并转入大肠杆菌中实现了高效表达。回答下列问题：
(1)基因工程常用大肠杆菌作为受体细胞，是因为其具有__________________________________________________(至少答2点)等优点。一般需用______处理大肠杆菌细胞，以便将重组质粒导入其中。
繁殖速度快，培养成本低(遗传物质较少，结构简单等)
Ca2+
名称 识别序列及切割位点 名称 识别序列及切割位点
Hind Ⅲ EcoR Ⅰ
Pvit Ⅱ Pst Ⅰ
Kpn Ⅰ BamH Ⅰ
(2)为构建重组载体，需先设计引物，通过PCR特异性扩增MCO基因。用于扩增MCO基因的两种引物需分别与两条模板链______(填“3′”或“5′”)端的碱基序列互补配对。为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物的______(填“3′”或“5′”)端添加相应的限制酶识别序列。由图可知，在MCO基因的两端应添加________和________两种不同限制酶的识别序列。这样就方便后面用这两种限制酶进行酶切，相比用同一种酶，该方法的优点在于______________________________________(答出2点)。经过这两种酶酶切的MCO基因和载体连接时，选用_________________(填“E.coli DNA连接酶”或“T4 DNA连接酶”)效率更高。
3′
5′
Pvit Ⅱ
EcoR Ⅰ
防止目的基因和质粒自身环化和反向连接
T4 DNA连接酶
(3)若要通过实验检测MCO基因能否在大肠杆菌中表达，实验思路是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
从大肠杆菌细胞中提取出核酸，用MCO基因制成探针进行核酸分子杂交，若有DNA—RNA杂交带，说明MCO基因转录出了mRNA；或从大肠杆菌细胞中提取蛋白质进行抗原—抗体杂交，若有杂交带，表明已表达出目的蛋白(或从大肠杆菌细胞中提取蛋白质，检测其是否能分解生物胺)
12.(2024·湖南3月调研)党的二十大对保障粮食安全提出了更高要求，马铃薯块茎富含淀粉，而且其中的维生素是所有粮食中最全的，因此我国科学家对马铃薯这种重要粮食作物开展了大量研究。马铃薯因为自交不亲和，所以只能进行无性繁殖，我国科学家用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获得了二倍体自交系的马铃薯。如图所示。回答下列问题：
(1)该技术利用一段与靶序列互补的向导RNA引导Cas9蛋白对特异靶向DNA进行识别和定点敲除自交不亲和基因，其中的Cas9蛋白相当于________酶，若要将自交不亲和基因从目标DNA上切除下来，需要设计______种不同的向导RNA。若靶序列为5′－AGCAT……GTACCT－3′，则设计的向导RNA中相应的序列应为_______________________________。
限制
2
3′－UCGUA……CAUGGA－5′
(2)MAP30蛋白是一种能使Ⅰ型核酸核糖体失活的蛋白质，实验表明MAP30蛋白具有抗pvx病毒功能，为培育高效表达该基因的马铃薯新品种，科研团队利用农杆菌转化法将MAP30基因导入马铃薯细胞内，如图所示：
①选择Ti质粒作为载体的原因是_________________________________________________________________________，构建基因表达载体时为避免反向拼接应选择________________识别切割质粒，再用____________连接。
②个体水平上，可通过____________的方法检测转基因马铃薯是否具有抗病毒的特性，具体做法是______________________________________________________________________________。
Ti质粒上的T－DNA可转移到受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上
Xba Ⅰ和Hind Ⅲ
DNA连接酶
接种感染
向转基因马铃薯植株和非转基因马铃薯植株接种pvx病毒，观察并对比它们的感染情况