2026届高考生物一轮总复习提能训练练案46基因工程的基本工具和基本操作程序

这是一份2026届高考生物一轮总复习提能训练练案46基因工程的基本工具和基本操作程序，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题
1．(2024·辽宁名校联盟联考)近年来，人工智能(AI)算法在蛋白质工程领域的应用已经被开发，下列关于AI算法在蛋白质工程领域应用的设想中，实现难度最大的是( )
A．根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构
B．根据蛋白质的空间结构推测其氨基酸序列
C．按照设定的氨基酸序列推测mRNA的碱基序列
D．按照设定的mRNA的碱基序列设计新基因
2．(2025·辽宁省朝阳市期末试题)采用基因工程技术调控植物激素代谢，可实现作物改良。下列相关叙述不合理的是( )
A．用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实
B．大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)可抑制芽的分化
C．提高ga2x(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平可获得矮化品种
D．在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因可延迟果实成熟
3．天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作对的是( )
A．提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B．运用限制性内切核酸酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C．运用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D．将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
4．研究人员利用E.cliDNA连接酶将药用蛋白基因与一系列调控元件、质粒等构建成重组质粒后，将其导入哺乳动物的受精卵中，由该受精卵发育成的转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产药用蛋白。利用上述乳腺生物反应器，科学家已获得了种类繁多的医药产品。下列说法正确的是( )
A．质粒是一种只存在于原核细胞拟核DNA外、具有自我复制能力的环状DNA分子
B．E.cliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来
C．构建重组质粒时使用的启动子应能启动药用蛋白基因在任意细胞中表达
D．“将重组质粒导入哺乳动物的受精卵中”是乳腺生物反应器制作的核心工作
5．利用生物工程改造生物特性，从而生产人类所需的产品。下列有关措施的叙述中，不正确的是( )
A．利用基因突变原理培育成生产人干扰素的酵母菌
B．利用基因突变原理培育成青霉素高产菌株
C．利用基因工程手段培育成生产人胰岛素的大肠杆菌
D．利用细胞工程技术培育成脱毒苗
6．(2025·浙江杭州高三阶段练习)科学家利用蛋白质工程研制赖脯胰岛素，与天然胰岛素相比，赖脯胰岛素经皮下注射后易吸收、起效快。图示为利用大肠杆菌制备工程菌获取赖脯胰岛素的操作过程，以下叙述错误的是( )
A．该技术属于第二代基因工程，需对基因进行改造或合成
B．该技术能改造现有的蛋白质，也能制造一种新的蛋白质
C．图中①②过程可同时发生
D．基因表达过程中，物质a若发生变化，物质b一定改变
7．(2025·铁岭模拟)转基因作物的推广种植，大幅提高了粮食产量，取得了巨大的经济效益和生态效益；硕果累累的转基因作物相关研究在带给人们喜悦的同时，也促使人们关注转基因作物的安全性问题。下列有关转基因作物安全性的叙述，错误的是( )
A．抗性基因可能会随花粉传播到田间近缘野生植物体内，造成基因污染
B．转入抗性基因的植物可能成为“入侵物种”，影响生态系统的稳定性
C．大面积种植转基因抗虫棉，有可能会导致棉铃虫群体中相关抗性基因频率增加
D．只要目的基因来自自然界，培育出的转基因植物就不会有安全性问题
二、非选择题
8．(2025·黑龙江黑河高三阶段练习)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。回答下列问题：
(1)上述过程属于________工程。
(2)PCR中使用的聚合酶属于________(填写编号)。
①以DNA为模板的RNA聚合酶
②以RNA为模板的RNA聚合酶
③以DNA为模板的DNA聚合酶
④以RNA为模板的DNA聚合酶
(3)某天然β－淀粉酶由484个氨基酸构成，研究发现，将该酶第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺，耐热性明显提升。在图1所示的β－淀粉酶基因改造方案中，含已替换碱基的引物是________(填写编号)。
(4)为了使上述改造后的基因能在大肠杆菌中高效表达，由图2所示的pLN23质粒构建得到基因表达载体。除图示信息外，基因表达载体中还应该有目的基因(即改造后的基因)和________。
(5)目的基因(不含EcRⅠ酶切位点)全长为1.5 kb，将其插入BamHⅠ位点。用EcRⅠ酶切来自于不同大肠杆菌菌落的质粒DNA，经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度，这一操作的目的是____________________________。正确连接的基因表达载体被EcRⅠ酶切后长度为________kb。
B组
一、选择题
1．(2025·河北邯郸高三开学考试)生物技术与工程学相结合，可研究、设计和加工生产各种生物工程产品。下列叙述正确的是( )
A．由于外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，用任何外植体都可制备脱毒苗
B．胚胎移植作为胚胎工程的“第一道工序”，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用
C．PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，而后常用琼脂糖凝胶电泳鉴定PCR的产物
D．蛋白质工程仅以蛋白质结构为基础逆中心法则进行，就可以改造或制造新的蛋白质
2．(2024·华南师大适应性练习)丙酮被广泛用作生产塑料的原料和有机溶剂。热乙酸穆尔氏菌能以氢为能源，利用CO2或CO生产乙酸。研究团队去除了该微生物生成乙酸的相关基因，然后导入了其他基因，这样可以抑制乙酸的生成并促进丙酮的合成。下列说法错误的是( )
A．基因工程成功的原因之一是不同生物的DNA结构相同
B．基因工程中的目的基因可以人工合成并通过PCR进行扩增
C．导入的其他基因需要与启动子等调控组件重组在一起
D．检测该微生物中新的基因是否表达，可采用DNA分子杂交技术
3．(2024·T8联盟)为了提高玉米的抗虫能力，研究员将H与S两种抗虫基因构建成融合基因，共同导入植物体内。图1为构建表达载体所用质粒，图2是H－S融合基因两侧序列，图3为部分限制酶的识别序列。下列叙述正确的是( )
A．卡那霉素抗性基因可以用来筛选导入目的基因的植物细胞
B．目的基因和质粒应该同时用酶B与酶C来切割，确保不会发生反向连接和自身环化
C．该玉米同时转入两种抗性基因可延缓害虫抗性基因频率增加
D．重组质粒中仍有酶A的切割位点
4．(2024·黑龙江部分高中二模)为增加玉米的抗旱性，科研人员构建含有某微生物抗旱基因E的重组质粒，并采用农杆菌转化法将其转入玉米幼胚组织细胞中，用E蛋白的抗体进行抗原—抗体杂交检测后，经进一步鉴定，筛选出抗旱的转基因玉米。下列有关叙述错误的是( )
A．通过逆转录得到的抗旱基因E中不含启动子、内含子和终止子
B．抗原—抗体杂交检测呈阳性的植株还要通过抗旱实验进行筛选
C．要得到转基因植株还要用到植物细胞融合技术
D．用CaCl2处理农杆菌可让其主动吸收重组质粒
5．(多选)(2025·承德统考)基因治疗是指用正常基因取代或修补患者细胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的，其过程如图所示(图中×表示该基因的功能被替换)。下列推测或叙述正确的是( )
A．白化病患者、唐氏综合征患者都可通过基因治疗被治愈
B．可通过基因检测来判断正常基因是否被成功导入患者细胞
C．获得正常基因的个体不一定能将正常基因遗传给后代
D．相比于多基因遗传病，单基因遗传病基因治疗的难度可能更小
6．(多选)甲醇酵母菌是基因工程中常用的受体菌，它可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少。研究人员将人的胶原蛋白基因导入甲醇酵母中并成功表达。下列有关叙述正确的是( )
A．用两种酶切割目的基因和质粒，可防止目的基因反向连接和质粒的自身环化
B．常用显微注射法将胶原蛋白基因导入甲醇酵母中
C．与大肠杆菌相比，甲醇酵母作受体菌所表达出的胶原蛋白与人体产生的胶原蛋白结构更相近
D．与其他酵母菌相比，甲醇酵母作受体菌便于表达出的胶原蛋白的分离与纯化
7．(多选)(2025·邯郸模拟)科研人员以β－甘露葡萄糖酶为核心研究材料，在其N端找到了两个关键的氨基酸位点，将这两个位点的组氨酸和脯氨酸都替换为酪氨酸后，其热稳定性得到了显著提高。下列说法正确的是( )
A．细胞内合成改造后的高热稳定性蛋白质的过程遵循中心法则
B．替换蛋白质中的氨基酸实际上可通过改造基因中的碱基序列实现
C．在分子水平上，可利用PCR等技术检测细胞内是否合成了新的目的蛋白质
D．制备过程中应先获得目标蛋白质的三维结构，再预期其生物学功能
二、非选择题
8．(2024·贵州遵义一模)植物细胞中提取的高甜度蛋白质由一条多肽链构成，常作为食品工业中糖类的替代品，但其热稳定性较差，植物中的提取率极低。科研人员通过基因编辑技术改造甜蛋白SB基因，以提升甜蛋白的稳定性和在大肠杆菌中的产量。技术路线如图所示：
(1)改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的________序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过________技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。
(2)用限制酶NruⅠ、NeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，能成功构建PXasD质粒的原因是__________________________________，再通过____________将二者连接起来。
(3)选用引物1和引物2对PXasD质粒中的SB基因进行PCR，再电泳检测，发现条带不唯一，其原因可能是______________________(答出一点即可)；对于PCR电泳结果符合预期的质粒，通常需要进一步通过基因检测确认，原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)将PXasD质粒导入用________处理后的大肠杆菌中，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。
A组
1答案：A
解析：根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。其中根据人类对蛋白质的功能需求设计蛋白质的高级结构是最难实现的。A正确，B、C、D错误。
2答案：B
解析：生长素能促进果实发育，用特异启动子诱导表达iaaM(生长素合成基因)可获得无子果实，A不符合题意；大量表达ipt(细胞分裂素合成关键基因)，细胞分裂素含量升高，细胞分裂素和生长素的比例高时，有利于芽的分化，B符合题意；赤霉素能促进细胞伸长，从而引起茎秆伸长和植物增高，提高ga2x(氧化赤霉素的酶基因)的表达水平使赤霉素含量降低从而能获得矮化品种，C不符合题意；乙烯有催熟作用，在果实中表达acs(乙烯合成关键酶基因)的反义基因，即是抑制乙烯的合成，果实成熟会延迟，D不符合题意。
3答案：A
解析：提取矮牵牛蓝色花的mRNA，逆转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误；目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误；目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入，并且应当用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。
4答案：B
解析：质粒是一种独立于真核细胞(如酵母菌)的细胞核或原核细胞(如细菌)拟核之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子，A错误；E.cliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段，B正确；构建重组质粒时使用的启动子应能启动药用蛋白基因在乳腺细胞中表达，C错误；基因表达载体的构建是乳腺生物反应器制作的核心工作，D错误。故选B。
5答案：A
解析：利用基因工程即基因重组原理培育成生产人干扰素的酵母菌，A错误；利用基因突变原理培育成青霉素高产菌株，该方法是诱变育种，B正确；利用基因工程手段培育成生产人胰岛素的大肠杆菌，该过程的原理是基因重组，C正确；利用植物组织培养技术可培育成脱毒苗，该过程的原理是植物细胞全能性，植物组织培养技术属于细胞工程技术，D正确。故选A。
6答案：D
解析：该技术是蛋白质工程，是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，操作对象也是DNA，需对基因进行改造或合成，A正确；蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求，B正确；图中①为转录，②为翻译，大肠杆菌是原核生物，没有核膜，转录和翻译可同时进行，C正确；物质a为mRNA，mRNA序列改变，由于密码子的简并，最终编码的氨基酸序列可能不变，D错误。故选D。
7答案：D
解析：转基因作物与近缘野生植物杂交，抗性基因可能随花粉传播到近缘野生植物体内，造成基因污染，A正确；转基因生物具有某些特殊性质，它们在某地区的竞争能力较强，可能成为“外来物种”，威胁生态系统中其他生物的存在，从而影响生态系统的稳定性，B正确；大面积种植转基因抗虫棉，棉铃虫有抗性基因的个体数量会增加，可能导致其群体相关抗性基因频率增加，C正确；即使目的基因来自自然界，培育出的转基因植物仍然可能会有安全性问题，D错误。
8答案：(1)蛋白质 (2)③ (3)② (4)标记基因
(5)筛选导入目的基因的大肠杆菌 5.7
解析：(1)根据蛋白质的功能改变基因的结构，最终获得耐高温的β－淀粉酶，这属于蛋白质工程。
(2)PCR的原理是DNA双链复制，利用的酶是耐热的DNA聚合酶，合成子链时是以DNA为模板。
(3)根据β－淀粉酶的编码序列，替换的碱基在编码序列中，则利用的引物应该把编码序列全部扩增在内，则所用的引物是②③。由题干信息可知，该酶是第476位天冬氨酸替换为天冬酰胺，说明改变的碱基在编码序列的后方，所以含已替换碱基的引物是②。
(4)作为基因工程载体的质粒应该包含：复制原点、限制酶的切割位点、标记基因、启动子和终止子，根据图示的表达载体可知应还要包括目的基因和标记基因。
(5)目的基因通过表达载体导入大肠杆菌中，用EcRⅠ酶切来自不同大肠杆菌菌落的质粒DNA，经琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段长度，这一操作的目的是筛选出导入目的基因的大肠杆菌。正确连接的基因表达载体只有一个EcRⅠ酶切位点，则切割后的长度为4.2＋1.5＝5.7 kb。
B组
1答案：C
解析：虽然外植体在植物组织培养过程中不感染病毒，但外植体可能本身携带病毒，因此不是用任何外植体都可制备脱毒苗，一般用茎尖制备脱毒苗，A错误；胚胎移植作为胚胎工程的最后技术环节，推动了胚胎工程其他技术的研究和应用，B错误；PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，PCR的产物的分子量大小不同，因此常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物，C正确；蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行基因改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要，D错误。故选C。
2答案：D
解析：基因工程成功的原因之一是不同生物的DNA具有相同的双螺旋结构，A正确；基因工程中的目的基因获取方式有多种，可以人工合成并通过PCR进行扩增，也可以从基因文库中获取，B正确；基因工程中需要目的基因在受体细胞中表达，就要将目的基因与该细胞的启动子等调控组件重组在一起，C正确；检测该微生物中新的基因是否表达，可采用抗原—抗体杂交技术，D错误。
3答案：C
解析：卡那霉素抗性基因位于T－DNA之外的区域，只能与重组质粒一起导入农杆菌细胞，用于筛选导入目的基因的农杆菌细胞，只有T－DNA上的潮霉素抗性基因才能用于筛选导入目的基因的植物细胞，A错误；质粒应用酶A和酶B切割，避免破坏T－DNA，B错误；相比于导入一种抗性基因，同时导入两种抗性基因可以减缓害虫对抗性基因的选择，从而延缓抗性基因频率增加，C正确；酶A与酶C的识别序列相比，酶C的识别序列特异性更低，酶A与酶C切割后产生的黏性末端互补后形成的连接位点只能被酶C识别，而不能被酶A识别，D错误。
4答案：C
解析：由mRNA(经剪切加工，无启动子、终止子和内含子对应的序列)经逆转录得到的抗旱基因E中不含启动子、内含子和终止子，A正确；抗原—抗体杂交检测呈阳性只能说明E基因成功表达，植物是否具有抗旱能力，还要通过抗旱实验进行筛选，B正确；要得到转基因植物，会用到植物组织培养技术，不需要用到植物细胞融合技术，C错误；用CaCl2处理农杆菌可让其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，使其主动吸收重组质粒，D正确。
5答案：BCD
解析：白化病患者是常染色体隐性遗传病，可通过基因治疗被治愈，而唐氏综合征患者是由于多了一条21号染色体，不可通过基因治疗被治愈，A错误；基因检测是通过血液、其他体液或细胞对DNA进行检测的技术，正常基因有特定的序列，可通过基因检测来判断正常基因是否被成功导入患者细胞，B正确；获得正常基因的细胞若不是生殖细胞，则个体不能将正常基因遗传给后代，C正确；多基因遗传病是由多个基因决定的，且环境因素对其影响较大，相比于多基因遗传病，单基因遗传病基因治疗的难度可能更小，D正确。
6答案：ACD
解析：常用Ca2＋处理微生物细胞，使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，然后再将重组目的基因导入微生物细胞，B错误；与大肠杆菌作受体相比，甲醇酵母为真核生物，表达出的胶原蛋白经过内质网和高尔基体的加工，所以与人体产生的胶原蛋白结构更相近，C正确；与其他酵母菌相比，甲醇酵母可以高效表达外源蛋白，但自身蛋白分泌到培养基的较少，便于目的蛋白的分离和纯化，D正确。
7答案：AB
解析：细胞内蛋白质的合成过程要经过转录和翻译，遵循中心法则，A正确；蛋白质是DNA经过转录、翻译得到的，所以替换蛋白质中的氨基酸实际上可通过改造基因中的碱基序列实现，B正确；PCR等技术能检测目的基因是否导入细胞或是否转录，检测细胞内是否合成了新的蛋白质可使用抗原—抗体杂交法，C错误；蛋白质工程要先预期目标蛋白质的生物学功能，再设计该蛋白质的三维结构，D错误。
8答案：(1)氨基酸 PCR (2)酶NruⅠ、NeⅠ切割后产生的黏性末端相同 DNA连接酶 (3)引物的特异性不高、复性温度过低 琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列 (4)Ca2＋ 大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工
解析：(1)改造甜蛋白SB基因首先需分析甜蛋白的氨基酸序列，再改造基因的碱基序列，从而获得新SB基因，通过PCR技术进行扩增，用于基因表达载体的构建。
(2)酶NruⅠ、NeⅠ切割后产生的黏性末端相同，因此用限制酶NruⅠ、NeⅠ、BamHⅠ分别切割目的基因和质粒，再通过DNA连接酶连接，能成功构建PXasD质粒，
(3)扩增时退火(复性)温度过低，可能会导致引物与非互补配对的序列发生部分结合，产生不同长度的DNA分子从而出现多条条带，即出现非特异性扩增条带；引物特异性不高，也会导致与非互补配对的序列发生部分结合，出现非特异性扩增条带。琼脂糖凝胶电泳技术仅能用于分析待检测DNA分子的大小，无法确定待检测DNA分子的碱基序列，因此对于PCR产物电泳结果符合预期的质粒，通常需进一步通过基因测序确认。
(4)将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法，用Ca2＋处理大肠杆菌，培养一段时间后，从中提取大量甜蛋白，但经科研人员检测后，提取到的甜蛋白甜度不够，原因可能是大肠杆菌为原核生物，缺乏内质网、高尔基体等细胞器对甜蛋白进行加工。