专题18 基因工程-备战2024年高考生物一轮复习重难点突破讲解与训练（新教材）

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2、注重理论联系实际，高三生物的考试并不仅仅是考概念，学会知识的迁移非常重要，并要灵活运用课本上的知识。不过特别强调了从图表、图形提取信息的能力。历年高考试题，图表题都占有比较大的比例。那些图表题虽不是教材中的原图，但它源于教材而又高于教材，是对教材内容和图表的变换、深化、拓展，使之成了考查学生读图能力、综合分析能力、图文转换能力的有效途径。
3、一轮复习基础知识的同时，还要重点“攻坚”，突出对重点和难点知识的理解和掌握。这部分知识通常都是学生难于理解的内容，做题时容易出错的地方。分析近几年的高考生物试题，重点其实就是可拉开距离的重要知识点。
4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三生物一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
题型解读
本专题是新高考中必考的重难点之一，具有一定的难度。考查形式有选择题和简答题两种，要求学生具备科学思维能力，形成一定的社会责任感。
考向分析
围绕基因工程的基本工具及操作程序、基因工程的原理及应用。其中对基因表达载体的构建和PCR技术的考查均具有一定的难度，是高考区分度的体现之处。
答题技巧
作答本专题时，需具备一定的推理能力，且具有清晰的逻辑思维。因而要求学生要多做题、多总结、多归类，从而找到合适的解题方法。
专专题分析
题 18 基因工程
对点训练
单选题
1．（2023·山东青岛·高三期末）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），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。下列叙述错误的是（ ）
A．上述获得蓝色玫瑰的方案中需要转入能调控液泡pH的基因
B．将idgS基因插入Ti质粒时使用的限制酶是SpeI和SacI
C．sfp和idgS基因具有各自的启动子，前者调控后者的表达
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】A
【详解】A、分析题意，用农杆菌转化法将链霉菌的靛蓝合成酶基因（idgS）及其激活基因（sfp）导入白玫瑰后，在细胞质基质中形成稳定显色的靛蓝，所以无需转入能调控pH的基因，A错误；
B、分析题图可知，将idgS基因插入Ti质粒时可用SpeI和SacI以避免产生的黏性末端环化，增加构建成功的概率，B正确；
C、分析题图可知，sfp和idgS基因具有各自的启动子，sfp可激活idgS的表达，C正确；
D、将目的基因导入植物细胞可用农杆菌转化法，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正确。
故选A。
2．（2023春·江苏徐州·高二统考期中）土壤农杆菌侵染植物细胞时，Ti质粒上的T-DNA片段转入植物的基因组。利用农杆菌以Ti质粒作为载体进行转基因，下列相关叙述正确的是（ ）
A．T-DNA片段有利于介导外源DNA整合到植物的染色体DNA上
B．用Ca2+处理农杆菌，以利于其侵染植物细胞
C．Ti质粒是一种环状DNA分子，属于细菌的拟核DNA
D．目的基因应插入T-DNA片段外，以防止破坏T-DNA
【答案】A
【详解】A、Ti质粒上的T-DNA片段能转入植物的基因组中，因此T-DNA片段利于介导外源DNA整合到植物的染色体，A正确；
B、农杆菌转化法中不需要用Ca2+处理农杆菌，应直接利用土壤农杆菌感染植物细胞，B错误；
C、Ti质粒是一种环状DNA分子，是存在于细菌细胞质中的DNA，C错误；
D、在农杆菌转化法中，需要将目的基因插入到T﹣DNA片段上，D错误。
故选A。
3．（2023·全国·高二专题练习）限制酶MunⅠ和限制酶EcRⅠ的识别序列及其切割位点分别如下：—C↓AATTG—和—G↓AATTC—如图表示某一目的基因片段与质粒拼接形成重组质粒的过程，相关叙述错误的是（ ）
A．用限制酶EcRⅠ切割目的基因，同时用限制酶MunⅠ切割质粒
B．两种限制酶切割后形成的黏性末端的碱基可以互补配对
C．限制酶能使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开
D．将重组质粒同时用2种限制酶切割会形成2种DNA片段
【答案】D
侧都是限制酶EcRⅠ的切割位点，因此应选用限制酶EcRⅠ切割含有目的基因的外源DNA分子，质粒中含有限制酶MunⅠ和限制酶EcRⅠ的切割位点，但EcRⅠ的切割位点位于标记基因中，用其切割会破坏标记基因，因此为保证重组质粒表达载体的准确构建，应选用限制酶MunⅠ切割质粒，A正确；
B、由题干信息给出的两种酶的识别序列可知，两种限制酶切割后形成的黏性末端的碱基可以互补配对，B正确；
C、限制酶的作用是使特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，并具有专一性，C正确；
D、将重组质粒同时用2种限制酶切割，标记基因和目的基因中的EcRⅠ酶切割位点能被断开，则会形成3种DNA片段，D错误。
故选D。
4．（2023春·江苏徐州·高二统考期中）下列有关“DNA的粗提取与鉴定”实验的叙述，错误的是（ ）
A．本实验不可用猪血细胞作为提取DNA的材料
B．在2ml·L-1NaC1溶液中，DNA溶解度较大
C．可利用DNA溶于冷酒精的性质进一步纯化DNA
D．二苯胺试剂要现配现用，否则会影响鉴定效果
【答案】C
【详解】A、该实验中材料选择的原则是DNA含量多，材料易得，操作简便，因此鸡血细胞是较理想的实验材料，猪是哺乳动物，哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核以及众多的细胞器，故本实验不可用猪血细胞作为提取DNA的材料，A正确；
B、在2ml·L-1NaCl溶液中，DNA溶解度较大，B正确；
C、DNA不溶于酒精，C错误；
D、二苯胺试剂不稳定，需要现配现用，否则会影响鉴定效果，D正确。
故选C。
5．（2023春·高二课时练习）下列关于蛋白质工程的说法，错误的是（ ）
A．蛋白质工程以基因工程为基础，属于第二代基因工程
B．蛋白质工程是根据蛋白质功能的特定需求，利用酶的专一性对蛋白质的氨基酸序列直接改造
C．蛋白质工程常用到基因的定点突变技术从分子水平进行碱基的替换
D．蛋白质工程难度很大的主要原因是蛋白质的功能必须依赖复杂的空间结构
【答案】B
【详解】A、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代的基因工程，A正确；
B、蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，B错误；
C、蛋白质工程常用到基因的定点突变技术从分子水平进行碱基的替换，进行基因修饰或基因合成，C正确；
D、蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的空间结构，而且蛋白质的功能也具有多样性，D正确。
故选B。
6．（2022春·浙江台州·高二统考期末）蛋白质工程是基因工程的延伸。下列有关蛋白质工程的叙述，正确的是（ ）
A．不遵循中心法则
B．在分子水平上直接对蛋白质进行改造
C．生产的蛋白质能在自然界中找到
D．需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶
【答案】D
【详解】A、蛋白质工程最终也是基因控制蛋白质的合成，遵循中心法则，A错误；
B、在分子水平上对基因进行改造，从而获得特定的蛋白质，B错误；
C、生产的蛋白质能在自然界中找不到，因此才采用蛋白质工程进行合成，C错误；
D、蛋白质工程是基因工程的延伸，需要构建表达载体，需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶，D正确。
故选D。
7．（2022·江苏南通·统考二模）在生物学实验中如实记录并分析实验现象是十分重要的。相关叙述错误的是（ ）
A．验证酵母菌无氧呼吸产物实验中，加入酸性重铬酸钾后溶液呈灰绿色，最可能是葡萄糖未耗尽
B．观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离实验中，视野中出现无色细胞，可能是细胞被破坏
C．蛋白质鉴定实验中，加入双缩脲试剂后溶液呈蓝色，可能是加入的CuSO4，溶液过量引起的
D．DNA鉴定实验中，向溶有丝状物的NaCl溶液中加入二苯胺试剂未变蓝色，可能是未沸水浴
【答案】A
【详解】A、酒精与酸性重铬酸钾溶液反应呈灰绿色，酵母菌在无氧条件下培养一段时间后，将酸性重铬酸钾溶液注入培养液中，呈灰绿色，说明酵母菌无氧呼吸会产生酒精，A错误；
B、观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离实验中，视野中出现无色细胞，可能是细胞被破坏，液泡中的色素被释放出来，细胞无色，B正确；
C、蛋白质鉴定实验中，若加入的CuSO4过多，溶液会呈现蓝色，C正确；
D、DNA鉴定实验中，向溶有丝状物的NaCl溶液中加入二苯胺试剂，需要沸水浴才能呈现蓝色，D正确。
故选A。
8．（2022春·江苏徐州·高二统考期中）基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入到质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答。下列叙述正确的是（ ）
A．接种基因疫苗只能预防特定微生物的感染
B．疫苗经注射进入人体后，可被人体的浆细胞识别
C．利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗就是基因疫苗
D．基因疫苗是指机体能识别特定的基因，从而引起机体产生免疫反应
【答案】A
【详解】A、基因疫苗发挥作用是促使机体产生抗体，作用于相应的抗原，这是属于特异性免疫，因此接种基因疫苗只能预防特定微生物的感染，A正确；
B、浆细胞无识别抗原的功能，B错误；
C、结合题意“基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入到质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白”可知，基因疫苗是通过基因工程生产的，利用蛋白质工程生产的蛋白质疫苗不是基因疫苗，C错误；
D、基因疫苗是将编码外源性抗原的基因插入到质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答，D错误。
故选A。
9．（2022春·山东日照·高二校联考期中）菊花是一种双子叶植物，易感桃蚜。雪花莲凝集素基因GNA的表达产物能有效抑制桃蚜生长。下图为利用农杆菌转化法培育转GNA基因菊花的示意图。下列有关叙述错误的是（ ）
A．过程①需将GNA基因插入到Ti质粒的T-DNA中
B．过程②用Ca2+处理农杆菌使其处于能吸收GNA基因的生理状态
C．若PCR检测到图示植株含有GNA基因，说明其已具有桃蚜抗性
D．图示Ti质粒都是经过改造的，其标记基因可用于重组Ti质粒的筛选
【答案】C
【详解】A、过程①是构建基因表达载体，需要将GNA基因插入到Ti质粒的T-DNA中，A正确；
B、过程②用Ca2+处理农杆菌使其处于能吸收GNA基因的生理状态 ，即感受态，B正确；
C、若PCR检测到图示植株含有GNA基因，但不能确定该基因是否能成功表达，所以不能说明其已具有桃蚜抗性 ，C错误；
D、Ti质粒都是经过改造的，其标记基因（通常是抗生素抗性基因）可用于重组Ti质粒的筛选，D正确。
故选C。
10．（2021春·新疆巴音郭楞·高二校联考期中）PCR技术扩增DNA，需要的条件是（ ）
①目的基因 ②引物 ③ 四种脱氧核苷酸 ④热稳定DNA聚合酶 ⑤mRNA ⑥核糖体
A．①②③④B．②③④⑤C．①③④⑤D．①②③⑥
【答案】A
【详解】①PCR技术需要以目的基因为模板，①正确；
②PCR技术需要一对引物，②正确；
③四种脱氧核苷酸作为合成DNA的原料，③正确；
④PCR技术是在高温条件下进行的，因此需要耐高温的DNA聚合酶（即热稳定DNA聚合酶）等，④正确；
⑤PCR技术是体外扩增DNA的，不需要mRNA，⑤错误；
⑥PCR技术扩增DNA时，不需要核糖体，核糖体是翻译的场所，⑥错误。
故选A。
多选题
1．（2023·高二课时练习）下列与“分子手术刀”有关的叙述正确的是（ ）
A．形成的黏性末端读取的顺序是从5’往3’读
B．一个限制酶切割一次断两个磷酸二酯键形成2个黏性末端或平末端
C．同一种限制酶切割形成的黏性末端不同
D．两个黏性末端有1个游离的磷酸基团
【答案】AB
【详解】A、限制酶切割后在DNA切口处产生黏性末端，限制酶识别碱基序列是从5′往3′读，形成的黏性末端读取的顺序也是从5′往3′读，A正确；
B、一个限制酶切割一次，使DNA双链断开，会有两个磷酸二酯键断裂，形成2个黏性末端或平末端，B正确；
C、同一种限制酶切割形成的黏性末端相同，C错误；
D、两个黏性末端有2个游离的磷酸基团，D错误。
故选AB。
2．（2022秋·山东济南·高三统考开学考试）金黄色葡萄球菌具有对磺胺类药物敏感性低，对青霉素，红霉素等敏感度高和高度耐盐化等特性。菌株可在血琼脂平板（完全培养基中添加适量血液）上生长，并能产生溶血毒素（可使红细胞完全溶解），血浆凝固酶（可使血液中的纤维蛋白沉积于菌体表面或凝固）等物质。研究发现，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的mecA基因可编码新的青霉素结合蛋白2a（PBP2a），该蛋白对青霉素类抗菌药物亲和力低，继而对青霉素产生了一定的抗药性。下列说法正确的是（ ）
A．在金黄色葡萄球菌的分离培养过程中，须在选择培养基中加入10%-15%的NaCl、青霉素
B．培养在血琼脂平板上的金黄色葡萄球菌菌落周围会出现红色的溶血圈
C．当金黄色葡萄球菌侵入人体后，其产生的血浆凝固酶可能会阻碍部分免疫细胞的吞噬作用
D．可利用DNA分子杂交技术或PCR技术检测mecA基因，从而检测筛选出MRSA
【答案】CD
【详解】A、金黄色葡萄球菌具有对磺胺类药物敏感性低，对青霉素、红霉素等敏感度高和高度耐盐化等特性，故在金黄色葡萄球菌的分离培养过程中，须在选择培养基中加入10%-15%的NaCl、磺胺类药物，不能加青霉素、红霉素等，A错误；
B、培养在血琼脂平板上的金黄色葡萄球菌菌落周围会出现透明的溶血圈，B错误；
C、血浆凝固酶可使血液中的纤维蛋白沉积于菌体表面或凝固，当金黄色葡萄球菌侵入人体后，其产生的血浆凝固酶可能会阻碍吞噬细胞的吞噬作用，C正确；
D、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的mecA基因可编码新的青霉素结合蛋白2a，故可利用DNA分子杂交技术或PCR技术检测mecA基因，从而检测筛选出MRSA，D正确。
故选CD。
综合题
1．（2023·山西·校联考模拟预测）研究表明来源于大肠杆菌的苏氨酸输出蛋白（由rhtA基因编码）能够识别5-氨基乙酰丙酸，并将其输出至细胞外。为探究苏氨酸输出蛋白对5-氨基丙酸合成的影响，研究人员从大肠杆菌的基因组DNA中扩增出rhtA基因，并构建出相应的重组质粒，获得转rhtA基因的工程菌，其基本操作流程如图所示，已知引物A、B的序列分别是：5'AGGAAACAGACCATGGAATTCATGCCTGGTTCATTACGTAAAATG3'、5'GCCAAGCTTGCATGCCTGCAGTTAATTAATGTCTAATTCTTTTATTTTGCTC3'。
回答下列问题：
(1)由图可知，获取大量rhtA基因要经PCR技术扩增，若要扩增出N个rhtA基因，需要引物A、B各___________个，对引物A的设计要求是__________（答出2点即可）﹔通过过程①得到重组质粒，需选用的两种限制酶是__________，两者起作用部位的化学键是____________。
(2)过程②⑤在操作时，一般需用钙离子处理大肠杆菌细胞，使细胞处于一种____________的生理状态。过程③将大肠杆菌体内的质粒提取出来进行验证时，以EeRI切割pEC-XK99E质粒为对照，分别对重组质粒用EcRⅠ单酶切、以（1）选用的双酶对重组质粒进行双酶切，然后用电泳技术进行验证，其实验结果如图所示，若2是对照，则3、4分别是单酶切、双酶切的结果，做出此推测的依据是__________。
(3)将正确的质粒导入A19后，后续的步骤是___________。本技术选用微生物大肠杆菌作为受体细胞，而不选用动物细胞，理由是___________（答出一点即可）。
【答案】(1) N-1 不能自身成环、不能与引物B互补配对、长度要适中 EcRⅠ和HindI 磷酸二酯键
(2) 感受态细胞 用EcRⅠ单酶切对照和重组质粒，均使质粒成为线形，2的DNA条带略比3小，是因为3多了一段rhtA基因序列，4被双酶切后形成两个DNA片段，此两段DNA的大小相加刚好与3基本相同
(3) 目的基因的检测与鉴定 微生物繁殖速度快，可在短时间内获得大量基因表达的产物（或rhtA基因取自大肠杆菌，该基因在真核细胞中可能难以表达）
【详解】（1）由图可知，获取大量rhtA基因要经PCR技术扩增，若要扩增出N个rhtA基因，需要引物A、B各N-1个，理由是经PCR扩增获得N个rhtA基因，其中只有最初的两条模板链不需要引物，则引物的数量是2N-2个，引物有A、B两种，因此各需要N-1个。引物A要与rhtA基因的相应的部位互补配对，因而其自身不能成环，也不能与引物B互补配对，为了防止出现非特异性扩增片段，其长度不能过短。通过过程①得到重组质粒，需选用的两种限制酶是EcRI和HindI，理由是引物A含EcRI的识别序列，引物B含HindI的识别序列，经PCR扩增后形成的rhtA基因的两端分别可被EcRI和HindI切割，而pEC-XK99E质粒上也有相应的识别序列。限制酶起作用部位是相邻核苷酸之间的磷酸二酯键。
（2）过程②⑤在操作时，需将大肠杆菌处理成感受态细胞。若2是对照，则3、4分别是单酶切、双酶切的结果，理由是用EcRI单酶切对照和重组质粒，均使质粒成为线形，2的DNA条带略比3小，是因为3多了一段rhtA基因序列，4被双酶切后形成两个DNA片段，此两段DNA的大小相加刚好与3基本相同。
（3）将正确的质粒导入Al9后，后续的步骤是目的基因的检测与鉴定。本技术选用微生物大肠杆菌作为受体细胞，而不选用动物细胞，理由是微生物繁殖速度快，可在短时间内获得大量基因表达的产物（或rhtA基因取自大肠杆菌，该基因在真核细胞中可能难以表达）。
2．（2023·广西·三模）某研究团队从沙漠野生柽柳中克隆出了一个耐盐碱基因TcSR1。该团队用限制酶BalⅡ切割目的基因TcSR1，用限制酶BamHⅠ切割质粒载体V3，两种限制酶的识别序列及酶切位点如图所示，经过体外重组和转化，最终获得了能够在盐碱地生长的杨树新品种。回答下列问题：
(1)使用限制酶BalⅡ和BamHⅠ切割得到的DNA片段末端均是______________末端，用两种酶分别切割目的基因和质粒载体V3后，再用_____________酶处理，以构建基因表达载体，质粒载体V3一般应具有_____________以供重组DNA的筛选。
(2)将目的基因导入杨树细胞，最常采用的方法是_____________。若要检测杨树植株中目的基因TcSR1是否发生转录，可采用______________技术，需要将______________片段制成探针，通过检测放射性达到目的。
(3)植物组织培养技术与基因工程技术相结合可获得转基因植株，将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是_____________（用流程图表示）。
【答案】(1) 黏性 DNA连接 标记基因
(2) 农杆菌转化法 分子杂交 放射性同位素标记的基因TcSR1
(3)
【详解】（1）分析题图可知，限制酶BalⅡ使AG之间的磷酸二酯键断裂，BamHⅠ使GG之间的磷酸二酯键断裂，这两种限制酶切割得到的DNA片段末端均是黏性末端。DNA连接酶能够将具有相同黏性末端的DNA片段连接起来，以构建基因表达载体，为了能筛选出重组DNA，在构建基因表达载体时，质粒载体V3一般应具有标记基因。
（2）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，其中最常用的方法是农杆菌转化法。若要检测杨树植株中目的基因TcSR1是否发生转录，若发生转录，则能在细胞中检测到相应的RNA，检测方法一般采用分子杂交技术，大致流程为对目的基因TcSR1进行放射性同位素标记制成探针，提取杨树植株细胞中的RNA，加入探针检测放射性即可达到目的。