2025版高考生物一轮总复习选择性必修3第10单元生物技术与工程第7讲基因工程的基本操作程序和应用及蛋白质工程提能训练

第10单元生物技术与工程第7讲基因工程的基本操作程序和应用及蛋白质工程A组一、选择题1．(2024·福建厦门统考模拟预测)下图表示PCR过程中某个阶段反应体系的情况，①②③④表示相关物质，L、R表示方向。下列叙述正确的是(D)A．②链从L到R的方向为3′→5′，①②链均可作为子链合成的模板B．PCR过程需要通过解旋酶断开氢键，且为边解旋边复制C．以1个DNA为模板经3次循环需消耗8个引物③D．物质③的5′端添加了某序列，至少需经2次循环才可获得该序列的双链产物解析：根据DNA分子中两条链的反向平行关系可判断，②链从L到R的方向为5′→3′，图中①②链均可作为子链合成的模板，A错误；PCR过程需要通过高温处理使双链中氢键断裂成为单链，而后通过降温使子链和引物之间形成双链结构，再调节温度使子链沿着引物的3′端延伸，B错误；以1个DNA为模板经3次循环产生的DNA分子数目为23＝8，则需消耗引物③的数目为(8×2－2)÷2＝7，C错误；物质③的5′端添加了某序列，至少需经2次循环才可获得以该序列为模板合成的双链DNA产物，D正确。故选D。2．(2023·浙江台州统考二模)某校学习小组进行PCR实验，甲、乙、丙三名同学分别以酵母菌为材料，进行PCR扩增，各取20ul产物进行凝胶电泳，得到的结果如下图。下列叙述错误的是(D)A．凝胶a端靠近电泳槽的负极接线柱B．甲同学设置的PCR循环次数可能比乙同学多C．丙同学所用的引物可能与甲乙同学的不一样D．丙同学扩增得到的片段比甲乙同学的要大解析：在a端点样孔，DNA分子带负电荷，在电场的作用下会向正极移动，故凝胶a端靠近电泳槽的负极接线柱，A正确；甲同学的电泳条带比乙同学条带宽，说明甲同学扩增的DNA产物多于乙同学，故甲同学设置的PCR循环次数可能比乙同学多，B正确；由图可知，丙同学扩增出来的产物与甲乙同学产物不同，其DNA不同，其碱基序列可能不同，故丙同学所用的引物可能与甲乙同学的不一样，C正确；丙同学扩增产物的电泳条带比甲乙条带位置距离点样孔更远，说明丙同学扩增的DNA分子小，迁移速率快，D错误。故选D。3．(2023·北京朝阳统考二模)利用蛋白质工程改造源于溶珊瑚弧菌的几丁质酶：保留该酶N端，在C端增加陆生真菌几丁质结合保守域，从而增加酶与底物的结合能力。改造后的酶活性显著高于市售几丁质酶。相关叙述错误的是(B)A．几丁质是海洋中含量丰富的多糖之一B．溶珊瑚弧菌通过分泌几丁质酶获取氮源C．直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因D．表达改造后的几丁质酶需要借助于受体细胞解析：几丁质也是一种多糖，又称为壳多糖，广泛存在于甲壳类动物和昆虫的外骨骼中，几丁质是仅次于纤维素的第二大可再生资源，也是海洋中含量丰富的多糖之一，A正确；酶的作用是催化，溶珊瑚弧菌通过分泌几丁质酶催化几丁质的水解，从而获取氮源，B错误；蛋白质工程操作的对象为基因，结合题干可知直接操作对象是溶珊瑚弧菌的几丁质酶基因，C正确；改造的为几丁质酶基因，改造后的基因需要导入相应的受体细胞中，经转录翻译后合成相应蛋白质，D正确。故选B。4．胰岛素可用于治疗糖尿病，但胰岛素注射后易在皮下堆积，需较长时间才能进入血液，进入血液后又易被分解，因此治疗效果受到影响。如图是新的速效胰岛素的生产过程，下列有关叙述错误的是(B)A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素结构模型的主要依据B．若用大肠杆菌生产新的胰岛素，需用显微注射法将目的基因导入大肠杆菌C．新的胰岛素生产过程中涉及中心法则D．新的胰岛素功能的发挥必须依赖于蛋白质正确的高级结构解析：若要利用大肠杆菌生产新的胰岛素，常借助Ca2＋处理的方法将目的基因导入大肠杆菌，B错误。二、综合题5．(2022·湖南卷)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是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。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，原因是密码子的简并。(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从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(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种类(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(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：取3支试管，分别加入等量的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；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。解析：(1)据分析可知，物质a是氨基酸序列多肽链，物质b是mRNA。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，原因是密码子的简并，即一种氨基酸可能有几个密码子。(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从基因文库中获取目的基因、通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是DNA双链复制。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大；而水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定，经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降，且酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，差异明显，据此推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。(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，实验设计思路为：取3支试管，分别加入等量的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；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间。6．(2024·广东省六校联考)现有甲、乙两种双子叶植物，植物甲因含有抗旱基因而具有极强的抗旱性，植物乙抗旱性低。若将该抗旱基因转移至植物乙中，有可能提高后者的抗旱性。目前，基因工程中使用的限制酶主要是从原核生物中分离纯化获得的。含有限制酶的细胞通常还具有相应的甲基化酶，它可对自身DNA序列进行甲基化修饰。回答下列问题：(1)为获取抗旱基因，可以先从植物甲中提取该基因的mRNA，然后经逆转录过程获得cDNA。基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。(2)使用PCR技术扩增抗旱基因时，可选择图中A、B、C、D四种单链DNA片段中的B、C作为引物，此过程还需要耐高温的DNA聚合酶，但不需要解旋酶，而是利用高温使DNA解旋。(3)原核细胞中的限制酶可切割外源DNA，但不破坏自身DNA，其原因可能是①细胞自身的DNA分子没有该限制酶的识别序列；②甲基化酶对细胞自身的DNA进行甲基化修饰，限制酶无法识别修饰后的DNA序列。(4)在大田里栽培转基因植物时，要求转基因植物与传统作物之间间隔足够远的距离，以免目的基因随花粉传播到传统植物中，造成基因污染。解析：(1)从植物甲细胞中提取目的基因的mRNA，需通过逆转录获得cDNA。基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。(2)DNA合成的方向为子链的5′→3′，因此使用PCR技术扩增抗旱基因时，应选用图中的B、C作为引物，该过程需要耐高温的DNA聚合酶，不需要解旋酶，而是利用高温使DNA解旋。(3)原核细胞中的限制酶可切割外源DNA，但不破坏自身的DNA，可能的原因是细胞自身DNA分子中没有该限制酶的识别序列；甲基化酶对细胞自身的DNA进行甲基化修饰，限制酶无法识别修饰后的DNA序列。(4)在大田里栽培转基因植物时，要求转基因植物和传统作物之间间隔足够远的距离，以免目的基因随花粉传播到传统植物中，造成基因污染。B组一、单选题1．(2024·山东六校学情联考)通过设计引物，运用PCR技术可以实现目的基因的定点诱变。如图为基因工程中获取突变基因的过程，其中引物1序列中含有一个碱基T不能与目的基因片段配对，但不影响引物与模板链的整体配对，反应体系中引物1和引物2的5′端分别设计增加限制酶a和限制酶b的识别位点。下列有关叙述错误的是(A)A．在PCR体系中还需要加入4种游离脱氧核苷酸、解旋酶、耐高温的DNA聚合酶等B．第3轮PCR中，引物1能与图中的②结合并且形成突变基因C．引物中设计两种限制酶识别位点有利于目的基因定向插入基因表达载体D．在第3轮PCR结束后，含突变碱基对的DNA占1/4解析：在PCR体系中还需要加入4种游离脱氧核苷酸、耐高温的DNA聚合酶等，但不需要加入解旋酶，A错误；物质②是引物2以引物1扩增得到的DNA链为模板进行复制得到的，故在第3轮PCR中，引物1能与图中的②结合并且形成两条链的突变基因，B正确；引物中设计两种限制酶识别位点，可以配合载体的限制酶识别位点，帮助目的基因定向定点插入基因表达载体，避免发生自身环化，C正确；在第3轮PCR结束后，含突变碱基对的DNA有2个，总DNA分子共8个，所以其比例为1/4，D正确。2．(2024·山东德州质检)研究人员将GNA基因和ACA基因连接成融合基因，再与pBⅠ121质粒载体结合，导入玉米细胞，最终获得了抗蚜虫玉米新品种，部分操作如图，下列相关叙述错误的是(D)注：图中KpnⅠ、BsaBⅠ、XhoⅠ为限制酶A．①②过程均需使用DNA连接酶，②过程是基因工程的核心步骤B．与只用KpnⅠ相比，用KpnⅠ和XhoⅠ处理融合基因和载体可保证基因转录方向正确C．检测出玉米细胞中含有融合基因，也不能说明抗蚜虫玉米培育成功D．在加入卡那霉素的培养基上存活下来的细胞，一定是成功导入重组载体的细胞解析：导入含有卡那霉素抗性基因的非重组载体的玉米细胞也能在加入卡那霉素的培养基上存活下来，D错误。3．某些膀胱上皮细胞可以产生一种称为尿血小板溶素的膜蛋白。科学家将人的生长激素基因插入小鼠基因组内制成膀胱生物反应器，使小鼠膀胱可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。下列说法正确的是(D)A．利用膀胱生物反应器生产人的生长激素属于蛋白质工程的应用B．需要将尿血小板溶素基因与生长激素基因的启动子重组在一起C．转基因小鼠中，人的生长激素基因只存在于膀胱上皮细胞中D．只在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因，不能说明该技术已获得成功解析：利用膀胱生物反应器生产人的生长激素，属于基因工程的应用，A错误；在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的膀胱上皮细胞中特异表达，故应将生长激素基因(目的基因)与膀胱中特异表达的基因(尿血小板溶素基因)的启动子等调控元件重组在一起，B错误；成功导入的人生长激素基因存在于小鼠的所有细胞中，但只在膀胱组织细胞中才表达，C错误；只在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因，不能说明该技术已获得成功，若证明该技术成功，则需要检测到成功表达的人生长激素，可通过抗原—抗体杂交技术进行检测，D正确。4．下图表示培育转基因抗植物病毒番茄的过程示意图。下列叙述正确的是(D)A．过程A需要限制酶和DNA聚合酶的参与B．过程B需要用CaCl2处理，以提高番茄细胞细胞壁的通透性C．抗植物病毒基因一旦整合到番茄细胞的染色体上，就能正常表达D．转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过病毒接种实验进行鉴定解析：题图中过程A为基因表达载体的构建，需要用到限制酶和DNA连接酶，不需要DNA聚合酶，A错误；CaCl2处理只是提高农杆菌细胞细胞壁的通透性，B错误；抗植物病毒基因整合到番茄细胞的染色体上，不一定能表达，C错误；转基因抗植物病毒番茄是否培育成功可通过接种特定病毒，观察番茄是否被感染来进行鉴定，D正确。二、综合题5．如图是利用工程菌(大肠杆菌)生产人生长激素的实验流程。所用的pBR322质粒含有限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ的切点各一个，且三种酶切割形成的末端各不相同，而AmpR表示氨苄青霉素抗性基因，TetR表示四环素抗性基因。请回答以下相关问题：(1)目的基因主要是指编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。过程①所用到的组织细胞是人垂体组织细胞，③过程的目的是将平末端处理为黏性末端，⑤过程常用Ca2＋处理大肠杆菌。(2)如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ对图中质粒进行切割，形成的DNA片段种类有9种，这些种类的DNA片段中含有完整氨苄青霉素抗性基因的DNA片段和四环素抗性基因的DNA片段分别有3种和3种。(3)如果只用限制酶PstⅠ切割目的基因和质粒，完成过程④⑤后(受体大肠杆菌不含AmpR、TetR)，将三角瓶内的大肠杆菌先接种到甲培养基上，形成菌落后用无菌牙签挑取甲培养基上的单个菌落，分别接种到乙和丙两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图乙、丙所示。接种到甲培养基上的目的是筛选含四环素抗性基因的大肠杆菌；接种到乙培养基上的大肠杆菌菌落，能存活的大肠杆菌体内导入的是完整的pBR322质粒(或含有AmpR、TetR的质粒)。含有目的基因的大肠杆菌在培养基乙和丙上的生存情况是在丙中能存活，在乙中不能存活。解析：(2)假设PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ三种酶的切点分别用1、2、3表示(后面的→均按照顺时针方向)。一种酶分别酶切时，一共可以得到3种片段1→1、2→2、3→3；任意两种酶分别同时酶切时，可得到1→2、2→1、2→3、3→2、1→3、3→1六种片段；三种酶同时酶切时，可得到1→2、2→3、3→1三种片段。综上所述，共计9种不同的片段(1→1、1→2、1→3、2→1、2→2、2→3、3→1、3→2、3→3)。其中片段3→2、2→2、3→3共3种含有完整氨苄青霉素抗性基因，片段2→1、2→2、1→1共3种含有完整四环素抗性基因。6．(2020·山东卷)水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因(Wx基因)启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是限制性内切核酸酶和DNA连接酶,_重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合，从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列不发生(填“发生”或“不发生”)改变，原因是编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不