高考北京版高考生物 专题25 基因工程.docx
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高考北京版高考生物专题25基因工程
第十一单元 现代生物科技专题
专题25 基因工程
挖命题
【考情探究】
考点
考向
5年考情
预测热度
高考示例
素养要素
难度
1
基因工程的工具与操作程序
基因工程的工具
2017北京理综,5,6分
科学思维
科学探究
易
★☆☆
基因工程的操作程序
2018天津理综,10,14分
中
2
PCR技术及基因工程的应用
PCR技术
2016北京理综,31,16分
科学思维
科学探究
易
★★☆
基因工程的应用与蛋白质工程
3
电泳
电泳
2018北京理综,5,6分
科学探究
中
★☆☆
分析解读 “基因工程”在现代生物科技中占有举足轻重的地位,属于重点知识,是高考命题的热点之一。
主要内容包括基因工程的工具与操作步骤,PCR技术及基因工程的应用等。
在基因工程中常常运用电泳技术,所以电泳结果示意图的考查也常在题中出现。
复习时应注意加强综合能力的训练。
【真题典例】
破考点
考点一 基因工程的工具与操作程序
【考点集训】
考向1 基因工程的工具
1.下列关于基因操作工具的叙述,正确的是（ ）
A.并非所有目的基因都可用PCR方法获取
B.通常以抗生素合成基因作为标记基因
C.限制酶识别并在特定位置断开氢键
D.DNA连接酶可将脱氧核苷酸连接成长链
答案 A
考向2 基因工程的操作程序
2.利用人胰岛B细胞构建cDNA文库,然后通过核酸分子杂交技术从中筛选目的基因,筛选过程如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A.cDNA文库的构建需要用到逆转录酶
B.图中的菌落是通过稀释涂布法获得的
C.核酸分子杂交的原理是碱基互补配对
D.从该文库中可筛选到胰高血糖素基因
答案 D
教师用书专用（3）
3.CRISPR/Cas9系统作为新一代基因编辑工具,具有操作简便、效率高、成本低的特点。
该系统由Cas9和单导向RNA（sgRNA）构成。
Cas9是一种核酸内切酶,它和sgRNA构成的复合体能与DNA分子上的特定序列结合,并在PAM序列（几乎存在于所有基因）上游切断DNA双链（如图所示）。
DNA被切断后,细胞会启动DNA损伤修复机制。
在此基础上如果为细胞提供一个修复模板,细胞就会按照提供的模板在修复过程中引入片段插入或定点突变,从而实现基因的编辑。
（1）真核细胞中没有编码Cas9的基因,可利用基因工程的方法构建 ,将Cas9基因导入真核细胞。
Cas9是在细胞中的 合成的,而sgRNA的合成需要 酶的催化。
（2）如图所示,CRISPR/Cas9系统发挥作用时,sgRNA分子的序列与基因组DNA中特定碱基序列 ,所以能结合在一起,然后由Cas9催化 水解,从而使DNA分子断裂。
（3）一般来说,在使用CRISPR/Cas9系统对不同基因进行编辑时,应使用Cas9和 （填“相同”或“不同”）的sgRNA进行基因的相关编辑。
（4）通过上述介绍,你认为基于CRISPR/Cas9系统的基因编辑技术在 等方面有广阔的应用前景。
（至少答出两点）
答案
（1）基因表达载体 核糖体 RNA聚合
（2）互补配对 磷酸二酯键 （3）不同 （4）基因治疗、基因水平进行动植物育种、研究基因的功能（合理即可）
考点二 PCR技术及基因工程的应用
【考点集训】
考向1 PCR技术
1.科研人员通过PCR获得肝细胞特异性启动子——白蛋白启动子,将该启动子与Cre重组酶基因结合构建表达载体,培育出可在肝细胞特异性表达Cre重组酶的转基因小鼠。
下列叙述正确的是（ ）
A.将该表达载体导入肝细胞以获得转基因小鼠
B.PCR获得白蛋白启动子需设计特异性的引物
C.构建该表达载体需要限制酶和DNA聚合酶
D.通过核酸分子杂交技术检测目的基因是否完成表达
答案 B
2.从人的胰岛B细胞中提取出总RNA,经反转录后得到cDNA。
以cDNA为模板,利用PCR扩增目的基因,无法得到的是（ ）
A.胰岛素基因B.微管蛋白基因
C.RNA聚合酶基因D.生长激素基因
答案 D
考向2 基因工程的应用与蛋白质工程
3.为使玉米获得抗除草剂性状,需进行如图所示的操作。
报告基因的产物能催化无色物质K使其呈现蓝色。
转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,使未转化的愈伤组织也可能在选择培养基上生长。
下列叙述不正确的（ ）
A.筛选1需要用氨苄青霉素培养基筛选出成功导入表达载体的农杆菌
B.筛选2需要用无色物质K处理愈伤组织并筛选出呈现蓝色的组织
C.报告基因在玉米的愈伤组织和农杆菌细胞中均能正确表达
D.诱导幼胚脱分化形成愈伤组织的培养基需添加植物激素
答案 C
考点三 电泳
【考点集训】
考向 电泳
1.用PCR方法检测转基因植株是否成功导入目的基因时,得到以下电泳图谱。
其中1号为DNA标准样液（Marker）,10号为蒸馏水,PCR时加入的模板DNA如图所示。
据此作出的分析不合理的是（ ）
A.PCR产物的分子大小在250~500bp之间
B.3号样品为不含目的基因的载体DNA
C.9号样品对应植株不是所需的转基因植株
D.10号确定反应体系等对结果没有干扰
答案 B
2.（2015福建理综,33,10分）GDNF是一种神经营养因子,对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。
研究人员构建了含GDNF基因的表达载体（如图1所示）,并导入到大鼠神经干细胞中,用于干细胞基因治疗的研究。
请回答:
图1
图2
（1）在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中,使用胰蛋白酶的目的是 。
（2）构建含GDNF基因的表达载体时,需选择图1中的 限制酶进行酶切。
（3）经酶切后的载体和GDNF基因进行连接,连接产物经筛选得到的载体主要有3种:
单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接（如图1所示）。
为鉴定这3种连接方式,选择HpaⅠ酶和BamHⅠ酶对筛选得到的载体进行双酶切,并对酶切后的DNA片段进行电泳分析,结果如图2所示。
图中第 泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。
（4）将正向连接的表达载体导入神经干细胞后,为了检测GDNF基因是否成功表达,可用相应的 与提取的蛋白质杂交。
当培养的神经干细胞达到一定密度时,需进行 培养以得到更多数量的细胞,用于神经干细胞移植治疗实验。
答案
（1）使细胞分散开
（2）XhoⅠ （3）② （4）抗体 传代
炼技法
方法 基础判断类——比较法分析基因工程的相关概念
【方法集训】
1.据图所示,有关工具酶功能的叙述不正确的是（ ）
A.限制性核酸内切酶可以切断a处
B.DNA聚合酶可以连接a处
C.解旋酶可以使b处解开
D.DNA连接酶可以连接c处
答案 D
2.下列物质或过程不影响磷酸二酯键数目变化的是（ ）
A.RNA聚合酶、反转录酶、Taq酶
B.DNA聚合酶、DNA连接酶、DNA酶
C.遗传信息的翻译、PCR中DNA解链
D.cDNA文库的构建、基因突变过程
答案 C
3.某种线性DNA含有限制性核酸内切酶EcoRⅠ的1个酶切位点。
该DNA样品（甲）经EcoRⅠ酶切后,在DNA连接酶催化下形成产物乙。
则反应液中产物乙共有（ ）
5'…GAATTC…3'
3'…CTTAAG…5'
AATTC…3'G…5'
5'…G
3'…CTTAA
5'…GAATTC…3'
3'…CTTAAG…5'
样品甲产物乙
A.1种B.2种C.3种D.4种
答案 C
过专题
【五年高考】
A组 自主命题·北京卷题组
考点一 基因工程的工具与操作程序
（2017北京理综,5,6分）为了增加菊花花色类型,研究者从其他植物中克隆出花色基因C（图1）,拟将其与质粒（图2）重组,再借助农杆菌导入菊花中。
下列操作与实验目的不符的是（ ）
A.用限制性核酸内切酶EcoRⅠ和连接酶构建重组质粒
B.用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织,将C基因导入细胞
C.在培养基中添加卡那霉素,筛选被转化的菊花细胞
D.用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上
答案 C
考点二 PCR技术及基因工程的应用
（2016北京理综,31,16分）嫁接是我国古代劳动人民早已使用的一项农业生产技术,目前也用于植物体内物质转运的基础研究。
研究者将具有正常叶形的番茄（X）作为接穗,嫁接到叶形呈鼠耳形的番茄（M）砧木上,结果见图1。
图1
图2
（1）上述嫁接体能够成活,是因为嫁接部位的细胞在恢复分裂、形成 组织后,经 形成上下连通的输导组织。
（2）研究者对X和M植株的相关基因进行了分析,结果见图2。
由图可知,M植株的P基因发生了类似于染色体结构变异中的 变异,部分P基因片段与L基因发生融合,形成P-L基因（P-L）。
以P-L为模板可转录出 ,在 上翻译出蛋白质,M植株鼠耳叶形的出现可能与此有关。
（3）嫁接体正常叶形的接穗上长出了鼠耳形的新叶。
为探明其原因,研究者进行了相关检测,结果见下表。
实验材料
检测对象
M植株的叶
X植株的叶
接穗新生叶
P-LmRNA
有
无
有
P-LDNA
有
无
无
①检测P-LmRNA需要先提取总RNA,再以mRNA为模板 出cDNA,然后用PCR技术扩增目的片段。
②检测P-LDNA需要提取基因组DNA,然后用PCR技术对图2中 （选填序号）位点之间的片段扩增。
a.Ⅰ~Ⅱb.Ⅱ~Ⅲc.Ⅱ~Ⅳd.Ⅲ~Ⅳ
（4）综合上述实验,可以推测嫁接体中P-L基因的mRNA 。
答案
（1）愈伤 细胞分化
（2）重复 mRNA 核糖体
（3）①反转录 ②c
（4）从砧木被运输到接穗新生叶中,发挥作用,影响新生叶的形态
考点三 电泳
（2018北京理综,5,6分）用XhoⅠ和SalⅠ两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段,酶切位点及酶切产物分离结果如图。
以下叙述不正确的是（ ）
图1 酶切位点图
图2 电泳结果示意图
A.图1中两种酶识别的核苷酸序列不同
B.图2中酶切产物可用于构建重组DNA
C.泳道①中是用SalⅠ处理得到的酶切产物
D.图中被酶切的DNA片段是单链DNA
答案 D
B组 统一命题、省（区、市）卷题组
考点一 基因工程的工具与操作程序
1.（2018课标全国Ⅰ,38,15分）回答下列问题:
（1）博耶（H.Boyer）和科恩（S.Cohen）将非洲爪蟾核糖体蛋白基因与质粒重组后导入大肠杆菌细胞中进行了表达。
该研究除证明了质粒可以作为载体外,还证明了
（答出两点即可）。
（2）体外重组的质粒可通过Ca2+参与的 方法导入大肠杆菌细胞;而体外重组的噬菌体DNA通常需与
组装成完整噬菌体后,才能通过侵染的方法将重组的噬菌体DNA导入宿主细胞。
在细菌、心肌细胞、叶肉细胞中,可作为重组噬菌体宿主细胞的是 。
（3）真核生物基因（目的基因）在大肠杆菌细胞内表达时,表达出的蛋白质可能会被降解。
为防止蛋白质被降解,在实验中应选用 的大肠杆菌作为受体细胞,在蛋白质纯化的过程中应添加 的抑制剂。
答案
（1）体外重组的质粒可以进入受体细胞;真核生物基因可在原核细胞中表达
（2）转化 外壳蛋白（或答噬菌体蛋白） 细菌 （3）蛋白酶缺陷型 蛋白酶
2.（2018天津理综,10,14分）甲型流感病毒为RNA病毒,易引起流感大规模流行。
我国科学家在2017年发明了一种制备该病毒活疫苗的新方法,主要环节如下。
（1）改造病毒的部分基因,使其失去在正常宿主细胞内的增殖能力。
以病毒RNA为模板,逆转录成对应DNA后,利用 技术扩增,并将其中某些基因（不包括表面抗原基因）内个别编码氨基酸的序列替换成编码终止密码子的序列。
与改造前的基因相比,改造后的基因表达时不能合成完整长度的 ,因此不能产生子代病毒。
将该改造基因、表面抗原等其他基因分别构建重组质粒,并保存。
（2）构建适合改造病毒增殖的转基因宿主细胞。
设计合成一种特殊tRNA的基因,其产物的反密码子能与
（1）中的终止密码子配对结合,并可携带一个非天然氨基酸（Uaa）。
将该基因与 连接后导入宿主细胞。
提取宿主细胞的 进行分子杂交鉴定,筛选获得成功表达上述tRNA的转基因宿主细胞。
（3）利用转基因宿主细胞制备疫苗。
将
（1）中的重组质粒导入
（2）中的转基因宿主细胞,并在补加
的培养基中进行培养,则该宿主细胞能利用上述特殊tRNA,翻译出改造病毒基因的完整蛋白,产生大量子代病毒,用于制备疫苗。
特殊tRNA基因转录时,识别其启动子的酶是 （单选）。
A.病毒的DNA聚合酶B.宿主的DNA聚合酶
C.病毒的RNA聚合酶D.宿主的RNA聚合酶
（4）上述子代病毒不能在正常宿主细胞中增殖,没有致病性,因此不经灭活或减毒即可制成疫苗。
与不具侵染性的流感病毒灭活疫苗相比,该病毒活疫苗的优势之一是可引起 免疫,增强免疫保护效果。
答案
（1）PCR 多肽（或蛋白质）
（2）载体 总RNA （3）非天然氨基酸（Uaa） D （4）细胞
教师用书专用（3）
3.（2014天津理综,4,6分）为达到相应目的,必须通过分子检测的是（ ）
A.携带链霉素抗性基因受体菌的筛选
B.产生抗人白细胞介素-8抗体的杂交瘤细胞的筛选
C.转基因抗虫棉植株抗虫效果的鉴定
D.21三体综合征的诊断
答案 B
考点二 PCR技术及基因工程的应用
1.（2016天津理综,7,12分）人血清白蛋白（HSA）具有重要的医用价值,只能从人血浆中制备。
如图是以基因工程技术获取重组HSA（rHSA）的两条途径。
（1）为获取HSA基因,首先需采集人的血液,提取 合成总cDNA,然后以cDNA为模板,使用PCR技术扩增HSA基因。
下图中箭头表示一条引物结合模板的位置及扩增方向,请用箭头在方框内标出另一条引物的位置及扩增方向。
（2）启动子通常具有物种及组织特异性,构建在水稻胚乳细胞内特异表达rHSA的载体,需要选择的启动子是
（填写字母,单选）。
A.人血细胞启动子 B.水稻胚乳细胞启动子
C.大肠杆菌启动子 D.农杆菌启动子
（3）利用农杆菌转化水稻受体细胞的过程中,需添加酚类物质,其目的是
。
（4）人体合成的初始HSA多肽,需要经过膜系统加工形成正确空间结构才有活性。
与途径Ⅱ相比,选择途径Ⅰ获取rHSA的优势是 。
（5）为证明rHSA具有医用价值,须确认rHSA与 的生物学功能一致。
答案
（1）总RNA（或mRNA）
（2）B
（3）吸引农杆菌移向水稻受体细胞,有利于目的基因成功转化
（4）水稻是真核生物,具有膜系统,能对初始rHSA多肽进行高效加工
（5）HSA
2.（2017天津理综,9Ⅰ,20分）玉米自交系（遗传稳定的育种材料）B具有高产、抗病等优良性状,但难以直接培育成转基因植株,为使其获得抗除草剂性状,需依次进行步骤Ⅰ、Ⅱ试验。
玉米自交系（遗传稳定的育种材料）B具有高产、抗病等优良性状,但难以直接培育成转基因植株,为使其获得抗除草剂性状,需依次进行步骤Ⅰ、Ⅱ试验。
Ⅰ.获得抗除草剂转基因玉米自交系A,技术路线如下图。
（1）为防止酶切产物自身环化,构建表达载体需用2种限制酶,选择的原则是 （单选）。
①Ti质粒内,每种限制酶只有一个切割位点
②G基因编码蛋白质的序列中,每种限制酶只有一个切割位点
③酶切后,G基因形成的两个黏性末端序列不相同
④酶切后,Ti质粒形成的两个黏性末端序列相同
A.①③B.①④
C.②③D.②④
（2）下表是4种玉米自交系幼胚组织培养不同阶段的结果。
据表可知,细胞脱分化时使用的激素是 ,自交系 的幼胚最适合培养成愈伤组织作为转化受体。
激素结果自交系
2,4-D（2.0mg/L）
6-BA（0.5mg/L）
IBA（2.0mg/L）
愈伤组织形成率（%）
芽的分化率（%）
根的诱导率（%）
甲
99
13
90
乙
85
80
87
丙
88
83
12
丁
16
85
83
（3）农杆菌转化愈伤组织时,T-DNA携带插入其内的片段转移到受体细胞。
筛选转化的愈伤组织,需使用含
的选择培养基。
（4）转化过程中,愈伤组织表面常残留农杆菌,导致未转化愈伤组织也可能在选择培养基上生长。
含有内含子的报告基因只能在真核生物中正确表达,其产物能催化无色物质K呈现蓝色。
用K分别处理以下愈伤组织,出现蓝色的是 （多选）。
A.无农杆菌附着的未转化愈伤组织
B.无农杆菌附着的转化愈伤组织
C.农杆菌附着的未转化愈伤组织
D.农杆菌附着的转化愈伤组织
（5）组织培养获得的转基因植株（核DNA中仅插入一个G基因）进行自交,在子代含G基因的植株中,纯合子占 。
继续筛选,最终选育出抗除草剂纯合自交系A。
答案
（1）A
（2）2,4-D 乙 （3）除草剂 （4）BD （5）1/3
教师用书专用（3—4）
3.（2017江苏单科,33,8分）金属硫蛋白（MT）是一类广泛存在的金属结合蛋白,某研究小组计划通过多聚酶链式反应（PCR）扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,用于重金属废水的净化处理。
PCR扩增过程示意图如下,请回答下列问题:
（1）从高表达MT蛋白的生物组织中提取mRNA,通过 获得 用于PCR扩增。
（2）设计一对与MT基因两端序列互补配对的引物（引物1和引物2）,为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的 位点。
设计引物时需要避免引物之间形成 ,而造成引物自连。
（3）图中步骤1代表 ,步骤2代表退火,步骤3代表延伸,这三个步骤组成一轮循环。
（4）PCR扩增时,退火温度的设定是成败的关键。
退火温度过高会破坏 的碱基配对。
退火温度的设定与引物长度、碱基组成有关,长度相同但 的引物需要设定更高的退火温度。
（5）如果PCR反应得不到任何扩增产物,则可以采取的改进措施有 （填序号:
①升高退火温度 ②降低退火温度 ③重新设计引物）。
答案
（1）逆转录 cDNA
（2）限制性核酸内切酶 碱基互补配对 （3）变性 （4）引物与模板 GC含量高 （5）②③
4.（2018江苏单科,32,8分）为生产具有特定性能的α-淀粉酶,研究人员从某种海洋细菌中克隆了α-淀粉酶基因（1656个碱基对）,利用基因工程大量制备α-淀粉酶,实验流程见图。
请回答下列问题:
（1）利用PCR技术扩增α-淀粉酶基因前,需先获得细菌的 。
（2）为了便于扩增的DNA片段与表达载体连接,需在引物的 端加上限制性酶切位点,且常在两条引物上设计加入不同的限制性酶切位点,主要目的是 。
（3）进行扩增时,反应的温度和时间需根据具体情况进行设定,下列选项中 的设定与引物有关, 的设定与扩增片段的长度有关。
（填序号）
①变性温度 ②退火温度 ③延伸温度 ④变性时间
⑤退火时间 ⑥延伸时间
（4）下图表示筛选获得的工程菌中编码α-淀粉酶的mRNA的部分碱基序列:
5'-AUGCCAUCAACAAAUACUAACACUU……-3'
图中虚线框内mRNA片段包含 个密码子,如虚线框后的序列未知,预测虚线框后的第一个密码子最多有 种。
（5）获得工程菌表达的α-淀粉酶后,为探究影响酶活性的因素,以浓度为1%的可溶性淀粉为底物测定酶活性,结果如下:
缓冲液
50mmol/LNa2HPO4-KH2PO4
50mmol/LTris-HCl
50mmol/LGly-NaOH
pH
6.0
6.5
7.0
7.5
7.5
8.0
8.5
9.0
9.0
9.5
10.0
10.5
酶相对活性%
25.4
40.2
49.8
63.2
70.1
95.5
99.5
85.3
68.1
63.7
41.5
20.8
根据上述实验结果,初步判断该α-淀粉酶活性最高的条件为 。
答案
（1）基因组DNA
（2）5' 使DNA片段能定向插入表达载体,减少自连 （3）② ⑥ （4）8 13 （5）pH为8.5,缓冲液为50mmol/LTirs-HCl
【三年模拟】
一、选择题（每题5分,共30分）
1.（2019届北京海淀期中,16）下列关于PCR技术的叙述,不正确的是 （ ）
A.依据碱基互补配对原则
B.可用于基因诊断、法医鉴定、判断亲缘关系
C.需要合成特定序列的引物
D.需要DNA解旋酶、DNA聚合酶等酶类
答案 D
2.（2019届北京海淀期中,18）下列关于基因工程及转基因食品安全性的叙述,正确的是（ ）
A.基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因
B.种植转基因抗虫作物可减少农药的使用量
C.转基因作物被动物食用后,目的基因会转入动物体细胞中
D.转入外源基因的甘蔗不存在安全性问题
答案 B
3.（2018北京东城期末,24）利用基因工程技术生产羧酸酯酶（CarE）制剂,用于降解某种农药的残留,基本流程如图。
下列叙述正确的是（ ）
A.过程①的反应体系中需要加入反转录酶和核糖核苷酸
B.过程②需使用限制酶和DNA聚合酶,是基因工程的核心步骤
C.过程③需要使用NaCl溶液制备感受态的大肠杆菌细胞
D.过程④可利用PCR技术鉴定CarE基因是否成功导入受体细胞
答案 D
4.（2019届北京海淀期中,27）将某病毒的外壳蛋白（L1）基因与绿色荧光蛋白（GFP）基因连接,构建L1-GFP融合基因,再将融合基因与质粒连接构建如图所示表达载体。
图中限制酶E1~E4处理产生的黏性末端均不相同。
下列叙述不正确的是（ ）
A.构建L1-GFP融合基因需要用到E1、E2、E4三种酶
B.用E1、E4两种酶切确保L1-GFP融合基因与载体的正确连接
C.GFP可用于检测受体细胞中目的基因是否表达
D.将表达载体转入乳腺细胞培育乳汁中含L1蛋白的转基因羊
答案 D
5.（2019届北京海淀期中,28）复合型免疫缺陷症患者缺失ada基因,利用生物工程技术将人正常ada基因以病毒为载体转入患者的T细胞中,再将携带ada基因的T细胞注入患者体内,可改善患者的免疫功能。
下列相关叙述,不正确的是（ ）
A.可通过PCR技术从正常人基因文库中大量获取正常ada基因
B.ada基因整合到病毒核酸的过程中需使用限制酶和DNA连接酶
C.ada基因整合到病毒核酸后可在病毒体内进行复制
D.将正常ada基因转入患者T细胞进行治疗的方法属于基因治疗
答案 C
6.（2019届北京朝阳期中,17）某线性DNA分子含有5000个碱基对（bp）,先用限制性核酸内切酶a完全切割,再把得到的产
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