专题通关22 基因工程及其应用-【高考领航】2026年高考生物总复习四测通关卷

专题通关22　基因工程及其应用 (满分：100分) 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分) 1．(2025·湖北武汉统考)三种限制酶Mse Ⅰ、Pst Ⅰ、EcoR Ⅰ的识别序列及切割位点分别是，图中箭头表示相关限制酶的酶切点。若要用如图质粒和外源DNA构建重组质粒，需要对质粒进行改造，构建新的限制酶酶切位点。在构建新的限制酶酶切位点的过程中需要使用的酶是(　　) A．限制酶Pst Ⅰ、DNA聚合酶、DNA连接酶 B．限制酶EcoR Ⅰ、DNA聚合酶、DNA连接酶 C．限制酶EcoRⅠ、限制酶PstⅠ、DNA聚合酶 D．限制酶PstⅠ、限制酶EcoRⅠ、DNA连接酶 2．(2025·浙江金华联考)用氨苄青霉素抗性基因(AmpR)、四环素抗性基因(TetR)作为标记基因构建的质粒如图所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的质粒，构建基因表达载体(重组质粒)，并导入受体菌中。根据题目所提供的信息，下列叙述正确的是(　　) A．若用ScaⅠ酶切质粒，所得产物经凝胶电泳可形成3个条带 B．若用Hind Ⅲ和ScaⅠ酶切，一定可防止目的基因与质粒的反向连接 C．若用PvuⅠ酶切，在含四环素培养基中形成的菌落，一定含有目的基因 D．若用SphⅠ酶切，筛选时应先将转化处理的菌液涂布到含四环素的培养基中长成菌落，再影印接种到含氨苄青霉素的培养基中 3．(2025·河北保定校考)科学家利用PCR技术扩增人乳头瘤病毒HPV-16L1基因，构建了含HPV-16L1基因的表达载体pBI-L1，经根瘤农杆菌介导转化，获得了转基因烟草植株。该技术利用转基因烟草作为生物反应器，生产出了纯度较高的HPV-16L1蛋白。下列说法错误的是(　　) A．利用PCR扩增HPV-16L1基因的前提是已知该基因的一段碱基序列 B．构建表达载体pBI-L1时可使用两种不同限制酶以确保正确连接 C．必须选用烟草的受精卵作为受体细胞才能保证每个细胞中含有目的基因 D．可以用抗原—抗体杂交法检测再生植株是否表达出HPV-16L1蛋白 4．(2025·云南丽江联考)利用PCR技术扩增目的基因，其原理与细胞内 DNA 复制类似，过程如图所示。图中引物为单链DNA片段，它是子链合成延伸的基础。下列叙述错误的是(　　) A．引物A、B的碱基不能进行互补配对 B．复性的目的是让引物与单链DNA结合 C．延伸时，从DNA的3′端连接脱氧核苷酸 D．第二轮循环后，同时含有引物A、B的DNA占100% 5．(2025·河北沧州模拟)基因工程中常采用土壤农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞。某科研小组欲将某抗虫基因导入某植物，下列分析错误的是(　　) A．应该将抗虫基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA片段内 B．可以用农杆菌侵染水稻、玉米等单子叶植物 C.目的基因与Ti质粒的结合未涉及碱基互补配对原则 D．转基因是否成功，最简便的方法是观察该植物有没有抗虫性状 6．(2025·吉林长春模拟)图甲、乙中标注了相关限制酶的酶切位点。下列关于培育转基因大肠杆菌的叙述，错误的是(　　) 甲 乙 A．若通过PCR获取该目的基因，应该选用引物甲和引物丙 B．图中质粒和目的基因构建表达载体，应选用BclⅠ和Hind Ⅲ剪切 C．若将基因表达载体导入受体细胞中，需选用Ca2+转化法 D．在受体细胞中，氨苄青霉素抗性基因和目的基因可同时表达 7．(2025·广东河源校考)组织型纤溶酶原激活物(t-PA)能激活纤溶酶原转化为纤溶酶，将沉积在血管内外的纤维蛋白溶解，从而保持血管畅通。t-PA进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并迅速失去活性。科学家对其进行改造，增加溶栓效能、减少药用剂量和降低副作用等。下列叙述错误的是(　　) A．改造t-PA可通过改造基因或合成基因来实现 B．改造t-PA的过程不需要构建基因表达载体 C．需根据t-PA氨基酸序列合成出相应的基因 D．利用蛋白质工程生产的改造t-PA在自然界中不存在 8．(2025·广东广州第二中学预测)蛋白质的空间结构是生命科学研究领域的热点内容。某科研团队利用人工智能AI开发的AlphaFold2程序对大部分蛋白质结构的预测极为精准。下列叙述错误的是(　　) A．依据新蛋白质的氨基酸序列能推出唯一的基因序列 B．蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础 C.预测、设计并制造新蛋白质的技术属于蛋白质工程 D．结构预测能帮助揭示蛋白质分子间相互作用的机制 9．(2025·山东菏泽模拟)CRISPR/Cas9是一种基因编辑技术，Cas9蛋白能与人工设计的sgRNA形成复合体(如图)。利用该技术可以对DNA进行一系列的定向改造。下列相关叙述错误的是(　　) A．Cas9蛋白属于限制酶，能切割目的基因 B．sgRNA具有能与目的基因发生碱基互补配对的结构 C．基因编辑技术能够定点插入、删除或替换部分碱基对 D．通过基因编辑技术引起的变异属于基因重组 10．(2025·江苏常州模拟)T4溶菌酶耐热性差，若将该酶的第3位氨基酸进行改造(如图所示)，并使第3位氨基酸和第97位氨基酸之间形成1个二硫键，可以大大提高其耐热性。下列叙述错误的是(　　) A．根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列可推测出多种脱氧核苷酸序列 B．T4溶菌酶耐热性提高的原因是其氨基酸的种类和数量均发生改变 C．改造T4溶菌酶可利用基因定点突变技术，对相关基因进行改造 D．改造后的T4溶菌酶需要进行功能鉴定才能应用于生产实践 11．(2025·广东广州模拟)为提高培育转基因植株的成功率，植物转基因受体需具有较强的再生能力和遗传稳定性。下列关于植物转基因受体的叙述，错误的是(　　) A．对受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞内细胞核形态是否改变判断 B．对受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过分析染色体组型是否改变进行判断 C．受体全能性表达程度与受体的取材有关，受体为愈伤组织时全能性表达能力最高 D．受体全能性表达程度取决于受体的基因型、培养环境和培养时间长短等因素 12．(2025·湖南长沙模拟)转基因产品是指利用基因工程技术获得的生物制品，其安全性问题一直是大众关注和争论的热点。下列叙述错误的是(　　) A．通过转基因育种可增加或消除原有生物品种的某些性状 B．转基因食品风险评估时还需考虑标记基因的安全性问题 C．严格选择种植区域可减少转基因作物发生外源基因扩散的可能性 D．只要有证据表明某种转基因食品有害，就应全面禁止转基因技术在食品上的应用 选 择 题 答 题 栏 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 二、非选择题(本题共3小题，共52分) 13．(17分)(2025·湖南岳阳校考)重组人干扰素α-1b是我国批准生产的第一个基因工程药物。如图为其生产原理示意图。 回答下列问题： (1)淋巴细胞能提取到干扰素mRNA，而肝脏细胞或肌肉细胞不能，造成这些细胞在形态、结构和功能上存在差异的根本原因是______________。 (2)PCR过程每次循环分为3步，其中发生引物与单链DNA结合的步骤称为__________，得到的产物一般通过________________的方法来鉴定。 (3)在构建重组质粒过程中，需用到的工具酶有________________________。 (4)干扰素在体外保存相当困难。但如果将干扰素分子的一个半胱氨酸替换为丝氨酸，则这种改造的干扰素可在－70 ℃条件下保存半年，这属于__________工程应用的领域。 14．(16分)(2025·广东汕头模拟)滚环扩增技术(RCA)是借鉴自然界中病原生物体环状DNA分子滚环式复制方式发展起来的一种核酸扩增方法，在致病菌、核酸肿瘤标记物、蛋白质、生物小分子和病毒检测领域有着广泛应用。图1为RCA原理示意图。具核梭杆菌为一种强粘附性消化道细菌，侵入肠黏膜后可诱导局部炎症和细胞因子的表达增加，导致结直肠肿瘤的形成。科研人员采用基于RCA的荧光标记滚环扩增检测方法，实现了在微量样品及复杂环境下的高灵敏度、高特异性的检测。图2为荧光标记滚环扩增检测过程示意图，过程②是使锁式探针环化的过程。其中nusG基因为具核梭杆菌的特异性基因，锁式探针为依据nusG基因序列设计出来的单链DNA分子，由两端的检测臂和无关序列组成。只有当环境中存在靶核酸序列时，锁式探针才能完成成环连接反应。检测探针中的荧光基团(FAM)距离淬灭基团(BHQ-1)比较近时，荧光会被淬灭。 图1 图2 (1)由图1推测，Phi29 DNA聚合酶的作用是________________________。与常规PCR相比，RCA缺乏__________环节，因此可推测RCA扩增过程中使用的Phi29 DNA聚合酶可能不具有__________的特性。 (2)肠道中含有多种微生物，为保证检测的特异性，在设计锁式探针时需保证______________________，同时还需注意无关序列中不含__________________。 (3)若检测样品存在具核梭杆菌，检测探针中荧光基团发出荧光的原理是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 该检测方法具有高灵敏度的原因是_________________________________ ___________________________________________________________________。 15．(19分)(2025·安徽亳州模拟)人体内的t-PA蛋白能高效降解血栓，是心梗和脑血栓的急救药。然而，为心梗患者注射大剂量的t-PA蛋白会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低出血副作用。据此，先对天然的t-PA基因进行序列改造，然后再采取传统的基因工程方法表达该改良基因，可制造出性能优异的t-PA改良蛋白。如图是通过两次PCR操作，运用大引物进行定点突变获取t-PA改良基因和利用质粒pCLY11构建含t-PA改良基因的重组质粒示意图。(注：一次PCR操作可进行多次循环) (1)PCR扩增的第一步是使双链模板DNA变性。DNA中G＋C的含量与变性要求的温度有关，DNA中G＋C的含量越多，要求的变性温度越高。其原因是______________________________________________________。 (2)在PCR反应中，引物的作用是___________________________________。 (3)如果要利用微生物进一步克隆PCR定点诱变产物，其步骤包括：________________、________________、微生物的筛选和培养，从菌群中获取更多目的基因。为实现质粒和t-PA改良基因的高效连接，选用限制酶XmaⅠ而不选用限制酶SmaⅠ的原因是_________________。为将t-PA改良基因连接在质粒上，还需要　　　　　　　等酶。 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题通关22　基因工程及其应用 1．B　对质粒进行改造是让它增加一种限制酶的酶切位点，其他酶切位点又不能被破坏，故只能用EcoRⅠ切割质粒后增加一部分含有MseⅠ酶切位点的片段，这样保证了在基因工程中目的基因和抗性基因结构的完整性。因此，应先用限制酶EcoRⅠ切割，然后用DNA聚合酶合成MseⅠ酶的识别序列，最后利用DNA连接酶形成环状质粒，B符合题意。 2．A　若用ScaⅠ酶切质粒，由于图示质粒中有两个酶切位点，因而能得到三种DNA片段，即完整的片段和两个短片段，所得产物经凝胶电泳可形成3个条带，A正确；若用HindⅢ和ScaⅠ酶切，由于质粒中有两个ScaⅠ酶的切割位点，因而不一定能防止目的基因与质粒的反向连接，B错误；若用PvuⅠ酶切，则会破坏氨苄青霉素抗性基因，则重组质粒中只有四环素抗性基因，因此成功导入重组质粒的受体细胞具有对四环素的抗性，同时若导入的是空质粒，则受体细胞依然也具有对四环素的抗性，进而可推测，在含四环素培养基中形成的菌落，不一定含有目的基因，C错误；若用SphⅠ酶切，则会破坏四环素抗性基因(TetR)，氨苄青霉素抗性基因(AmpR)不受影响，则重组质粒中含氨苄青霉素抗性基因(AmpR)，因此携带目的基因的受体菌在含氨苄青霉素的培养基中能形成菌落，在含四环素的培养基中不能形成菌落，因此，筛选时应先将转化处理的菌液涂布到含氨苄青霉素的培养基中长成菌落，再影印接种到含四环素的培养基中，则只在含氨苄青霉素的培养基上生长的菌落即为目的菌，D错误。 3．C　利用PCR扩增HPV-16L1基因的前提是已知该基因的一段碱基序列，根据该序列制作引物，A正确；用两种不同限制酶，可保证目的基因和载体定向连接，且不发生自身环化，B正确；除选用烟草的受精卵作为受体细胞外，也可选用烟草的根尖分生区细胞作为受体细胞，然后通过植物组织培养使每个细胞中均含有目的基因，C错误；分子水平对目的基因进行检测，可根据抗原—抗体杂交技术检测相应蛋白质，D正确。 4．D　引物A、B是和相应的DNA单链进行互补配对的，因此引物A、B的碱基不能进行互补配对，A正确；复性的目的是让引物通过碱基互补配对与单链DNA结合，B正确；延伸时，在DNA聚合酶的作用下，将4种脱氧核苷酸加到引物的3′端，C正确；第二轮循环产生4个DNA分子，含有母链的2个DNA分子不同时含有引物A、B，D错误。 5．C　农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，因此应该将抗虫基因插入农杆菌Ti质粒的T-DNA片段内，A正确；若在单子叶植物的伤口处涂抹酚类化合物，则可以用农杆菌侵染水稻、玉米等单子叶植物，B正确；目的基因的黏性末端与质粒的黏性末端依赖碱基互补配对原则连接在一起，C错误；转基因是否成功，最简便的方法是从个体水平上观察该植物有没有抗虫性状，D正确。 6．D　引物是根据目的基因两侧序列获得，需要与目的基因两端互补，故若通过PCR技术大量扩增该目的基因，应该选用引物甲和引物丙，A正确；图甲中BamHⅠ会破坏两种抗性基因，不能选用，故图乙中目的基因左侧只能选BclⅠ，而质粒上没有目的基因右侧Sau3AⅠ的切点，两者都有Hind Ⅲ的切点，为了防止目的基因与质粒随意连接，故质粒和目的基因构建表达载体，应选用BclⅠ和Hind Ⅲ剪切，B正确；若将基因表达载体导入受体细胞大肠杆菌时，需用Ca2+等处理，使其处于易于吸收外源DNA的状态，C正确；在受体细胞中，插入目的基因时氨苄青霉素抗性基因被破坏，不能和目的基因同时表达，D错误。 7．B　改造蛋白质需要改造基因或合成基因来实现，A正确；通过蛋白质工程改造t-PA的过程仍需要构建基因表达载体，B错误；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→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因，故推测出改造t-PA应有的氨基酸序列之后，需要根据其氨基酸序列合成相应DNA，C正确；利用蛋白质工程生产的蛋白质是自然界中不存在的蛋白质，D正确。 8．A　由于一种氨基酸可能有多种密码子，因此新蛋白质的氨基酸序列推出的基因序列不止一种，A错误；氨基酸脱水缩合形成多肽，多肽盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质，因此蛋白质的氨基酸序列是预测其空间结构的重要基础，B正确；蛋白质工程能通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，因此预测、设计并制造新蛋白质的技术属于蛋白质工程，C正确；人工智能程序AlphaFold2对大部分蛋白质结构的预测极为精准，接近真实的蛋白质结构，因此结构预测能帮助揭示蛋白质分子间相互作用的机制，D正确。 9．D　Cas9蛋白能与人工设计的sgRNA形成复合体，复合体中的sgRNA与目的基因按照碱基互补配对原则特异性结合，Cas9蛋白相当于限制酶，Cas9蛋白结合到相应位置并剪切DNA，最终实现对靶基因序列的编辑，A、B正确；复合体在sgRNA引导下结合目的基因，Cas9蛋白切割目的基因造成双链断裂，细胞在修复断裂的DNA时会随机插入、删除或替换部分碱基对，C正确；通过基因编辑技术引起的变异属于基因突变，D错误。 10．B　由于一种氨基酸可能对应多种密码子，因此根据设计的T4溶菌酶的氨基酸序列可能推测出多种脱氧核苷酸序列，A正确；根据题干可知，T4溶菌酶耐热性提高的原因是组成该酶的氨基酸种类和排列顺序发生了改变，而氨基酸的数量没变，B错误；根据题意，改造T4溶菌酶可以对合成蛋白质的基因进行改造，因此可利用基因定点突变技术，对相关基因进行改造，C正确；该实例将蛋白质进行了改造，属于蛋白质工程的范畴，改造后的T4溶菌酶需要进行功能鉴定才能应用于生产实践，D正确。 11．C　染色体数目的变异在显微镜下可见，故对培养的受体细胞遗传稳定性的早期检测，可通过观察细胞核形态是否改变进行判断，也可以直接在光学显微镜下观察分裂期染色体的形态特征和数量，分析染色体组型是否改变，A、B正确；受体全能性表达程度与受体的取材有关，受体为受精卵时全能性表达能力最高，C错误；植物转基因受体全能性表达程度高低除了与受体基因型、培养环境有关外，还与培养时间长短和受体的取材有关，D正确。 12．D　转基因产品是指利用基因工程技术获得的生物制品，故通过转基因育种，按照人们的需要，可增加或消除原有生物品种的某些性状，A正确；在基因表达载体上，除了有目的基因、启动子、终止子等外，还需要标记基因，故转基因食品风险评估时还需考虑标记基因的安全性问题，B正确；转基因作物所携带的外源基因在使得作物高产的同时，也可能会向自然界扩散，从而打破自然界原有的物种平衡，严格选择种植区域可减少转基因作物发生外源基因扩散的可能性，C正确；若有证据表明某种转基因食品是有害的，可以禁止相关食品生产，但也可以利用该转基因食品进行进一步的科学研究，而不是全面禁止，D错误。 13．解析：(1)淋巴细胞能提取到干扰素mRNA，而肝脏细胞或肌肉细胞不能，这些细胞在形态、结构和功能上存在差异的过程叫作细胞分化，细胞分化的实质是基因的选择性表达。(2)PCR过程每次循环分为3步，变性、复性、延伸，其中发生引物与单链DNA结合的步骤称为复性，得到的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳的方法来鉴定。(3)在构建重组质粒过程中，首先要用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的DNA片段；再利用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组DNA分子，故需用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶。(4)蛋白质工程是指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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。由此可知，将干扰素分子的一个半胱氨酸替换为丝氨酸，这种改造的干扰素可在－70℃条件下保存半年，这属于蛋白质工程应用的领域。 答案：(1)基因的选择性表达　(2)复性　琼脂糖凝胶电泳　(3)限制酶和DNA连接酶　(4)蛋白质 14．解析：(1)由图1可知，以单链环状DNA为模板可在Phi29 DNA聚合酶作用下形成单链环状DNA(模板)和长重复单链DNA，说明Phi29 DNA聚合酶既能催化磷酸二酯键的形成，也能催化氢键的断裂；由于模板是单链DNA，因此扩增时不需要解旋形成单链，故与常规PCR相比，RCA缺乏变性环节，即该扩增过程不需要在高温条件下进行，因此可推测RCA扩增过程中所使用的Phi29 DNA聚合酶可能不具有耐高温的特性。(2)在设计锁式探针时需保证检测臂中含nusG基因的特异性序列，同时还需注意无关序列中不含其他微生物的特异性碱基序列，防止扩增的长重复单链中含有其他微生物的特定碱基序列。(3)若检测样品存在具核梭杆菌，经图2中②～④过程得到的长重复单链DNA与检测探针特异性结合，导致探针两端的FAM与BHQ-1距离增大，发出荧光；由于长重复单链DNA中可同时结合多个检测探针，从而使荧光强度增加，因此提高了该检测方法的灵敏度。 答案：(1)能催化磷酸二酯键的形成，也能催化氢键的断裂　变性　耐高温　(2)检测臂中含nusG基因的特异性序列　其他微生物的特异性碱基序列　(3)长重复单链DNA与检测探针特异性结合，导致探针两端的FAM与BHQ-1距离增大，发出荧光　长重复单链DNA中可同时结合多个检测探针，从而使荧光强度增加 15．解析：(1)DNA分子的热稳定性与碱基对中的氢键数量有关，DNA中G和C之间有三个氢键，A和T之间只有两个氢键，G＋C含量越多，其氢键越多，结构越稳定，变性时所需温度越高。(2)在PCR反应中，引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸，用于PCR的引物长度通常为20～30个核苷酸，作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。(3)如果要利用微生物进一步克隆PCR定点诱变产物，其步骤包括：基因表达载体的构建(这是基因工程的核心步骤)、将目的基因导入受体细胞、微生物的筛选和培养，从菌群中获取更多目的基因。为实现质粒和t-PA改良基因的高效连接，选用限制酶XmaⅠ而不选用限制酶SmaⅠ的原因是限制酶SmaⅠ切割产生的末端为平末端，限制酶XmaⅠ产生的是黏性末端，t-PA改良基因为黏性末端，限制酶SmaⅠ切割产生的平末端无法与t-PA改良基因上的黏性末端连接。为将t-PA改良基因连接在质粒上，还需要BglⅡ、DNA连接酶等酶。 答案：(1)DNA中G＋C含量越多，其氢键越多，结构越稳定，变性时所需温度越高　(2)使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　(3)基因表达载体的构建　将目的基因导入受体细胞　限制酶SmaⅠ切割产生的末端为平末端，无法与t-PA改良基因上的黏性末端连接　BglⅡ、DNA连接酶 学科网（北京）股份有限公司 $