专题9 专题强化训练37 基因工程(二)-【备考最优解】2026版高考二轮专题复习·生物学（多选版教用课件）

专题强化训练37　基因工程(二) 1 1．(2025·广东湛江高三二模)研究人员利用基因工程的方法将油料作物紫苏的二酰甘油酰基转移酶(DGAT1)基因导入四尾栅藻(操作过程如下图所示)，获得转基因的高产油脂四尾栅藻。利用地热废水培养该藻，在生产生物柴油的同时，还能治理地热废水。请回答下列问题： 注：LacZ基因编码的产物在X-gal和IPTG存在下，可以产生蓝色沉淀，使菌落呈现蓝色，否则菌落呈现白色。 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 (1)为保证从紫苏细胞中获得的DGAT1基因与pMD19克隆质粒相连，可在设计PCR所用引物时，在引物的________端加上特定限制酶的识别序列。第一次转化的受体细胞是大肠杆菌，结合该细胞的特点说明这样做的目的是______________________________________________________________ _______________________________。 5′ 大肠杆菌繁殖速度快，利用克隆载体随着细菌分裂而大量复制，得到充足的目的基因　 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 解析：为保证从紫苏细胞中获得的DGAT1基因与pMD19克隆质粒相连，需保证目的基因与质粒有相同的末端，DNA复制时从引物的3′端开始，所以可以在引物的5′端加上特定限制酶的识别序列，然后用限制酶切割目的基因和质粒。利用大肠杆菌的快速繁殖能力，可低成本、快速地复制目的基因。 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 (2)经转化的大肠杆菌可通过_________________(方法)接种到培养基上继续培养。为筛选目标菌株，培养基应加入的成分有________________________。在该培养基中，目标菌株的菌落呈_____色。 解析：转化后的大肠杆菌用稀释涂布平板法接种于培养基表面以便获得单菌落，为了筛选成功导入重组载体的大肠杆菌，应在培养基中添加氨苄青霉素、X-gal、IPTG。据题图分析可知，目的基因转入的位置是在LacZ基因内，因此转入重组载体的大肠杆菌在选择培养基上的菌落呈白色。 稀释涂布平板法 氨苄青霉素、X-gal、IPTG 白 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 (3)启动子往往具有物种特异性，在载体pBI121质粒中插入紫苏DCAT1基因，其上游启动子应选择____________(填“紫苏DGAT1基因”“大肠杆菌”或“四尾栅藻”)的启动子。 解析：由于启动子具有物种特异性，载体pBI121质粒是要转入四尾栅藻中保证目的基因成功表达，因此需选择在四尾栅藻细胞中的启动子。 四尾栅藻 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 (4)为检测转基因四尾栅藻对地热废水的治理能力，研究人员设计实验并得到相应实验结果如下表所示。该实验不能说明转DGAT1基因显著提高了四尾栅藻的去污能力。请进一步完善实验设计：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 应添加对照组：用相同废水培养基培养等量非转基因四尾栅藻(其余条件相同)，11天后检测对照组总氮、总磷和氟化物的含量并与实验组进行比较 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 表　培养转基因四尾栅藻的地热废水培养基各项指标测定结果 各项指标 总氮/ (mg·L-1) 总磷/ (mg·L-1) 氟化物/ (mg·L-1) 初始 23.2 4.32 4.56 培养转基因四尾栅藻11天后 1.9 0.45 0.84 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 解析：要想证明转DGAT1基因显著提高了四尾栅藻的去污能力，应将转基因四尾栅藻与非转基因四尾栅藻的去污能力进行比较，应添加对照组：废水培养非转基因四尾栅藻11天后，检测总氮、总磷和氟化物的含量。 4 5 6 1 2 3 专题强化训练 2．(2025·湖北高三联考)拟南芥是科学研究中的模式植物。科研人员欲将黄粉虫细胞内的抗冻蛋白基因TmAFP导入拟南芥细胞中培育拟南芥耐低温(－5 ℃以下)新品种，为进一步培育抗寒经济作物品种提供一些理论依据，图1为TmAFP基因片段，图2为质粒，图3为相关限制酶的识别序列和切割位点(箭头表示切割位点)。据图回答下列问题： 注：KanR为卡那霉素抗性基因；Bar为草铵膦(一种除草剂)抗性基因；AmpR为氨苄青霉素抗性基因；农杆菌对卡那霉素、氨苄青霉素敏感。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (1)对TmAFP基因进行PCR扩增，在PCR反应体系中加入的缓冲液中含有Mg2+，Mg2+的作用是______________________________________________。若利用PCR扩增1个TmAFP基因，共消耗了126个引物分子，则该过程DNA扩增了________次。 解析：对TmAFP基因进行PCR扩增，在PCR反应体系中加入的缓冲液中含有Mg2+，Mg2+的作用是激活Taq DNA聚合酶。若利用PCR进行扩增过程中消耗引物分子126个，说明通过DNA复制产生了(126＋2)÷2＝64个DNA分子，因此DNA扩增了6次。 激活Taq DNA聚合酶(或激活耐高温的DNA聚合酶) 6 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (2)基因表达载体构建时将质粒与抗冻蛋白基因TmAFP连接起来可得到重组质粒，为确保TmAFP基因正确插入质粒，最好选用限制酶________________切割质粒。 解析：为了使目的基因能表达出蛋白质，目的基因应插入启动子和终止子之间，据图2可知，该位置有三种酶(Sma Ⅰ、Xba Ⅰ和Hind Ⅲ)识别序列，据图3可知，Sma Ⅰ和EcoR Ⅴ切割产生平末端，Xba Ⅰ和Spe Ⅰ切割产生相同的黏性末端，因此根据目的基因两端的序列，为了成功得到重组质粒，确保TmAFP基因插入载体中的方向正确，最好选用限制酶Sma Ⅰ、Xba Ⅰ切割质粒。 Sma Ⅰ、Xba Ⅰ 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (3)采用农杆菌转化法将重组质粒导入拟南芥细胞，需要先用Ca2+处理农杆菌，使其成为感受态细胞，再将含有目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌细胞。然后利用含________________的培养基对成功导入含重组质粒的农杆菌进行筛选。然后将含重组质粒的农杆菌与拟南芥子叶进行共培养，共培养一段时间后，再把拟南芥子叶转移到含有___________的筛选培养基上培养，以获得转化成功的子叶细胞。 卡那霉素 草铵膦 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：农杆菌对卡那霉素和氨苄青霉素敏感，在构建表达载体的过程中，TmAFP基因的插入破坏了氨苄青霉素抗性基因，故利用含卡那霉素的培养基对成功导入含重组质粒的农杆菌进行筛选。然后将含重组质粒的农杆菌与拟南芥子叶进行共培养，使农杆菌将T-DNA整合到拟南芥子叶细胞的染色体DNA上，由于T-DNA中含有草铵膦抗性基因，故共培养一段时间后，再把拟南芥子叶转移到含有草铵膦的筛选培养基上培养，以获得转化成功的子叶细胞。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (4)将完成转化的拟南芥细胞M(T-DNA已经插入拟南芥细胞1号染色体的其中一条上)接种到培养基上培养，形成转基因植株N，该过程利用了______________________原理，该过程中，由于细胞M中修饰系统的作用，一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，脱氨基过程在细胞M中只发生一次，M在经过4次有丝分裂后，脱氨基位点为A—T的细胞占________，植株N自交，子一代中含T-DNA的植株占________。 植物细胞的全能性 7/16 3/4 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：将拟南芥细胞M接种到培养基上培养，形成转基因植株N，该过程利用了植物细胞的全能性。由于M细胞一个DNA分子单链上的一个C脱去氨基变为U，即亲代DNA的此位点由C—G变成了U—G，所以复制4次后，脱氨基位点为A—T的细胞占7/16；T-DNA插入细胞M的一条染色体上，可以记为＋，因此植株N关于是否含有T-DNA的基因型记为＋－，植株N自交，子代中相关的基因型为＋＋∶＋－∶－－ ＝1∶2∶1，故植株N自交，子代含有T-DNA的植株占3/4。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 3．(2025·辽宁锦州高三质检)香蕉在生长过程中常因感染病原体而减产。为了增加香蕉的抗病能力，从某生物中提取mRNA通过逆转录获得抗病基因，构建表达载体，通过农杆菌转化法获得转基因抗病香蕉，过程如图1所示。回答下列问题： 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (1)DNA在扩增的过程中需要引物，引物的作用是________________________________________________。由mRNA逆转录获得抗病基因时，不但需要引物，且需在引物________端添加相应的限制酶序列。   解析：引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。子链合成从引物的3′端开始，因此限制酶序列只能添加在引物的5′端。 使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸 5′ 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (2)在构建重组质粒时，需要使用相应的限制酶，请在图2空白方框中写出被限制酶切割后抗病基因两端的黏性末端序列。 答案： 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析： 根据质粒上的限制酶切割位点可知，SpeⅠ会破坏标记基因，XbaⅠ的切割位点可能不在启动子和终止子之间，故只能选择HindⅢ和EcoRⅠ两种限制酶对抗病基因和质粒载体进行切割，且抗病基因的转录方向为从右往左，所以抗病基因靠近启动子一端用HindⅢ切割，另一端用EcoRⅠ切割，故抗病基因左端为EcoRⅠ切割后产生的黏性末端，右端为HindⅢ切割后产生的黏性末端，左端的黏性末端序列为AATT，右端的为AGCT。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (3)重组质粒转入农杆菌时，常使用Ca2+处理农杆菌，其目的是_______________________________________________________。 解析：Ca2+处理能使农杆菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，使转化更容易成功。 使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (4)取一部分在添加了________的培养基上正常生长的香蕉细胞，进行植物组织培养得到转基因抗病香蕉植株。图1中①②分别表示的过程是____________________，①②过程培养基中生长素和细胞分裂素的______________等都会影响植物细胞的发育方向。 解析：T-DNA中含有潮霉素抗性基因，故在添加了潮霉素的培养基中能正常生长的香蕉细胞即为成功导入目的基因的细胞。①表示脱分化形成愈伤组织，②表示再分化形成植株； 植物组织培养的培养基中需添加生长素和细胞分裂素两种关键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。 潮霉素 脱分化、再分化 浓度、比例 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (5)植物组织培养获得的转基因抗病香蕉需要进行个体生物学水平的鉴定。欲从个体生物学水平来鉴定抗病基因是否赋予香蕉抗病特性的操作是__________________________________________________________。 解析：通过植物组织培养获得的转基因抗病香蕉需要进行个体生物学水平的鉴定，其操作是用病原体来感染该转基因香蕉，观察其抗病特性及抗性的程度。 用病原体来感染该转基因香蕉，观察其抗病特性及抗性的程度 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 4．(2025·河北高三省级联考)转氨酶对生物氮代谢中氨基的转移起重要作用。紫色色杆菌合成的转氨酶催化活性高、稳定性高，但表达量低。研究人员欲通过构建高效筛选系统载体，将紫色色杆菌的转氨酶基因导入受体菌，以提高转氨酶的产量。下图为构建高效筛选系统载体的流程，大致分为三个过程：去除筛选效率低的标记基因、添加筛选效率高的标记基因、将目的基因与筛选效率高的载体重组。回答下列问题： 注：AmpR为氨苄青霉素抗性基因，NeoR为新霉素抗性基因，RspL为链霉素敏感基因。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (1)由图可知，载体1中筛选效率较低的标记基因是________。由载体1构建载体2时，应选择引物________和引物________进行PCR扩增，并在引物的________(填“5′”或“3′”)端加上限制酶EcoR Ⅰ的识别序列。扩增产物经酶切后可形成载体2环化结构的原因是___________________________________________________。 NeoR 1 3 5′ 单酶切形成了相同的末端，连接时形成自身环化结构 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：由题图可知，载体1中含有两个标记基因，载体2中只有AmpR，说明NeoR是筛选效率较低的标记基因，故应选择引物1和引物3进行PCR扩增，并在引物的5′端加上限制酶EcoR Ⅰ的识别序列，原因是DNA聚合酶从引物的3′端开始延伸子链，在5′端添加不影响目的基因的扩增。扩增产物单酶切形成了相同的末端，连接时形成自身环化结构，即载体2。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (2)PCR扩增载体3中的标记基因RspL时，引物应包含__________酶识别序列，产物经单酶切后与载体2进行连接，从而构建载体4。 解析：据题图可知，载体4标记基因RspL的两端都是EcoR Ⅰ酶的识别序列，而载体3却不具有该识别序列，所以PCR扩增载体3中的RspL时所用引物应包含EcoR Ⅰ酶的识别序列。 EcoR Ⅰ 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (3)根据载体5中筛选效率高的标记基因的敏感程度可知，导入前的受体菌应对链霉素________(填“敏感”或“不敏感”)且对氨苄青霉素________(填“敏感”或“不敏感”)才能达到筛选的目的。最后经发酵后检测________的产量。 解析：根据载体5中筛选效率高的标记基因的敏感程度推测，导入前的受体菌应对链霉素不敏感且对氨苄青霉素敏感才能达到筛选的目的。最后经发酵后检测转氨酶的产量。 不敏感 敏感 转氨酶 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 5．(2025·安徽选择考)稻瘟病是一种真菌病害，水稻叶片某些内生放线菌对该致病菌有抑制作用。科研小组分离筛选出内生放线菌，并开展了相关研究。回答下列问题： (1)采集有病斑的水稻叶片，经表面消毒、研磨处理，制备研磨液。此后，采用_____________________________(填方法)将研磨液接种于不同的选择培养基，分别置于不同温度下培养，目的是____________________________。 稀释涂布平板法(或平板划线法) 分离筛选出不同的内生放线菌 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：可采用稀释涂布平板法或平板划线法将研磨液接种于不同的选择培养基，并分别置于不同温度下培养，其目的是分离筛选出不同的内生放线菌。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (2)经筛选获得一株内生放线菌，该菌株高效合成铁载体小分子，能辅助内生放线菌吸收铁离子。R基因是合成铁载体的关键基因之一。科研小组构建R基因敲除株，探究铁载体的功能。主要步骤如下：首先克隆R基因的上游片段R-U和下游片段R-D；然后构建重组质粒；最后利用重组质粒和内生放线菌DNA片段中同源区段可发生交换的原理，对目标基因进行敲除。如图1所示。 说明：用图1中的引物1和2进行PCR扩增。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 采用PCR鉴定R基因的敲除结果。PCR通过变性、复性和延伸三步，反复循环，可实现基因片段的________。R基因敲除过程中，可发生多种形式的同源区段交换，PCR检测结果如图2所示，其中R基因敲除株为菌落________(填序号)，出现菌落④的可能原因是________________________ ___________________________________________________________。 快速扩增 ② 只有R-U或R-D一处发生了同源区段交换，导致整个重组质粒片段接入内生放线菌R基因中　 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：PCR的实质是体外的DNA复制，所以PCR可以实现基因片段的快速扩增。由图1可知，未发生同源区段交换前，在引物1、2的作用下可扩增出的片段为3 000 bp，故菌落①③未发生同源区段交换。若R-U和R-D都发生同源区段交换，则会减少R基因中间的2 000 bp的序列，从而使扩增的片段减小到1 000 bp，故菌落②为发生同源区段交换后的R基因敲除株。根据题干信息，R基因敲除过程中可发生多种形式的同源区段交换，菌落④的大小约为7 000 bp，则可以推测在同源区段交换过程中，只发生了R-U或R-D一处同源区段交换，导致整个重组质粒片段接入内生放线菌R基因中。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (3)内生放线菌和稻瘟病致病菌的生长均需要铁元素。科研小组推测该内生放线菌通过对铁离子的竞争性利用，从而抑制稻瘟病致病菌生长。设计实验验证该推测，简要写出实验思路。 答案：将野生型内生放线菌、R基因敲除内生放线菌分别与稻瘟病致病菌混合培养在含铁的培养液中，统计培养液中铁离子含量及两种菌的数量变化。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：若要验证内生放线菌通过与稻瘟病致病菌竞争性利用铁离子抑制稻瘟病致病菌的生长，则实验的自变量应为内生放线菌是否能利用培养液中的铁离子，即R基因的有无，因变量应为稻瘟病致病菌的生长情况，可通过观测两种菌的数量和培养液中的铁离子含量变化情况来验证实验结论。所以实验可分为两组，甲组：将适量的含R基因的内生放线菌和稻瘟病致病菌混合培养在含铁的培养液中；乙组：将等量的R基因敲除内生放线菌与稻瘟病致病菌混合培养在相同的含铁的培养液中；将两组培养液放在适宜的条件下，间隔合适时间记录每组培养液中铁离子含量变化和两种菌的数量变化。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 6．(2025·湖南永州高三三模) 在应对全球粮食危机和气候变化的双重挑战下，我国科学家团队研发了人工淀粉合成途径(ASAP)，利用10余种酶将CO2和H2O高效转化为淀粉。现需构建重组大肠杆菌来合成其中的三种关键酶：酶a(基因A，1.5 kb)、酶b(基因B，2.0 kb)和酶c(基因C，2.5 kb)，科研人员选择质粒pET28a(5.3 kb)为载体。将从甲植物中扩增出的基因A、B、C依次插入多克隆位点(MCS，约含30个碱基对)，如下图所示。回答下列有关问题： 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 注：①F1～F3、R1～R3为引物；P1～P5为启动子；KanR为卡那霉素抗性基因；ori为复制原点。②限制酶SalⅠ与XhoⅠ的识别序列不同，但酶切后产生的黏性末端相同。 (1)启动子决定了基因的转录位置和方向，从转录角度分析图中P1、P3与P2的相对方向不同的原因是________________________________。在构建基因表达载体时，为了使来自甲植物的基因A、B、C在受体菌中高效表达，其上游的启动子P4应选择________(填“甲植物”或“大肠杆菌”)的启动子。 基因A、B、C转录的模板链不同 大肠杆菌 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：转录是以基因的一条链(模板链)为模板合成RNA的过程，基因A、B、C转录的模板链不同，P1、P3与P2的相对方向不同。将从甲植物中扩增出的基因转到大肠杆菌中表达，宿主细胞是大肠杆菌，因此目的基因上游的启动子P4应选择大肠杆菌的启动子。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (2)pET28a中只有一个SalⅠ和NotⅠ酶切位点，且无酶XhoⅠ的识别序列。为了使基因A、B、C依次正向插入pET28a的MCS中，在PCR扩增基因A、B、C时需在引物________________的5′端添加限制酶XhoⅠ的识别序列，其他引物的5′端添加限制酶________________的识别序列。 F1、F2、F3 SalⅠ、NotⅠ 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：为了使基因A、B、C依次正向插入pET28a的MCS中，需要在目的基因两侧加入相应限制酶的识别序列，PCR扩增时合成子链的方向为5′→3′，即在引物的3′端加入原料合成子链，且基因A、B、C均经XhoⅠ和NotⅠ酶切，因此在PCR扩增基因A、B、C时需在引物F1、F2、F3的5′端添加限制酶XhoⅠ的识别序列，其他引物的5′端添加限制酶SalⅠ、NotⅠ，限制酶SalⅠ与XhoⅠ的识别序列不同，但酶切后产生的黏性末端相同，且质粒经SalⅠ、NotⅠ酶切。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (3)初步检验重组质粒pET28a-ABC是否构建成功：获取部分重组质粒，用限制酶SalⅠ、NotⅠ、XhoⅠ充分处理，电泳分离酶切产物。从泳道中的条带数量和大小分析(过小的DNA片段无法通过电泳有效检测出来)，当电泳结果为____________________________时，表明成功构建了pET28a-ABC。 解析：酶a(基因A，1.5 kb)、酶b(基因B，2.0 kb)和酶c(基因C，2.5 kb)，选择质粒pET28a(5.3 kb)为载体，依次插入多克隆位点(MCS，约含30个碱基对)，构建的重组质粒pET28a­ABC大小约为1.5＋2.0＋2.5＋5.3－0.03＝11.27 kb，在电泳中显示为一条条带。 出现1条泳带，大小约为11.27 kb 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (4)将重组质粒导入大肠杆菌前，需先用Ca2+处理大肠杆菌，作用是________________________________。 最后利用________工程对纯化的转基因大肠杆菌大规模培养生产酶。 解析：用Ca2+处理大肠杆菌可以增大细胞膜的通透性，使大肠杆菌细胞处于感受态；发酵工程是指利用微生物的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。利用发酵工程对纯化的转基因大肠杆菌大规模培养生产酶。 使大肠杆菌细胞处于感受态 发酵 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 (5)与植物光合作用合成淀粉不同，“人工合成淀粉途径”实现了在实验室中从CO2到淀粉分子的全合成。该研究成果尚处于实验室阶段，若未来能够大面积推广应用，可解决当前人类面临的哪些生态环境问题：_______________________________________________________________________________________________________________(至少答出两点)。 能节约大量耕地；能减少水资源消耗；可以减少因农药、化肥的使用带来的环境污染；能缓解温室效应，促进“碳中和” 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 解析：“人工合成淀粉途径”实现了在实验室中从CO2到淀粉分子的全合成，能节约大量耕地；能减少水资源消耗；可以减少因农药、化肥的使用带来的环境污染；能缓解温室效应，促进“碳中和”。 4 5 6 2 3 1 专题强化训练 $