資源簡介

考點27 基因工程
——五年（2020—2024年）高考生物學真題專項分類匯編
一、單選題
1．【2024·江西卷】γ-氨基丁酸在醫藥等領域有重要的應用價值。利用L-谷氨酸脫羧酶（GadB）催化L-谷氨酸脫羧是高效生產γ-氨基丁酸的重要途徑之一。研究人員采用如圖方法將釀酒酵母S的L-谷氨酸脫羧酶基因（gadB）導入生產菌株E.coliA構建了以L-谷氨酸鈉為底物高效生產γ-氨基丁酸的菌株E.coliB。下列敘述正確的是（ ）

A.上圖表明，可以從釀酒酵母S中分離得到目的基因gadB
B.E.coliB發酵生產γ-氨基丁酸時，L-谷氨酸鈉的作用是供能
C.E.coliA和E.coliB都能高效降解γ-氨基丁酸
D.可以用其他酶替代NcoⅠ和KpnⅠ構建重組質粒
2．【2021·江蘇卷】下圖是剔除轉基因植物中標記基因的一種策略，下列相關敘述錯誤的是（ ）
A.分別帶有目的基因和標記基因的兩個質粒，都帶有T-DNA序列
B.該方法建立在高轉化頻率基礎上，標記基因和目的基因須轉到不同染色體上
C.若要獲得除標記基因的植株，轉化植株必須經過有性繁殖階段遺傳重組
D.獲得的無篩選標記轉基因植株發生了染色體結構變異
3．【2023·湖北卷】用氨芐青霉素抗性基因（AmpR）、四環素抗性基因（TetR）作為標記基因構建的質粒如圖所示。用含有目的基因的DNA片段和用不同限制酶酶切后的質粒，構建基因表達載體（重組質粒），并轉化到受體菌中。下列敘述錯誤的是（ ）
A.若用HindⅢ酶切，目的基因轉錄的產物可能不同
B.若用PvuⅠ酶切，在含Tet（四環素）培養基中的菌落，不一定含有目的基因
C.若用SphⅠ酶切，可通過DNA凝膠電泳技術鑒定重組質粒構建成功與否
D.若用SphⅠ酶切，攜帶目的基因的受體菌在含Amp（氨芐青霉素）和Tet的培養基中能形成菌落
4．【2023·浙江卷】以哺乳動物為研究對象的生物技術已獲得了長足的進步。對生物技術應用于人類，在安全與倫理方面有不同的觀點，下列敘述正確的是（ ）
A.試管嬰兒技術應全面禁止
B.治療性克隆不需要監控和審查
C.生殖性克隆不存在倫理道德方面的風險
D.我國不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人實驗
二、填空題
5．【2024·湖北卷】蘇云金芽孢桿菌產生的Bt毒蛋白，被棉鈴蟲吞食后活化，再與腸道細胞表面受體結合，形成復合體插入細胞膜中，直接導致細胞膜穿孔，細胞內含物流出，直至細胞死亡。科學家將編碼Bt毒蛋白的基因轉入棉花植株，獲得的轉基因棉花能有效防控棉鈴蟲的危害。
回答下列問題：
（1）Bt毒蛋白引起的細胞死亡屬于________（填“細胞壞死”或“細胞凋亡”）。
（2）如果轉基因棉花植株中Bt毒蛋白含量偏低，取食后的棉鈴蟲可通過激活腸干細胞分裂和________產生新的腸道細胞，修復損傷的腸道，由此導致殺蟲效果下降。請據此提出一項可提高轉基因棉花殺蟲效果的改進思路：________。
（3）在Bt毒蛋白的長期選擇作用下，種群中具有抗性的棉鈴蟲存活的可能原因是：腸道細胞表面受體蛋白的________或________發生變化，導致棉鈴蟲對Bt毒蛋白產生抗性。
（4）將Bt毒蛋白轉基因棉花與非轉基因棉花混種，可以延緩棉鈴蟲對轉基因棉花產生抗性，原因是________。
6．【2021·山東卷】水稻胚乳中含直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉所占比例越小糯性越強。科研人員將能表達出基因編輯系統的DNA序列轉入水稻，實現了對直鏈淀粉合成酶基因（Wx基因）啟動子序列的定點編輯，從而獲得了3個突變品系。
（1）將能表達出基因編輯系統的DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時，所需的酶是_____________________，重組載體進入水稻細胞并在細胞內維持穩定和表達的過程稱為_____________________。
（2）根據啟動子的作用推測，Wx基因啟動子序列的改變影響了_____________________，從而改變了Wx基因的轉錄水平。與野生型水稻相比，3個突變品系中Wx基因控制合成的直鏈淀粉合成酶的氨基酸序列_____________________ （填“發生”或“不發生”）改變，原因是_____________________。
（3）為檢測啟動子變化對Wx基因表達的影響，科研人員需要檢測Wx基因轉錄產生的mRNA（ Wx mRNA）的量。檢測時分別提取各品系胚乳中的總RNA，經_____________________過程獲得總cDNA。通過PCR技術可在總cDNA中專一性地擴增出Wx基因的cDNA，原因是_____________________。
（4）各品系 Wx mRNA量的檢測結果如圖所示，據圖推測糯性最強的品系為_____________________，原因是_____________________。
7．【2024·貴州卷】研究者用以蔗糖為唯一碳源的液體培養基，培養真菌A的野生型（含NV基因）、突變體（NV基因突變）和轉基因菌株（轉入NV基因），檢測三種菌株NV酶的生成與培養液中的葡萄糖含量，結果如表所示（表中“+”表示有，“—”表示無）。
檢測用菌株 蔗糖 NV酶 葡萄糖（培養液中）
野生型 + + +
野生型 — — —
突變體 + — —
轉基因菌株 + + +
回答下列問題。
（1）據表可推測______誘導了NV基因表達。NV酶的作用是______。檢測NV酶活性時，需測定的指標是______（答出1點即可）。
（2）表中突變體由T-DNA隨機插入野生型菌株基因組DNA篩選獲得。從野生型與突變體中分別提取基因組DNA作為模板，用與______（選填“T-DNA”或“NV基因”）配對的引物進行PCR擴增。若突變體擴增片段長度______（選填“>”“=”或“〈”）野生型擴增片段長度，則表明突變體構建成功，從基因序列分析其原因是______。
（3）為進一步驗證NV基因的功能，表中的轉基因菌株是將NV基因導入______細胞獲得的。在構建NV基因表達載體時，需要添加新的標記基因，原因是______。
三、讀圖填空題
8．【2024·河北卷】新城疫病毒可引起家禽急性敗血性傳染病，我國科學家將該病毒相關基因改造為r2HN，使其在水稻胚乳特異表達，制備獲得r2HN疫苗，并對其免疫效果進行了檢測。
回答下列問題：
（1）實驗所用載體的部分結構及其限制酶識別位點如圖1所示。其中GtP為啟動子，若使r2HN僅在水稻胚乳表達，GtP應為________________啟動子。Nos為終止子，其作用為________________。r2HN基因內部不含載體的限制酶識別位點。因此，可選擇限制酶________和________對r2HN基因與載體進行酶切，用于表達載體的構建。
（2）利用________方法將r2HN基因導入水稻愈傷組織。為檢測r2HN表達情況，可通過PCR技術檢測________________，通過________技術檢測是否翻譯出r2HN蛋白。
（3）獲得轉基因植株后，通常選擇單一位點插入目的基因的植株進行研究。此類植株自交一代后，r2HN純合體植株的占比為________。選擇純合體進行后續研究的原因是________________。
（4）制備r2HN疫苗后，為研究其免疫效果，對實驗組雞進行接種，對照組注射疫苗溶劑。檢測兩組雞體內抗新城疫病毒抗體水平和特異應答的CD8+T細胞（細胞毒性T細胞）水平，結果如圖2所示。據此分析，獲得的r2HN疫苗能夠成功激活雞的________免疫和________免疫。
（5）利用水稻作為生物反應器生產r2HN疫苗的優點是________________________________。（答出兩點即可）
9．【2024·甘肅卷】源于細菌的纖維素酶是一種復合酶，能降解纖維素。為了提高纖維素酶的降解效率，某課題組通過篩選高產纖維素酶菌株，克隆表達降解纖維素的三種酶（如下圖），研究了三種酶混合的協同降解作用，以提高生物質資源的利用效率。回答下列問題。
（1）過程①②采用以羧甲基纖維素鈉為唯一碳源的培養基篩選茵株X、能起到篩選作用的原因是_______。高產纖維素酶菌株篩選時，剛果紅培養基上的菌落周圍透明圈大小反映了_______。
（2）過程④擴增不同目的基因片段需要的關鍵酶是_______。
（3）過程⑤在基因工程中稱為_______該過程需要的主要酶有_______。
（4）過程⑥大腸桿菌作為受體細胞的優點有_______。該過程用Ca2+處理細胞、使其處于一種_______的生理狀態。
（5）課題組用三種酶及酶混合物對不同生物質原料進行降解處理，結果如下表。表中協同系數存在差異的原因是_______（答出兩點）。
生物質原料 降解率（%） 協同系數
酶A 酶B 酶C 混1 混2 混1 混
小麥秸稈 7.08 6.03 8.19 8.61 26.98 74.33 114.64
玉米秸稈 2.62 1.48 3.76 3.92 9.88 24.98 77.02
玉米芯 0.62 0.48 0.86 0.98 6.79 1.82 11.34
10．【2024·山東卷】研究發現基因L能夠通過脫落酸信號途徑調控大豆的逆境響應。利用基因工程技術編輯基因L，可培育耐鹽堿大豆品系。在載體上的限制酶BsaI切點處插入大豆基因L的向導DNA序列，將載體導入大豆細胞后，其轉錄產物可引導核酸酶特異性結合基因組上的目標序列并發揮作用。載體信息、目標基因L部分序列及相關結果等如圖所示。
（1）用PCR技術從大豆基因組DNA中擴增目標基因L時，所用的引物越短，引物特異性越_________（填“高”或“低”）。限制酶在切開DNA雙鏈時，形成的單鏈突出末端為黏性末端，若用BsaI酶切大豆基因組DNA，理論上可產生的黏性末端最多有_________種。載體信息如圖甲所示，經BsaI酶切后，載體上保留的黏性末端序列應為5'-_________-3'和5'-_________-3'。
（2）重組載體通過農桿菌導入大豆細胞，使用抗生素_________篩選到具有該抗生素抗性的植株①∶④。為了鑒定基因編輯是否成功，以上述抗性植株的DNA為模板，通過PCR擴增目標基因L，部分序列信息及可選用的酶切位點如圖乙所示，PCR產物完全酶切后的電泳結果如圖丙所示。據圖可判斷選用的限制酶是_________，其中純合的突變植株是_________（填序號）。
（3）實驗中獲得1株基因L成功突變的純合植株，該植株具有抗生素抗性，檢測發現其體細胞中只有1條染色體有T-DNA插入。用抗生素篩選這個植株的自交子代，其中突變位點純合且對抗生素敏感的植株所占比例為_________，篩選出的敏感植株可用于后續的品種選育。
11．【2021·山東卷】人類γ基因啟動子上游的調控序列中含有BCL11A蛋白結合位點，該位點結合BCL11A蛋白后，γ基因的表達被抑制。通過改變該結合位點的序列，解除對γ基因表達的抑制，可對某種地中海貧血癥進行基因治療。科研人員擴增了γ基因上游不同長度的片段，將這些片段分別插入表達載體中進行轉化和熒光檢測，以確定BCL11A蛋白結合位點的具體位置。相關信息如圖所示。
（1）為將擴增后的產物定向插入載體指導熒光蛋白基因表達，需在引物末端添加限制酶識別序列。據圖可知，在F1~F7末端添加的序列所對應的限制酶是_____，在R末端添加的序列所對應的限制酶是_____。本實驗中，從產物擴增到載體構建完成的整個過程共需要_____種酶。
（2）將構建的載體導入除去BCL11A基因的受體細胞，成功轉化后，含F1~F6與R擴增產物的載體表達熒光蛋白，受體細胞有熒光，含F7與R擴增產物的受體細胞無熒光。含F7與R擴增產物的受體細胞無熒光的原因是_____。
（3）向培養液中添加適量的雌激素，含F1~F4與R擴增產物的受體細胞不再有熒光，而含F5~F6與R擴增產物的受體細胞仍有熒光。若γ基因上游調控序列上與引物序列所對應的位置不含有BCL11A蛋白的結合位點序列，據此結果可推測，BCL11A蛋白結合位點位于_____，理由是_____。
12．【2023·山東卷】科研人員構建了可表達J-V5融合蛋白的重組質粒并進行了檢測，該質粒的部分結構如圖甲所示，其中V5編碼序列表達標簽短肽V5。
（1）與圖甲中啟動子結合的酶是_______。除圖甲中標出的結構外，作為載體，質粒還需具備的結構有_______（答出2個結構即可）。
（2）構建重組質粒后，為了確定J基因連接到質粒中且插入方向正確，需進行PCR檢測，若僅用一對引物，應選擇圖甲中的引物________。已知J基因轉錄的模板鏈位于b鏈，由此可知引物F1與圖甲中J基因的_______（填“a鏈”或“b鏈”）相應部分的序列相同。
（3）重組質粒在受體細胞內正確表達后，用抗J蛋白抗體和抗V5抗體分別檢測相應蛋白是否表達以及表達水平，結果如圖乙所示。其中，出現條帶l證明細胞內表達了_______，條帶2所檢出的蛋白_______（填“是”或“不是”）由重組質粒上的J基因表達的。
四、實驗探究題
13．【2023·廣東卷】種子大小是作物重要的產量性狀。研究者對野生型擬南芥（2n=10）進行誘變，篩選到一株種子增大的突變體。通過遺傳分析和測序，發現野生型DA1基因發生一個堿基G到A的替換，突變后的基因為隱性基因，據此推測突變體的表型與其有關，開展相關實驗。
回答下列問題：
（1）擬采用農桿菌轉化法將野生型DA1基因轉入突變體植株，若突變體表型確由該突變造成，則轉基因植株的種子大小應與_________植株的種子大小相近。
（2）用PCR反應擴增DA1基因，用限制性核酸內切酶對PCR產物和_________進行切割，用DNA連接酶將兩者連接。為確保插入的DA1基因可以正常表達，其上下游序列需具備_________。
（3）轉化后，T-DNA（其內部基因在減數分裂時不發生交換）可在基因組單一位點插入也可以同時插入多個位點。在插入片段均遵循基因分離及自由組合定律的前提下，選出單一位點插入的植株，并進一步獲得目的基因穩定遺傳的植株（如圖），用于后續驗證突變基因與表型的關系。
①農桿菌轉化T0代植株并自交，將T1代種子播種在選擇培養基上，能夠萌發并生長的陽性個體即表示其基因組中插入了_________。
②T1代陽性植株自交所得的T2代種子按單株收種并播種于選擇培養基，選擇陽性率約_________%的培養基中幼苗繼續培養。
③將②中選出的T2代陽性植株_________（填“自交”、“與野生型雜交”或“與突變體雜交”）所得的T3代種子按單株收種并播種于選擇培養基，陽性率達到_________%的培養基中的幼苗即為目標轉基因植株。
為便于在后續研究中檢測該突變，研究者利用PCR擴增野生型和突變型基因片段，再使用限制性核酸內切酶X切割產物，通過核酸電泳即可進行突變檢測，相關信息見下圖，在電泳圖中將酶切結果對應位置的條帶涂黑。
14．【2021·江蘇卷】某小組為研究真菌基因m的功能，構建了融合表達蛋白M和tag標簽的質粒，請結合實驗流程回答下列問題：
（1）目的基因的擴增
①提取真菌細胞________，經逆轉錄獲得cDNA，進一步獲得基因m片段。
②為了獲得融合tag標簽的蛋白M，設計引物P2時，不能包含基因m終止密碼子的編碼序列，否則將導致________。
③熱啟動PCR可提高擴增效率，方法之一是：先將除TaqDNA聚合酶（Taq酶）以外的各成分混合后，加熱到80℃以上再混入酶，然后直接從94℃開始PCR擴增，下列敘述正確的有________
A.Taq酶最適催化溫度范圍為50~60℃
B.與常規PCR相比，熱啟動PCR可減少反應起始時引物錯配形成的產物
C.兩條子鏈的合成一定都是從5端向3端延伸
D.PCR產物DNA堿基序列的特異性體現了Taq酶的特異性
（2）重組質粒的構建
①將SmaⅠ切開的載體A與添加同源序列的m混合，用特定DNA酶處理形成黏性末端，然后降溫以促進________，形成A-m結合體。將A-m結合體導入大腸桿菌，利用大腸桿菌中的DNA聚合酶及________酶等，完成質粒的環化。
②若正確構建的重組質粒A-m仍能被SmaⅠ切開，則SmaⅠ的酶切位點可能在________。
（3）融合蛋白的表達
①用含有尿嘧啶的培養基培養URA3基因缺失型酵母，將其作為受體菌，導入質粒A-m，然后涂布于無尿嘧啶的培養基上，篩選獲得目的菌株，其機理是________。
②若通過抗原一抗體雜交實驗檢測到酵母蛋白中含tag標簽，說明________后續實驗可借助tag標簽進行蛋白M的分離純化。
15．【2021·福建卷】微生物吸附是重金屬廢水的處理方法之一。金屬硫蛋白（MT）是一類廣泛存在于動植物中的金屬結合蛋白，具有吸附重金屬的作用。科研人員將棗樹的MT基因導入大腸桿菌構建工程菌。回答下列問題：
（1）根據棗樹的MT cDNA的核苷酸序列設計了相應的引物（圖1甲），通過PCR擴增MT基因。已知A位點和B位點分別是起始密碼子和終止密碼子對應的基因位置。選用的引物組合應為_____。
（2）本實驗中，PCR所用的DNA聚合酶擴增出的MT基因的末端為平末端。由于載體E只有能產生黏性末端的酶切位點，需借助中間載體P將MT基因接入載體E。載體P和載體E的酶切位點及相應的酶切序列如圖1乙所示。
①選用_____酶將載體P切開，再用_____（填“T4DNA”或“E·coli81DNA”）連接酶將MT基因與載體P相連，構成重組載體P′。
②載體P′不具有表達MT基因的_____和_____。選用_____酶組合對載體P′和載體E進行酶切，將切下的MT基因和載體E用DA連接酶進行連接，將得到的混合物導入到用_____離子處理的大腸桿菌，篩出MT工程菌。
（3）MT基因在工程菌的表達量如圖2所示。結果仍無法說明已經成功構建能較強吸附廢水中重金屬的MT工程菌，理由是_____。
16．【2021·河北卷】采礦污染和不當使用化肥導致重金屬鎘（Cd）在土壤中過量積累。利用植物修復技術將土壤中的Cd富集到植物體內，進行后續處理（例如，收集植物組織器官異地妥善儲存），可降低土壤中Cd的含量。為提高植物對Cd污染土壤的修復能力，研究者將酵母液泡Cd轉運蛋白（YCF1）基因導入受試植物，并檢測了相關指標。回答下列問題：
（1）為獲取YCF1基因，將酵母細胞的全部DNA提取、切割后與載體連接，導入受體菌的群體中儲存，這個群體稱為________。
（2）將DNA序列插入Ti質粒構建重組載體時，所需要的兩種酶是________。構建的重組基因表達載體中必須含有標記基因，其作用是________。
（3）進行前期研究時，將含有YCF1基因的重組載體導入受試雙子葉植物印度芥菜，采用最多的方法是________。研究者進一步獲得了轉YCF1基因的不育楊樹株系，采用不育株系作為實驗材料的目的是_________。
（4）將長勢一致的野生型和轉基因楊樹苗移栽到Cd污染的土壤中，半年后測定植株干重（圖1）及不同器官中Cd含量（圖2）。據圖1可知，與野生型比，轉基因植株對Cd具有更強的__________（填“耐性”或“富集能力”）；據圖2可知，對轉基因植株的________進行后續處理對于緩解土壤Cd污染最為方便有效。
（5）已知YCF1特異定位于轉基因植物細胞的液泡膜上。據此分析，轉基因楊樹比野生型能更好地適應高Cd環境的原因是_________。相較于草本植物，采用楊樹這種喬木作為Cd污染土壤修復植物的優勢在于_________（寫出兩點即可）。

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