2024届高考生物考前冲刺第1篇专题素能提升专题6生物技术与工程微专题突破练3基因工程及生物技术的安全性与伦理问题

微专题3基因工程及生物技术的安全性与伦理问题一、选择题1.(2023·广东卷)“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是:裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是(D)A.裂解:使细胞破裂释放出DNA等物质B.分离:可去除混合物中的多糖、蛋白质等C.沉淀:可反复多次以提高DNA的纯度D.鉴定:加入二苯胺试剂后即呈现蓝色解析:裂解是加蒸馏水让细胞吸水涨破,释放出DNA等物质;DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同,能溶于2mol/L的NaCl溶液,将溶液过滤,即可将混合物中的多糖、蛋白质等与DNA分离;DNA不溶于酒精,而某些蛋白质溶于酒精,可以反复多次用酒精沉淀出DNA,提高DNA纯度;将DNA溶解于NaCl溶液,加入二苯胺试剂,沸水浴五分钟,待冷却后,能呈现蓝色。2.(2023·广东揭阳一模)斑点印迹杂交是一种简单的DNA分子杂交技术,其技术流程如图。据此分析,下列说法正确的是(A)A.放射性自显影技术可显示原培养皿中含目的基因的菌落位置B.p和q片段能够杂交的主要原因是两单链的碱基排列顺序相同C.p和q片段的杂交双链区域形成过程中有氢键和磷酸二酯键生成D.斑点印迹杂交技术可用于检测目的基因是否在受体细胞中成功表达解析:由题图可知,p和q片段能特异性结合,如果硝酸纤维素膜上存在目的基因(p),那么标记基因(q)就会与其结合,通过放射性自显影就可以检测出该目的基因在膜上的位置。由于硝酸纤维素膜上目的基因的位置与培养皿上菌落相对应,所以该技术可以显示原培养皿中含目的基因的菌落位置;p和q杂交是因为两单链的碱基可以互补配对;在杂交过程中,双链区域在碱基配对时会有氢键形成,但不会形成磷酸二酯键;目的基因是否在受体细胞中表达,需要检测基因表达产物(一般为蛋白质),而斑点印迹杂交技术不能用于蛋白质的检测。3.戊型肝炎病毒是一种RNA病毒,ORF2基因编码的结构蛋白(pORF2)构成病毒的衣壳。我国科研人员利用基因工程技术,在大肠杆菌中表达pORF2,制备戊型肝炎疫苗,过程如图。下列叙述正确的是(A)A.过程①得到的ORF2基因含有两个游离的磷酸基团B.要使过程①得到的ORF2基因与过程③形成的片段连接形成重组质粒,必须先使用同一种限制酶切割C.过程⑤需要用聚乙二醇处理大肠杆菌,使其处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态D.重组基因表达载体上的启动子需来源于戊型肝炎病毒解析:①为逆转录过程,得到的ORF2基因两端各有1个游离的磷酸基团;为了防止目的基因与质粒反向连接或自身环化,可使用两种限制酶分别切割目的基因与质粒;过程⑤需要用钙离子处理大肠杆菌,使其处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态;重组基因表达载体上的启动子来源于载体,目的基因应该插在启动子和终止子之间。4.(2023·山东烟台一模)我国科研人员将番木瓜环斑病毒(PRSV,一种单链RNA病毒)的复制酶基因转入番木瓜,培育出抗病毒番木瓜“华农一号”。“华农一号”能产生与PRSV的RNA形成局部双链的RNA,阻止病毒的复制。下列分析错误的是(D)A.培育抗病毒番木瓜“华农一号”需要用到植物组织培养技术B.培育“华农一号”时,可以用不同的限制酶切割质粒和目的基因C.PCR扩增复制酶基因时,反应体系中需加入逆转录酶和TaqDNA聚合酶D.“华农一号”通过表达出复制酶使番木瓜获得对PRSV病毒的抗性解析:培育抗病毒番木瓜“华农一号”时,将含有目的基因的番木瓜细胞培育成完整植株需要用到植物组织培养技术;培育“华农一号”时,可以用不同的限制酶切割质粒和目的基因,能有效避免质粒和目的基因自身环化及反向连接;据题意可知,该复制酶基因为一段单链RNA,需逆转录后才能进行PCR,PCR扩增时需加入TaqDNA聚合酶完成子链的延伸,故反应体系中需加入逆转录酶和TaqDNA聚合酶;“华农一号”通过转录出相应的RNA与PRSV的RNA形成局部双链RNA,从而阻止病毒的复制,使番木瓜获得对PRSV病毒的抗性,该过程中,“华农一号”并未表达出复制酶。5.(2023·山东青岛一模)原位PCR技术是利用原位PCR仪,在组织或细胞中靶DNA所在的位置上进行的PCR循环扩增,通过掺入标记基团直接显色或结合原位杂交进行检测的方法。进行扩增时,反应体系中的反应成分需渗透到组织或细胞的靶DNA处才能进行扩增。PCR反应体系中需要添加一定浓度的Mg2+,而组织细胞间的物质会吸附Mg2+,使进入细胞的Mg2+减少。下列说法正确的是(A)A.原位PCR技术可用于人类β地中海贫血致病基因的检测B.原位PCR反应体系中使用的Mg2+浓度要比常规PCR低C.反应体系中引物的G、C碱基含量越高,其结合的特异性越强D.反应体系中NTP作为扩增的原料,会依次连接到子链的5′端解析:分析题干可知,原位PCR技术是通过掺入标记基团直接显色或结合原位杂交进行检测的方法,故推测原位PCR技术可用于人类β地中海贫血致病基因的检测;因为组织细胞间的物质会吸附Mg2+,故原位PCR反应体系中使用的Mg2+浓度要比常规PCR高;反应体系中引物的G、C碱基含量过高,容易导致引物自身互补配对,进而无法与模板结合,失去特异性;反应体系中dNTP作为扩增的原料会依次连接到子链3′端。6.(2023·湖南联考)运用基因工程构建的生物反应器可实现药用蛋白的批量生产,目前常用的生物反应器有乳腺生物反应器和膀胱生物反应器,其构建过程如下:构建药用蛋白基因的表达载体,并将表达载体导入动物的受精卵中,然后从这个受精卵发育而成的个体的乳汁或尿液中提取药用蛋白。下列相关说法错误的是(B)A.构建乳腺生物反应器时,需将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等重组在一起B.在转基因动物的乳腺细胞或膀胱上皮细胞以外的细胞中不含有药用蛋白基因C.与乳腺生物反应器相比,膀胱生物反应器不受性别和年龄的限制D.将表达载体导入哺乳动物的受精卵时,常采用显微注射技术解析:构建生物反应器用到的受体细胞是动物的受精卵,由该受精卵发育成的转基因动物,其乳腺细胞或膀胱细胞以外的其他细胞中也含有药用蛋白基因,只是没有表达。7.人体内的tPA蛋白能高效降解由血纤维蛋白凝聚而成的血栓,然而,为心梗患者注射大剂量的基因工程tPA会诱发颅内出血,其原因是tPA与血纤维蛋白结合的特异性不高。研究证实,通过某技术,将tPA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸,可制造出性能优异的改良tPA蛋白,进而显著降低颅内出血。下列叙述错误的是(A)A.该技术的关键是了解tPA蛋白基因的分子结构B.该技术生产改良tPA蛋白的过程遵循碱基互补配对原则C.该技术属于蛋白质工程D.该技术的原理是从预期的蛋白质功能出发最终找到相对应的脱氧核苷酸序列解析:将tPA第84位的半胱氨酸换成丝氨酸,制造出性能优异的改良tPA蛋白的关键是了解tPA蛋白的分子结构,该技术属于蛋白质工程;该技术生产改良tPA蛋白的过程需要转录和翻译,故遵循碱基互补配对原则;该技术的原理是从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,最终找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。8.(2023·山东临沂一模)实时荧光定量PCR可定量检测样本中病毒DNA含量,其原理是在PCR反应体系中加入引物的同时,加入与某条模板链互补的荧光探针,当耐高温的DNA聚合酶催化子链延伸至探针处会水解探针并生成荧光分子,即DNA每扩增一次,就有一个荧光分子生成(如图),荧光监测系统随时接收荧光信号变化。每个反应管内的荧光信号达到设定阈值时所经历的循环次数称为循环阈值(Ct值)。下列说法正确的是(D)A.细胞内DNA复制的引物种类与PCR所用引物种类相同B.一个初始DNA分子经过4次循环后,得到6个等长的DNA分子C.Ct值越大,被检测样本中病毒数目越多,对被检测者的危害性越大D.最终监测的荧光强度与起始时反应管内样本DNA的含量呈正相关解析:细胞内DNA复制时,引物是通过RNA聚合酶合成的RNA单链,而PCR反应中所需的引物是人工合成的DNA或RNA单链;一个初始DNA分子经过4次循环后,得到8个等长的DNA分子;Ct值越小,说明达到阈值时所需循环的次数越少,即样本中的病毒含量相对越多,而Ct值越大,说明达到阈值时所需循环的次数越多,即样本中病毒的含量相对越少;题干中提出“加入与某条模板链互补的荧光探针”,并且“每扩增一次,就有一个荧光分子生成”,则一定时间内,起始样本DNA含量越多,PCR反应效率越高,可生成的荧光分子越多,因此反应最终的荧光强度与起始模板DNA含量呈正相关。9.(2023·山东济南一模)为了构建重组DNA疫苗,可将不同的抗原DNA片段进行重组,图中A、B载体有三个酶切位点,其中BclⅠ和BamHⅠ识别并切割的核苷酸序列不同,但切割后能产生相同的黏性末端,如图所示。现对A载体和B载体分别进行双酶切得到含A载体片段和含B载体片段,经DNA连接酶得到BA载体,需要使用的酶分别是(A)选项A载体B载体A①+②①+③B①+③①+②C①+③①+③D①+②①+②解析:A载体用①和②酶切,保留BamHⅠ与A相连,B载体用①和③酶切,保留BclⅠ与B相连,然后用DNA连接酶将A载体片段和B载体片段连接,得到BA载体。10.(2023·湖南张家界二模)T4溶菌酶来源于T4噬菌体,是重要的工业用酶。科学家通过一定技术使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸(异亮氨酸的密码子是AUU、AUC、AUA,半胱氨酸的密码子是UGU、UGC),于是在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成一个二硫键,从而使T4溶菌酶的耐热性得到了提高。下列叙述正确的是(C)A.对T4溶菌酶的改造属于发酵工程的范畴B.参与新的T4溶菌酶合成的tRNA种类一定会发生改变C.改造后的T4溶菌酶中的二硫键的作用类似于DNA中的氢键D.上述改造通过替换T4溶菌酶DNA上的1个碱基对即可实现解析:对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的,故对T4溶菌酶的改造属于蛋白质工程的范畴;改造前组成T4溶菌酶的氨基酸中就含有半胱氨酸,因此参与新的T4溶菌酶合成的tRNA种类可能不变;改造后的T4溶菌酶多了一个二硫键,二硫键使T4溶菌酶的耐热性提高,而DNA分子中氢键越多,热稳定性越强,二者作用类似;两种氨基酸最接近的密码子是AUU和UGU或AUC和UGC,仍然相差两个碱基,由于DNA是双链结构,故至少要替换T4溶菌酶DNA上2个碱基对。11.(2023·广东梅州一模)为提高红豆杉细胞培养物中紫杉醇的产量,研究人员构建紫杉醇合成关键酶基因Bapt的超表达载体,并将其导入红豆杉细胞,具体流程如图。相关说法不正确的是(C)A.p1301载体上应含有增强Bapt基因表达的序列B.超表达载体中应含有潮霉素抗性基因作为标记基因C.可使用Bapt基因制成的探针检测过程⑤是否成功D.工厂化生产紫杉醇需将改造后的红豆杉细胞培养至愈伤组织解析:由题意可知,Bapt基因是目的基因,p1301载体可与之构建成超表达载体,因此p1301载体上应该含有促进Bapt基因表达的序列;超表达载体中应含有潮霉素抗性基因作为标记基因,在含有潮霉素的培养基上,含有超表达载体的红豆杉细胞能够存活,从而起到筛选作用;由于红豆杉细胞中本身存在Bapt基因,无论超表达载体是否成功导入,都能与Bapt基因探针形成杂交分子,因此不能通过Bapt基因探针来检测步骤⑤是否成功;工厂化生产紫杉醇属于细胞产物的获得,只需要培养到愈伤组织阶段即可。12.(2023·山东青岛一模)大肠杆菌经溶菌酶和洗涤剂处理后,拟核DNA就会缠绕在细胞壁碎片上,静置一段时间,质粒分布在上清液中,利用上述原理可初步获得质粒DNA。用三种限制酶分别处理提取的产物,电泳结果如图所示。下列关于质粒的粗提取和鉴定的叙述错误的是(D)A.提取DNA时可加入酒精,使溶于酒精的蛋白质等物质溶解B.将提取的DNA溶于2mol/LNaCl溶液后,可用二苯胺试剂进行鉴定C.电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着与它所带电荷相反的电极移动的原理D.根据电泳结果,质粒上一定没有限制酶Ⅰ和Ⅱ的切割位点,而有限制酶Ⅲ的切割位点解析:DNA在冷酒精中溶解度很低,提取DNA时可加入酒精,让DNA析出,让溶于酒精的蛋白质等物质溶解;将提取的DNA溶于2mol/LNaCl溶液后,可用二苯胺试剂在沸水浴条件下进行鉴定,DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色;DNA分子具有可解离的基团,在一定pH条件下可带上正电荷或负电荷,电泳鉴定DNA利用了DNA在电场中会向着与它所带电荷相反的电极移动的原理;因为质粒的本质是环状的DNA,限制酶Ⅰ和Ⅱ处理后电泳只有一条条带,可能是该质粒上只有一个切割位点。13.生物技术的进步在给人类带来福祉的同时,引起人们对其安全性的关注,也会与伦理道德发生碰撞,带来新的困惑和挑战。下列关于生物技术的安全性和伦理问题的说法,错误的是(B)A.抗虫棉的抗虫基因不会随着人们食用棉籽油进入人的细胞内B.我国坚决反对治疗性克隆,不允许进行任何生殖性克隆人实验C.通过转基因技术获得了高产、无农药残留的农副产品,可造福人类D.生物武器具有致病性强、攻击范围广等特点,世界各国都应抵制解析:抗虫基因会随着棉籽油的加工被破坏,即使没有被破坏,抗虫基因进入人的消化道后,也不会作用于人的肠道,因为该基因在肠道内就会被分解、消化吸收;我国禁止生殖性克隆人,不允许进行任何生殖性克隆人实验,主张对治疗性克隆进行有效监控和严格审查。二、非选择题14.马铃薯是重要的块茎类粮食作物。二倍体马铃薯普遍存在自交不亲和的现象,导致无法使用种子种植马铃薯。二倍体马铃薯的自交不亲和是由核糖核酸酶基因(SRNase)控制的,我国科研人员通过基因编辑技术敲除了马铃薯的SRNase基因,获得自交亲和的二倍体马铃薯,为马铃薯杂交育种提供了全新的技术体系。如图是科研人员用CRISPR/Cas9基因编辑技术定点敲除SRNase基因的示意图,回答下列问题。(1)用于编辑不同基因的CRISPR/Cas9复合物中向导RNA碱基序列不同,因此首先要确定SRNase基因中的待编辑序列,可以通过PCR技术扩增SRNase基因,作为编码特定向导RNA的模板。扩增时需要根据设计引物,引物的作用是

。(2)CRISPR/Cas9系统能精准识别相关基因,依据的原理是向导RNA与目标DNA发生;Cas9蛋白可催化

(填化学键名称)水解,剪切特定DNA片段。(3)欲检测经上述基因编辑技术得到的植株是否已具有自交亲和性状,最简便的方法是

。(4)实验发现,CRISPR/Cas9基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成“脱靶”,向导RNA的序列长短影响成功率,序列越短,脱靶率越高。脱靶最可能的原因是

。解析:(1)利用PCR技术扩增SRNase基因需要根据SRNase基因的脱氧核苷酸序列设计引物,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。(2)CRISPR/Cas9系统能精准识别相关基因,依据的原理是向导RNA与目标DNA发生碱基互补配对。Cas9蛋白可催化核苷酸之间的磷酸二酯键的水解,剪切特定DNA片段。(3)二倍体马铃薯普遍存在自交不亲和的现象,导致无法使用种子种植马铃薯。因此欲检测经题述基因编辑技术得到的植株是否已具有自交亲和性状,最简便的方法是让其自交,看是否能产生种子。(4)CRISPR/Cas9基因编辑技术中向导RNA能特异性识别并结合特定的DNA序列,从而引导Cas9蛋白到相应位置剪切DNA,最终实现对靶基因序列定点编辑,非基因编辑对象也可能含有与向导RNA配对的碱基序列,向导RNA的序列越短,越容易造成向导RNA选错对象而脱靶。答案:(1)SRNase基因的脱氧核苷酸序列使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸(2)碱基互补配对磷酸二酯键(3)让该植株自交,观察能否产生种子(或观察该植株能否自交产生种子)(4)非基因编辑对象也可能含有与向导RNA配对的碱基序列,造成向导RNA与之结合而脱靶15.(2023·湖南张家界二模)番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)是一类单链环状DNA病毒,能引发番茄黄化曲叶病。检测某番茄幼苗是否感染该病毒,实验人员进行以下操作:①分析PCR扩增结果;②从番茄幼苗组织样本中提取DNA;③采集番茄幼苗叶片组织样本;④利用PCR仪扩增DNA片段。回答下列问题。(1)正确的操作顺序是(用数字序号表示)。

(2)操作②在番茄研磨液中加入2mol/L的氯化钠,作用是;研磨液中的乙二胺四乙酸(EDTA)的作用是。(3)操作④中使用的酶是。PCR反应中每次循环可分为、复性、延伸三步。(4)PCR扩增得到的产物进行琼脂糖凝胶电泳后的结果如下:注:M是DNAMarker;1～4分别是空白对照、阴性对照、阳性对照、样品。实验中,DNAMarker是一组已知长度和含量的标准DNA片段的混合物,起作用。健康番茄幼苗的DNA是阴性对照组,是阳性对照组。若想利用该样品植株获得无病毒的番茄幼苗,方法是

。解析:(1)利用PCR进行相关分析时,步骤为采集材料样本→提取DNA→利用PCR仪进行扩增→分析PCR扩增结果,即③②④①。(2)DNA在不同浓度氯化钠溶液中的溶解度不同,DNA可溶于2mol/L的氯化钠溶液。加入EDTA的作用是抑制DNA酶活性,防止DNA被酶解。(3)操作④为利用PCR仪扩增DNA片段,该过程需要用耐高温的DNA聚合酶,以催化脱氧核苷酸链的合成。每一轮PCR循环均包括变性、复性、延伸三步。(4)DNAMarker是一组已知长度和含量的标准DNA片段的混合物,起参照作用,能大致估算目的DNA片段的大小。健康番茄幼苗的DNA中不含有黄化曲叶病毒(TYLCV)的DNA,以此作为阴性对照组,含有TYLCV的DNA作为阳性对照组。由电泳结果可知,该样品植株含有TYLCV,若想利用该样品植株获得无病毒的番茄幼苗,可取一定大小的茎尖进行植物组织培养,因为茎尖分生区不含病毒或病毒含量极少,可用于制备脱毒苗。答案:(1)③②④①(2)溶解DNA抑制DNA酶活性,防止DNA被酶解(3)TaqDNA聚合酶(耐高温的DNA聚合酶)变性(4)参照TYLCV(番茄黄化曲叶病毒)的DNA取一定大小的茎尖进行植物组织培养16.(2023·湖南邵阳二模)大肠杆菌因其结构、代谢和生殖等特点常应用于发酵工程,特定的重组大肠杆菌生产乳酸效率比乳酸菌更高,杂菌污染是导致大肠杆菌大规模发酵失败的重要原因。研究人员利用基因工程获