2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用含答案

2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册第3章第4节蛋白质工程的原理和应用第4节蛋白质工程的原理和应用[学习目标]1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.简述蛋白质工程的基本原理。1．蛋白质工程(1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。(2)手段：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。(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。2．蛋白质工程崛起的缘由(1)崛起缘由①基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。③天然蛋白质的不足：天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。(2)实例：提高玉米赖氨酸含量eq\x(\a\vs4\al\co1(天冬氨酸激酶,第352位为苏氨酸))eq\o(→,\s\up7(改造))eq\x(\a\vs4\al\co1(天冬氨酸激酶,第352位为异亮氨酸))eq\x(\a\vs4\al\co1(二氢吡啶二羧酸合成酶,第104位为天冬酰胺))eq\o(→,\s\up7(改造))eq\x(\a\vs4\al\co1(二氢吡啶二羧酸合成酶,第104位为异亮氨酸))改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。3．蛋白质工程的基本原理(1)目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。(2)方法：改造或合成基因。(3)基本思路：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→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→获得所需要的蛋白质。4．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面①科学家通过对胰岛素基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。②eq\x(干扰素半胱氨酸)eq\o(→,\s\up7(改造))eq\x(干扰素丝氨酸)↓eq\x(在一定条件下，可以延长保存时间)③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。(2)其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。(3)农业方面①②科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果。判断正误(1)蛋白质工程的目的是改造或合成人类需要的蛋白质()(2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的()(3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，空间结构千差万别，蛋白质工程操作难度很大()(4)蛋白质工程不能改变蛋白质的活性()答案(1)√(2)×(3)√(4)×解析(2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的基因来实现的。(4)通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性。任务：基因工程和蛋白质工程1．研究人员试图将人胰岛素的B链的第28位氨基酸由脯氨酸替换为天冬氨酸，从而有效抑制胰岛素的聚合，获得速效胰岛素类似物，应该如何操作？提示应将基因相应位置上的碱基进行替换，从而使其指导合成的胰岛素相应位置上的氨基酸发生改变。2．如果已经推测出多肽中的氨基酸序列，那么推测出的基因中的碱基序列是否唯一呢？并说明理由。提示不唯一；因为一个氨基酸是由一个或多个密码子决定的，因此获得的基因总的碱基序列有多种。3．确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？提示可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。4．蛋白质工程需直接改造基因，而不直接改造蛋白质的原因：(1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也是无法遗传的。(2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作，难度要小得多。蛋白质工程与基因工程的区别与联系比较项目蛋白质工程基因工程区别起点预期的蛋白质功能目的基因过程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→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→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定目标定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品结果生产非天然的蛋白质生产自然界已存在的蛋白质联系①都在生物体外对基因进行操作；②蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程1．(2023·河南洛阳高二期中)下列各项与蛋白质工程没有直接关系的是()A．利用各种高科技手段分析蛋白质的分子结构B．研究并改变某种蛋白质相关基因的碱基序列C．设计和制造自然界中没有的人工蛋白质D．将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶答案D解析将编码牛凝乳酶的基因导入酵母菌的基因组中获得凝乳酶是基因工程的成果，与蛋白质工程没有直接关系，D符合题意。2．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述中，正确的是()A．蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够B．基因工程和蛋白质工程都可以生产自然界不存在的蛋白质C．不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是所有生物共用一套遗传密码D．基因工程的直接操作对象是基因，蛋白质工程的直接操作对象是蛋白质答案A解析蛋白质的空间结构复杂，蛋白质工程难度很大是因为对蛋白质的高级结构了解不够，A正确；基因工程生产自然界已有的蛋白质，蛋白质工程生产自然界中不存在的蛋白质，B错误；不同来源的DNA分子能够拼接，其原因是不同来源的DNA分子具有相同的结构及遵循碱基互补配对原则，C错误；蛋白质工程需要进行基因修饰或合成，蛋白质工程的直接操作对象仍然是基因，D错误。题组一蛋白质工程1．下列关于蛋白质工程的说法，错误的是()A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类需要B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构C．蛋白质工程能产生自然界中不曾存在的新型蛋白质分子D．蛋白质工程的操作起点是从预期的蛋白质功能出发，设计出相应的基因，并借助基因工程实现答案B解析基因的结构决定蛋白质的结构，对蛋白质的结构进行设计改造是通过改造或合成基因来完成的，而不是直接对蛋白质分子进行操作，B错误。2．(2023·陕西咸阳高二期末)某生物中发现一种基因的表达产物是具有较强抗菌性和溶血性的多肽P1，科研人员预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是()A．构建含目的肽DNA片段的表达载体B．合成编码多肽P1的DNA片段C．设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构D．利用抗原—抗体杂交的方法对表达产物进行检测答案C解析蛋白质工程的过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。因此，预期在P1的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的蛋白质药物，下一步要做的是设计预期的蛋白质结构，即设计抗菌性强但溶血性弱的蛋白质结构，C正确。3．(2023·河北唐山高二期末)科学家将胰岛素的第28和29位的氨基酸调换顺序，成功获得了速效胰岛素，生产速效胰岛素时需要定向改造的对象是()A．胰岛素 B．胰岛素mRNAC．胰岛素基因 D．胰岛B细胞答案C解析对天然蛋白质进行改造，是通过对基因的操作来实现的。4．蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是()A．分析蛋白质的三维结构B．研究蛋白质的氨基酸组成C．获取编码蛋白质的基因序列信息D．改造现有蛋白质或制造新的蛋白质答案D解析分析蛋白质的三维结构是蛋白质工程的准备工作，A不符合题意；研究蛋白质的氨基酸组成是为了设计或改造相关基因，这不是蛋白质工程的最终目的，B不符合题意；获取编码蛋白质的基因序列信息实现了对基因的修饰或合成过程，但不是蛋白质工程要达到的最终目的，C不符合题意；改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，从而满足人类的需求，实现对蛋白质的定向改造，这是蛋白质工程的最终目的，D符合题意。5．蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造蛋白质的原因是()A．缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B．改造基因易于操作且改造后能够遗传C．人类对大多数蛋白质高级结构知之甚少D．蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化，操作难度大答案B解析由于基因控制蛋白质的合成，所以对蛋白质设计改造可通过对基因进行改造或合成来完成，且改造后的基因能够遗传给子代，B正确。6．(2023·福建泉州高二质检)下列不属于蛋白质工程的成果的是()A．改造蛋白质类酶的结构，提高其热稳定性B．生产鼠—人嵌合抗体C．将干扰素分子中的半胱氨酸替换为丝氨酸D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素答案D解析将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素是基因工程的成果。题组二蛋白质工程与基因工程的比较7．下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，错误的是()A．基因工程是一种在体外进行的重组DNA技术B．通过蛋白质工程可以获得功能更符合人类需求的蛋白质C．基因工程可以改造出更符合人类需求的新的生物类型和生物产品D．基因工程和蛋白质工程分别在DNA分子水平和蛋白质分子水平上进行设计和施工答案D解析基因工程需要通过体外重组DNA技术和转基因等技术实现，A正确；蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类需求，B正确；通过基因工程能创造出更符合人们需求的新的生物类型和生物产品，C正确；蛋白质工程并不是直接改造蛋白质，而是通过改造某种基因，间接对这种基因控制合成的蛋白质进行改造，故基因工程和蛋白质工程都是在DNA分子水平上进行设计和施工的，D错误。8．(2023·天津河北区高二诊断)基因工程与蛋白质工程的区别是()A．基因工程需对基因进行操作，蛋白质工程不对基因进行操作B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成非天然存在的蛋白质C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)操作D．基因工程完全不同于蛋白质工程答案B解析基因工程和蛋白质工程均是对基因进行操作，A错误；基因工程和蛋白质工程都是分子水平的操作，C错误；蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，D错误。9．已知生物体内有一种转运蛋白Y，由300个氨基酸组成。如果将Y中157位的L­异亮氨酸变成亮氨酸，261位的酪氨酸变成丝氨酸，改变后的蛋白质Y1不但保留了原有Y的功能，且具备了催化活性。下列说法正确的是()A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B．可以通过对Y蛋白基因进行修饰或人工合成获得Y1蛋白基因C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具D．细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相反的答案B解析蛋白质工程和基因工程的根本区别是蛋白质工程可产生自然界没有的蛋白质，A错误；蛋白质工程操作过程中，需要酶和载体作为工具，C错误；细胞内合成Y1蛋白与Y蛋白的过程中，遗传信息的流向是相同的，D错误。10．干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如图是利用蛋白质工程设计保存干扰素的生产流程图，据图分析，下列叙述不正确的是()A．图中构建新的干扰素模型的主要依据是蛋白质的预期功能B．图中新的干扰素基因必须加上启动子和终止子才能表达C．图中改造干扰素结构的实质是改造干扰素基因的结构D．图中各项技术并没有涉及基因工程技术答案D解析11．(2023·安徽黄山高二期中)蛋白质工程取得的进展向人们展示出诱人的前景，下列有关说法正确的是()A．蛋白质工程的基础是蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系B．蛋白质工程与天然蛋白质合成的流程相同C．蛋白质工程在各个领域有广泛应用D．当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟答案A解析蛋白质工程的流程：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→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成或改造基因→表达出蛋白质，这和天然蛋白质合成的流程不完全相同，B错误；蛋白质工程的发展并不成熟，仍需一段时间提升，目前并不能在各个领域广泛应用，C错误；当前限制蛋白质工程发展的关键因素是对蛋白质的高级结构了解不够，D错误。12．如图是科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠—人嵌合抗体的过程。下列有关说法错误的是()A．生产鼠—人嵌合抗体的过程属于蛋白质工程B．对鼠源杂交瘤抗体进行改造的难点是设计嵌合抗体的空间结构C．对鼠源杂交瘤抗体进行改造，是通过基因定点诱变技术改造基因实现的D．鼠—人嵌合抗体的使用对人体的副作用减少答案C解析对鼠源杂交瘤抗体进行改造，首先要根据预期嵌合抗体功能(或蛋白质功能)，设计嵌合抗体结构，然后通过基因拼接，将鼠源抗体基因改造成鼠—人嵌合抗体基因，最后导入鼠淋巴细胞中表达，而不是通过基因定点诱变技术改造基因实现的，C错误。13．赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。某农科所科技人员欲通过将玉米某种蛋白酶改造成“M酶”，从而大大提高玉米种子中赖氨酸的含量，以期待培育出高赖氨酸玉米新品种。请回答下列问题：(1)科技人员先从“提高玉米种子中赖氨酸的含量”这一功能出发，预期构建出________的结构，再推测出相对应目的基因的____________序列，最终合成“M酶”基因。(2)科技人员获得“M酶”基因后，常利用__________技术在体外将其大量扩增，此过程需要一种特殊的酶是________________________________。(3)“M酶”基因只有插入______________________________，才能确保“M酶”基因在玉米细胞中稳定遗传。科技人员将“M酶”基因导入玉米细胞中需要借助________的运输。(4)依据________________________的原理，可将含有“M酶”基因的玉米细胞培育成转“M酶”基因的玉米植株。为了确保育种成功，科技人员需要通过________________________，从个体水平加以鉴定。答案(1)“M酶”脱氧核苷酸(2)PCR耐高温的DNA聚合酶(或TaqDNA聚合酶)(3)玉米细胞的染色体DNA中载体(4)植物细胞具有全能性测定玉米种子中赖氨酸的含量14．(2022·湖南，22)水蛭是我国的传统中药材，主要药理成分水蛭素为水蛭蛋白中重要成分之一，具有良好的抗凝血作用。拟通过蛋白质工程改造水蛭素结构，提高其抗凝血活性。回答下列问题：(1)蛋白质工程流程如图所示，物质a是_________________，物质b是__________。在生产过程中，物质b可能不同，合成的蛋白质空间构象却相同，原因是_______________________。(2)蛋白质工程是基因工程的延伸，基因工程中获取目的基因的常用方法有_______________、______________________________________________________________和利用PCR技术扩增。PCR技术遵循的基本原理是___________________________________。(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，分析水解产物中的肽含量及其抗凝血活性，结果如图所示。推测两种处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的______(填“种类”或“含量”)有关，导致其活性不同的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若要比较蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素的抗凝血活性差异，简要写出实验设计思路。_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)氨基酸序列(多肽链)mRNA密码子的简并性(2)从基因文库中获取目的基因通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成DNA半保留复制(3)种类提取的水蛭蛋白的酶解时间和处理的酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏(4)取3支试管，分别加入等量的蛋白质工程改造后的水蛭素、上述水蛭蛋白酶解产物和天然水蛭素；用酒精消毒，用注射器取同一种动物(如家兔)血液，立即将等量的血液加入1、2、3号三支试管中，静置相同时间，统计三支试管中血液凝固时间解析(3)将提取的水蛭蛋白经甲、乙两种蛋白酶水解后，据题图可知，水解产物中的肽含量随着酶解时间的延长均上升，且差别不大。水解产物中抗凝血活性有差异，经酶甲处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后相对稳定；经酶乙处理后，随着酶解时间的延长，抗凝血活性先上升后下降。经酶甲处理后的酶解产物的抗凝血活性最终高于经酶乙处理后的酶解产物的抗凝血活性，且差异明显。据此推测两种酶处理后酶解产物的抗凝血活性差异主要与肽的种类有关，导致其活性不同的原因是提取的水蛭蛋白的酶解时间和酶的种类不同，导致水蛭蛋白空间结构有不同程度破坏。章末检测试卷(三)(满分：100分)一、选择题(本题包括18小题，每小题3分，共54分)1．(2023·江苏泰州高二模拟)下列有关酶的叙述，正确的是()A．DNA连接酶以DNA的一条链为模板，将单个脱氧核苷酸连接起来B．限制性内切核酸酶识别特定的核苷酸序列并在特定位点切割DNA分子C．DNA聚合酶可将两个DNA分子片段连接起来D．逆转录酶是以RNA为模板指导核糖核苷酸连接合成DNA的酶答案B解析DNA连接酶连接两个DNA分子片段，A错误；DNA聚合酶催化脱氧核苷酸形成长链，C错误；逆转录酶是以RNA为模板指导脱氧核苷酸连接合成DNA的酶，D错误。2．基因工程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—。根据图示判断，下列操作正确的是()A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割C．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割D．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割答案C解析限制酶Ⅱ也能将限制酶Ⅰ识别序列切割，而限制酶Ⅰ不能将限制酶Ⅱ的识别序列切割。获得目的基因需将目的基因两端切割，所以用限制酶Ⅱ切割；切割质粒只需切出一个切口，且用限制酶Ⅱ会同时破坏两个标记基因，不利于后期筛选目的细胞，所以用限制酶Ⅰ切割，故选C。3．如图为某质粒限制酶酶切图谱。某基因不含图中限制酶识别序列。为使PCR扩增的该基因与该质粒构建重组质粒，则扩增的该基因两端需分别引入哪两种限制酶的识别序列()A．NdeⅠ和BamHⅠ B．NdeⅠ和XbaⅠC．XbaⅠ和BamHⅠ D．EcoRⅠ和KpnⅠ答案A解析构建重组质粒时，要将目的基因插入到启动子和终止子之间，而且不能破坏启动子、终止子、复制原点、抗生素抗性基因等部位。故只能选用NdeⅠ和BamHⅠ切割质粒和含目的基因的DNA片段，因此在PCR扩增的该基因的两端需分别引入NdeⅠ和BamHⅠ两种限制酶的识别序列。4．(2023·贵州遵义高二检测)下列与DNA粗提取和鉴定有关的叙述，正确的是()A．预冷的酒精可使DNA更容易析出B．DNA在2mol·L－1的NaCl溶液中溶解度较低C．鉴定粗提取的DNA时，对照组与实验组的区别是加不加二苯胺试剂D．用同样方法从等体积兔血和鸡血中提取的DNA量相近答案A解析DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同，在2mol·L－1的NaCl溶液中溶解度较高，B错误；鉴定粗提取的DNA时，对照组与实验组的区别是加不加DNA，两组都需要加二苯胺试剂，C错误；哺乳动物成熟的红细胞中无细胞核和众多细胞器，不能提取到DNA，故兔血不宜作为该实验的实验材料，D错误。5.科学家设法将生长激素基因导入其他生物体(细胞)内，从而获取大量的生长激素，应用于侏儒症的早期治疗。部分过程如图所示，下列有关分析错误的是()A．人的生长激素mRNA只能从人的垂体细胞中提取B．过程①需要逆转录酶的参与C．过程②之前可用同一种限制性内切核酸酶处理目的基因和质粒D．人的生长激素基因可以导入其他生物细胞内，说明生物之间共用一套遗传密码答案D解析人的生长激素基因可以在其他生物细胞内表达出人的生长激素，说明生物之间共用一套遗传密码，D错误。6．(2023·河北邯郸高二诊断)下列有关抗虫基因表达载体的叙述，正确的是()A．切割含抗虫基因的DNA片段和载体必须用同一种限制酶B．抗虫基因表达载体中要有启动子和终止密码子C．抗虫基因表达载体必须具备标记基因，其作用是筛选含有目的基因的受体细胞D．抗虫基因的表达启动于复制原点答案C解析切割含抗虫基因的DNA片段和载体可以用不同的限制酶，只要切割出的黏性末端相同即可，A错误；抗虫基因表达载体必须具备启动子和终止子，终止密码子位于mRNA上，B错误；抗虫基因的表达开始于启动子，D错误。7．如图1为某种质粒简图，图2表示某外源DNA上的目的基因，小箭头所指分别为限制性内切核酸酶EcoRⅠ、BamHⅠ、HindⅢ的酶切位点。下列有关叙述错误的是()A．在基因工程中若只用一种限制酶完成对质粒和外源DNA的切割，则可选EcoRⅠB．如果将一个外源DNA分子和一个质粒分别用EcoRⅠ酶切后，再用DNA连接酶连接，形成一个含有目的基因的重组DNA，此重组DNA中EcoRⅠ酶切位点有1个C．为了防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化，酶切时可使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理D．一个图1所示的质粒分子经EcoRⅠ切割后，含有2个游离的磷酸基团答案B解析目的基因两侧都有，且质粒也有的限制酶是EcoRⅠ，所以在基因工程中若只用一种限制酶完成对质粒和外源DNA的切割，可选EcoRⅠ，A正确；如果将一个外源DNA分子和一个质粒分别用EcoRⅠ酶切后，再用DNA连接酶连接，形成一个含有目的基因的重组DNA，此重组DNA中EcoRⅠ酶切位点有2个，B错误；为了防止质粒和含目的基因的外源DNA片段自身环化，酶切时可使用BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理，C正确；一个图1所示的质粒分子经EcoRⅠ切割后，产生两个黏性末端，含有2个游离的磷酸基团，D正确。8．如图为利用生物技术获得生物新品种的过程，下列有关说法错误的是()A．a→b过程中一般用4种脱氧核苷酸为原料，并加入两种引物B．b→c为转基因绵羊的培育过程，常选用的受体细胞是受精卵C．a→b过程利用了DNA半保留复制的原理，需要使用RNA聚合酶D．b→d为转基因植物的培育过程，其中④过程常用的方法是农杆菌转化法答案C解析a→b过程是多聚酶链式反应扩增DNA片段的过程，利用了DNA半保留复制的原理，需要使用耐高温的DNA聚合酶，C错误。9．(2023·安徽六安高二期末)有些膀胱上皮细胞可以产生一种称为尿血小板溶素的膜蛋白。科学家将人的生长激素基因插入小鼠基因组内制成膀胱生物反应器，使小鼠膀胱可以合成人的生长激素，并分泌到尿液中。下列有关说法正确的是()A．人的生长激素基因只存在于小鼠的膀胱上皮细胞中B．需要将尿血小板溶素基因与生长激素基因的启动子重组在一起C．需用显微注射法将基因表达载体导入膀胱上皮细胞中D．只在小鼠细胞中检测到人的生长激素基因，不能说明该技术已获得成功答案D解析人的生长激素基因存在于小鼠所有细胞中，但只在小鼠的膀胱上皮细胞中表达，A错误；需要将生长激素基因与尿血小板溶素基因的启动子重组在一起，B错误；需用显微注射法将基因表达载体导入小鼠的受精卵中，C错误。10．某研究小组为了研制预防禽流感病毒的疫苗，开展了前期研究工作。其简要的操作流程如图所示。下列有关叙述错误的是()eq\x(禽流感病毒)eq\o(→,\s\up7(提取))eq\x(RNA)eq\o(→,\s\up7(①))eq\x(DNA)eq\o(→,\s\up7(选择性),\s\do5(扩增))eq\x(Q基因)eq\o(→,\s\up7(②))eq\x(携带Q基因的重组质粒)eq\o(→,\s\up7(③))eq\x(导入大肠杆菌)eq\o(→,\s\up7(④))eq\x(表达Q蛋白)A．步骤①所代表的过程是逆转录B．步骤②需使用限制性内切核酸酶和DNA连接酶C．步骤③可用Ca2＋处理大肠杆菌，使细胞从一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态恢复到常态D．答案C解析步骤③可用Ca2＋处理大肠杆菌，使其从常态转化为一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，C错误。11．(2023·江苏徐州高二期中)科学家为提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸替换为异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺替换为异亮氨酸。下列有关说法正确的是()A．蛋白质工程和基因工程的根本区别是操作对象的差异B．对天冬氨酸激酶的改造需要以基因工程为基础C．蛋白质工程操作过程中，不需要酶和载体作为工具D．经改造后的玉米赖氨酸含量提高这一性状不可遗传答案B解析蛋白质工程和基因工程的操作对象都是基因，A错误；蛋白质工程的操作对象是基因，故需要酶和载体作为工具，C错误；蛋白质工程的操作对象是基因，经改造后的玉米赖氨酸含量提高这一性状是可以遗传的，D错误。12．胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图推断，下列相关说法不正确的是()A．新的胰岛素的预期功能是构建新胰岛素结构模型的主要依据B．通过人工合成形成的新基因应与原基因结合后转移到大肠杆菌等受体细胞中才能得到准确表达C．D．图中合成出新的胰岛素基因最关键的一步是构建新的胰岛素模型答案B解析通过人工合成形成的新基因应与载体构建基因表达载体，之后再导入受体细胞中使之得以表达，B错误。13．基因编辑是指将外源DNA片段导入到细胞染色体特定位点或删除基因内部的片段，定点改造基因，获得预期的生物体基因序列发生遗传改变的技术。如图是对某生物B基因进行编辑的过程，该过程中用sgRNA可指引Cas9酶(一种能切割DNA的酶)结合到特定的切割位点。下列叙述正确的是()A．sgRNA是合成Cas9酶的模板B．sgRNA的碱基序列与靶基因碱基序列能够全部互补C．Cas9酶可在特定切割位点断裂核苷酸之间的磷酸二酯键D．B基因被编辑后因不能转录而无法表达相关蛋白质答案C解析据题干和图示可知，sgRNA是一段单链RNA，可指引Cas9酶结合到特定的切割位点，A错误；靶基因部分碱基序列与sgRNA的碱基序列互补，B错误；Cas9酶可在特定切割位点进行切割，使相应部位的核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，C正确；被编辑后的B基因仍能进行转录，D错误。14．如图1表示某DNA片段及限制酶酶切位点，用限制酶XhoⅠ和SalⅠ分别处理该DNA片段后，酶切产物电泳分离的结果如图2所示。下列叙述错误的是()A．不同的限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同B．限制酶XhoⅠ与限制酶SalⅠ识别的核苷酸序列不同C．泳道①②分别是限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ处理得到的产物D．用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段，可得到6种电泳产物答案C解析不同的限制酶识别的序列不同，但可能会产生相同的黏性末端，A正确；由题图分析可知，泳道①②分别是限制酶SalⅠ和限制酶XhoⅠ处理得到的产物，C错误；用限制酶XhoⅠ和限制酶SalⅠ同时处理该DNA片段，该片段共有5个酶切位点，可得到6种电泳产物，D正确。15．如图为利用基因工程培育抗虫植株的示意图。下列相关叙述不正确的是()A．②的构建需要限制性内切核酸酶和DNA连接酶参与B．③侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到④的染色体上C．即使④的染色体上含抗虫基因，⑤也不一定能表现出抗虫性状D．⑤只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异答案B解析构建重组质粒需要用到限制性内切核酸酶和DNA连接酶，A正确；含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒的T－DNA整合到受体细胞的染色体DNA上，B错误；导入受体细胞的目的基因表达后，转基因植株方能表现出相应性状，若目的基因在受体细胞中不表达，转基因植株不能表现出相应性状，C正确；⑤表现出抗虫性状，则表明该植株细胞发生了基因重组，基因重组是可遗传变异，D正确。16．研究人员通过RNA沉默技术，特异性降低苹果细胞内多酚氧化酶基因的表达水平，使苹果被切开后即使长时间暴露在空气中也不会被氧化褐变。如图是此过程原理示意图，下列有关叙述不正确的是()A．细胞内多酚氧化酶基因的表达包括图示中的①②过程B．将目的基因成功导入苹果细胞中需限制酶、DNA连接酶和RNA聚合酶C．“RNA沉默”的含义是mRNA不能翻译产生多酚氧化酶D．目的基因的表达序列与多酚氧化酶基因的表达序列互补，且要同时在同一细胞内表达答案B解析图示中的①②过程分别为转录、翻译，多酚氧化酶基因的表达指多酚氧化酶基因控制多酚氧化酶合成的过程，需要经过转录、翻译两个过程，A正确；将目的基因成功导入苹果细胞中需要构建基因表达载体，该过程需要限制酶和DNA连接酶，不需要RNA聚合酶，B错误；据图分析可知，目的基因转录形成的mRNA可以和多酚氧化酶基因转录形成的mRNA互补配对，形成RNA双链，使mRNA不能与核糖体结合，从而阻止了翻译过程，C正确；使目的基因转录形成的mRNA和多酚氧化酶基因转录形成的mRNA互补配对，应使目的基因的表达序列与多酚氧化酶基因的表达序列互补，且要同时在同一细胞内表达，D正确。17．(2023·河南开封高二期中)引物的设计是影响PCR扩增反应的效率和特异性的关键因素。下列相关叙述正确的是()A．引物的碱基数量越少则复性温度越低，目标DNA获得率越高B．根据需要可在引物的5′端添加限制酶识别序列、点突变序列等C．两种引物的复性温度差异较大，可减少引物与模板的非特异性结合D．引物的G、C含量越高，结合特异性越强，越利于目标DNA的扩增答案B解析引物的碱基数量越少则复性温度越低，特异性越弱，目标DNA获得率越低，A错误；两种引物的复性温度差异较大，导致不能同时复性，会增加引物与模板的非特异性结合，C错误；引物的G、C含量越高，结合特异性越强，但G、C过高，不利于复性，不利于目标DNA的扩增，D错误。18．(2023·河北保定高二联考)亚洲棉的突变型光籽和野生型毛籽是一对相对性状，研究发现，亚洲棉某突变体的光籽表型与8号染色体的～880kb至～903kb区间相关，研究人员根据野生型毛籽棉的该区间设计连续的重叠引物进行PCR，扩增后电泳结果如图所示。下列有关说法不正确的是()A．提取该突变体和野生型亚洲棉的8号染色体上的DNA进行PCR扩增B．图中PCR产物的鉴定是通过琼脂糖凝胶电泳来进行的C．据图分析可知，相对分子质量较大的扩增产物与点样处的距离较近D．该突变体出现的根本原因是引物6对应区间发生了碱基对的替换答案D解析由于8号染色体的～880kb至～903kb区间与突变体的光籽表型相关，故提取突变体和野生型的8号染色体上的DNA进行PCR扩增，A正确；题图中PCR产物的鉴定是通过琼脂糖凝胶电泳来进行的，相对分子质量较大的扩增产物迁移速率较慢，与点样处的距离较近，B、C正确；根据题图所示，野生型和突变体经引物6扩增的产物不同，其中突变体的相应扩增产物较大，故可推知8号染色体上的引物6对应的区间发生碱基对的插入是该突变体光籽性状出现的根本原因，D错误。二、非选择题(本题包括4小题，共46分)19．(9分)将乙肝病毒表面抗原基因导入草莓细胞中，由此可获得用来预防乙肝的一种新型疫苗，为预防乙肝开辟了一条新途径。请回答下列问题：(1)获得乙肝病毒表面抗原基因后，常利用____________技术进行扩增。把基因转入农杆菌内(2)使用农杆菌将乙肝病毒表面抗原基因导入草莓细胞中，农杆菌中的Ti质粒上的T－DNA可将乙肝病毒表面抗原基因转移至草莓细胞中的____________上。目的基因进入草莓细胞内并在草莓细胞内维持稳定和表达，这个过程称为______________________________________。(3)在基因工程操作过程中，需要用__________酶和__________酶构建基因表达载体，基因表达载体要有________________，以便筛选出含有目的基因的受体细胞。(4)在分子水平上，可采用______________的方法来检测转基因草莓果实提取液中有无相应的抗原。答案(1)PCRCa2＋(2)染色体DNA转化(3)限制DNA连接标记基因(4)抗原—抗体杂交20．(11分)(2023·四川内江高二期中)近十年来，PCR技术(聚合酶链式反应)成为分子生物学实验室里的一种常规手段，其原理是利用DNA半保留复制，在试管中进行DNA的人工复制(如图)，在很短的时间内，将DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验所需要的遗传物质不再受限于活的生物体。回答下列问题：(1)加热至94℃的目的是打开________键，这一步称为变性。(2)当温度降低时，引物与模板__________端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成两个DNA分子。(3)PCR技术的必要条件，除了模板、原料、能量、酶以外，至少还需要三个条件，即：液体环境、适宜的________和________，前者由PCR仪自动调控，后者则靠________来维持。(4)DNA的复制需要引物，其主要原因是________________________________________。复性温度的设置跟引物有关，________________________________________，复性温度设定越高；若复性温度太低，会造成________________________，不但会造成非目标DNA片段多，而且会出现无序扩增。答案(1)氢(2)3′(3)温度酸碱度缓冲液(4)DNA聚合酶只能从3′端延伸DNA链引物越长、引物中G、C含量越高引物的特异性下降21．(12分)(2023·河北石家庄高二调研)如图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，载体质粒P0具有四环素抗性基因(TetR)和氨苄青霉素抗性基因(AmpR)。请回答下列问题：(1)EcoRⅤ酶切位点为eq\a\vs4\al\co1(…GAT↓ATC…,…CTA↑TAG…)，EcoRⅤ酶切出来的线性载体P1为________末端。(2)用TaqDNA聚合酶进行PCR扩增获得的目的基因片段，其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理，在两端各添加了一个碱基为________的脱氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在______________酶作用下，形成重组质粒P3。(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平板进行筛选，得到A、B、C三类菌落，其生长情况如表(“