2025版高考生物一輪復習真題精練第十一章生物技術(shù)與工程第41練基因工程及生物技術(shù)的安全性和倫理問題課件

第41練

基因工程及生物技術(shù)的安全性和倫理問題1[2021湖北·16,2分,難度★★☆☆☆]某實驗利用PCR技術(shù)獲取目的基因,實驗結(jié)果顯示除目的基因條帶(引物與模板完全配對)外,還有2條非特異條帶(引物和模板不完全配對)。為了減少反應中非特異條帶的產(chǎn)生,以下措施中有效的是 (

)A.增加模板DNA的量B.延長熱變性的時間C.延長延伸的時間D.提高復性的溫度D【解析】

PCR過程中,引物和模板不完全配對會形成非特異條帶,增加模板DNA的量不會減少反應中非特異條帶的產(chǎn)生,A項錯誤;延長熱變性的時間,有利于雙鏈DNA解聚為單鏈,不能減少反應中非特異條帶的產(chǎn)生,B項錯誤;延長延伸的時間,有利于合成新的DNA鏈,但不能減少反應中非特異條帶的產(chǎn)生,C項錯誤;在一定溫度范圍內(nèi),選擇較高的復性溫度可減少引物和模板間的非特異性結(jié)合,D項正確。2[2023廣東·11,2分,難度★★☆☆☆]“DNA粗提取與鑒定”實驗的基本過程是:裂解→分離→沉淀→鑒定。下列敘述錯誤的是 (

)A.裂解:使細胞破裂釋放出DNA等物質(zhì)B.分離:可去除混合物中的多糖、蛋白質(zhì)等C.沉淀:可反復多次以提高DNA的純度D.鑒定:加入二苯胺試劑后即呈現(xiàn)藍色D【解析】

DNA粗提取與鑒定實驗的基本過程是:裂解→分離→沉淀→鑒定。裂解的目的是使細胞破裂,釋放出DNA等物質(zhì),A正確。DNA不溶于酒精,但某些蛋白質(zhì)溶于酒精,利用這一原理,可以初步分離DNA與蛋白質(zhì)等,DNA分離過程中混合物中的多糖、蛋白質(zhì)等可被去除,B正確。DNA在不同濃度的NaCl溶液中溶解度不同,通過控制NaCl溶液的濃度去除雜質(zhì),可反復多次以提高DNA的純度,C正確。進行DNA鑒定時可以使用二苯胺試劑,但要進行沸水浴加熱后才能觀察到顏色變化,D錯誤。3[2021遼寧·14,2分,難度★★★☆☆]腈水合酶(N0)廣泛應用于環(huán)境保護和醫(yī)藥原料生產(chǎn)等領(lǐng)域,但不耐高溫。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽,可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶(N1)。下列有關(guān)敘述錯誤的是 (

)A.N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一B.加入連接肽需要通過改造基因?qū)崿F(xiàn)C.獲得N1的過程需要進行轉(zhuǎn)錄和翻譯D.檢測N1的活性時先將N1與底物充分混合,再置于高溫環(huán)境D【解析】

據(jù)題意可知,利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在N0的α和β亞基之間加入一段連接肽,可獲得熱穩(wěn)定的融合型腈水合酶(N1),故N1與N0氨基酸序列的差異是影響其熱穩(wěn)定性的原因之一,A正確;改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)需要通過改造基因來實現(xiàn),B正確;利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)獲得N1的過程涉及轉(zhuǎn)錄和翻譯,C正確;檢測N1的活性時,應先將N1置于高溫環(huán)境中,再將其與底物充分混合,D錯誤。4[2022遼寧·12,2分,難度★★★☆☆]科技發(fā)展抗蟲和耐除草劑玉米雙抗12-5是我國自主研發(fā)的轉(zhuǎn)基因品種。為給監(jiān)管轉(zhuǎn)基因生物安全提供依據(jù),采用PCR方法進行目的基因監(jiān)測,反應程序如圖所示。下列敘述正確的是(

)A.預變性過程可促進模板DNA邊解旋邊復制B.后延伸過程可使目的基因的擴增更加充分C.延伸過程無需引物參與即可完成半保留復制D.轉(zhuǎn)基因品種經(jīng)檢測含有目的基因后即可上市B【解析】

預變性的溫度為94℃,在這個溫度下,雙鏈DNA解旋為單鏈,但模板鏈不易和引物結(jié)合,不能進行復制,A錯誤。延伸的目的是合成新的子鏈,后延伸延長了延伸時間,使目的基因的擴增更加充分,B正確。延伸過程需要引物與模板鏈結(jié)合,在引物的3'端加上相應的核苷酸,C錯誤。轉(zhuǎn)基因品種經(jīng)檢測含有目的基因且已經(jīng)表達使生物體表現(xiàn)出相應性狀后,還需要經(jīng)過一系列的安全性評價,符合相應標準后才能上市,D錯誤。5[2023湖北·4,2分,難度★★★☆☆]用氨芐青霉素抗性基因(AmpR)、四環(huán)素抗性基因(TetR)作為標記基因構(gòu)建的質(zhì)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(zhì)粒,構(gòu)建基因表達載體(重組質(zhì)粒),并轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄的產(chǎn)物可能不同B.若用PνuⅠ酶切,在含Tet(四環(huán)素)培養(yǎng)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(shù)鑒定重組質(zhì)粒構(gòu)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(yǎng)基中能形成菌落D【解析】

若用HindⅢ酶切質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段,用DNA連接酶將兩者連接成重組質(zhì)粒,目的基因和質(zhì)粒有正向連接和反向連接兩種連接形式,因此,目的基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物可能不同,A正確;若用PvuⅠ酶切,會破壞氨芐青霉素抗性基因,在含Tet(四環(huán)素)培養(yǎng)基中的菌落可能是含有目的基因的重組質(zhì)粒,也可能是質(zhì)粒自身連接的普通質(zhì)粒,因此,在含Tet(四環(huán)素)培養(yǎng)基中的菌落,不一定含有目的基因,B正確;若用SphⅠ酶切,由于重組質(zhì)粒和普通質(zhì)粒的堿基對數(shù)不同,因此可通過DNA凝膠電泳技術(shù)鑒定重組質(zhì)粒構(gòu)建成功與否,C正確;若用SphⅠ酶切,會破壞四環(huán)素抗性基因,氨芐青霉素抗性基因不受影響,因此攜帶目的基因的受體菌在含Amp(氨芐青霉素)的培養(yǎng)基中能形成菌落,不能在含Tet(四環(huán)素)的培養(yǎng)基中形成菌落,D錯誤。6[2022廣東·22,12分,難度★★★★☆]傳統(tǒng)文化“綠水逶迤去,青山相向開?！贝罅Πl(fā)展低碳經(jīng)濟已成為全社會的共識?；谀承┧缶奶厥獯x能力,有研究者以某些工業(yè)廢氣(含CO2等一碳溫室氣體,多來自高污染排放企業(yè))為原料,通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丙酮,構(gòu)建一種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)?；卮鹣铝袉栴}:(1)研究者針對每個需要擴增的酶基因(如圖)設(shè)計一對

,利用PCR技術(shù),在優(yōu)化反應條件后擴增得到目標酶基因。

(2)研究者構(gòu)建了一種表達載體pMTL80k,用于在梭菌中建立多基因組合表達庫,經(jīng)篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動子、終止子及抗生素抗性基因等,其中抗生素抗性基因的作用是

,終止子的作用是

。

(3)培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達上述酶蛋白時,出現(xiàn)了生長遲緩的現(xiàn)象,推測其原因可能是

,此外丙酮的積累會傷害細胞,需要進一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴大應用規(guī)模。

(4)這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù),實現(xiàn)了

,體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟的特點。從“碳中和”的角度看,該技術(shù)的優(yōu)勢在于

。

,具有廣泛的應用前景和良好的社會效益。

【參考答案】(每空2分)(1)引物(2)作為標記基因,篩選含有目的基因的受體細胞終止轉(zhuǎn)錄,使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下來(3)二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮,而不是用于重組梭菌的生長(4)廢物的資源化不僅不排放二氧化碳,而且還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳【解題思路】(1)利用PCR技術(shù)擴增目標酶基因的前提是根據(jù)目標酶基因兩端的堿基序列設(shè)計一對引物。(2)基因表達載體中,抗生素抗性基因作為標記基因,可用于鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。終止子相當于一盞紅色信號燈,可使轉(zhuǎn)錄在所需要的地方停下來。(3)重組梭菌可大量表達題述酶蛋白,在這些酶蛋白的作用下,二氧化碳等氣體用于大量合成丙酮,而不是用于重組梭菌的生長,所以重組梭菌大量表達題述酶蛋白會導致其生長遲緩。(4)根據(jù)題意可知,這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù),以高污染排放企業(yè)排出的二氧化碳等一碳溫室氣體為原料生產(chǎn)丙酮,實現(xiàn)了廢物的資源化,體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟的特點。從“碳中和”的角度看,利用該技術(shù)生產(chǎn)丙酮的過程中不僅不排放二氧化碳,還可以消耗工業(yè)廢氣中的二氧化碳,有利于減緩溫室效應,并實現(xiàn)較高的經(jīng)濟效益,具有廣泛的應用前景和良好的社會效益。7[2021河北·24,15分,難度★★★★★]責任與擔當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(shù)將土壤中的Cd富集到植物體內(nèi),進行后續(xù)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(zhuǎn)運蛋白(YCF1)基因?qū)胧茉囍参?并檢測了相關(guān)指標?；卮鹣铝袉栴}:(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(zhì)粒構(gòu)建重組載體時,所需要的兩種酶是

。

。構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jù)圖1可知,與野生型比,轉(zhuǎn)基因植株對Cd具有更強的

(填“耐性”或“富集能力”)；據(jù)圖2可知,對轉(zhuǎn)基因植株的

進行后續(xù)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(zhuǎn)基因植物細胞的液泡膜上。據(jù)此分析,轉(zhuǎn)基因楊樹比野生型能更好地適應高Cd環(huán)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(yōu)勢在于

。

(寫出兩點即可)。

【參考答案】(除標明外,每空2分)(1)基因組文庫(1分)(2)限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來(3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法(1分)防止目的基因侵入非轉(zhuǎn)基因植株中造成基因污染(4)耐性(1分)葉(5)YCF1是Cd轉(zhuǎn)運蛋白,轉(zhuǎn)基因植株可將大量的Cd轉(zhuǎn)入液泡內(nèi),增加細胞液濃度,吸水能力提高根系發(fā)達、生命力強【解題思路】(1)將酵母細胞的全部DNA提取出來,切割成一定大小范圍DNA,然后與載體連接,導入受體菌的群體中儲存,這個群體包含了酵母細胞的所有基因,叫基因組文庫。(2)將目的基因和運載體連接構(gòu)建重組載體時,所需的兩種酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶。標記基因的作用是鑒別受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。(3)將目的基因?qū)腚p子葉植物最常用的方法是農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法。采用不育楊樹株系作為實驗材料的目的是防止目的基因侵入非轉(zhuǎn)基因植株中造成基因污染。(4)據(jù)圖1可知,與野生型比,轉(zhuǎn)基因植株在Cd污染的土壤中干重更高,說明轉(zhuǎn)基因植株對Cd具有更強的耐性。

據(jù)圖2可知,轉(zhuǎn)基因植株的葉中Cd的含量較高,因此對轉(zhuǎn)基因植株的葉進行后續(xù)處理對于緩解土壤Cd污染最為方便有效。(5)據(jù)題意可知,YCF1是Cd轉(zhuǎn)運蛋白,轉(zhuǎn)基因植株可將大量的Cd轉(zhuǎn)入液泡內(nèi),增加細胞液濃度,吸水能力提高,能更好地適應高Cd環(huán)境的土壤。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(yōu)勢在于楊樹根系發(fā)達、生命力強等。8[2022山東·25,12分,難度★★★★★]要求寫出修改方案、推測治病機理,開放性較強,引導靈活運用所學知識某種類型的白血病由蛋白P引發(fā),蛋白UBC可使P被蛋白酶識別并降解,藥物A可通過影響這一過程對該病起到治療作用。為探索藥物A治療該病的機理,需構(gòu)建重組載體以獲得融合蛋白FLAG-P和FLAG-P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P,FLAG是一種短肽,連接在P或P△的氨基端,使融合蛋白能與含有FLAG抗體的介質(zhì)結(jié)合,但不影響P或P△的功能。(1)為構(gòu)建重組載體,需先設(shè)計引物,通過PCR特異性擴增P基因。用于擴增P基因的引物需滿足的條件是

。為使PCR產(chǎn)物能被限制酶切割,需在引物上添加相應的限制酶識別序列,該限制酶識別序列應添加在引物的

(填“3'端”或“5'端”)。

(2)PCR擴增得到的P基因經(jīng)酶切連接插入載體后,與編碼FLAG的序列形成一個融合基因,如圖甲所示,其中“ATGTGCA”為P基因編碼鏈起始序列。將該重組載體導入細胞后,融合基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA序列正確,翻譯出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正確,但P基因?qū)陌被嵝蛄信cP不同。據(jù)圖甲分析,出現(xiàn)該問題的原因是

。修改擴增P基因時使用的帶有EcoRⅠ識別序列的引物來解決該問題,具體修改方案是

。

(3)融合蛋白表達成功后,將FLAG-P、FLAG-P△、藥物A和UBC按照圖乙中的組合方式分成5組。各組樣品混勻后分別流經(jīng)含F(xiàn)LAG抗體的介質(zhì),分離出與介質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)并用UBC抗體檢測,檢測結(jié)果如圖丙所示。已知FLAG-P和FLAG-P△不能降解UBC,由①②③組結(jié)果的差異推測,藥物A的作用是

;由②④組或③⑤組的差異推測,P△中缺失的特定序列的作用是

。

(4)根據(jù)以上結(jié)果推測,藥物A治療該病的機理是

。

【參考答案】(1)能與P基因母鏈的一段堿基序列互補配對、短單鏈核酸(2分)

5'端(2分)(2)P基因編碼鏈的第一個堿基A與EcoRⅠ識別序列的最后兩個堿基TC編碼一個氨基酸,導致mRNA的密碼子被錯位讀取(2分)在引物中的

EcoRⅠ識別序列3'端添加1個堿基(2分)(3)增強FLAG-P與UBC的結(jié)合(1分)參與P與UBC的結(jié)合(1分)(4)藥物A通過增強P與UBC結(jié)合促進P降解(2分)【解題思路】(1)引物是一小段能與DNA母鏈的一段堿基序列互補配對的短單鏈核酸,且DNA復制時,子鏈的延伸方向為5'→3',因此用于擴增P基因