2020新课标高考生物二轮专题限时集训16基因工程、细胞工程、胚胎工程及生物技术的安全性（Word版附解析）

专题限时集训(十六) (时间：40 分钟　满分：100 分) (对应学生用书第 164 页) 一、选择题(每小题 5 分，共 15 分) 1．(2019·天津高考模拟)为增加玉米抗旱性，研究者构建含有某微生物抗旱基 因 E 的重组质粒，采用农杆菌转化法转入玉米幼胚组织细胞中，用 E 蛋白的抗体 进行抗原－抗体杂交检测后，经进一步鉴定，筛选出抗旱的转基因玉米。下列相 关叙述错误的是(　　) A．提取该微生物 mRNA 反转录为 cDNA，通过 PCR 可获得大量目的基因 B．将重组质粒置于经 CaCl2 处理的农杆菌悬液中，可获得转化的农杆菌 C．用农杆菌转化法将 E 基因转入玉米幼胚组织细胞后经组织培养获得转基 因植株 D．用 E 蛋白的抗体进行抗原－抗体杂交，可在个体水平检测转基因玉米的 抗旱性状 D　[可以提取该微生物 mRNA 反转录为 cDNA，通过 PCR 可获得大量目的 基因，A 正确；将重组质粒置于经 CaCl2 处理的农杆菌悬液中，感受态细胞容易 吸收周围环境的中的 DNA，从而获得转化的农杆菌，B 正确；用农杆菌转化法将 E 基因转入玉米幼胚组织细胞后，再经过脱分化和再分化即组织培养获得转基因植 株，C 正确；用 E 蛋白的抗体进行抗原－抗体杂交，可在分子水平检测转基因玉 米的抗旱性状，D 错误。因此，本题答案选 D。] 2．(2019·江苏高考模拟)下列有关动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误 的是(　　) A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基中的成分不同 B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶 C．动物细胞培养可用于检测有毒物质，茎尖组织培养可获得脱毒植株 D．烟草叶片离体培养能产生新个体，小鼠杂交瘤细胞培养能得到细胞代谢产 物 B　[A.动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同，动物细胞培养采用的 是液体培养基，植物组织培养采用的是固体培养基，A 正确；B.动物细胞培养需要用胰蛋白酶处理，但植物组织培养过程不需要用胰蛋白酶处理，B 错误；C.动物细 胞培养可以用于检测有毒物质，茎尖(几乎不含病毒)经植物组织培养可获得脱毒植 株，C 正确。D.植物细胞具有全能性，因此烟草叶片离体培养能产生新个体，小 鼠杂交瘤细胞可以在体外培养条件下无限增殖，因此小鼠杂交瘤细胞可离体培养 增殖得到细胞代谢产物，D 正确。故选 B。] 3．(2019·江苏高考模拟)下图表示牛胚胎移植的流程，其中①～④表示相应的 操作过程。相关叙述错误的是(　　) A．过程①注射相关激素，使供、受体同期发情 B．过程②注射促性腺激素，以达到超数排卵的目的 C．过程③主要涉及人工授精和从卵巢中冲取胚胎 D．过程④的主要目的是选择适合移植的胚胎 C　[分析题图：图示为牛胚胎移植的流程，其中①表示同期发情处理；②表 示超数排卵；③表示冲卵；④表示胚胎的收集、检查、培养。图中过程①表示供、 受体同期发情处理，该过程需要注射孕激素，A 正确；过程②是注射促性腺激素， 以达到超数排卵，B 正确；过程③主要涉及体内受精和从输卵管中冲取胚胎，C 错 误；过程④的主要目的是选择适合移植的胚胎，D 正确。] 二、非选择题(85 分) 4．(16 分)(2018·全国卷Ⅱ)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出 绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒 的外壳蛋白(L1)基因连接在 GFP 基因的 5′末端，获得了 L1­GFP 融合基因(简称为 甲)，并将其插入质粒 P0，构建了真核表达载体 P1，其部分结构和酶切位点的示 意图如下，图中 E1～E4 四种限制酶产生的黏性末端各不相同。回答下列问题： (1)据图推断，该团队在将甲插入质粒 P0 时，使用了两种限制酶，这两种酶是 ________ 。 使 用 这 两 种 酶 进 行 酶 切 是 为 了 保 证 ________ ， 也 是 为 了 保 证 ___________。 (2)将 P1 转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则 说明 L1 基因在牛的皮肤细胞中完成了________和________过程。 (3)为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细 胞的________移入牛的______________中、体外培养、胚胎移植等。 (4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用 PCR 方法进行 鉴定，在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的________(填“mRNA”“总 RNA” 或“核 DNA”)作为 PCR 模板。 解析：(1)据图示信息分析：将 L1­GFP 融合基因(甲)插入质粒时使用酶 E1 和 E4 进行酶切，既能保证 L1­GFP 融合基因的完整，又能保证 L1­GFP 融合基因与 载体的正确连接。(2)目的基因在受体细胞中的表达包括转录和翻译两个过程。(3) 将体外培养的含有目的基因的动物体细胞核移入该动物的去核卵母细胞中，经过 体外胚胎培养、胚胎移植等技术可获得转基因动物。(4)检测目的基因是否存在于 克隆牛的不同组织细胞中，采用 PCR 技术鉴定时，应以该牛不同组织细胞中的核 DNA 作为 PCR 模板。 答案：(每空 2 分，共 16 分)(1)E1 和 E4　甲的完整　甲与载体正确连接　(2) 转录　翻译　(3)细胞核　去核卵母细胞　(4)核 DNA 5．(10 分)(2019·广东省实验中学高二联考)CRISPR/Cas9 系统基因编辑技术是 近年来颇受关注的一项新技术。该基因表达系统主要包含引导 RNA 和 Cas9 蛋白 两个部分，引导 RNA 能识别并结合特定的 DNA 序列，从而引导 Cas9 蛋白结合 到相应位置并剪切 DNA，最终实现对靶基因序列的编辑。研究人员试图用 CRISPR/Cas9 系统对水稻产量基因 Q 基因进行编辑，请回答下列问题：(1)研究发现，CRISPR/Cas9 仅存在于原核生物，故需借助________技术才能 在水稻细胞中发挥作用。Cas9 蛋白与________酶的功能相似。 (2)首先依据________的部分序列设计 DNA 片段 A(负责编码相应引导 RNA)， 再 将 片 段 A 与 含 有 Cas9 基 因 的 质 粒 B 连 接 ， 以 构 建 编 辑 水 稻 Q 基 因 的 CRISPR/Cas9 系统基因表达载体(如图所示)。位点Ⅰ、位点Ⅱ分别表示________ 酶切位点。 (3)质粒 B 大小为 2.5 kb(位点Ⅰ与位点Ⅱ相隔 60 b)，经酶切后的片段 A 大小 为 0.5 kb(千碱基对)，连接形成的表达载体大小为________kb。 (4)常用农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞，依据农杆菌的侵染特点， 目的基因将插入到 Ti 质粒的________上，经过转化作用，进入水稻细胞，并将其 插入到_____________，从而使其得以维持稳定和表达。 (5)CRISRP/Cas9 基因编辑技术有时存在编辑对象出错而造成脱靶，试从引导 RNA 的角度分析脱靶的原因______________。 解析：(1)若将原核生物的基因导入真核生物中并表达，需要利用基因工程技 术。根据题干信息 Cas9 蛋白结合到相应位置并剪切 DNA，说明 Cas9 蛋白与限制 酶的功能相似。 (2)由于是对水稻产量基因 Q 基因进行编辑，故首先需要依据 Q 基因的部分序 列设计 DNA 片段 A(负责编码相应引导 RNA)，再将片段 A 与含有 Cas9 基因的质 粒 B 连接，以构建编辑水稻 Q 基因的 CRISPR/Cas9 系统基因表达载体(如图所示)。 根据片段 A 两端的限制酶种类以及片段 A 连接在位点Ⅰ、位点Ⅱ之间，可知位点 Ⅰ、位点Ⅱ分别表示 Kpn I 和 BamHⅠ的酶切位点。 (3)质粒 B 大小为 2.5 kb(位点Ⅰ与位点Ⅱ相隔 60 b)，经酶切后的片段 A 大小 为 0.5 kb(千碱基对)，连接形成的表达载体大小为 2.5＋0.5－0.06＝2.94(kb)。(4)常用农杆菌转化法将目的基因导入水稻受体细胞， 由于农杆菌的 Ti 质粒 的 T­DNA 可转移至受体细胞，并整合到受体细胞的染色体 DNA 上，故可将目的 基因插入到 Ti 质粒的 T­DNA 上，经过转化作用，进入水稻细胞，并将其插入到 水稻细胞染色体的 DNA 上，从而使其得以维持稳定和表达。 (5)由于其他 DNA 序列也含有与引导 RNA 互补配对的序列，造成引导 RNA 错误结合，从而导致 CRISRP/Cas9 基因编辑技术会出现编辑对象出错而造成脱靶。 答案：(除特殊说明外，每空 1 分，共 10 分)(1)转基因(或 DNA 重组、基因工 程)　限制 (2)Q 基因　KpnⅠ、BamHⅠ(2 分) (3)2.94 kb　(4)T­DNA　水稻细胞染色体的 DNA 上 (5)其他 DNA 序列也含有与引导 RNA 互补配对的序列，造成引导 RNA 错误 结合而脱靶(2 分) 6．(10 分)(2019·石家庄市高三二模)乙型肝炎病毒(HBV)可引发慢性肝炎、肝 硬化等疾病，乙型肝炎病毒调节蛋白 HBx 对 HBV 复制有重要作用。图 1 表示在 PCR 过程中 HBx 基因与引物的关系，图 2 表示利用中国仓鼠生产乙肝病毒 HBx 蛋白的流程图。回答下列问题： (1)利用 PCR 技术扩增图 1 中 HBx 基因时，在第__________次循环结束后即 可出现两条链等长的目的基因片段。图 2 中②过程需要用到限制酶和 DNA 连接酶， 两种酶作用于________(填“相同”或“不相同”)的化学键。 (2)基因表达载体导入受精卵常用________法，检测 HBx 基因是否转录出 mRNA 时，需要用________做探针，再与相应的物质杂交。 (3)④过程体外受精前需要对精子进行________处理，卵母细胞需要发育到 ________期，才具备与精子受精的能力。⑤过程将获得的早期胚胎移植到经过 ________处理的受体仓鼠子宫内。 (4)在⑤步骤操作前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的 插入而死亡，外源基因插入导致胚胎死亡的原因可能是_______________。解析：(1)第一次复制形成的子链比含 HBx 片段的一条链要短，以此子链为模 板再进行复制，形成的子链正好和 HBx 的一条链一样长；再由和目的基因一条链 一样长的子链为模板进行复制，形成的双链 DNA 片段才是目的基因片段，所以至 少经过 3 次循环复制。限制酶和 DNA 连接酶作用的部位均为磷酸二酯键。 (2)基因表达载体导入受精卵常用显微注射法。检测 HBx 基因是否转录出 mRNA 时，所用的探针为标记的目的基因。 (3)精子在体外受精前需进行获能处理，且卵母细胞需发育到 MⅡ中期。为保 证供体和受体的生理状态相同，应对受体仓鼠进行同期发情处理。 (4)胚胎的死亡是由于外源基因的插入所致，由此可推知插入的外源基因可能 导致原来胚胎发育所需基因不能表达，从而导致胚胎死亡。 答案：(除特殊说明外，每空 1 分，共 10 分)(1)3　相同 (2)显微注射　放射性同位素标记的含目的基因的 DNA 片段(答出标记的目的 基因即可)(2 分) (3)获能　MⅡ中　同期发情 (4)外源基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达(意思对即可给 分)(2 分) 7．(10 分)(2018·海南高考)甜蛋白是一种高甜度的特殊蛋白质。为了改善黄瓜 的品质，科学家采用农杆菌转化法将一种甜蛋白基因成功导入黄瓜细胞，得到了 转基因植株。回答下列问题： (1)用农杆菌感染时，应优先选用黄瓜________(填“受伤的” 或 “完好的”) 叶 片 与 含 重 组 质 粒 的 农 杆 菌 共 同 培 养 ， 选 用 这 种 叶 片 的 理 由 是 ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (2)若在转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白，则表明该重组质粒中________已转 移到植物细胞中且能够表达；用该转基因黄瓜的某一植株与一株非转基因植株杂 交，发现子代中含甜蛋白个体数与不含甜蛋白个体数之比为 1∶1，则说明甜蛋白 基因已经整合到________(填 “核基因组”“线粒体基因组” 或 “叶绿体基因 组”)中。 (3)假设某种转基因作物因为受到病毒感染而减产，若要以该转基因作物为材 料获得脱毒苗，应选用________作为外植体进行组织培养。(4)通常，基因工程操作主要有 4 个步骤，即目的基因的获取、重组表达载体 的构建、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。因此，基因工程的 含义可概括为 ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________。 解析：(1)黄瓜受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类物质化合物，吸 引农杆菌移向这些细胞。 (2)甜蛋白是由甜蛋白基因指导合成的，若转基因黄瓜中检测到这种甜蛋白， 则表明该重组质粒中甜蛋白基因已转移到植物细胞中且能够表达。子代中含甜蛋 白个体数与不含甜蛋白个体数之比为 1∶1，说明其遗传遵循孟德尔分离定律，因 此甜蛋白基因已经整合到核基因组中。 (3)研究发现植物分生区附近(如茎尖)的病毒极少，甚至无毒，因此组织培养时 应选用一定大小的茎尖作为外植体进行组织培养。 (4)基因工程是指按照人们的愿望进行设计，并通过体外重组和转基因等技术， 赋予生物新的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型。 答案：(除特殊说明外，每空 1 分，共 10 分)(1)受伤的　叶片伤口处的细胞释 放出大量酚类物质，可吸引农杆菌移向这些细胞(3 分) (2)甜蛋白基因　核基因组 (3)茎尖 (4)按照人们的愿望进行设计，并通过体外重组和转基因等技术，赋予生物新 的遗传特性，创造出符合人们需要的新生物类型(3 分) 8．(12 分)(2019·武汉市高三模拟)克隆猴是我国科学家用体细胞克隆出的世界 首例灵长类动物，其步骤如下： (1)进行体细胞核移植前，从具有优良性状的 B 猴体中取体细胞进行培养，培 养条件除营养、温度和 pH 适宜外，还应保证_______________(答出 3 点)。核移植前还需对 A 猴的卵母细胞进行去核操作，其目的是____________________。 (2)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过________和胚胎移植。为使胚胎 在移植前后所处的生理环境保持一致，需要对供、受体母猴用激素进行________ 处理。 (3)体细胞的细胞核必须被移植到去核卵母细胞后才能表现出全能性，原因主 要是________________________________________。 根据这一启示，请提出一种恢复体细胞分裂分化能力的新思路： ____________________________________________________ ____________________________________________________。 解析：(1)动物细胞培养的条件有营养条件、无菌、无毒、适宜的环境条件(包 括温度、pH 及适宜的气体环境)等。图示中的 A 猴为雌性，应去核，目的在于保 证核移植的胚胎或动物的遗传物质主要来自供体 B 猴。 (2)经核移植得到重组细胞后，一般还需经过早期胚胎培养和胚胎移植。为使 胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，需要对供、受体母猴用激素进行同期 发情处理。 (3)去核卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质，因此供体的 细胞核需移植到去核卵母细胞中。由此可知，从卵母细胞中分离出能促进细胞核 全能性表达的物质，将其导入到体细胞中，可以使体细胞恢复分裂分化能力。 答案：(每空 2 分，共 12 分)(1)无菌、无毒、适宜的气体环境　保证核移植的 胚胎或动物的遗传物质主要来自供体 (2)早期胚胎培养　同期发情 (3)卵母细胞的细胞质中含有促进细胞核全能性表达的物质　从卵母细胞中分 离出能促进细胞核全能性表达的物质，将其导入到体细胞中 9．(13 分)(2019·河北省高三联考)胚胎干细胞(ES 细胞)具有持续分裂 和分化成各种组织细胞的能力。科学家利用已分化的细胞培养出的诱导性多功能 干细胞(IPS)，也具备胚胎干细胞的特点，诱导产生 IPS 细胞前两个阶段为：①分 离和培养宿主细胞；②将相关转录因子基因导入宿主细胞(如图所示)。请回答下列 问题：(1)培养宿主细胞应在含有__________________的恒温培养箱中进行，所用的 培养基需加入的天然成分为________，为及时清除代谢产物需________________。 (2)要获得大量的转录因子基因可用________方法；据图可知，将基因导入宿 主细胞所用的载体为________。 (3)IPS 细 胞 或 ES 细 胞 在 医 学 上 的 应 用 是 ________________ ， 其 优 点 为 ________________________________________。 (4)ES 细胞往往取自囊胚的内细胞团或早期性腺细胞，目前 ES 细胞应用存在 部 分 争 议 。 相 比 IPS 细 胞 ， 请 说 出 你 认 为 的 争 议 点 是 _________________________________________________。 解析：(1)培养动物细胞应在含有 5%CO2 和 95%空气的恒温培养箱中进行， 其中 5%CO2 的作用是维持培养液的 pH，所用的培养基需加入的天然成分为血浆、 血清，为及时清除代谢产物需定期更换培养液。 (2)PCR 技术是一种体外扩增 DNA 片段的技术，其原理是 DNA 双链复制，故 可通过 PCR 技术扩增转录因子基因；据图可知，将基因导入宿主细胞所用的载体 为病毒。 (3)胚胎干细胞简称 ES 或 EK 细胞，是由早期胚胎或原始性腺分离出来的一类 细胞，可通过定向诱导分化培育出人造组织器官，解决目前临床上存在的供体器 官不足和器官移植后的免疫排斥问题。其优点是不会产生免疫排斥反应。 (4)ES 细胞来源于早期的胚胎，而早期胚胎本质上已算是一个生命个体，因此 对 ES 细胞的应用存在伦理争议。 答案：(除特殊说明外，每空 2 分，共 13 分)(1)5%CO2 和 95%空气　血浆、 血清(1 分)　定期更换培养液 (2)PCR 扩增(1 分)　病毒(1 分) (3)培育人造组织器官，解决临床供体器官不足问题　不会产生免疫排斥 (4)ES 细胞来源于早期的胚胎，而早期胚胎本质上已算是一个生命个体，因此 存在伦理争议 10．(14 分)(2019·哈三中高三二模)紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。研究人员通过培养紫草细胞生产紫草素。为了获取紫草 素，某制药公司利用植物组织培养技术，从培养的愈伤组织中提取这种有效成分。 请回答下列问题： (1) 培 养 时 ， 通 常 选 择 新 生 的 芽 作 为 外 植 体 ， 这 是 因 为 ________________________。将离体的芽培养在人工配制的培养基上，给予适宜 的培养条件，诱导其依次产生________、________，最终形成完整的植株。 (2)假设紫草与另一种植物 A 均为二倍体药用植物(紫草细胞中有 2n 条染色体， A 植物细胞中有 2m 条染色体)。某药物研究所拟利用植物体细胞杂交技术培育同 时含有两种有效成分的新型药用植物。为了得到原生质体需用________酶和 ________酶去除两植物的细胞壁，然后诱导其融合形成杂种细胞。 (3)融合形成的杂种细胞在有丝分裂后期含有________条染色体。杂种细胞培 育成的新型药用植物为__________倍体，在这个过程中所利用的生物学原理是 _________________________________________。 解析：(1)由于新生芽的细胞分化程度低，容易诱导脱分化，因此组织培养时 常以此作为外植体。将离体的芽培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条 件，诱导其依次产生愈伤组织和丛芽，最终形成完整的植株。 (2)去掉植物的细胞壁，常用纤维素酶和果胶酶处理。 (3)因为紫草和植物 A 均为二倍体，因此融合的杂种细胞中含染色体 2(n＋m)， 后期的染色体数目为 4(n＋m)。新型药用植物为四倍体。依据的原理是植物细胞具 有全能性。 答案：(除特殊说明外，每空 2 分，共 14 分)(1)细胞分化程度低，容易诱导脱 分化　愈伤组织　丛芽 (2)纤维素　果胶(1 分) (3)4(n＋m)　四(1 分)　植物细胞具有全能性