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3.2基因工程的应用价值——2024—2025学年高二生物学苏教版（2019）选择性必修三随堂练习
一、单选题
1．基因工程在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域得到广泛的应用。下列关于基因工程应用的叙述，正确的是( )
A.将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊乳腺细胞中，即可获得乳腺生物反应器
B.将赖氨酸合成酶基因导入玉米细胞，获得富含赖氨酸的转基因玉米
C.将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的延熟番茄储存时间大大延长
D.我国科学家培育的Bt毒蛋白抗虫棉对棉铃虫具有较强的抗性
2．对微生物的基因改造是基因工程中研究最早、最广泛和取得实际应用成果最多的领域，关于其原因的描述，不正确的是( )
A.微生物具有生理结构和遗传物质简单的优点
B.微生物具有生长繁殖快的优点
C.微生物具有适应性强、对环境因素不敏感的优点
D.微生物具有容易进行遗传物质操作的优点
3．下列不属于基因工程生产的药物是( )
A.干扰素 B.青霉素 C.白细胞介素 D.乙肝疫苗
4．以下说法正确的是( )
A.基因工程培育的抗虫植物也能抗病毒
B.动物基因工程的应用是培育体型巨大、品质优良的珍稀动物
C.基因工程可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物
D.科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质导入植物体中，以提高氨基酸的含量
5．基因工程赋予生物新的遗传特性，下面有关基因工程应用的叙述中，正确的是( )
A.将某药用蛋白基因导入牛乳腺细胞中获得乳腺生物反应器
B.用转入抗体基因的微生物生产疫苗
C.培育青霉菌并从中提取青霉素
D.向棉花中导入多个杀虫基因提高杀虫活性
6．下列不属于基因工程在植物中的应用的是( )
A.增强植物的抗逆性 B.改良植物的品质
C.获得多倍体植物 D.利用植物细胞生产动物蛋白
7．转基因成果令人叹为观止，下列成果属于基因工程技术的是( )。
A.番茄－马铃薯新物种
B.高产的青霉素菌株
C.将玉米细胞内的叶绿体移入菟丝子细胞内
D.能进行生物固氮的酵母菌品种
8．下列有关基因工程技术的应用中，对人类不利的是( )
A.制造“工程菌”用于药品生产
B.创造“超级菌”分解石油、DDT
C.导入外源基因替换缺陷
D.基因重组DNA诱发受体细胞基因突变
9．近年来基因工程的发展非常迅猛，下列不属于基因工程应用的是( )
A.克隆猴“中中”和“华华”
B.利用乳腺生物反应器生产药物
C.制造一种能分解石油的“超级细菌”
D.制造一种能产生干扰素的工程菌
10．下列不属于基因工程成果的是( )
A.乳腺生物反应器生产药用蛋白 B.培育抗除草剂的作物新品种
C.利用微生物生产重组人干扰素 D.用高产青霉菌生产青霉素
11．低毒性的广谱除草剂，能非特异性侵入并杀死所有的植物。为避免被草甘膦杀死，科学家将细菌的EPSPS基因(控制EPSPS合成酶合成的基因)转入小麦，提高其对草甘膦的耐受性。以下说法正确的是( )
A.EPSPS基因转录时以DNA的两条链同时作为模板，提高转录效率
B.EPSPS基因导入小麦叶肉细胞后，抗药性状可随传粉受精过程遗传
C.检测到小麦的叶肉细胞中有EPSPS基因但并不一定会检测到EPSPS基因的表达产物
D.利用Ti质粒将EPSPS基因整合到小麦染色体上时需要DNA聚合酶
12．基因工程应用广泛，成果丰硕。下列不属于基因工程应用的是( )
A.利用乳腺生物反应器生产药物B.制造—种能产生干扰素的工程菌
C.培养青霉菌并从中提取青霉素D.用DNA探针检测某人是否携带乙肝病毒
13．上海医学研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药用蛋白含量多达30多倍，以下与此有关的叙述，错误的是( )
A.转基因动物是指体细胞中出现了新基因的动物
B.提高基因表达水平是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因
C.只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中表达
D.转基因牛的肌肉细胞中没有人白蛋白基因，故不合成人白蛋白
14．研究人员利用E.coliDNA连接酶将药用蛋白基因与一系列调控元件、质粒等构建成重组质粒后，将其导入哺乳动物的受精卵中，由该受精卵发育成的转基因动物进入泌乳期后，可通过分泌乳汁来生产药用蛋白。利用上述乳腺生物反应器，科学家已获得了种类繁多的医药产品。下列说法正确的是( )
A.质粒是一种只存在于原核细胞拟核DNA外、具有自我复制能力的环状DNA分子
B.E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来
C.构建重组质粒时使用的启动子应能启动药用蛋白基因在任意细胞中表达
D.“将重组质粒导入哺乳动物的受精卵中”是乳腺生物反应器制作的核心工作
15．基因治疗是指用正常基因取代或修补患者细胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的，其过程如图所示，图中“×”表示该基因的功能被替换。下列叙述正确的是( )
A.基因治疗的原理是基因突变
B.白化病患者、唐氏综合征患者都可通过基因治疗被治愈
C.图中基因治疗的过程发生了磷酸二酯键的断裂和形成
D.经基因治疗治愈的病人，其后代不会再患同种基因疾病
二、多选题
16．科学家运用基因工程技术，将人凝血因子基因导入山羊的受精卵中，培育出山羊乳腺生物反应器，使山羊乳汁中含有人凝血因子。以下有关叙述错误的是( )
A.可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入山羊的受精卵
B.在该转基因羊中，人凝血因子既存在于乳腺细胞，也存在于口腔上皮细胞中
C.人凝血因子基因开始转录后，DNA聚合酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA
D.科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因重组在一起，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异表达
17．下图是利用基因工程技术培育新品种水稻的部分流程，序号代表操作过程。下列相关叙述正确的是( )

A.利用PCR技术扩增目的基因需依次经过变性、延伸、复性阶段
B.为防止目的基因自身环化，过程①最好使用两种限制酶
C.过程③的目的是构建基因表达载体，需用DNA连接酶处理
D.重组Ti质粒上的T-DNA能将目的基因整合到宿主细胞染色体上
三、读图填空题
18．2020年3月16日，中国科学家陈薇院士团队研制的重组新冠疫苗通过临床研究注册审评，获批进入临床试验。重组新冠疫苗的制备流程如图。回答下列问题：
（1）步骤②需要_____作为原料。步骤③需要的工具酶主要是_____。
（2）被用作载体的Ad5应具有的特点是_____（答出1点即可）。
（3）步骤④是_____。
（4）重组疫苗注入志愿者体内后，S蛋白基因指导合成的S蛋白作为_____，刺激机体产生能与之相结合的抗体，抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足的条件之一是_____（填“有”或“无”）SARS-CoV-2感染史，理由是_____。
（5）为探究疫苗的注射剂量对志愿者产生的免疫效果，需进一步试验，请写出试验思路：_____。
19．大豆疫霉根腐病极具毁灭性，严重的可引起大豆绝产。该病由大豆疫霉菌引起，科学工作者从自然界找到相应的抗病基因并培育出了转基因抗病大豆。如图为转基因抗病大豆的培育技术路线图，请回答问题：
（1）转基因技术中的核心步骤是图中的_____。该过程中通常用_____（填“相同”或“不同”）的限制酶同时处理目的基因和载体。
（2）农杆菌能在自然条件下感染_____植物。当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的_____化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的Ti质粒上的_____可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。
（3）抗性植株的分子检测采用的方法是_____（写出一个即可）。
（4）培育的转基因抗病大豆具有显著的生态效应，其主要表现在_____。自然条件下，培育出的转基因抗病大豆植株不能将抗病基因传递给杂草，依据是_____。
20．磷脂酸（PA）是调节植物生长发育和逆境响应的重要信使物质。为了解植物细胞中PA的动态变化，研究人员用无缝克隆技术将高度专一的PA结合蛋白（PABD）基因与绿色荧光蛋白（GFP）基因融合，构建有效监测细胞PA变化的荧光探针，并测定拟南芥细胞内PA含量。无缝克隆技术连接DNA片段的机理和构建荧光探针表达载体的过程如下图，请回答：
注：bar为草胺膦抗性基因；Kanr为卡那霉素抗性基因。
（1）无缝克隆时，T5核酸外切酶沿___（填“5'→3'”或“3'→5'”）的方向水解DNA，形成黏性末端。T5核酸外切酶催化的最适温度为37°C，而过程①选择的温度为50°C，目的是___。
（2）过程②两个片段复性后存在“缺口”，因此过程③所需的酶有___。
（3）PCR技术中通常要设计引物，引物的作用是___，有时需要在引物的一端增加限制酶酶切位点，目的通常是___。PCR扩增PABD基因时需依据PABD基因一端的核苷酸序列和载体一端的核苷酸序列设计引物R1。据图分析扩增目的基因片段时，所用的引物F1和R2可对应下表中的___（填序号）。
① 5'-TCCGGACTCAGATCTCGAGC-3'
② 5'-AGCTATAGTTCTAGATCTAGATTAACTAGTCTTAGTGGCGTC-3'
③ 5'-TATCGATGGCGCCAGCTGAGGATGGTGAGCAAGGGCGA-3'
④ 5'GCTCGAGATCTGAGTCCGGACTTGTACAGCTCGTCCA-3'
（4）利用农杆菌花序侵染法转化拟南芥，将获得的种子进行表面消毒，均匀铺在含___的MS培养基上进行筛选和鉴定，将筛选得到的种子种植可得到转基因拟南芥，通过观测转基因拟南芥根尖细胞中___，了解PA的分布和含量。
参考答案
1．答案：D
解析：A、转基因动物中常用的受体细胞为受精卵，通过显微注射技术将含有人凝血因子基因的表达载体导入羊受精卵中，获得生产人凝血因子的乳腺生物反应器，A错误;B、我国科学家将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得富含赖氨酸的转基因玉米，B错误;C、若将乙烯合成相关基因导入番茄，获得的转基因番茄能合成更多的乙烯，使得果实成熟加快，不利于储存，C错误;D、一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害，据此科学家通过基因工程，将苏云金芽抱杆菌的B毒蛋白基因转入到普通棉株细胞内，并成功地实现了表达，从而培育出了能抗棉铃虫的抗虫棉，D正确。
2．答案：C
解析：A、微生物具有生理结构和遗传物质简单的优点，便于研究，A正确；
B、微生物的生长周期短，具有生长繁殖快的优点，B正确；
C、微生物对环境因素敏感，如在某种抗生素的环境中不能生存，C错误；
D、 微生物的遗传物质简单，具有容易进行遗传物质操作的优点，D正确。
故选C。
3．答案：B
解析：基因工程药物从化学成分上分析都应该是蛋白质。干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗的化学本质都是蛋白质，都属于基因工程生产的药物，而青霉素是由青霉菌产生的，其化学本质不是蛋白质，不属于基因工程生产的药物，B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
4．答案：C
解析：A、用基因工程培育的抗虫植物能抗虫，不能抗病毒，A错误；B、基因工程在畜牧业上的应用主要是提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物，B错误；C、基因工程能将一些相关基因导入作物中，可用来培育高产、稳产、品质优良和抗逆性强的作物，C正确；D、科学家将必需氨基酸含量多的的蛋白质相关基因导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某种关键酶的活性，以提高氨基酸的含量，D错误。故选C。
5．答案：B
解析：A选项，提到的将药用蛋白基因导入牛乳腺细胞中获得乳腺生物反应器，这一技术在我国已有深入研究，并不是基因工程的应用，并且许多药材来源于动植物，通过人工培育和改良，提高药用价值。故A错误。B选项，将人类所需的抗体基因转入微生物，使之大量生产疫苗，这是科技赋予生命的奇迹，是基因工程的一项重要成果。故B正确。C选项，提到的培育青霉菌并从中提取青霉素，虽然与基因有关，但并非直接基因工程应用。青霉菌的培育和青霉素的提取，更多依赖于发酵工程技术。故C错误。D选项，提到的向棉花中导入多个杀虫基因提高杀虫活性，正是基因工程在我国农业领域的成功应用。现代基因工程技术在棉花中导入杀虫基因，实现了抗虫棉的培育，为我国农业发展做出了巨大贡献，但是此过程并没有新的遗传物质生成，故D错误。综上所述，选择B
6．答案：C
解析：A、植物基因工程能增强植物的抗逆性,如抗盐碱、抗干旱和抗寒等,A正确;B、植物基因工程能改良植物的品质,如生产高赖氨酸玉米、耐储存番茄等,B正确;C、植物基因工程不能获得多倍体植物,采用多倍体育种或植物体细胞杂交技术可获得多倍体植物C错误;D、植物基因工程能利用植物细胞生产动物蛋白,D正确。所以C选项正确
7．答案：D
解析：ABC、番茄一马铃薯新物种、将玉米细胞内的叶绿体移入菟丝子细胞内都属于细胞工程技术的成果，高产的青霉素菌株是通过诱变育种培育的，ABC不符合题意；
D、能进行生物固氮的酵母菌品种是通过基因工程技术将固氮菌的固氨基因转移到酵母菌细胞中实现的，D符合题意。
故选D。
8．答案：D
解析：A、制造“工程菌”用于药品生产如用酵母菌生产干扰素，A正确；
B、创造“超级菌”分解石油、DDT，可降低环境污染，B正确；
C、导入外源基因替换缺陷基因，可进行疾病治疗，C正确；
D、由于人类与环境已经高度协调，因此基因突变大多数是不利的，D错误。
故选D。
9．答案：A
解析：A、克隆猴“中中”和“华华”应用了动物细胞核移植技术，A正确；
B、利用乳腺生物反应器生产药物，这属于动物基因工程的应用，B错误；
C、“超级细菌”能分解石油，是基因工程在微生物方面的应用，C错误；
D、产生干扰素的工程菌，属于基因工程在医药方面的应用，D错误。
故选A。
10．答案：D
解析：A、乳腺生物反应器生产药用蛋白属于动物基因工程技术的应用，A不符合题意；
B、培育抗除草剂的作物新品种属于植物基因工程技术的应用，B不符合题意；
C、利用微生物生产重组人干扰素属于基因工程技术的应用，C不符合题意；
D、用高产青霉菌生产青霉素属于诱变育种，不属于基因工程成果，D符合题意。
故选D。
11．答案：C
解析：
12．答案：C
解析：
13．答案：C
解析：
14．答案：B
解析：A、质粒是一种独立于真核细胞(如酵母菌)的细胞核或原核细胞(如细菌)拟核之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子，A错误；
B、E.coliDNA连接酶只能将具有互补黏性末端的DNA片段连接起来，不能连接具有平末端的DNA片段，B正确；
C、构建重组质粒时使用的启动子应能启动药用蛋白基因在乳腺细胞中表达，C错误；
D、基因表达载体的构建是乳腺生物反应器制作的核心工作，D错误。
故选B。
15．答案：C
解析：A、基因治疗把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，运用了转基因技术，其原理是基因重组，A错误；
B、白化病患者是常染色体隐性遗传病，可通过基因治疗被治愈，而唐氏综合征是由于多了一条21号染色体，不可通过基因治疗被治愈，B错误；
C、基因治疗把正常基因导入病人体内，存在的基因的剪切和拼接，会发生磷酸二酯键的断裂和形成，C正确；
D、若基因治疗的对象是具有致病基因的体细胞，没有涉及原始性细胞，其后代仍会再患同种基因疾病，D错误。
故选C。
16．答案：BCD
解析：A、将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法，因此可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入山羊的受精卵，A正确；B、在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于所有细胞中，但只在乳腺细胞中表达，B错误；C、人凝血因子基因开始转录后，RNA聚合酶以DNA分子一条链为模板合成mRNA，C错误；D、科学家将人凝血因子基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起，从而使人凝血因子基因只在乳腺细胞中特异表达，D错误。故选BCD。
17．答案：BCD
解析：A、利用PCR技术扩增目的基因需依次经过高温变性、低温复性、中温延伸阶段，A错误；
B、构建重组质粒时用两种限制性核酸内切酶酶切，可以防止目的基因的反向连接和质粒的自身环化，B正确；
C、过程③构建基因的表达载体，需用DNA连接酶将目的基因和载体相连，C正确；
D、农杆菌中Ti质粒上的T-DNA能转移到植物细胞，并将目的基因整合到宿主细胞染色体的DNA上，所以农杆菌中的Ti质粒可作为基因工程的载体，D正确。
故选BCD。
18．答案：（1）脱氧核苷酸；Taq酶
（2）能自我复制（或有一个或多个切割位点、有标记基因位点、对受体细胞无害）
（3）基因表达载体的构建
（4）抗原；无；有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中存在一定量的相应抗体，会对试验结果产生干扰
（5）将同性别且年龄相当的志愿者随机分成若干组，然后给不同组志愿者分别注射不同剂量的疫苗，一段时间后采集血样并检测相应抗体的水平
解析：（1）步骤②为逆转录过程，合成的产物是cDNA，因此需要脱氧核苷酸作为原料。步骤③为利用PCR技术扩增获得S蛋白基因的过程，该过程需要的酶是Taq酶（热稳定DNA聚合酶）。
（2）Ad5作为载体应具有的特点是能自我复制、有一个或多个限制酶切割位点、有标记基因、在宿主细胞中可以存活并表达、对宿主细胞无害等。
（3）步骤④为构建目的基因表达载体的过程，即重组新冠疫苗的过程。
（4）重组疫苗注入志愿者体内后，S蛋白基因指导合成的S蛋白可作为抗原，刺激机体产生特异性免疫过程，使机体免疫系统产生能与之相结合的抗体，抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足无SARS-CoV-2感染史的条件，即未感染过新冠病毒的志愿者，因为感染过新冠病毒的人体内含有相应的记忆细胞，若注射疫苗，则会出现二次免疫的特征，即体内的记忆细胞会迅速增殖分化，产生大量的浆细胞，浆细胞合成并分泌大量的抗体，从而导致无法检测出该疫苗的真正效果。
（5）实验目的为探究疫苗的注射剂量对志愿者产生的免疫效果，根据实验目的可知，该实验的自变量为疫苗的注射剂量，因变量为抗体产生量，因此设计实验如下：将同性别且年龄相当的志愿者随机分成若干组，然后给不同组别的志愿者注射不同剂量的疫苗，一段时间之后，检测志愿者体内的抗体产生量，作好记录并进行比较、分析，从而得出结论。
19．答案：（1）植物表达载体构建；相同
（2）双子叶植物和裸子；酚类；T-DNA
（3）DNA分子杂交技术、分子杂交技术、抗原—抗体杂交技术（写出一个即可）
（4）减少了大量使用农药对环境的污染；不同物种（大豆和杂草）之间存在生殖隔离
解析：（1）基因表达载体的构建是基因工程的核心步骤。通常用相同的限制酶处理目的基因和载体，以获得相同的末端，便于载体和目的基因连接。
（2）农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物。当植物体受到损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞，这时农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上。
（3）抗性植株的分子检测通常采用以下方法，DNA分子杂交技术检测目的基因是否成功导入受体植物；分子杂交技术检测目的基因是否转录出了mRNA；抗原—抗体杂交技术检测目的基因是否成功表达，合成相应的蛋白质。
（4）由于转基因抗病大豆具有抗病的特性，种植该种大豆可以减少农药的使用量，从而减轻了环境污染。不同物种之间存在生殖隔离，故自然条件下培育出的转基因抗病大豆植株不能将抗病基因传递给杂草。
20．答案：（1）5'→3'；降低酶活性，防止过度水解DNA
（2）DNA聚合酶和DNA连接酶
（3）使DNA聚合酶能够从引物3′端开始连接脱氧核苷酸；便于目的基因与运载体连接；①④
（4）草胺膦；绿色荧光点的分布
解析：（1）由图可知，无缝克隆时，过程①中T5核酸外切酶沿5'→3'的方向水解DNA，以形成黏性末端。温度能影响酶活性，T5核酸外切酶催化的最适温度为37℃，而过程①选择的温度为50℃，目的是降低酶活性，防止过度水解DNA。
（2）过程②在退火的过程中，两个片段的黏性末端可根据互补序列进行配对结合，但由于过程①形成的黏性末端大于互补配对的区段（同源序列），因此在过程②退火后存在“缺口”。过程③缺口处DNA链的补齐，可以看作DNA分子的复制过程，所需的酶有DNA聚合酶（DNA聚合酶将游离的单个脱氧核苷酸加到子链3'末端）和DNA连接酶（将两个DNA片段进行连接）。
（3）PCR技术中通常要设计引物，引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物3′端开始连接脱氧核苷酸，有时需要在引物的一端增加限制酶酶切位点，目的通常是便于目的基因与运载体连接。
用于PCR扩增的引物是根据一段已知目的基因（PABD基因）的核苷酸序列来设计的，由图可知，PABD基因（目的基因）需要用载体进行连接，因此PCR扩增PABD基因时需依据PABD基因一端的核苷酸序列和载体一端的核苷酸序列设计引物R1。由重组DNA图可知，GFP基因和PABD基因进行连接，PCR扩增GFP基因时需根据GFP基因一端的核苷酸序列和PABD基因一端的核苷酸序列设计引物R2，而设计引物F1仅需根据PABD基因一端的核苷酸序列，因此引物F1的碱基序列比引物R2的碱基序列短，因此扩增目的片段的引物F1对应于下表中的①。PCR扩增GFP基因时需根据GFP基因一端的核苷酸序列和PABD基因一端的核苷酸序列引物R2，即引物R2的一部分能与引物F1进行碱基互补配对，综上所述，R2对应于下表中的④。
（4）由图可知，bar（草胺膦抗性基因）为标记基因，位于T-DNA上，农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上，因此利用农杆菌花序侵染法转化拟南芥，将获得的种子进行表面消毒，均匀铺在含有草胺膦的MS培养基上进行筛选和鉴定。由题意“将高度专一的PA结合蛋白（PABD）基因与绿色荧光蛋白（GFP）基因融合，构建有效监测细胞PA变化的荧光探针，并测定拟南芥细胞内PA含量”可知，通过观测转基因拟南芥根尖细胞中绿色荧光点的分布，了解PA的动态变化。

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