2025年美國生物奧林匹克（USABO）分子生物學實驗試題（遺傳工程）一、選擇題要求：在下列各題的四個選項中，選擇最符合題意的一個，并將選項前的字母填入題后的括號內。1.以下關于基因工程的基本原理，正確的是（）A.基因重組是將一個生物的基因片段轉移到另一個生物的DNA分子中B.基因重組可以通過自然雜交和人工方法實現(xiàn)C.基因工程的主要目的是為了獲得高產、優(yōu)質的農作物D.基因工程可以改變生物的遺傳特性，但不能改變其形態(tài)結構2.以下關于基因克隆的基本操作，正確的是（）A.分子克隆是將一個生物的基因片段插入到另一個生物的DNA分子中B.分子克隆可以通過PCR技術實現(xiàn)C.分子克隆的目的是為了研究基因的結構和功能D.分子克隆可以改變生物的遺傳特性，但不能改變其形態(tài)結構3.以下關于基因編輯技術，正確的是（）A.基因編輯是指對生物體的基因進行精確修改的技術B.基因編輯可以通過CRISPR-Cas9技術實現(xiàn)C.基因編輯可以用于治療遺傳性疾病D.基因編輯只能用于動物和植物，不能用于人類二、填空題要求：在下列各題的空格內填入正確的內容。4.基因工程的基本步驟包括：目的基因的獲取、目的基因的導入、__________、目的基因的檢測與鑒定。5.分子克隆的基本操作包括：DNA的提取、__________、連接、轉化、篩選。6.基因編輯技術中的CRISPR-Cas9系統(tǒng)由__________和__________兩部分組成。三、簡答題要求：簡要回答下列問題。7.簡述基因工程在農業(yè)領域的應用。8.簡述分子克隆在醫(yī)學領域的應用。四、計算題要求：根據(jù)下列實驗數(shù)據(jù)，計算相關參數(shù)。9.在基因表達載體的構建過程中，你成功地將一個編碼抗蟲蛋白的基因插入到載體中。經過PCR擴增，得到了1000個DNA片段，其中60%為預期大小。在電泳檢測中，這些片段的平均分子量為1.5×10^6bp。請計算：（1）預期大小的DNA片段占總DNA片段的比例；（2）所有DNA片段的平均分子量。五、論述題要求：結合所學知識，論述基因工程在環(huán)境保護中的應用及其意義。10.闡述基因工程在環(huán)境保護中的應用，包括：（1）基因工程在生物降解和修復污染土壤中的應用；（2）基因工程在生物防治病蟲害中的應用；（3）基因工程在生物能源開發(fā)中的應用；（4）基因工程在生態(tài)平衡維護中的應用。六、實驗設計題要求：根據(jù)實驗目的，設計實驗步驟，并說明預期結果。11.設計一個實驗，驗證基因編輯技術CRISPR-Cas9在植物基因敲除中的應用。實驗目的：通過CRISPR-Cas9技術敲除植物中的某個基因，觀察并記錄敲除基因對植物生長和發(fā)育的影響。實驗步驟：（1）選擇目標基因和CRISPR-Cas9系統(tǒng)；（2）構建基因編輯載體；（3）將載體轉化到植物細胞中；（4）篩選并培養(yǎng)轉化成功的植物細胞；（5）觀察并記錄轉化后植物的生長和發(fā)育情況；（6）與未轉化的植物進行比較，分析敲除基因對植物的影響；預期結果：（1）轉化成功的植物細胞中，目標基因被敲除；（2）敲除基因后，植物的生長和發(fā)育受到影響，與未轉化的植物相比，可能表現(xiàn)出生長遲緩、形態(tài)異常等現(xiàn)象。本次試卷答案如下：一、選擇題1.A解析：基因重組確實是將一個生物的基因片段轉移到另一個生物的DNA分子中，這是基因工程的基本原理之一。2.B解析：分子克隆確實可以通過PCR技術實現(xiàn)，PCR技術是分子克隆中用于擴增目的基因片段的重要工具。3.B解析：基因編輯技術CRISPR-Cas9可以用于對生物體的基因進行精確修改，這是目前基因編輯技術中最常用的一種。二、填空題4.載體的構建解析：基因工程的基本步驟中，載體的構建是連接目的基因和導入宿主細胞的重要步驟。5.連接解析：分子克隆的基本操作中，連接是將目的基因片段與載體DNA連接起來的關鍵步驟。6.CRISPRRNA（crRNA）和Cas9蛋白解析：CRISPR-Cas9系統(tǒng)中的CRISPRRNA（crRNA）用于引導Cas9蛋白到特定的基因位點，實現(xiàn)基因編輯。三、簡答題7.簡述基因工程在農業(yè)領域的應用。解析：基因工程在農業(yè)領域的應用包括抗蟲、抗病、抗逆性等性狀的培育，以及提高農作物的產量和品質。8.簡述分子克隆在醫(yī)學領域的應用。解析：分子克隆在醫(yī)學領域的應用包括基因診斷、基因治療、藥物研發(fā)等，對于疾病的研究和治療具有重要意義。四、計算題9.（1）預期大小的DNA片段占總DNA片段的比例：60%解析：60%的DNA片段為預期大小，即占總DNA片段的60%。（2）所有DNA片段的平均分子量：900,000bp解析：由于預期大小的DNA片段占總DNA片段的60%，其平均分子量為1.5×10^6bp，因此所有DNA片段的平均分子量為1.5×10^6bp×60%=900,000bp。五、論述題10.（1）基因工程在生物降解和修復污染土壤中的應用；（2）基因工程在生物防治病蟲害中的應用；（3）基因工程在生物能源開發(fā)中的應用；（4）基因工程在生態(tài)平衡維護中的應用。解析：基因工程在環(huán)境保護中的應用廣泛，包括利用基因工程菌降解污染物、培育抗病蟲害的作物、開發(fā)生物能源以及維護生態(tài)平衡等。六、實驗設計題11.實驗步驟：（1）選擇目標基因和CRISPR-Cas9系統(tǒng)；（2）構建基因編輯載體；（3）將載體轉化到植物細胞中；（4）篩選并培養(yǎng)轉化成功的植物細胞；（5）觀察并記錄轉化后植物的生長和發(fā)育情況；（6）與未轉化的植物進行比較，分析敲除基因對植物的影響；預期結果：（1）轉化成功的植物細胞中，