2020届高考生物课标版二轮复习训练题：专题九第16讲　现代生物科技专题 .docx

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1、第16讲现代生物科技专题1.(2018课标全国,38,15分)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L1-GFP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E1E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。启动子L1基因GFP基因终止子E1E2 E3E4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

2、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。答案(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解析(1)构建基因表达载体时,使用的限制酶不能破坏融合基因。选用产生不同黏性末端的两种限制酶,可以防止自身环化,并且保证融合基因和质粒

3、正确连接。(2)在牛的皮肤细胞中观察到绿色荧光,说明L1基因已经表达,即在该皮肤细胞中完成了转录和翻译过程。(3)培育转基因的克隆牛需将含目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中。(4)为检测克隆牛的不同组织细胞中是否含有融合基因,需提取不同组织细胞的核DNA作为PCR模板,用PCR方法进行鉴定。2.(2019山东威海二模)基因打靶技术是指利用外源性DNA与细胞DNA的相同或相似序列,在特定位点上进行替换,从而改变细胞遗传特性的方法。该技术可应用于解决人体对移植的猪器官产生的免疫排斥反应上,即利用基因打靶技术对猪细胞-1,3半乳糖苷转移酶基因进行改造,以消除-1,3半乳糖苷转移酶引起的免疫

4、排斥。其主要过程如下:第一步:从猪囊胚中分离出胚胎干细胞。第二步:在与靶基因(需要改造的基因)相同的外源性DNA上,插入新霉素抗性基因,构建打靶载体。第三步:打靶载体导入胚胎干细胞,与细胞DNA中的靶基因进行替换。第四步:改造后的胚胎干细胞筛选、增殖等。回答下列问题:(1)选取猪胚胎干细胞作为基因改造的细胞,原因是胚胎干细胞在功能上具有。(2)该改造过程中,靶基因具体是指;插入新霉素抗性基因需要的酶是,插入该抗性基因的作用是(答出两点)。(3)改造后的胚胎干细胞经过诱导发生增殖和分化,培育出不合成-1,3半乳糖苷转移酶的特定器官,再经过一系列改造后为器官移植做准备。(4)运用基因打靶技术进行基

5、因改造的原理是,该技术在一定程度上解决了人体移植器官的短缺难题。答案(1)发育的全能性(2)(猪细胞的)-1,3半乳糖苷转移酶基因限制酶和DNA连接酶破坏靶基因,使靶基因不能表达;起筛选作用(3)定向(4)基因重组解析(1)胚胎干细胞具有全能性,无论在体外还是体内环境,ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有类型的细胞。(2)分析题干和题图可知,靶基因具体是指能引起人体产生免疫反应的猪细胞的-1,3半乳糖苷转移酶基因。插入新霉素抗性基因构建打靶载体过程中需要限制酶和DNA连接酶;从新霉素抗性基因插入位点可知,该抗性基因的作用是破坏靶基因,使靶基因不能表达;新霉素抗性基因作为标记基因也可用于筛选。(

6、3)胚胎干细胞具有全能性,根据题意可知,改造后的胚胎干细胞经过诱导发生增殖,需要定向分化,培育出不合成-1,3半乳糖苷转移酶的特定器官,再经过一系列改造后为器官移植做准备。(4)基因打靶技术是指利用外源性DNA与细胞DNA的相同或相似序列,在特定位点上进行替换,从而改变细胞遗传特性的方法。属于DNA重组技术,遵循的原理是基因重组。【蛋白质工程】3.(2019河南郑州二模)阅读如下资料:资料甲:科学家将牛生长激素基因导入小鼠受精卵中,得到了体型巨大的“超级小鼠”;科学家采用农杆菌转化法培育出转基因烟草。资料乙:T4溶菌酶在温度较高时易失去活性。科学家对编码T4溶菌酶的基因进行了改造,使其表达的T

7、4溶菌酶第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键,提高了T4溶菌酶的耐热性。回答下列问题:(1)资料甲属于基因工程的范畴。将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法。构建基因表达载体常用的工具酶是和。在培育有些转基因植物时,常用农杆菌转化法,农杆菌的作用是。(2)资料乙中的技术属于工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对进行改造,或制造一种的技术。在该实例中,引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的序列发生了改变。答案(1)显微注射限制酶DNA连接酶感染植物,将目的基因转移到受体细胞中(2)蛋白质现有的蛋白质新蛋

8、白质氨基酸解析(1)小鼠细胞为动物细胞,将基因表达载体导入动物细胞常用的方法是显微注射法;构建基因表达载体常用的工具酶是限制酶和DNA连接酶;将基因表达载体导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法,农杆菌的作用是作为载体,将目的基因导入受体细胞。(2)从资料乙中可以得出可对基因进行改造,得到了耐热性提高的蛋白质,因此属于蛋白质工程的范畴,该工程是指以分子生物学相关理论为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有的蛋白质进行改造,或制造一种新蛋白质的技术。对基因进行改造后,第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸,该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成二硫键,引起了空间结构的改变,所以是氨基酸序列的改变导致了空间结构

9、的改变。【细胞工程】4.(2019湖南长沙质检)植物组织培养技术被广泛应用于培育无病毒植株、育种及获得植物次生代谢产物等生产生活实际。如图为番茄植株的培育过程。分析回答下列问题:(1)过程中使用了酶,获得植物细胞原生质体,此处使用的溶液浓度不宜过小,以防止细胞原生质体。(2)铺平板类似于微生物接种,该过程必须在旁进行操作。平板中添加蔗糖的目的除了提供营养外,还有的作用。(3)同一番茄植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因(填“相同”“不相同”或“不一定相同”);图中属于再分化的过程是(填序号)。(4)多倍体番茄植株所结果实中维生素含量更高,若想培育多倍体番茄,可选择在图中的过程中添加进行处

10、理,也可以选择在过程中添加进行处理。答案(1)纤维素酶和果胶吸水涨破(2)酒精灯火焰调节渗透压(3)不一定相同(4)聚乙二醇秋水仙素解析(1)过程中使用了纤维素酶和果胶酶,破坏植物细胞的细胞壁,而不损伤细胞内部结构,以获得具有活力的单个的原生质体,因为失去了细胞壁的支撑作用,所以此处使用的溶液浓度不宜过小,以防止细胞原生质体吸水涨破。(2)铺平板类似于微生物接种,该过程必须在酒精灯火焰旁进行无菌操作。平板中添加蔗糖的目的除了提供营养外,还有调节渗透压的作用,保持细胞正常的形态和功能。(3)同一番茄植株不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因不一定相同。如体细胞培养得到的细胞中含两个染色体组,而花

11、粉离体培养得到的细胞内染色体数目减半,因此基因不一定相同;图中表示获得外植体,表示已分化的细胞在一定因素作用下恢复细胞分裂能力,失去原有分化状态的过程,叫做脱分化,表示已经脱分化的愈伤组织在一定条件下,再分化出胚状体,形成完整植株,这一过程叫做再分化。(4)若想培育多倍体番茄,可选择在图中的过程中添加聚乙二醇作为诱导剂来诱导细胞的融合,使融合细胞内染色体数目加倍。也可以选择在过程中添加秋水仙素,抑制细胞分裂时纺锤体的形成,从而使染色体数目加倍。5.(2019山西太原二模)为培育出含-胡萝卜素的“黄金大米”,科研人员提出以下两套培育方案。请分析回答下列问题:甲方案:玉米体细胞 -胡萝卜素基因 水

12、稻体细胞 “黄金大米”乙方案: 杂种细胞“黄金大米”(1)甲方案中,-胡萝卜素基因能在玉米和水稻体内出现相同表达结果的原因是 。若研究人员已知-胡萝卜素基因序列,可采用方法获得-胡萝卜素基因。过程中可用技术检测水稻体细胞DNA上是否插入了-胡萝卜素基因。(2)乙方案中,在体细胞杂交前需要用酶除去细胞壁获得原生质体,诱导其融合的化学试剂常用。通过过程获得“黄金大米”幼苗需要经过 两个过程,依据的原理是。在培养过程中,除了在培养基中添加营养物质外,还需要添加。(3)与传统育种方法相比,甲、乙两套方案共同的优点是 。答案(1)所有生物共用一套遗传密码(密码子)人工合成DNA分子杂交(2)纤维素酶和果

13、胶聚乙二醇脱分化和再分化(植物)细胞的全能性(植物)激素(生长素和细胞分裂素)(3)克服远缘杂交不亲和的障碍(打破生殖隔离)解析(1)玉米的基因能在水稻体内表达的原因是所有生物共用一套遗传密码。若已知基因序列,可采用人工合成的方法获得目的基因。检测目的基因是否插入水稻体细胞中可用DNA分子杂交技术。(2)在植物体细胞杂交前需要用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁获得原生质体,诱导体细胞融合的化学试剂常用聚乙二醇。乙方案中通过过程获得“黄金大米”幼苗需要经过脱分化和再分化两个过程,依据的原理是植物细胞的全能性,在培养过程中,除了在培养基中添加营养物质外,还需要添加植物激素。(3)与传统育种方法相比,两套

14、方案共同的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍。6.(2019河北石家庄模拟)请回答下列有关动物细胞培养的问题:(1)在动物细胞培养中,通常在合成培养基中加入一定量的抗生素,其目的是 。(2)在使用合成培养基时,通常需要加入血清、血浆等一些天然成分,作用是 。(3)在动物细胞培养时,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的,因此要定期用处理细胞,使贴壁生长的细胞脱落形成细胞悬浮液,否则,贴壁细胞分裂生长到相互接触时,细胞会停止分裂增殖。(4)在细胞培养过程中,通常在条件下保存细胞。(5)若在营养全面的动物细胞培养液中不慎混入了一种细菌,结果所培养的细胞全部死亡。

15、从科学严谨性的角度考虑,能不能直接认为这些细胞的死亡就是该种细菌作用导致的?,理由是 。答案(1)防止细菌污染(2)补充培养基中缺乏的物质(3)接触抑制胰蛋白酶(4)冷冻(或超低温、液氮)(5)不能也可能是环境中其他因素或操作错误或取材不当导致了细胞的死亡解析(1)通常在动物细胞培养液中加入一定量的抗生素,以防止培养过程中的细菌污染。(2)在动物细胞体外培养过程中,在使用合成培养基时通常需要加入血清、血浆等一些天然成分,补充培养基中缺乏的物质。(3)在动物细胞培养时,当贴壁细胞分裂生长到细胞表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制,因此要定期用胰蛋白酶处理细胞,分散细胞,

16、使贴壁生长的细胞脱落形成细胞悬浮液。(4)若保存细胞,通常在冷冻(或液氮)条件下保存,因为在这种条件下,细胞中酶的活性降低,细胞代谢速率降低。(5)从科学严谨性的角度考虑,这些细胞的死亡可能是该种细菌作用导致的,也可能是环境中其他因素或操作错误或取材不当导致了细胞的死亡。【胚胎工程】7.(2019江苏南京二模)电影侏罗纪世界中恐龙的复活给人们带来了惊喜和困惑。现实世界里恐龙能复活吗?请回答下列有关问题:(1)理论上,科学家可以利用技术扩增恐龙的DNA。但直到现在,人们还没有从恐龙化石中获得含全套遗传信息的DNA。(2)若得到了恐龙的全套遗传物质,还需要移植到细胞内。体外培养一段时间后,移植到内

17、。但脊椎动物胚胎发育的关键时间点还要靠母体合成的蛋白质来控制,而不仅仅是胚胎DNA控制的。据此判断,你认为要获得恐龙幼体,可能需克服的困难包括 。(3)若恐龙幼体顺利诞生,(填“能”或“不能”)适应现在的地球环境生存下去,判断的理由是。答案(1)PCR(2)去核卵母代孕母体恐龙卵母细胞的获取、获得合适的代孕母体(3)不能恐龙生活年代的地球大气成分、温度和现在不一致,恐龙需要的食物也不一定存在,恐龙消化道内的共生菌也已灭亡解析(1)体外扩增DNA可以用PCR技术。(2)核移植技术需要把含DNA的核转移到去核的卵母细胞中,体外培养重组细胞一段时间,再移植到代孕母体内,可能面临的困难包括恐龙卵母细胞

18、的获取、获得合适的代孕母体等。(3)地球环境已发生很大改变,包括大气成分、温度、生活的生物,所以很难在现在的地球环境生存。8.(2019福建福州质检)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS细胞),继而利用iPS细胞培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠。流程如下:(1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为,培养的细胞在贴壁生长至铺满培养皿底时停止分裂增殖,这种现象称为。(2)图中2-细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内获得,该过程称为;也可从灰鼠体内取出卵子,通过后进行早期胚胎培养获得。(3)图中重组囊胚通过技术移入白鼠子宫内继续发育,暂不移入的胚胎可使用 方法保存。(4

19、)小鼠胚胎干细胞(ES细胞)可由囊胚的分离培养获得。iPS与ES细胞同样具有发育全能性,有望在对人类iPS细胞进行定向后用于疾病的细胞治疗。答案(1)原代培养接触抑制(2)冲卵(或冲胚)体外受精(或核移植)(3)胚胎移植冷冻(或低温)(4)内细胞团诱导分化解析该题综合考查动物细胞工程和胚胎工程技术的原理和方法。(1)对动物细胞进行的初次培养为原代培养,动物细胞培养时具有细胞贴壁生长和接触抑制现象。(2)胚胎移植所需的胚胎可从供体输卵管中通过冲卵的方法获得,也可将卵子经体外受精或核移植后获得的受精卵或重组细胞进一步培养得到早期胚胎。(3)图中重组囊胚通过胚胎移植技术移入白鼠子宫内继续发育,暂不移

20、入的胚胎可进行冷冻保存。(4)胚胎干细胞常由囊胚的内细胞团分离培养获得,由于iPS细胞具有发育的全能性,经定向诱导可分化形成特定组织细胞,因而在医学上具有广阔的应用前景。9.(2019安徽合肥模拟)胚胎工程是一项综合性的动物繁育技术,可在畜牧业和制药业等领域发挥重要作用。下图是通过胚胎工程培育试管牛的过程。(1)从良种母牛采集的卵母细胞,都需要进行体外培养,其目的是;从良种公牛采集的精子需后才能进行受精作用。(2)在体外培养受精卵时,除了给予一定量的O2以维持细胞呼吸外,还需要提供气体以维持。(3)图中过程A称为,它在胚胎工程中的意义在于。(4)研制能够产生人类白细胞介素的牛乳腺生物反应器,需

21、将目的基因导入牛受精卵,最常用的导入方法是;获得转基因母牛后,如果说明目的基因已经表达。答案(1)使卵母细胞成熟(或使卵母细胞获得受精能力)获能(2)CO2培养液(基)的pH(3)胚胎移植提高优良母畜的繁殖率(4)显微注射法牛奶中含有人类白细胞介素(或牛乳腺细胞已合成人类白细胞介素)解析本题主要考查胚胎工程的原理,意在考查考生的识图能力和知识应用能力。(1)在体外受精前,要对精子进行获能处理,要对卵母细胞进行培养,让其进一步成熟,才具有与精子进行受精的能力。(2)在体外培养受精卵时,需要提供一定量的CO2,以维持培养液的pH。(3)将早期胚胎植入受孕母体的子宫中,属于胚胎移植,它在胚胎工程中的

22、意义有:可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力;大量节省购买种畜的费用;一胎多产。(4)将目的基因导入受精卵的常用方法为显微注射法;如果母牛的乳汁中含有人类白细胞介素,则说明目的基因在母牛体内已经表达。10.(2019湖南长沙二模)人血清白蛋白(HSA)在临床上需求量很大,通常从人血中提取。但由于艾滋病病毒等人类感染性病原体造成的威胁与日俱增,使人们对血液制品顾虑重重。如果应用基因工程和克隆技术,将人血清白蛋白基因转入奶牛细胞中,那么利用牛的乳腺细胞生产人血清白蛋白就成为可能。其大致过程如下:.采集良种供体奶牛的卵母细胞和精子,通过体外受精,形成受精卵;.将人血清白蛋白基因导入奶牛受精卵,形成重组细

23、胞;.电脉冲刺激重组细胞,促使其形成早期胚胎;.将胚胎移植到受体母牛的子宫中,最终发育成转基因小牛。请回答下列问题:(1)实验步骤中,在体外受精前,需要对奶牛的精子进行处理。受精时,往往一个卵母细胞只能和一个精子结合,受精过程中防止多精入卵的生理反应包括 。(2)实验步骤中,将人血清白蛋白基因导入奶牛受精卵最为有效的方法是。导入基因前,需要将人血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起,这一步骤的目的是。(3)实验步骤中,进行动物早期胚胎的体外培养时,培养液中除了含有各种无机盐和有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外,还要添加和动物血清等物质。(4)实验步骤中,应选择性别

24、为的奶牛胚胎进行移植。答案(1)获能透明带反应和卵细胞膜反应(2)显微注射技术构建基因表达载体(3)激素(4)雌性解析(1)体外受精前,对精子要进行获能处理;防止多精入卵的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(2)将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法;基因工程的操作步骤中,在导入目的基因之前,需要构建基因表达载体,即将人血清白蛋白基因与奶牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。(3)早期胚胎培养的培养液中除了各种无机盐、有机盐、维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分外,还需要添加激素和血清等物质。(4)人血清白蛋白要从乳汁中提取,只有雌性奶牛才能产生乳汁,因此胚胎移植时,必须选取雌性奶

25、牛的胚胎进行移植。【生物技术】11.(2019山东临沂一模)如图是获得药用乳腺生物反应器转基因小鼠的流程图。回答下列问题:(1)图中在过程前提取mRNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是 。通过PCR扩增目的基因的过程中,两个引物是的结合位点,也是子链延伸的起点。(2)图中过程在构建基因表达载体时,有时需要使用两种限制酶切割目的基因所在的片段,同时也用这两种限制酶切割质粒,这样做的优点是 。(3)图中过程获得的小鼠ES细胞在饲养层细胞上培养,ES细胞表现为的特点。过程中要将含外源基因的ES细胞导入囊胚的,然后进行胚胎移植。若要一次获得多只相同性状的后代,胚胎移植前应采用技术,通常选择发

26、育良好、形态正常的囊胚或进行操作。(4)若获得的已整合药用蛋白基因的转基因小鼠分泌的乳汁中检测不到药用蛋白,根据中心法则分析,其可能的原因是。答案(1)防止mRNA被RNA酶分解热稳定DNA聚合酶(Taq酶)(2)避免目的基因及质粒的自身环化和随意连接(3)只分裂而不分化内细胞团胚胎分割桑椹胚(4)药用蛋白基因没有转录或翻译解析本题通过获得药用乳腺生物反应器转基因小鼠的流程图示考查科学思维中的演绎与推理能力。(1)图中在目的基因获取前提取mRNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是防止提取的mRNA被RNA酶分解。通过PCR扩增目的基因的过程中,两个引物是热稳定DNA聚合酶(Taq酶)的

27、结合位点,也是子链延伸的起点。(2)图中过程在构建基因表达载体时,使用两种限制酶同时切割目的基因和质粒,这样做的优点是避免目的基因及质粒的自身环化和随意连接。(3)小鼠ES细胞在饲养层细胞上培养,ES细胞表现为只分裂而不分化的特点。过程中要将含外源基因的ES细胞导入囊胚的内细胞团,然后进行胚胎移植。胚胎移植前,通常选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚并采用胚胎分割技术,一次获得多只相同性状的后代。(4)由于转基因表达产物存在于小鼠的乳汁中,检测其体内是否出现该药用蛋白,在分子水平上的检测方法是从转基因生物中提取蛋白质,用相应的抗体进行抗原抗体杂交,若检测不到药用蛋白,说明药用蛋白基因没有转录或

28、翻译。12.(2019陕西西安模拟)如图是培养生产人生长激素的转基因动物的过程,请据图回答下列问题:(1)是含有人生长激素基因的质粒,为了使人生长激素基因在羊乳腺细胞中表达,需要将目的基因与乳腺蛋白基因的等调控组件重组在一起。中是根据筛选出的细胞。(2)从白脸羊体内分离出的组织要经过酶处理变为单个细胞再培养,实验中使用的细胞通常在10代以内,以保持细胞正常的。(3)为了使产药动物种群迅速扩大,现对阶段的胚胎进行分割,以便一次给受体母羊移入多个胚胎,胚胎分割时应注意。(4)细胞和细胞融合所利用的原理是。产药动物的产生涉及(填“胚胎细胞核移植”或“体细胞核移植”)技术,该技术的成功率较。(5)移植

29、后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础为。答案(1)启动子标记(2)二倍体核型(3)将内细胞团均等分割(4)细胞膜的流动性体细胞核移植低(5)受体子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应解析(1)因为目的基因上没有启动子,要使人生长激素基因在羊乳腺细胞中表达,需要将目的基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。(2)细胞在传至1050代左右时,增殖会逐渐减慢,以至于完全停止,这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化,所以实验中使用的细胞通常在10代以内,以保持细胞正常的二倍体核型。(3)在对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要注意将内细胞团均等分割,否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(4)细胞融合所利用的原理是细胞膜的流动性。根据图示可知,培养产生人生长激素的过程涉及体细胞核移植技术,该技术的成功率较低。(5)受体子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,这为胚胎在受体内的存活提供了可能。