高考生物二轮复习选考题命题热点-第38题创设新情境考查现代生物科技训练含答案

  选考题命题热点——第38题创设新情境考查现代生物科技专题

 [对接高考题　揭秘预测]

1．[2019·全国卷Ⅰ]基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题。

(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括____________和____________。

(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是____________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是____________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的____________。

(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是____________。

解析：本题借助基因工程的相关知识，考查考生对生物学问题进行解释的能力；通过PCR与体内DNA复制的比较，体现了科学思维中分析与推断要素。(1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)体内DNA复制时，需用解旋酶打开氢键使双链DNA解旋，而PCR扩增目的基因时，是借助高温加热至90～95℃破坏双链之间的氢键，使DNA成为单链。(3)PCR反应体系中进行互补链的合成时，温度需控制在70～75 ℃，则应使用耐高温的DNA聚合酶，即Taq酶，而不能使用大肠杆菌DNA聚合酶(高温下会失活)。

答案：(1)基因组文库　cDNA文库　(2)解旋酶　加热至90～95 ℃　氢键　(3)Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活

2．[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)要保证目的基因在受体细胞中能够正确表达，目的基因的首端应有启动子，尾端应有终止子。甲是将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5′末端而获得的L1­GFP融合基因，据此结合题意并分析图示可知：该团队在将甲插入质粒P0时，如果用E2或E3，则目的基因不完整，而使用E1和E4这两种限制酶进行酶切保证了甲的完整，而且也保证了甲与载体正确连接，因此，使用的两种限制酶是E1和E4。(2)构建的真核表达载体P1中含有GFP基因，而GFP基因的表达产物“某种荧光蛋白(GFP)”在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光。若在导入P1的牛皮肤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表达，基因的表达过程包括转录和翻译。(3)若要获得含有甲的牛，可采用核移植技术，即将能够产生绿色荧光细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中获得重组细胞，并将该重组细胞在体外培养成重组胚胎，再经过胚胎移植等获得含有甲的牛。(4)PCR是多聚酶链式反应的缩写，是一种在生物体外复制特定DNA片断的核酸合成技术。若利用PCR方法检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，则应分别以该牛不同组织细胞中的核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

[高考揭秘]

历年来，选修3的考查内容主要涉及基因工程、细胞工程和胚胎工程。有关基因工程的试题主要以信息材料或流程图为载体，考查基因工程的工具、原理及其在工农业生产和实践方面的应用等，是高考考查的重点；细胞工程主要以医学实践和农业生产应用为背景材料，起点非常高，但落点较基础；胚胎工程常以前沿科技为材料考查相关知识。2020年高考可能会结合社会热点或科研成果对以上知识点进行单独或综合命题。

[对接模拟题　规范专练]

1．[2019·咸阳市模拟]家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。科学家将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可以提取干扰素用于制药。请回答下列相关问题：

(1)进行转基因操作前，需用________________短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。在培养动物细胞时，培养液中需要通入CO2，作用是________________________________________________________________________。

(2)采用PCR技术可扩增干扰素基因。PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液(含Mg2＋)、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA、________________和________________。

(3)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的________________和________________之间。

(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴满瓶壁的细胞会产生________________现象。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以增大________________，从而增加培养的细胞数量，也有利于气体交换。

解析：(1)进行转基因操作前，需借助动物细胞培养技术来培养幼蚕组织细胞，此时需用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。在培养动物细胞时，培养液中通入CO2的作用是：维持培养液pH的稳定。(2)干扰素基因属于目的基因。采用PCR技术扩增目的基因时，PCR反应体系中应主要包含：扩增缓冲液(含Mg2＋)、水、4种脱氧核苷酸、模板DNA、Taq酶(耐高温DNA聚合酶)和引物。(3)基因的表达过程包括转录和翻译。在基因表达载体的组成中，位于基因首端的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，可驱动基因转录出mRNA，而位于基因尾端的终止子则起到终止转录的作用。可见，为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的启动子和终止子之间。(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，即在动物细胞培养过程中，贴满瓶壁的细胞会产生接触抑制现象。为了使细胞贴壁生长的附着面积增大，通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，从而增加培养的细胞数量，也有利于气体交换。

答案：(1)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)　维持pH的稳定　(2)Taq酶(耐高温DNA聚合酶)　引物　(3)启动子　终止子　(4)接触抑制　细胞贴壁生长的附着面积

2．[2019·葫芦岛市普通高中模拟]近年来，生物工程运用分子生物学的最新成就，发展出一系列的技术，可以为人类健康、生产、生活等服务。运用所学知识回答下列问题。

(1)科学家为了建立生产干扰素的乳腺生物反应器，利用基因工程技术，构建含有启动子、目的基因、终止子、复制原点和________基因表达载体，一般通过________法导入哺乳动物的________中，然后再将它送入母体内，最终发育成能生产干扰素的转基因哺乳动物。

(2)单克隆抗体具有特异性强、________、并可以大量制备等优点。制备单克隆抗体有两个重要的理论基础：一是在动物免疫反应的过程中每一个B淋巴细胞________；二是小鼠骨髓瘤细胞能够________。

(3)在胚胎工程中，通过对供体母羊注射________，促进其超数排卵，从而获得大量羊的卵母细胞；获取的卵母细胞需要培养至________，才能与获能的精子结合。

解析：(1)一个基因表达载体的组成，除了目的基因外，还必须有启动子、终止子以及标记基因等。由于受精卵发育的全能性最高，所以常采用显微注射技术将目的基因导入哺乳动物的受精卵中。(2)单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高、并可以大量制备等优点。制备单克隆抗体有两个重要的理论基础：一是在动物免疫反应的过程中每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体；二是小鼠骨髓瘤细胞能够无限增殖。(3)在胚胎工程中，通过对供体母羊注射促性腺激素，促进其超数排卵，从而获得大量羊的卵母细胞；获取的卵母细胞需要培养至减数第二次分裂中期才能与获能的精子结合。

答案：(1)标记　显微注射　受精卵　(2)灵敏度高　只分泌一种特异性抗体　无限增殖　(3)促性腺激素　减数第二次分裂中期

3．[2019·青岛高三年级质检]长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉，其所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。基因tms的编码产物能促进生长素的合成，科研人员利用基因tms构建重组Ti质粒，对愈伤组织进行遗传改造，解决了长春碱供不应求的问题，操作流程如下。请回答下列问题：

(1)过程①是指______________，过程②多采用的方法是____________。

(2)若从基因文库中获得基因tms，________(基因组文库/cDNA文库)中获取的基因含有启动子，启动子的功能是________________________。作为运载体的Ti质粒应含有________，用以筛选含目的基因的细胞。

(3)用PCR技术扩增目的基因，目的基因DNA受热变性后解链为单链，________与单链相应互补序列结合，然后在________________________的作用下延伸，如此重复循环。

(4)长春碱杀死癌细胞的同时对正常细胞也有毒性作用，为降低长春碱对正常细胞的毒性，可以利用________制备技术制成“生物导弹”进行靶向治疗。

解析：(1)外植体通过脱分化形成愈伤组织，②把目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法。(2)部分基因文库是利用RNA反转录形成的，不含启动子，基因组文库含启动子。启动子是RNA聚合酶结合的位点，启动转录过程。载体需要含有标记基因，可以用于筛选含目的基因的细胞。(3)PCR中，第一步高温变性，打开双链；第二步退火，让引物与模板链结合；第三步进行子链的延伸。该过程需要耐高温的DNA聚合酶参与。(4)单克隆抗体特异性强，可以识别特定的抗原，故可以制成生物导弹，把长春碱定向运输到癌细胞部位杀死癌细胞，可以降低副作用。

答案：(1)脱分化　农杆菌转化法　(2)基因组文库　驱动目的基因转录出mRNA　标记基因　(3)引物　(耐高温的)DNA聚合酶(Taq酶)　(4)单克隆抗体

4．[2019·山东菏泽高三一模]乙肝病毒是一种DNA病毒。中国的乙肝病毒携带者约占总人口的10%。我国科学家通过基因工程生产出乙型肝炎病毒疫苗，为预防乙肝提供了有力的保障。回答下列问题：

(1)乙肝病毒专一侵染肝细胞的原因是________________________________________________________________________。

(2)乙肝病毒的基因组可编码的蛋白质及功能如下：Core蛋白是外壳蛋白；Pre­core与抑制宿主的免疫反应有关；X蛋白与病毒复制有关；S蛋白是病毒的包膜蛋白，与病毒进入细胞有关。通过基因工程生产的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的________________________________________________________________________。

(3)通过基因工程生产乙肝疫苗的过程如图所示：

乙肝病毒有关基因细菌大量生产疫苗

a．若要获得大量的目的基因，可采用PCR技术进行体外扩增，该技术中使用的引物有________种，其作用是______________________。

b．在①②过程中需使用的工具酶是______________________。②过程中常用的载体是________。

c．为提高②过程的转化效率，常采用的方法是______________________________。

(4)使用酵母菌作为受体菌生产乙肝疫苗的效果更好，从细胞结构的角度分析，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：据题(3)图分析，①表示从乙肝病毒分离有关抗原基因；②过程包括基因表达载体的构建，以及导入细菌；③可用特定抗体筛选含目的基因的细菌，并作为微生物发酵的工程菌。(1)由于肝细胞表面有乙肝病毒的受体，所以乙肝病毒专一侵染肝细胞。(2)根据题意分析，乙肝病毒作为抗原的部分应该是其外壳蛋白和包膜蛋白，即通过基因工程生产的乙肝疫苗的有效成分是上述病毒蛋白中的Core蛋白和S蛋白。(3)a.PCR技术中，需要2种不同的引物，使DNA聚合酶能够从引物的结合端开始连接脱氧核苷酸。b.在构建基因表达载体的过程中，需要使用的工具酶是限制酶和DNA连接酶，常用的载体是质粒。c.为了提高将重组质粒导入细菌的转化效率，常用Ca2＋(CaCl2)溶液处理细菌，使之成为感受态细胞。(4)酵母菌具有内质网、高尔基体，可以对核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理，因此使用酵母菌作为受体菌生产乙肝疫苗的效果更好。

答案：(1)肝细胞表面有乙肝病毒的受体　(2)Core蛋白和S蛋白　(3)2　使DNA聚合酶能够从引物的结合端开始连接脱氧核苷酸　限制酶和DNA连接酶　质粒　用Ca2＋(CaCl2)溶液处理细菌

(4)酵母菌具有内质网、高尔基体，可以对核糖体合成的肽链进行剪切、折叠、加工、修饰等处理

5．[2019·陕西宝鸡联考]DNA在NaCl溶液中的溶解度有两重性，随着NaCl溶液浓度的变化而变化。

(1)DNA在不同浓度的NaCl溶液中DNA溶解度不同，DNA在________ mol/L NaCl溶液中溶解度最大，而在________ mol/L NaCl溶液中溶解度最小。

(2)DNA不溶于酒精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液，利用这一原理可以________，可以推测溶于酒精中的可能有________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)利用DNA遇二苯胺呈________色的特性，将该物质作为鉴定DNA的试剂。其实验过程要点是向放有DNA的试管中加入4 mL的二苯胺试剂混合均匀后，将试管置于________5 min，待试管________，观察试管中溶液颜色的变化。这个实验也说明DNA耐________。

解析：(1)在不同浓度的NaCl溶液中DNA的溶解度不同，DNA在2 mol/L NaCl溶液中溶解度最大，而在0.14 mol/L NaCl溶液中溶解度最小。(2)DNA不溶于酒精溶液，而细胞中的某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质能溶于酒精溶液，利用这一原理，可以将DNA与蛋白质等杂质进一步分离。(3)DNA遇二苯胺(沸水浴)会染成蓝色；鉴定时向溶有DNA的试管中加入二苯胺试剂，沸水中加热后冷却即可以观察到蓝色，加热的目的是加快染色的反应速度，也说明DNA具有耐高温的特性，而冷却有利于DNA的析出。

答案：(1)2　0.14　(2)去除杂质　某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质　(3)蓝　沸水中加热　冷却后　高温

6．[2019·四川成都二诊]现代生物科技在医学领域有着广阔的应用前景，器官移植已经逐渐应用于临床实践。回答下列问题：

(1)人体器官移植面临的主要问题之一是免疫排斥。目前临床上提高器官移植成活率的主要措施是使用________，如类固醇、环孢霉素A等，这些药物可使免疫系统中的________淋巴细胞增殖受阻。

(2)哺乳动物的胚胎干细胞可简称为EK细胞。EK细胞可从________________中分离出来，这类细胞在功能上具有的最大特点是________________。通过对患者的EK细胞进行________，可培育出特定人造组织器官，进而解决免疫排斥问题。

(3)人们发现小型猪的器官可用来替代人体器官进行移植但小型猪器官细胞表面的某些抗原仍可引起免疫排斥，科学家利用基因工程将某些调节因子导入小型猪基因组中，以期达到的目的是________________________________________________________________________

________。该过程中的目的基因可以从cDNA文库中获取，cDNA文库的构建方法是________________________________________________________________________。

解析：(1)免疫排斥主要是细胞免疫，由T细胞引起的，则提高器官移植成活率的主要措施是使用免疫抑制剂，如类固醇、环孢霉素A等，可使免疫系统中的T淋巴细胞增殖受阻。(2)胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或原始性腺，功能上具有发育的全能性。通过对患者的EK细胞进行定向分化，可培育出特定人造组织器官，进而解决免疫排斥问题。(3)为了防止小型猪的器官替代人体器官进行移植时发生免疫排斥反应，科学家正试图利用基因工程对小型猪的器官进行改造，在改造中导入小型猪基因组中的一些调节因子属于基因工程中的目的基因，作用是抑制小型猪器官表面抗原的表达。该过程中的目的基因可以从cDNA文库中获取，cDNA文库的构建方法是将某种生物发育的某个时期的反转录产生的多种互补DNA片段，与载体连接后储存在受体菌群中。

答案：(1)免疫抑制剂　T　(2)早期胚胎或原始性腺　具有发育的全能性　定向分化　(3)抑制小型猪器官细胞表面抗原的表达　将某种生物发育的某个时期的反转录产生的多种互补DNA片段，与载体连接后储存在受体菌群中

[最后提醒]

1．对于基因工程的知识，应重点掌握基因工程的三个工具、基因工程的基本操作程序。

2．加强重要的生物学术语的记忆，如“显微注射技术”、“基因表达载体的构建”、“花粉管通道法”等，避免在回答问题时由于出现错别字而失分。

3．细胞工程技术与其他生物工程技术之间关系密切，如通过转基因技术、动物细胞核移植、体外受精和胚胎早期培养获得的细胞需要利用细胞工程技术进行培养。

4．结合必修教材中减数分裂、受精作用和有性生殖的知识理解动物的体内受精和胚胎发育。

5．联系选修教材中基因工程、细胞工程的知识，理顺动物体内受精和体外受精之间的关系。