高中生物高考 2021届高三大题优练12 现代生物科技专题 教师版

这是一份高中生物高考 2021届高三大题优练12 现代生物科技专题 教师版，共9页。
     例1．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                       。【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【解析】(1)基因工程中的基因文库包括基因组文库和部分基因文库(cDNA文库)。(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，通过解旋酶解开DNA双链。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，通过高温(90℃～95℃)使反应体系中的模板DNA解链为单链。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的氢键。(3)大肠杆菌DNA聚合酶不耐高温，在高温下会失活，而PCR反应体系中加入的聚合酶需耐高温，故在PCR反应中要用能耐高温的Taq酶。例2．为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。回答下列问题：（1）上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_________________。（2）写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：_________________。（3）为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于_________________，使用该培养基进行细胞培养的结果是_________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是_________________。（4）若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有________________（答出2点即可）。【答案】（1）诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞    （2）取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液    （3）选择培养基    只有杂交瘤细胞能够生存    抗原与抗体的反应具有特异性    （4）将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养【解析】（1）实验前给小鼠甲注射病毒A，是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。（2）取小鼠的脾脏，剪碎组织，用胰蛋白酶处理获得单个细胞，加入培养液可以制成单细胞悬液。（3）图中筛选1需要用到选择培养基，只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，该过程要用到抗原抗体杂交，故筛选所依据的原理是抗原-抗体反应具有特异性。（4）获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后，可以在体外培养液中进行培养，或在小鼠的腹腔中进行培养，使杂交瘤细胞大量增殖。                     1．马铃薯植株在长期栽培过程中容易遭受病毒的侵染，从而导致严重减产。科学家通过基因工程技术将抗病毒的PVX基因成功导入马铃薯细胞中，培育出抗病毒的马铃薯植株。回答下列问题：(1)以相关mRNA为材料，在________酶的作用下，可以获得抗病毒的PVX基因。将获得的PVX基因在体外进行扩增，可以采用____________(填中文名称)，该技术中所利用的特殊酶是__________________。(2)若要使抗病毒的PVX基因在受体细胞中复制并表达，需要通过质粒载体而不能直接将抗病毒的PVX基因导入受体细胞，其原因是目的基因无________________________(答出两点即可)。(3)在进行基因操作时，将抗病毒的PVX基因导入马铃薯细胞常用的方法为________________。检测目的基因是否表达出相应的蛋白质，在个体水平上可以采用________________________。(4)相比于将抗病毒基因导入植物细胞的细胞核中，若将抗病毒基因导入植物细胞的叶绿体基因组中具有很多优势，从环境保护和生物工程安全性问题的角度分析，其优势体现在                              。【答案】(1)逆转录　  多聚酶链式反应　  热稳定DNA聚合酶(或Taq酶)    (2)复制原点、表达所需的启动子和终止子    (3)农杆菌转化法　  将相应病毒接种到马铃薯植株上的方法    (4)花粉中的精子细胞中通常不存在叶绿体，导入叶绿体基因组中的抗病毒基因不会随花粉扩散传播，从而不会产生基因污染【解析】(1)以mRNA为材料，获得抗病毒的PVX基因，可通过逆转录酶的催化获得。将获得的PVX基因在体外进行扩增，可以采用多聚酶链式反应(PCR)，该技术中所利用的特殊酶是热稳定DNA聚合酶(或Taq酶)，该酶可以耐受九十几度的高温环境。(2)目的基因上无复制原点、表达所需的启动子和终止子，故要使抗病毒的PVX基因在受体细胞中复制并表达，需要通过质粒载体而不能直接将抗病毒的PVX基因导入受体细胞。 (3)将抗病毒的PVX基因导入马铃薯细胞常用的方法为农杆菌转化法。在个体生物学水平鉴定马铃薯植株是否具有抗病毒特性的方法是将相应的马铃薯病毒接种到马铃薯植株上。(4)从环境保护和生物工程安全性问题的角度分析，将抗病毒基因导入植物细胞的叶绿体基因组比导入植物细胞的细胞核中具有很多优势，花粉中的精子细胞中通常不存在叶绿体，导入叶绿体基因组中的抗病毒基因不会随花粉扩散传播，从而不会产生基因污染。2．水稻胚乳中含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因（Wx基因）启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。（1）将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是______， 重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为_____________。（2）根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了______，从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列___(填：发生或不发生)改变，原因是_____________。（3）为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA（Wx mRNA）的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经_____过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，原因是_____________。（4）各品系Wx mRNA量的检测结果如图所示，据图推测糯性最强的品系为_____，原因是_____________。【答案】（1）限制性核酸内切酶和DNA连接酶    转化    （2）RNA聚合酶与启动子的识别和结合    不发生    编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子    （3）逆转录（或：反转录）    引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的（或：引物能与Wx基因的cDNA特异性结合）    （4）品系3    品系3的Wx mRNA最少，控制合成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强【解析】（1）将目的基因与Ti质粒构建基因表达载体时，需要限制酶的切割，将目的基因插入载体时需要DNA连接酶的连接，重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程叫做转化。（2）根据以上分析可知，启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点，如果启动子序列改变将会影响RNA聚合酶与之结合和识别，进而影响基因的转录水平，在真核生物中，编码蛋白质的序列是基因中编码区，编码区中不包括启动子序列，因此直链淀粉合成酶的基因碱基序列中不含有启动子，因此3个突变品系中Wx基因中控制合成直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。（3）以mRNA为模板合成cDNA的过程为逆转录，利用PCR技术扩增Wx基因的cDNA，需要以Wx基因合成的引物，这样引物能够在总cDNA中与Wx基因的cDNA特异性结合，从而利用PCR扩增技术转移性扩增出Wx基因的cDNA。（4）识图分析可知，图中品系3的Wx基因的mRNA的含量最少，那么合成的直链淀粉酶最少，直链淀粉合成量最少，因此该水稻胚乳中含的直链淀粉比例最小，糯性最强。3．某研究人员设计了下列技术路线，以期获得甘蓝和萝卜体细胞杂交植株。请回答下列问题：（1）制备原生质体时，常用两种酶处理，分别是____________________。诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是______________。原生质体融合成功的标志是____________________。图中X是____________________，除了被直接诱导出芽生根外，还可以通过形成____________________获得再生植株。（2）为诱导融合体产生不定芽，通常应在培养基中加入两类植物激素，其中起主要作用的是____________________。（3）若想获得抗盐植株，可选用融合原生质体作为人工诱变的材料，原因是____________________，且需在含较高浓度的NaCl培养基中筛选。【答案】（1）纤维素酶和果胶酶    PEG（聚乙二醇）    杂种细胞再生成细胞壁    愈伤组织    人工种子       （2）细胞分裂素   （3）具有分裂分化能力，突变频率高，融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性【解析】（1）植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以制备原生质体，需要用纤维素酶和果胶酶将细胞壁分解，诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是PEG（聚乙二醇）。原生质体融合成功的标志是杂种细胞再次生成细胞壁；图中X经过离体培养，可以形成试管苗，所以X是愈伤组织，除了被直接诱导出芽生根外，还可以通过形成胚状体制成人工种子获得再生植株。（2）植物组织培养中常加入细胞分裂素和生长素，当生长素和细胞分裂素的比值低时，有利于芽的形成，所以其主要作用的是细胞分裂素。（3）由于融合原生质体包含了两个物种的全部遗传信息，且具有全能性，所以可选用融合原生质体作为人工诱变的材料。4．类风湿性关节炎（RA）是一种自身免疫病，致残性强。研究表明，该病的病理改变与肿瘤坏死因子-α（TNF-α）密切相关，而一种人鼠嵌合的抗TNF-α单克隆抗体能有效治疗RA。下图为该单克隆抗体制备过程示意图。（1）图中的抗原A是______________，常用的促融剂是_______________。细胞融合完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞。体系中出现多种类型细胞的原因是________________。（2）HAT培养基的作用是经选择性培养筛选出杂交瘤细胞，之后还需要进行__________培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得能分泌单一抗体的杂交瘤细胞。最后获得的杂交瘤细胞只能产生一种单一抗体的原因是___________________。（3）单克隆抗体的特点是__________________。单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的动物细胞融合技术和____________技术。（4）单克隆抗体主要的用途有：_______________________________（至少答两点）。【答案】（1）肿瘤坏死因子-α（或TNF-α）    聚乙二醇（PEG）    细胞融合是随机的，且融合率达不到100%    （2）克隆化培养    每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体    （3）特异性强、灵敏度高、可大量制备    动物细胞培养    （4）作为诊断试剂、用于治疗疾病、用于运载药物    【解析】（1）要制备抗TNF-a单克隆抗体需要给小鼠注射肿瘤坏死因子a(TNF-a)，即图中的抗原A。常用物理或化学方法促融，最常用的化学促融剂是聚乙二醇(PEG)，细胞融合完成后，由于细胞融合是随机的，且融合率达不到100%，所以细胞融合完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有骨髓瘤细胞自身融合细胞、淋巴细胞自身融合细胞。（2）HAT培养基的作用是选择性培养筛选出杂交瘤细胞，在抗体检测之前需要进行克隆化培养，以增加杂交瘤细胞数量。经多次筛选，就可获得能分泌单一抗体的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞只能产生一种单一抗体的原因是每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。（3）单克隆抗体典型优点是特异性强、灵敏度高、可大量制备。动物细胞培养技术是动物细胞工程的基础，单克隆抗体技术是动物细胞工程的应用之一。故单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的动物细胞融合技术和动物细胞培养技术。（4）单克隆抗体最广泛的用途是作为诊断试剂，也可用于治疗疾病、用于运载药物，主要是用于癌症治疗、也有少量是是用于其他治疗的。5．W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。（1）步骤①中需要使用的工具酶有________________。步骤②和③所代表的操作分别是________________和________________。步骤④称为________________。（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的______________（答出2点即可）的限制。（3）一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息________________（填相同或不同），原因是_________。（4）从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有_____________（答出2点即可）。【答案】（1）限制性核酸内切酶、DNA连接酶    显微注射    体外培养    胚胎移植    （2）性别、年龄    （3）相同    两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵    （4）体外受精、胚胎移植【解析】（1）由分析可知，步骤①为构建基因表达载体，需使用同种限制酶切割目的基因和运载体，再由DNA连接酶连接粘性末端，形成重组表达载体；步骤②为显微注射；步骤③为体外培养；步骤④为胚胎移植。（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物,不受动物的性别和年龄的限制。（3）在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。（4）由分析可知，步骤③为体外培养，步骤④为胚胎移植，均属于胚胎工程。6．植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题：（1）在植树造林时，一般认为，全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比，按照种植一种植物方式所构建的生态系统，其抵抗力稳定性___________。抵抗力稳定性的含义是_____________________________。（2）“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式，其做法是收集有机物质。包括人畜粪便、枯枝落叶等，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，再施用到农田中。施用有机肥料的优点是__________________________________（答出3点即可）。在有机肥料的形成过程中，微生物起到了重要作用，这些微生物属于生态系统组分中的________。（3）在污水净化过程中，除发挥污水处理厂的作用外，若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素，请提供一个方案：_________________________________。【答案】（1）低    生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力    （2）改善了土壤结构；培育了土壤微生物；实现了土壤养分的循环利用    分解者    （3）种植能吸收这些金属元素的水生植物，再从植物中回收金属【解析】（1）生态系统的抵抗力稳定性取决于生态系统中物种组成的复杂程度，种植一种植物，生态系统的生物种类过少，抵抗力稳定性较低；所谓抵抗力稳定性是指生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力。（2）由于有机肥料中有机物较多，故施用有机肥料可以改善土壤结构、培育土壤微生物、实现了土壤养分的循环利用。分解人畜粪便、枯枝败叶中的有机物质的微生物属于分解者。（3）利用生物来回收污水中的金属元素，可以通过种植能吸收这些金属元素的水生植物，再从植物中回收金属。