高考生物专题强化训练：15现代生物科技专题（含解析）

十五　现代生物科技专题
(30分钟　100分)
1.(16分)近年来,烟草叶绿体基因工程在提高光合效率、抗性和品质等方面取得了研究进展。如图是将拟南芥果糖1,6-二磷酸醛缩酶基因(简称“醛缩酶基因”)转入烟草叶绿体基因组的部分流程示意图,请据图回答下列问题:
(1)图1中,利用PCR技术扩增拟南芥醛缩酶基因时,应选用的引物是　　　　　　。
(2)图2重组质粒中未标注出的必需元件还有　　　　,构建该重组质粒所用的限制性核酸内切酶有　　　　　　　　。
(3)将拟南芥醛缩酶基因导入烟草叶绿体基因组时,一般将含有目的基因的质粒包裹在金粉上,通过轰击进入叶绿体中,这种方法称为　　　　,叶绿体基因组中存在基因区和基因间隔区,应将目的基因导入叶绿体基因组中的基因间隔区,其原因是　　　　　　　　　　　。
(4)检测目的基因是否成功导入受体细胞的方法是 　　　　　　　,该项技术用到的基因探针的制作方法是:在　　　　　　　　　上用放射性同位素等作标记。
【解析】(1)图1中,基因中两条链是反向平行的,故利用PCR技术扩增目的基因时,应该选基因上下游、方向相反的一对引物,故所选的引物是引物甲、引物丙。
(2)重组质粒应包括目的基因、启动子、终止子、标记基因和复制原点等,图2重组质粒中未标注出的必需元件还有复制原点。由图2可知,BamHⅠ会破坏标记基因,结合图1目的基因两端的限制酶切点可判断构建该重组质粒用的限制性核酸内切酶应选择HindⅢ和BclⅠ。
(3)将目的基因导入烟草叶绿体基因组时,一般将含有目的基因的质粒包裹在金粉上,通过轰击进入叶绿体中,这种方法称为基因枪法。叶绿体基因组中存在基因区和基因间隔区,为避免对叶绿体自身的基因组的表达造成影响,应将目的基因导入叶绿体基因组中的基因间隔区。
(4)检测目的基因是否成功导入受体细胞的方法是DNA分子杂交技术,在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素等作标记,以此作为探针。
答案:(1)引物甲、引物丙　(2)复制原点　HindⅢ和BclⅠ　(3)基因枪法　避免对叶绿体自身的基因组的表达造成影响
(4)DNA分子杂交技术　含有目的基因的DNA单链片段
2.(14分)植物细胞工程在苗木生产、作物育种等方面得到普遍应用。请回答下列问题:
(1)为了获得脱毒植株,外植体往往取自植物的花芽、叶芽等处的分生组织,其原因是　　　　　　　。
(2)在“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程中,运用的工程技术有　　　　　;
为获取杂种细胞,先除去细胞壁以获得　　　　,再用PEG诱导其融合;融合成功的标志是杂种细胞出现　　　　　　　。这项研究最大的突破是　　　　　　　　　。
(3)科学家以成熟的水稻胚作为外植体,在基础培养基上研究人工合成的生长调节剂对诱导愈伤组织的影响,结果如表所示。
培养基代号 2,4-D/(mg·L-1) 6-BA/(mg·L-1) 愈伤组织诱导率/%
A 1.0 0 65.41
B 2.0 0 68.76
C 3.0 0 91.01
D 3.0 0.2 54.48
E 3.0 0.5 57.35
F 3.0 1.0 51.71
注:愈伤组织诱导率(%)=(产生愈伤组织的数目/接种外植体数目)×100%。
从表中可以看出,在基础培养基中添加　　　　不利于愈伤组织的形成。
【解析】(1)因为花芽、叶芽等处的分生组织中病毒很少或几乎没有病毒,所以可利用其进行植物组织培养获得脱毒植株。(2)在“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程中,运用的工程技术有植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术;为获取杂种细胞,先除去细胞壁以获得原生质体,再用PEG诱导其融合;融合成功的标志是杂种细胞出现(新的)细胞壁。这项研究最大的突破是打破生殖隔离,实现远缘杂交育种。(3)2,4-D浓度为1.0～3.0 mg·L-1时,随着2,4-D浓度的上升,愈伤组织诱导率逐渐增大,但是添加6-BA后愈伤组织诱导率明显下降,可见6-BA不利于愈伤组织的形成,2,4-D有利于愈伤组织的形成。
答案:(1)这些部位病毒极少(或不含病毒)　(2)植物体细胞杂交技术、植物组织培养技术　原生质体　新的细胞壁　打破生殖隔离,实现远缘杂交育种
(3)6-BA
3.(14分)(2020·全国卷Ⅲ)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。
回答下列问题:
(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)。
【解析】本题考查了基因工程、细胞工程和胚胎工程的相关内容。
(1)基因工程用的工具酶有限制酶和DNA连接酶。通过图示可知,步骤②和③所代表的操作分别是显微注射、早期胚胎培养,步骤④称为胚胎移植。
(2)膀胱生物反应器既不受动物性别的限制,也不受是否处于生殖期的限制。
(3)同一个体的不同细胞的细胞核中,遗传物质是相同的,因为这两种上皮细胞都是受精卵经过有丝分裂形成的,遗传物质不发生改变。
(4)通过图示可知,此流程主要涉及的技术有转基因技术、体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植。
答案:(1)限制酶、DNA连接酶　显微注射　早期胚胎培养　胚胎移植
(2)性别、生殖期(合理即可)
(3)相同　这两种上皮细胞都是由受精卵经过有丝分裂形成的,遗传物质不发生改变
(4)早期胚胎培养、胚胎移植(或体外受精)
4.(14分)研究人员利用基因工程借助大肠杆菌生产人的生长激素。回答下列问题:
(1)借助PCR技术可在短时间内大量扩增目的基因,原因之一是利用了　　　　酶。
(2)要使目的基因在大肠杆菌细胞内稳定存在并表达,需要借助质粒载体,原因是
　　　　　　　　。
将目的基因导入大肠杆菌,常用　　　　处理细胞,使其成为感受态细胞。
(3)研究人员在大肠杆菌提取液中未能检测到生长激素,但在细胞中检测到生长激素基因,推测可能是转录或翻译过程出错,通过实验进行判断的方法及预期结果是: 　 　 　 　 　　。
(4)能否利用基因工程通过大肠杆菌直接生产人体细胞膜上的糖蛋白 请作出判断并说明理由。 　　　　　　　　。
【解析】(1)PCR技术可在短时间内大量扩增目的基因,是因为使用了热稳定DNA聚合酶,即Taq酶。(2)质粒在宿主细胞中不被分解,有复制原点和启动子,用质粒作载体可使目的基因在受体细胞内复制和表达;将目的基因导入大肠杆菌,可将大肠杆菌经过Ca2+处理,使其成为感受态细胞,易于吸收外源DNA。(3)若要验证是转录过程还是翻译过程出错,可以使用分子杂交技术检测相应的mRNA是否存在。若有杂交带出现,说明转录出了mRNA,则应为翻译出错;若无杂交带出现,则说明转录出错。(4)因为大肠杆菌无内质网、高尔基体,无法对蛋白质进行进一步加工,因此不能利用基因工程通过大肠杆菌直接生产人体细胞膜上的糖蛋白。
答案:(1)Taq(热稳定DNA聚合)　(2)重组质粒能在宿主细胞中不被分解,有复制原点和启动子,目的基因能被复制和表达　Ca2+　(3)使用分子杂交技术检测相应的mRNA是否存在,若有杂交带出现说明翻译出错;若无杂交带出现,则说明转录出错　(4)不能。因为大肠杆菌无内质网、高尔基体,无法对蛋白质进行进一步加工
5.(14分)下列是通过生物学技术制备抗体的两个途径的模式简图。请回答下列问题:
(1)图中需要DNA聚合酶催化的过程为　　　　,需要DNA连接酶催化的过程为　　　　。(填图中序号)
(2)④过程得到的V1基因,用于构建结构甲时,应对该基因进行必要的修饰保证正常表达,应添加　　　　和　　　　等结构。
(3)⑥过程所用方法称为　　　　　　。若导入的目的基因能高效表达,则该大肠杆菌株系称为　　　　。
(4)若将图中大肠杆菌换成适宜的动物细胞,作为受体细胞,则该动物细胞必须为
　　　　(细胞名称)。为了方便获取表达产物,通常将V1基因与　　　　　重组在一起,培育乳腺生物反应器。
【解析】据图可知,①为动物细胞融合,②是细胞增殖,③是转录,④是逆转录,⑤是构建基因表达载体,⑥是将目的基因导入受体细胞。(1)细胞增殖过程中有DNA复制,需要DNA聚合酶催化,即为图示②过程;在构建基因表达载体过程中,连接目的基因和质粒需要DNA连接酶,即为图示⑤过程。(2)在构建基因表达载体过程中,需要在目的基因两端分别添加启动子和终止子,才能保证目的基因在受体细胞中正常表达。(3)将构建的基因表达载体导入大肠杆菌用到的方法是Ca2+转化法。若导入的目的基因能高效表达,则该大肠杆菌株系称为工程菌。(4)将目的基因导入动物细胞,则该动物细胞为受精卵。在培育乳腺生物反应器时,构建的基因表达载体中要加入乳腺蛋白基因的启动子。
答案:(1)②　⑤　(2)启动子　终止子
(3)Ca2+转化法　工程菌　(4)受精卵
乳腺蛋白基因的启动子
6.(16分)下表表示高等动植物亲代个体产生新个体的3种不同途径,请据表分析并回答问题:
生物 途径 主要流程
动植物 甲 亲代个体→受精卵→胚→新个体
植物 乙 亲代个体→体细胞→胚状体→新个体
动物 丙 亲代个体→核移植细胞→早期胚胎→新个体
(1)甲、乙、丙途径中属于有性生殖的是　　　　　　,三种途径中由胚(胚状体或早期胚胎)发育成新个体都需要经过细胞的　　　　　　　　　　。
(2)相比于甲,乙、丙途径在应用上的优点是　　　　　　　　　　。乙途径依据的原理是　　　　　　　　,动物一般采用丙而不采用乙途径产生新个体的原因是 　　　　　　　。
(3)丙途径中,从早期胚胎→新个体的流程中还需要进行的生物工程技术是　　　　。该途径获得的新个体与供核的亲代个体性状不完全相同的原因是
　　　　　　　。
(4)若从乙、丙途径获得的新个体中各取一小块组织进行体外培养。下列叙述错误的有　　　　(填字母)。
a.前者需先用盐酸解离,后者需先用胰蛋白酶处理
b.前者培养基中一般加入蔗糖,后者一般加入葡萄糖
c.前者培养过程需要持续光照,后者可在暗处培养
d.两者培养过程中均需要保证无菌条件,防止杂菌污染
【解析】(1)经分析可知:甲、乙、丙途径中属于有性生殖的是甲,三种途径中由胚(胚状体或早期胚胎)发育成新个体都需要经过细胞的分裂、分化。(2)相比于甲,乙、丙途径在应用上的优点是快速繁殖优良品种。乙途径为植物组织培养,该过程的原理是植物体细胞的全能性,由于高度分化的动物体细胞的全能性受到限制,分化潜能弱,故动物繁殖新个体一般采用丙途径。(3)丙途径中,从早期胚胎→新个体的流程中还需要进行的生物工程技术是胚胎移植。胚胎移植是动物细胞工程产生新个体的最后一步,该途径获得的新个体的遗传物质由供核亲代的核基因和供质亲代的质基因共同组成,因而卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响,故新个体性状与供核亲本不完全相同。(4)前者为植物组织,离体后直接进行组织培养操作,不需先用盐酸解离,后者为动物细胞,需先用胰蛋白酶处理,分散成单个细胞再进行培养,a错误;前者培养过程为植物组织培养,培养基中一般加入蔗糖,后者为动物细胞培养,培养液中一般加入葡萄糖,b正确;前者为植物组织培养,前期不需要光,后期需要持续光照,后者为动物细胞培养,可在暗处培养,c错误;两者培养过程中均需要保证无菌条件,这是实验成功的关键,d正确。
答案:(1)甲　分裂和分化(或分裂、分化、衰老、凋亡等过程)　(2)快速繁殖优良品种　植物体细胞的全能性　高度分化的动物体细胞的全能性受到限制,分化潜能弱
(3)胚胎移植　卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响
(4)a、c
7.(12分)如图是科学家采用不同方法培育良种牛的过程,a～h为操作过程,请据图回答有关问题:
(1)图中a操作是　　　　　　　,c操作是　　　　　　,操作时要注意　。
(2)图中d、f为胚胎移植,其实质是　　　　　　　　　　　　　　　,移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是　　　　　　　　　　　　　　　。为了保证供、受体的生理状态相同,用激素进行　　　　　　　　。
(3)胚胎干细胞来源于图中的　　　　(填图中数字标号)。胚胎干细胞在　　　　　细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,能够维持　　　　　的状态。
(4)图中A、B牛的性别　　　　(填“相同”“不相同”或“不一定相同”)。
【解析】(1)分析题图可知,图中a操作表示体外受精,c操作表示胚胎分割,胚胎分割时要注意将内细胞团均等分割。(2)胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移,移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础是受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应。为了保证供、受体的生理状态相同,可用激素进行同期发情处理。(3)胚胎干细胞来源于图中的③,即内细胞团。胚胎干细胞在饲养层细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态。(4)A、B牛是通过胚胎分割产生的同卵双生个体,遗传物质相同,因此两者的性别相同。
答案:(1)体外受精　胚胎分割　内细胞团均等分割　
(2)早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移　受体子宫对外来胚胎不发生免疫排斥反应　同期发情处理
(3)③　饲养层　(只增殖)不分化　(4)相同
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