高考生物二轮复习限时集训：第17讲 现代生物科技专题（解析版）

高考生物二轮复习限时集训
第17讲　现代生物科技专题
1.如图Z17-1表示利用生物工程技术获得人们所需要的新品种或新产品的过程:
图Z17-1
回答下列问题:
(1)①过程表示　基因表达载体的构建　。限制性核酸内切酶BamHⅠ、MboⅠ的识别序列和酶切位点分别为G↓GATCC、↓GATC,若要以图中质粒上的抗性基因作为标记基因,则①过程应选用的限制酶是　BamHⅠ　。筛选时,含目的基因的大肠杆菌将不能在含抗生素　A　的培养基上生长。
(2)图中进行②过程时,用Ca2+处理大肠杆菌,使其成为　感受态　细胞。③过程获得的“人胰岛素”不具有正常的生物活性,从细胞结构的角度分析其原因可能是　具有正常生物活性的人胰岛素需要经过内质网和高尔基体的加工,而大肠杆菌没有内质网和高尔基体(合理即可)　。
(3)④过程常用农杆菌转化法,其原理是农杆菌中的　Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上　。根据农杆菌的这种特点,如果将目的基因插入　Ti质粒的T-DNA　上,通过农杆菌的转化作用,就可以使目的基因进入植物细胞,并将其插入植物细胞中染色体的DNA上,使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。⑤过程获得的抗虫棉还需通过　抗虫接种　实验进行个体生物学水平的鉴定。
[解析] (1)①过程表示基因表达载体的构建,是基因工程的核心步骤;MboⅠ的识别序列和酶切位点是↓GATC,会将质粒上两种标记基因都破坏,因此若要以图中质粒上的抗性基因作为标记基因,应选用的限制酶是BamHⅠ;在BamHⅠ酶的作用下,抗生素A抗性基因被破坏,故筛选时,含目的基因的大肠杆菌将不能在含抗生素A的培养基上生长。(2)用Ca2+处理大肠杆菌,可使其成为感受态细胞,以便吸收周围环境中的DNA分子。大肠杆菌是原核生物,没有内质网和高尔基体,不能对人胰岛素进行加工,故③过程获得的“人胰岛素”不具有正常的生物活性。(3)将目的基因导入植物细胞的方法常用农杆菌转化法;由于农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这种特点,如果将目的基因插入Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以使目的基因进入植物细胞,并将其插入植物细胞中染色体的DNA上。抗虫基因是否表达,可通过抗虫接种实验对⑤过程获得的抗虫棉进行个体生物学水平的鉴定。
2.传统的人工繁殖兰花的方法是分株繁殖和用种子播种,随着科学技术的进步,人们开始采用“组织培养繁殖兰花”。回答下列相关问题:
(1)兰花的叶肉细胞之所以能培养为新个体,是因为细胞中含有　本物种的全部遗传信息　。通过组织培养技术繁殖兰花,不仅能保持优良品种的遗传特性,还具有的优点是　高效快速实现种苗的大量繁殖　。
(2)组织培养过程中为避免杂菌污染,除了实验人员的无菌操作、外植体消毒外,还需要对　培养基、实验器械　(答出2点)进行消毒或灭菌处理。
(3)有人想到利用韭菜和兰花植物通过体细胞杂交技术解决兰花生根速度慢、幼苗生存能力弱的问题,但操作后得到的“韭菜—兰花”, 并没有预想中的“繁殖容易,香气浓郁”,可能的原因是　两个物种之间的基因相互影响,导致某些基因无法正常表达　。培育该杂种植物　需要　(填“需要”或“不需要”)进行组织培养。
(4)兰花在城市绿化中有重要作用,但是在引入兰花时要考虑当地的气候及环境条件,这体现了生态工程的　协调与平衡　原理。我国某些地区发展了兰花产业,有效地实现了自然、社会、经济效益的提高,这体现了生态工程的　整体性　原理。
[解析] (1)兰花的叶肉细胞含有本物种生长发育所需要的全部遗传信息,所以能培养为新个体;植物组织培养技术不仅能保持优良品种的遗传特性,还可高效快速实现种苗的大量繁殖。(2)组织培养过程中为避免杂菌污染,除了实验人员的无菌操作、外植体消毒外,还需要对培养基、实验器械进行消毒或灭菌处理。(3)通过体细胞杂交技术得到的“韭菜—兰花”含有两个物种的遗传物质,由于两个物种之间的基因相互影响,导致某些基因无法正常表达 ,所以并没有预想中的“繁殖容易,香气浓郁”;培育该杂种植物需要对杂种细胞进行组织培养。(4)在引入兰花时要考虑当地的气候及环境条件,这体现了生态工程的协调与平衡原理;发展兰花产业,有效地实现了自然、社会、经济效益的提高,这体现了生态工程的整体性原理。
3.根据下列植物体细胞杂交过程示意图,回答下列问题:
图Z17-2
(1)从结构上看,植物体细胞杂交的第一道障碍是　细胞壁　,另一个关键环节②称为　原生质体间的融合　。如何从细胞水平鉴定、筛选所需杂种细胞(只考虑两两融合)　用显微镜观察处于有丝分裂中期的杂种细胞的染色体形态和数目,确定是否来自马铃薯和番茄两种植株　。
(2)在过程　④⑤　(填图中数字)中,由于培养的细胞　一直处于不断的分生状态　,因此易受培养条件和外界压力的影响而产生突变。
(3)人工种子是指　以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子　。
(4)植物体细胞杂交在育种工作中的突出优点是　可以克服远缘杂交不亲和的障碍　。
[解析] (1)植物细胞壁阻碍细胞间的杂交,为第一道障碍;②是原生质体间的融合;只考虑两两融合,杂交过程中会出现两个马铃薯细胞融合,两个番茄细胞融合,马铃薯细胞和番茄细胞融合,由于两种植物细胞的染色体数目不同,融合的三种细胞中的染色体数目也不同,因此要从细胞水平鉴定、筛选所需杂种细胞,可以用显微镜观察处于有丝分裂中期的杂种细胞的染色体形态和数目,确定是否来自马铃薯和番茄两种植株。(2)④脱分化和⑤再分化过程中,细胞一直处于不断的分生状态,易受培养条件和外界压力的影响而产生突变。(3)人工种子是指以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人工薄膜包装得到的种子。(4)与杂交育种相比,体细胞杂交在育种工作中的突出优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
4.回答下列有关动物细胞培养的问题:
(1)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为　接触抑制　。此时,瓶壁上形成的细胞层数是　一　层。可以使用胰蛋白酶将贴壁的细胞从瓶壁上分离下来。
(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现　衰老、死亡　现象;但极少数细胞可以连续增殖,其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成具有不死性的细胞,这种细胞除连续增殖以外,还具有的特点是　细胞膜表面糖蛋白减少,细胞间的黏着性降低　。
(3)进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分离细胞,但不能用胃蛋白酶,理由是　多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,在此环境下,胃蛋白酶失去活性,而胰白酶活性较高　。使用胰蛋白酶时需要严格控制好消化时间,因为　时间过长,胰蛋白酶会消化细胞 　。
(4)分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较,　前者　(填“前者”或“后者”)更易于培养,原因是　分化程度高的细胞功能专一,分裂能力差　。
[解析] (1)在动物细胞培养过程中,当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞会停止分裂增殖,这种现象称为接触抑制;此时,瓶壁上形成的细胞层数是一层。(2)随着细胞传代次数的增多,绝大部分细胞分裂停止,进而出现衰老甚至死亡的现象;细胞发生癌变后,细胞间的黏着性降低,与细胞膜表面糖蛋白含量减少有关。(3)因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为1.5,而多数细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,此环境下胃蛋白酶会失去活性,因此用胰蛋白酶分离细胞。使用胰蛋白酶时需要严格控制好消化时间,因为时间过长,胰蛋白酶会消化细胞,从而破坏细胞结构。(4)组织细胞分化程度低、分裂能力强,有利于动物细胞培养,分化程度高的细胞功能专一,分裂能力差。
5.现代生物科技不断发展,在治疗人类疾病方面发挥着越来越重要的作用。请回答下列相关问题:
(1)囊性纤维化病是一种遗传病,科学家们设计出基因治疗方法,利用经过修饰的腺病毒作为　载体　,将治疗囊性纤维化病的正常基因转入患者的肺组织中,这种直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法叫作　体内基因治疗　。
(2)胰岛素是治疗糖尿病的有效药,天然胰岛素注射后会堆积在皮下,需较长时间才能进入血液,科学家利用　蛋白质工程　技术对胰岛素进行改造使其成为速效药,提高了胰岛素的治疗效果。
(3)单克隆抗体的出现能有效解决传统抗体产量低、特异性差的问题。在其制备过程中,需要进行两次筛选,第一次筛选的目的是筛选出　杂交瘤细胞　;如果将抗癌细胞的单克隆抗体与化学药物结合制成“生物导弹”,注入体内,借助单克隆抗体的　导向　作用,能将药物定向带到癌细胞所在位置,在原位杀死癌细胞。
(4)ES细胞的形态特征有　体积小、细胞核大、核仁明显　,功能上,具有　发育的全能性　。ES细胞可以治疗人类由细胞坏死、退化或功能异常引起的疾病,如帕金森综合征,利用ES细胞可以被　诱导分化　形成新的组织细胞的特性,移植ES细胞可使坏死或退化部位得以修复。
[解析] (1)利用经过修饰的腺病毒作为载体,将治疗囊性纤维化病的正常基因转入患者的肺组织中,这种直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法叫作体内基因治疗。(2)天然胰岛素不完全符合人类需要,可通过蛋白质工程对胰岛素进行改造使其成为速效药。(3)单克隆抗体的制备需要进行两次筛选,第一次筛选的目的是去掉未杂交的细胞以及自身融合的细胞,从而得到杂交瘤细胞;将抗癌细胞的单克隆抗体与放射性同位素、药物等结合,制成“生物导弹”,借助单克隆抗体的导向作用,在原位杀死癌细胞,这样既不损伤正常细胞,又减少了用药剂量。(4)胚胎干细胞在形态上表现为体积小、细胞核大、核仁明显;在功能上,具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞;通过体外诱导ES细胞分化,还可以培育出人造组织器官,解决临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。
6.大千世界,无奇不有,澳大利亚布里斯班一对小姐弟,被确认为全球历来第二对半同卵双胞胎。该对半同卵双胞胎的受精及胚胎发育过程如图Z17-3所示。
图Z17-3
(1)图甲表示该异常胚胎的受精过程,此时卵母细胞已发育到　减数第二次分裂后期　(时期)。该卵母细胞与2个精子受精,这种情况极其罕见,因为机体具有两道防止多精入卵受精的屏障,它们是　透明带反应和卵细胞膜反应　。
(2)图乙细胞中包含3个原核,为　1个雌原核和2个雄原核　。正常情况下,这种受精卵无法正常发育。但是,该受精卵在母体内神奇地恢复了正常分裂,如图丙所示。此时受精卵形成了三极纺锤体,并最终分裂成三个合子(图丁)。三个合子的染色体组组成分别为1个父系染色体组和1个母系染色体组、1个父系染色体组和1个母系染色体组、2个父系染色体组。其中包含1个父系染色体组和1个母系染色体组的两个合子正常发育,而仅包含两个父系染色体组的合子发育失败。最终该母亲成功诞下两名性别不同的婴儿。这两名婴儿的染色体组中,来源于母系的染色体　相同　(填“相同”“不相同”或“无法确定”),来源于父系的染色体　不相同　(填“相同”“不相同”或“无法确定”)。
(3)胚胎工程是对早期胚胎或　配子　进行的多种显微操作和处理技术,如　体外受精、胚胎分割、胚胎移植、胚胎干细胞培养　(写出2种即可)等技术。
[解析] (1)图甲卵母细胞中的染色体着丝点分裂,处于减数第二次分裂后期;机体防止多精入卵受精的两道屏障是透明带反应和卵细胞膜反应。(2)图乙细胞中包含3个原核,其中进入的两个精子的细胞核形成2个雄原核,卵母细胞中的细胞核形成雌原核;该名母亲诞下两名性别不同的婴儿,其染色体来源于同一卵细胞,但来源于不同精子,因此来源于母系的染色体相同,来源于父系的染色体不相同。(3)胚胎工程是对配子和早期胚胎进行的多种显微操作和处理技术,涉及胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。
7.图Z17-4为利用生物技术获得生物新品种的过程。请据图回答:
图Z17-4
(1)加热至94 ℃的目的是使DNA中的　氢　键断裂,当温度降低时,引物与模板末端结合,在　热稳定性DNA聚合酶(Taq酶)　的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两个DNA分子。
(2)⑥过程的常用方法是　农杆菌转化法　,⑦过程通过植物组织培养技术来获得转基因莴苣,在该技术的培养基中通常需要添加蔗糖,其目的是　提供有机营养,调节渗透压　。
(3)图中采用了体外受精技术,在体外受精前需要对牛的精子进行获能处理,一般采用化学诱导法,即将精子放在　一定浓度的肝素或钙离子载体A23187中　,用化学药物诱导精子获能。图中获得的受精卵需要在　发育培养液　中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发育能力。当胚胎发育到适宜的阶段时,可将其取出向受体移植,或冷冻保存。
(4)为了确保得到所需性别的试管牛,往往需要对移植前的胚胎进行性别鉴定,请举出两种对早期胚胎进行性别鉴定的方法(只需写出名称或简要原理):　采用基因探针检测胚胎细胞中与性别有关的基因(SRY—PCR胚胎的性别鉴定技术);显微镜镜检法(观察胚胎细胞性染色体组成或分析胚胎细胞的染色体组型)　。
[解析] (1)加热至94 ℃可以使DNA中的氢键断裂,从而获得模板链;当温度降低时,引物与模板末端结合,在Taq酶的作用下,引物沿模板链延伸,最终合成两个DNA分子。(2)⑥将目的基因导入植物细胞常用农杆菌转化法;植物组织培养技术的培养基中通常需要添加蔗糖,其目的是提供营养(碳源),调节渗透压。(3)常用的一定浓度的肝素或钙离子载体A23187诱导精子获能;图中获得的受精卵需要在发育培养液中继续培养,以检查受精状况和受精卵的发育能力。(4)对胚胎进行性别鉴定的方法有采用基因探针检测胚胎细胞中与性别有关的基因(SRY—PCR胚胎的性别鉴定技术);显微镜镜检法(观察胚胎细胞性染色体组成或分析胚胎细胞的染色体组型)。
8.“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一,也是生态工程最早和最生动的一种模式。通过积极种植能够固氮的豆科植物,以及收集一切可能的有机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶、残羹剩饭、河泥、炕土、老墙土以及农产品加工过程中的废弃物等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,施用到农田中,改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实现了土壤养分中氮、磷、钾及微量元素的循环利用。回答下列问题:
图Z17-5
(1)“无废弃物农业”遵循的主要原理是　物质循环再生原理　。如图Z17-5是一个无废弃物农业的实例,通过蚯蚓、沼气池中的微生物等分解者能有效地促进系统中物质的　循环利用　。从资源化、无害化角度分析,途径　②③　(填图中序号)优于　④　(填图中序号)。
(2)施用有机肥料到农田中能培育土壤微生物,改善土壤结构是因为　有机肥为分解者(土壤微生物)提供了物质和能量,使土壤微生物大量繁殖并将有机物分解为无机物,使土壤中的氮、磷、钾等元素增加　。
(3)豆科植物与固氮的根瘤菌之间的关系是　互利共生　,根瘤菌能为豆科植物提供生命活动必需的　氮　元素。
(4)土壤微生物在生态系统中起了十分关键的作用,因此在矿区废弃地的生态恢复工程中,关键在于　植被恢复　以及为　植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建　。
[解析] (1)“无废弃物农业”遵循的主要原理是物质循环再生原理。分解者能将动植物遗体及动物的排遗物分解为无机物,加快物质循环利用。将有机废弃物进行发酵处理获得沼气,饲养蚯蚓、苍蝇获得动物蛋白饲料,实现了能量的多级利用,因此从资源化、无害化角度分析,途径②③优于④。(2)有机肥为土壤微生物提供了物质和能量,使土壤微生物大量繁殖并将有机物分解为无机物,使土壤中的氮、磷、钾等元素增加,从而有效改善了土壤结构。(3)根瘤菌能为豆科植物提供生命活动必需的氮元素,豆科植物为根瘤菌提供有机物,二者是互利共生关系。(4)在矿区废弃地的生态恢复工程中,关键在于植被恢复以及为植被恢复所必需的土壤微生物群落的重建。