资源简介 2024年高考生物压轴题训练: 生物技术与工程命题预测 生物技术是高考中的重要板块,包括基因工程、细胞工程以及发酵工程、PCR技术应用广泛,可用于新冠病毒的核酸检测等基本内容,是近几年高考试题的命题热点,在考试中经常会与细胞代谢、基因等进行综合考查,难度从简单到困难都有所涉及,需要考生在复习中认真对待。 预计2024年命题会继续在上述几个方面进行。通过近几年的高考题研究发现,生物高考越来越重视在现实情景中考查考生运用知识解决实际问题的能力。从这个角度看,生物技术和工程问题一直是考查的重点内容。这是因为,现代生物学的实际问题,不论是科学研究还是生产实践,都要通过生物技术和生物工程解决。而生物技术和生物工程又是建立在生命科学原理的基础上的。这样就形成了生物科学一生物技术和工程一科学研究和生产实践一条主线。生物技术和工程起到连接科学原理和实际问题的桥梁的作用。明白了这一部分的地位,考生的备考策略就要从生物科学原理出发,理解生物技术与工程,再利用这些技术解决实际问题。高频考法 (1)微生物的选择培养、鉴定和计数 (2)植物细胞工程和动物细胞工程的比较 (3)限制酶的选取与基因表达载体的构建 (4)分析基因编辑方案,学会科学探究、发现并解决问题(密押典例+思维建模,学会压轴题)密押典例 01 微生物的选择培养、鉴定和计数(2022·广东高考)研究深海独特的生态环境对于开发海洋资源具有重要意义。近期在“科学号”考察船对中国南海科考中,中国科学家采集了某海域1 146米深海冷泉附近沉积物样品,分离、鉴定得到新的微生物菌株并进一步研究了其生物学特性。回答下列问题:(1)研究者先制备富集培养基,然后采用________________法灭菌,冷却后再接入沉积物样品,28 ℃厌氧培养一段时间后,获得了含拟杆菌的混合培养物,为了获得纯种培养物,除了稀释涂布平板法,还可采用____________________法。据图分析,拟杆菌新菌株在以__________________为碳源时生长状况最好。(2)研究发现,将采集的样品置于各种培养基中培养,仍有很多微生物不能被分离筛选出来,推测其原因可能是______________________________________________________________________________________________________________________________。(答一点即可)(3)藻类细胞解体后的难降解多糖物质,通常会聚集形成碎屑沉降到深海底部。从生态系统组成成分的角度考虑,拟杆菌对深海生态系统碳循环的作用可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)深海冷泉环境特殊,推测此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶,除具有酶的一般共性外,其特性可能还有____________________________________________________。【答案】 (1)高压蒸汽灭菌 平板划线 纤维素 (2)某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存(或某些微生物只有在深海冷泉的特定环境中才能存活) (3)拟杆菌作为分解者,将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物,归还到无机环境中,有利于碳循环的顺利进行 (4)耐低温【解析】 (1)富集培养基通常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。可以采用稀释涂布平板法或平板划线法对微生物进行分离纯化。分析题图可知,在以纤维素为碳源的培养基中细胞数最多,故拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好。(2)深海冷泉中某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存,故将采集的样品置于各种培养基中培养,仍有很多微生物不能被分离筛选出来。(3)拟杆菌为异养生物,其作为深海生态系统中的分解者,能将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物,归还到无机环境中,有利于碳循环的顺利进行。(4)深海冷泉温度较低,故生活在其中的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶应具有耐低温的特性,这样才能高效降解多糖,以满足拟杆菌正常的生命活动。思维建模 解题关键—破译新情境情境信息 化新为熟题图 拟杆菌新菌株在以不同物质为碳 拟杆菌可降解难降解的多糖物质:纤维素、木信息 源时的细胞数:纤维素>木聚糖>果胶>甘露聚糖>淀粉 聚糖、果胶等;拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好题肢信息 设问(1):为了获得纯种培养物 纯种培养需利用选择培养基筛选,接种方法有稀释涂布平板法和平板划线法设问(2):将采集的样品置于各种培养基中培养,仍有很多微生物不能被分离筛选出来 深海冷泉中可能存在某些微生物,只有利用冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)设问(3):从生态系统组成成分的角度考虑 拟杆菌为异养生物,可作为该生态系统的分解者设问(4):深海冷泉环境特殊 深海冷泉附近温度较低,此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种酶,都应具有耐低温的特性密押典例 02 植物细胞工程和动物细胞工程的比较(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,[信息①]可获得植物细胞的某些次生代谢物。[信息②]下列说法正确的是( )A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量【答案】 A【解析】 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,但可利用植物细胞培养技术得到,A正确;利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物,故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产,B错误;一般认为次生代谢物不是植物基本的生命活动所必需的,其含量少,可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量,C错误;该技术主要利用促进细胞分裂的培养条件,提高多个细胞中次生代谢物的总含量,而不能提高单个细胞中次生代谢物的含量,D错误。思维建模 解题关键—准确理解概念信息 概念迁移信息① 结合植物细胞培养的概念,该技术获得细胞代谢产物可利用发酵工程等手段实现工厂化生产,且复杂的细胞代谢产物化学途径可能无法合成;该技术也是通过细胞大量增殖获取产物,而不是利用单个细胞的产量增加信息② 联系次生代谢物的概念,明确其不是植物生长所必需的密押典例 03 植物细胞工程和动物细胞工程的比较(2023·天津高考,有改动)根据不同动物的培育图示分析,下列叙述正确的是( )A.子代动物遗传性状和受体动物完全一致B.过程1需要MⅡ期去核卵母细胞C.过程2可以大幅改良动物性状D.过程2为过程3提供了量产方式,过程3为过程1、2提供了改良性状的方式【答案】 D【解析】 子代动物的遗传性状与供体基本一致,但与受体动物无关,A错误。核移植过程中需要处于MⅡ期的去核卵母细胞,而过程1是培育试管动物,需要培育到适宜时期(桑葚胚或囊胚等时期)进行胚胎移植,B错误。过程2得到的是克隆动物,是无性生殖的一种,不能大幅改良动物性状,C错误。过程2克隆技术可得到大量同种个体,为过程3提供了量产方式;过程3是转基因技术,转基因可导入外源优良基因,为过程1、2提供了改良性状的方式,D正确。思维建模 解题关键—科学思维密押典例 04 限制酶的选取与基因表达载体的构建(2022·山东高考)某种类型的白血病由蛋白P引发,蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解,药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理,需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG-P和FLAG-P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P;FLAG是一种短肽,连接在P或P△的氨基端,使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合,但不影响P或P△的功能。(1)为构建重组载体,需先设计引物,通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是__________________________________。为使PCR产物能被限制酶切割,需在引物上添加相应的限制酶识别序列,该限制酶识别序列应添加在引物的________(填“3′端”或“5′端”)。(2)PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后,与编码FLAG的序列形成一个融合基因,如图甲所示,其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后,融合基因转录出的mRNA序列正确,翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确,但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图甲分析,出现该问题的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。可在修改扩增P基因时使用带有EcoRⅠ识别序列的引物来解决该问题,具体修改方案是_____________________________________。(3)融合蛋白表达成功后,将FLAG-P、FLAG-P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质,分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测,检测结果如图丙所示。已知FLAG-P和FLAG-P△不能降解UBC,由①②③组结果的差异推测,药物A的作用是_________________________________________________________________________________________________________________________________________;由②④组或③⑤组的差异推测,P△中缺失的特定序列的作用是__________________________________________________________________________________________________________________________。(4)根据以上结果推测,药物A治疗该病的机理是__________________________________________________________________________________________________________________________。【答案】 (1)能与P基因母链的一段碱基序列互补配对、短单链核酸 5′端 (2)P基因编码链的第一个碱基与EcoRⅠ识别序列的最后两个碱基编码同一个氨基酸,导致mRNA的密码子被错位读取 在引物中的EcoRⅠ识别序列3′端添加一个碱基 (3)增强FLAG-P与UBC的结合 参与P与UBC的结合 (4)药物A通过增强P与UBC结合促进P降解【解析】 (1)引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸,因此设计扩增P基因的引物需要满足的条件是能与P基因母链的一段碱基序列互补配对,并且是短单链核酸。DNA聚合酶延伸时,是将脱氧核苷酸添加到引物的3′端,为了不破坏目的基因,该限制酶识别序列应添加在引物的5′端。(2)融合基因转录出的mRNA序列正确,翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确,但P基因对应的氨基酸序列与P不同,说明P基因翻译时出错。由图甲可以看出,P基因编码链的第一个碱基与EcoRⅠ识别序列的最后两个碱基编码同一个氨基酸,导致mRNA的密码子被错位读取。解决该问题的修改方案是在引物中的EcoRⅠ识别序列3′端添加一个碱基,使EcoRⅠ识别序列不影响P基因的正常翻译。(3)①组仅添加UBC;②组添加UBC和FLAG-P;③组添加UBC、FLAG-P和药物A;④组添加UBC和FLAG-P△;⑤组添加UBC、FLAG-P△和药物A。按题中所述处理后,①组没出现杂交带,②③组出现杂交带,且③组杂交带更加明显,说明药物A的作用是增强FLAG-P与UBC的结合。②④组或③⑤组的差异在于②③组含有FLAG-P,出现杂交带,④⑤组含有FLAG-P△,没出现杂交带,据此推测P△中缺失的特定序列的作用是参与P与UBC的结合。(4)根据(3)的分析推测,药物A通过增强P与UBC结合促进P降解,达到治疗该病的目的。思维建模 解题关键—破译新情境情境信息 化新为熟题干信息 某种类型的白血病由蛋白P引发,蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解,药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用FLAG是一种短肽,连接在P或P△的氨基端,使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合 融合蛋白FLAG-P和FLAG-P△可与FLAG抗体特异性结合,被筛选或识别出来题肢信息 设问(1):为构建重组载体,需先设计引物,通过PCR特异性扩增P基因 引物是一小段能与DNA模板链互补的短单链核酸;DNA延伸方向是模板链的3′端→5′端图甲:DNA编码链为转录时所用模板链的互补链 DNA编码链中核苷酸序列与该基因转录的mRNA序列一致(RNA中U取代DNA中的T)设问(3):各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质,分离出与介质结合的物质并用 UBC抗体检测 只有同时含有FLAG-P和UBC的复合物才能与 FLAG 抗体和 UBC 抗体特异性结合,即检测结果中有显示密押典例 05 分析基因编辑方案,学会科学探究、发现并解决问题(2023·天津高考,有改动)基因工程:制备新型酵母菌(1)已知酵母菌不能吸收淀粉,若想使新型酵母菌可以直接利用淀粉发酵,则应导入多步分解淀粉所需的多种酶,[信息①]推测这些酶生效的场所应该是________(填“细胞内”或“细胞外”)。(2)同源切割是一种代替限制酶、DNA连接酶将目的基因导入基因表达载体的方法。当目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同时,就可以发生同源切割,将目的基因直接插入。[信息②]研究人员运用同源切割的方式,在目的基因两端加上一组同源序列A、B,已知酵母菌体内DNA有许多A-B序列位点可以同源切割插入。构建完成的目的基因结构如图,则应选择图中的引物________对目的基因进行PCR。(3)已知酵母菌不能合成尿嘧啶,因此尿嘧啶合成基因(UGA)常用作标记基因,又知尿嘧啶可以使5-氟乳清酸转化为对酵母菌有毒的物质。[信息③]Ⅰ.导入目的基因的酵母菌应在____________的培养基上筛选培养。由于需要导入多种酶基因,需要多次筛选,因此在导入一种目的基因后,要切除UGA基因,再重新导入。研究人员在UGA基因序列两端加上酵母菌DNA中不存在的同源C、C′序列,以便对UGA基因进行切除。C、C′的序列方向将影响切割时同源序列的配对方式,进而决定DNA片段在切割后是否可以顺利重连,如图,则应选择方式________进行连接。Ⅱ.切去UGA基因的酵母菌应在________的培养基上筛选培养。(4)综上,目的基因、标记基因和同源序列在导入酵母菌的基因表达载体上的排列方式应该如图________。【答案】 (1)细胞外 (2)P1和P6 (3)Ⅰ.缺乏尿嘧啶 2 Ⅱ.含有5-氟乳清酸 (4)3【解析】 (1)由于酵母菌不能吸收淀粉,所以导入分解淀粉的酶发挥作用的场所在细胞外。(2)根据题干信息可知,当目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同时,就可以发生同源切割,将目的基因直接插入,要保证目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同(都含有同源序列A、B),需要选择P1和P6这对引物进行PCR。(3)Ⅰ.选择了尿嘧啶合成基因(UGA)作标记基因,则应该将酵母菌放在缺乏尿嘧啶的培养基上培养,如果导入成功,则形成菌落;如果没有导入,则缺乏尿嘧啶,不能生存;方式一,C和C′方向相反,如果切割,则末端在一条链上,不能连接,所以选择方式二,连接方向相同,切割后形成末端,便于连接。Ⅱ.由于尿嘧啶可以使5-氟乳清酸转化为对酵母菌有毒的物质,所以应该在含有5-氟乳清酸的培养基上筛选切去UGA基因的酵母菌,如果切割成功,则不含尿嘧啶,形成菌落,如果切割不成功,则会产生有毒物质,不能形成菌落。(4)根据前面分析,C和C′的中间插入UGA,A和B之间插入的目的基因,所以图3正确。思维建模 解题关键—破译新情境一、单选题1.在某地的农业生产中,研究人员发现了一种广泛使用的除草剂在土壤中不易被降解,且长期使用会导致土壤被污染。为修复被该除草剂污染的土壤,可按下图程序选育能降解该除草剂的细菌(已知该除草剂是一种含氮有机物,在水中溶解度低,含一定量该除草剂的培养基不透明)。下列相关叙述正确的是( )A.只有长期使用该除草剂的土壤中才含有能降解该除草剂的细菌B.筛选能降解该除草剂的细菌的培养基中该除草剂是唯一的氮源C.图中操作Ⅰ的接种方法为平板划线法,该方法可用于细菌计数D.经过一段时间的培养,培养皿中应该只存在有透明圈的菌落【答案】B【分析】微生物常用的接种方法:稀释涂布平板法和平板划线法。【详解】A、土壤中才含有能降解该除草剂的细菌,是基因突变的结果,不是长期使用除草剂的结果,A错误;B、筛选能降解该除草剂的细菌的培养基中该除草剂是唯一的氮源,B正确;C、平板划线法不能用于细菌计数,稀释涂布平板法可以,C错误;D、经过一段时间的培养,培养皿中也会存在无透明圈的菌落,D错误。故选B。2.科学家用紫外线照射板蓝根原生质体,使其部分染色体丢失,将处理后的板蓝根原生质体与油菜原生质体融合,培育出了只含一条板蓝根染色体和油菜全部染色体的非对称杂种植株,该过程运用了非对称细胞融合技术。下列说法正确的是( )A.非对称细胞融合技术提高了植物细胞的全能性,属于细胞工程B.非对称细胞融合技术降低了不同物种间基因表达的干扰程度C.原生质体由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成D.融合原生质体需放在无菌水中培养,以防杂菌污染【答案】B【分析】非对称细胞融合技术常指利用某种外界因素(如射线)辐照某一细胞原生质体,选择性地破坏其细胞核,使其染色体片段化并丧失再生能力,再进行与另一原生质体融合,紫外线作用于根细胞原生质体,使染色体片段化,发生了染色体变异,说明非对称细胞融合技术的原理之一是染色体变异(染色体数目变异和染色体结构变异)。【详解】A、非对称融合过程中部分染色体丢失(断裂),所以会降低植物细胞的全能性,A错误;B、非对称融合过程中部分染色体丢失,从而降低了不同物种间基因表达的干扰程度,B正确;C、原生质体是用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁后的植物细胞,而由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成的结构称为原生质层,C错误;D、原生质体放在无菌水中会吸水涨破,应放到等渗的溶液中,保持原生质体的完整性,D错误。故选B。3.人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白,制备抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。下图是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图,相关叙述正确的是( )A.过程①常用聚乙二醇诱导细胞融合,利用了细胞膜的选择透过性B.过程②筛选得到的杂交瘤细胞可直接用于生产单克隆抗体C.过程③采用抗原-抗体杂交反应进行特定杂交瘤细胞的筛选D.需要给小鼠注射免疫抑制剂,抑制B细胞和骨髓瘤细胞之间的免疫排斥【答案】C【分析】分析题图:给小鼠注射HCG,从小鼠的脾脏中获取B淋巴细胞;①过程将该B淋巴细胞与小鼠的骨髓瘤细胞融合;②过程为杂交瘤细胞的筛选与培养;③过程为专一抗体检验并筛选出能产生抗HCG抗体的杂交瘤细胞;④过程为体外培养。【详解】A、①过程为诱导动物细胞融合,常用的诱导因素有灭活的病毒、聚乙二醇、电激等,利用了细胞膜的流动性,A错误;B、②过程为用特定的选择性培养基筛选杂交瘤细胞,在筛选出的杂交瘤细胞中,有的能产生抗HCG抗体,有的不能产生抗HCG抗体,B错误;C、③过程是对筛选出的杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测,进而筛选出能产生抗HCG抗体的杂交瘤细胞,此过程利用的原理是抗原和抗体的特异性结合,C正确;D、由于B细胞和核骨髓瘤细胞均来自于同一只小鼠。因此不需要给小鼠注射免疫抑制剂,D错误。故选C。4.多溴联苯醚(分子式C12H5Br4O,简称BDE-47)是一种电子垃圾分解后产生的环境污染物,进入人体会对神经系统、生殖系统等产生毒害。为了提高好氧细菌的降解效率,将GB-2细菌内获取的BDE-47降解基因导入WT-G受体菌,构建成基因工程菌1、2、3,如图是对三种菌相关基因的电泳结果。下列叙述错误的是( )A.由图可知,工程菌2为降解BDE-47能力强的目的菌株B.从GB-2细菌内获取的BDE-47降解基因可通过PCR技术进行扩增C.将含有BDE-47降解基因的重组质粒导入WT-G受体菌时,用Ca2+处理会增大导入率D.若要增加筛选GB-2细菌的可能性,应从多溴联苯醚污染区取样并进行菌体培养【答案】A【分析】基因工程技术的基本步骤:(1)目的基因的获取:方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。(2)基因表达载体的构建:是基因工程的核心步骤,基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。(3)将目的基因导入受体细胞:根据受体细胞不同,导入的方法也不一样。(4)目的基因的检测与鉴定。【详解】A、由图可知,工程菌2含有降解基因,若要鉴定工程菌2的降解能力,需进行相关的降解能力的实验,A错误;B、从GB-2细菌内获取的BDE-47降解基因可通过PCR技术进行扩增,B正确;C、Ca2+处理会使受体菌处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,因此会增大导入率,C正确;D、污染区的土壤中降解BDE-47的菌体数量相对较多,从污染区取样,再经过菌体培养增加目的菌的浓度,利于筛选得到GB-2细菌,D正确。故选A。5.利用基因工程技术培育出油脂高产的四尾栅藻,是获取生物柴油的新途径。科学家欲从紫苏中提取DGAT1基因(催化油脂合成的关键酶基因),导入到四尾栅藻细胞,获得转基因油脂高产的四尾栅藻,质粒pCAMBIA与PCR扩增出的DGAT1酶切位点如图所示。现有BamHⅠ、BglⅡ、EcoRⅠ三种限制酶,它们识别并切割的碱基序列分别为BamHI:5'—G↓GATCC—3',BglⅡ:5'—A↓GATCT—3',EcoR I:5'—G↓AATTC—3'。已知启动子往往具有物种特异性,质粒pCAMBIA中EcoRI酶切位点与BamHⅠ酶切位点间的最短距离为600bp。用BglⅡ酶切割DGAT1,BamHⅠ酶切割质粒,下列叙述正确的是( )A.过程②进行PCR时,需要在两种引物的3'端添加限制酶Bgl Ⅱ的识别序列B.在载体pCAMBIA 质粒中插入紫苏DGAT1基因,其上游启动子应选择紫苏的启动子C.重组质粒若只考虑两两连接,可得到4种大小不同的连接产物D.用EcoR I酶对不同的重组质粒进行酶切鉴定,正确连接的重组质粒酶切产物长度为2400bp和800bp【答案】D【分析】基因工程技术的基本步骤:目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、基因的检测与鉴定。【详解】A、过程②是通过PCR技术实现的,由②的扩增产物两端的酶切序列为BglⅡ可知,进行PCR时,需要在两种引物的5'端添加限制酶BglⅡ的识别序列,A错误;B、要达到让紫苏DGATI基因在四尾栅藻细胞中表达的目的,应该添加四尾栅藻的启动子,B错误;C、若只考虑DNA片段的两两连接,构建重组质粒时可得到3种大小不同的连接产物,即目的基因自连、质粒自连以及目的基因和质粒相互连接的用产物,C错误;D、利用EcoRI限制酶切割重组质粒进行鉴定。已知质粒pCAMBLA中EcoRⅠ的酶切位点与BamHI的酶切位点间的最短距离为600bp,根据质粒pCAMBIA和DGATI基因的长度可知,若利用EcoRI限制酶切割重组质粒进行鉴定,正确连接的重组质粒酶切产物应为2400bp和800bp,A组重组质粒为所需质粒,D正确。故选D。二、非选择题6.家禽的谷物饲料中富含纤维素,但家禽消化道中缺少能降解纤维素的酶,降低了家禽对饲料的吸收与利用。乳酸杆菌是动物胃肠道中的优势有益菌之一,枯草芽孢杆菌可产生降解纤维素的一种酶,这种酶由W基因编码。研究人员将W基因转入乳酸杆菌,规模化生产后将其添加于饲料,以提高家禽的养殖效率。(1)培养乳酸杆菌时培养基中除添加主要营养物质外还需要添加 以满足其生长对特殊营养物质的需求。农牧业上常将以制糖工业的废液为原料通过发酵获得的 制成微生物饲料提高饲料的品质。(2)枯草芽孢杆菌的W基因可编码一种可高效降解纤维素的酶,已知图中W基因转录方向是从左往右。为使乳酸杆菌产生该酶,以图中质粒为载体,进行转基因。限制酶 BamHⅠ EcoRⅠ MfeⅠ KpnⅠ HindⅢ识别序列和切割位点(5′→3′) G↓GATTC G↓AATTC C↓AATTG GGTAC↓C A↓AGCTT①限制酶主要是从 中分离纯化出来的。应使用限制酶 切割图中质粒,以获得能正确表达W基因的重组质粒。②W基因转录的模板链是 。利用PCR技术对W基因进行扩增时子链延伸的方向是 。(3)在仅添加氨苄青霉素的培养基上筛选出的细胞不一定是目的细胞,请说明理由: 。为确定导入重组质粒的乳酸杆菌是否具有分解纤维素的能力,研究人员将导入了重组质粒的乳酸杆菌接种在 固体鉴别培养基上,若出现 现象,则证明导入成功。【答案】(1) 维生素 单细胞蛋白(2) 原核生物 MfeI、Hind Ⅲ 乙链 5'→3'(3) 导入不含目的基因的质粒的细胞也能在含有氨苄青霉素的培养基上存活 刚果红 以菌落为中心的透明圈【分析】基因工程的步骤:目的基因的筛选与获取、构建基因表达载体、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。 基因表达载体的结构:启动子:是RNA聚合酶识别和结合的位点,用于驱动RNA转录;终止子:使转录停止的“信号灯”;标记基因:便于重组DNA分子的筛选;目的基因;复制原点。【详解】(1)培养乳酸杆菌时培养基中除添加主要营养物质外还需要添加维生素以满足其生长对特殊营养物质的需求。农牧业上常将以制糖工业的废液为原料通过发酵获得的单细胞蛋白制成微生物饲料提高饲料的品质。(2)限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。选择限制酶时应当注意:a.不能破坏目的基因;b.目的基因首尾都要有切点;c.质粒要确保至少含有一个完整的标记基因;d.质粒上的切点要位于启动子之后、终止子之前;e.目的基因和质粒切割后形成的黏性末端还要能互补配对;经综合分析,MfeⅠ与EcoRⅠ切割后产生的黏性末端相同,但MfeⅠ会破坏目的基因,所以质粒使用限制酶MfeⅠ、Hind Ⅲ切割,含W基因的DNA片段使用限制酶EcoRⅠ、Hind Ⅲ切割(能切下目的基因)。若用KpnⅠ、HindⅢ切割目的基因和质粒会使W基因反向连接,W基因转录方向是从左往右。已知图中W基因转录方向是从左往右,W基因转录的模板链是乙链。利用PCR技术对W基因进行扩增时子链延伸的方向是5'→3'(3)若导入不含目的基因的质粒的细胞也能在含有氨苄青霉素的培养基上存活,所以在仅添加氨苄青霉素的培养基上筛选出的细胞不一定是目的细胞。鉴定纤维素的固体培养基还要含有纤维素、凝固剂琼脂和水。刚果红使纤维素培养基成红色,若纤维素被分解,则会出现透明圈,由于导入了重组质粒的乳酸杆菌具有分解纤维素的能力,因此导入了重组质粒的乳酸杆菌在此培养基上应出现以菌落为中心的透明圈。7.中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)是可以无限增殖的细胞。科研人员利用CHO细胞系生产乙肝疫苗的过程是:①将得到的乙肝病毒表面抗原(HBsAg)基因与信号肽基因连接形成融合基因,信号肽可以引导HBsAg进入内质网内进行合成和加工,进而以分泌蛋白的形式分泌到胞外,融合基因的结构如图1所示;②将融合基因插入图2所示的质粒,将重组质粒与带有小鼠二氢叶酸还原酶(dhfr)基因的质粒共转染缺乏二氢叶酸还原酶的CHO细胞;③从CHO细胞系的培养液中分离提取HBsAg,用以生产乙肝疫苗。图1中的F1~F4分别为扩增信号肽基因和HBsAg基因时所需的引物。请回答下列问题: (1)需要通过 技术扩增融合基因,该技术的原理是 。(2)为了将信号肽基因和HBsAg基因连接在一起,在分别扩增两种基因时,应在引物F2和引物F3的5′端引入 。通过PCR检测融合基因是否形成,可选用图1中引物 对连接产物进行扩增。(3)为了将融合基因正确地插入图2所示的质粒,应选择限制酶 切割质粒。与单独将HBsAg基因转入CHO细胞相比,导入融合基因的好处是 。(4)缺乏dhfr的CHO细胞在培养基上不能正常生长,因此在筛选表达HBsAg的细胞株时,dhfr基因起 的作用。(5)在生物反应器中大规模连续培养目标细胞株时,通过 的措施,为培养的细胞株营造无毒的环境。同时要通入 和5%CO2的混合气体,其中CO2的主要作用是 。【答案】(1) PCR DNA半保留复制(2) 一段互补序列 F1和F4(3) MunⅠ和SalⅠ 信号肽可以引导HBsAg以分泌蛋白的形式分泌到细胞外,便于从CHO细胞培养液中提取HBsAg(4)标记基因(或筛选)(5) 定期更换培养液 95%空气 维持培养液的PH【分析】PCR技术全称为聚合酶链式反应,是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术。原理:DNA半保留复制。前提条件:要有一段已知目的基因的核苷酸序以便合成一对引物。条件:模板DNA、四种脱氧核苷酸、引物、耐高温的DNA聚合酶。过程:变性:DNA解旋,高温条件下氢键解开;复性:引物结合到互补链DNA上;延伸:在耐高温的DNA聚合酶催化作用下合成子链。【详解】(1)扩增目的基因可采用PCR技术,该技术原理是DNA半保留复制。(2)①为了将信号肽基因和HBsAg基因连接在一起,在分别扩增两种基因时,应在引物F2和引物F3的5′端引入一段互补序列,第一次扩增后,可得到带有互补序列的子链,在进行第二次扩增时,互补序列可与另一个基因上的互补序列配对结合,形成新的杂交基因,再进行扩增即可获得连接在一起的融合基因;②据图1可知,形成融合基因后可选用引物F1和F4对融合基因进行PCR扩增。(3)①据图2可知,限制酶XhoⅠ会破环终止子,限制酶NheⅠ会将质粒上的终止子切掉,因此应选择限制酶MunⅠ和SalⅠ切割质粒;②根据题干信息可知,信号肽可以引导HBsAg进入内质网内进行合成和加工,进而以分泌蛋白的形式分泌到胞外,因此与单独将HBsAg基因转入CHO细胞相比,融合基因信号肽基因表达信号肽可以引导HBsAg以分泌蛋白的形式分泌到细胞外,便于从CHO细胞培养液中提取HBsAg。(4)根据题干信息可知,融合基因需要插入带有dhfr基因的质粒共转染缺乏二氢叶酸还原酶的CHO细胞,只有带有重组质粒的CHO细胞可以在培养基上生长,因此在筛选表达HBsAg的细胞株时dhfr基因起标记基因的作用,便于快速筛选获得转基因成功的CHO细胞。(5)①在生物反应器中大规模连续培养目标细胞株时,为了防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害,需要通过定期更换培养液的方法,为培养的细胞株营造无毒的环境;②③在生物反应器中要通入95%空气和5%CO2的混合气体,其中CO2的主要作用是维持培养液的PH。8.三白草和鱼腥草是同科不同属的两种药用植物,二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”。科研人员将复方的配伍(两种或两种以上药物配合使用)用到个体生长或生产过程,并实现有效成分的工厂化生产的具体操作如图1,进一步研究不同的原生质体密度对三白草和鱼腥草原生质体融合率的影响,结果如图2。 (1)图1中①过程通过酶解法去除 获取原生质体,并向三白草和鱼腥草细胞酶解液中分别加入红、绿荧光色素(带荧光色素的原生质体仍能融合和再生)。过程②利用化学诱导剂 诱导融合,随后在荧光显微镜下选择带 的杂种原生质体。(2)由图2可知,促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为 个/mL。(3)通常情况下,能增加免疫器官的重量表明该物质具有一定的增强免疫力的作用。为判断融合体对动物免疫力的影响,科研人员取同种小鼠30只,雌雄各半,随机均分为三组,实验处理如下表。组别 A组 B组 C组(空白对照组)实验处理 三白草和鱼腥草杂种愈伤组织的蒸馏水提取物 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物每天一次等量灌胃,连续一周,检测各组小鼠的胸腺重量①表格中C组的实验处理为 。②若实验结果为 ,则支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。【答案】(1) 细胞壁 聚乙二醇(PEG) 双色(2)1×106(3) 加入等量的蒸馏水 A、B两组小鼠的胸腺重量相同且都大于C组【分析】分析图可知,图1表示三白草和鱼腥草体细胞杂交过程,其中①为去除细胞壁,②为原生质体融合,③为脱分化形成愈伤组织,④为提取代谢产物。图2柱形图中,随着原生质体密度增大,双核异核融合体比例先升高后降低,其中在1×106个·mL-1时, 比例最高,据此答题即可。【详解】(1)据图示可知,过程①通过酶解法去除细胞壁获取原生质体。诱导植物细胞融合的方法有利用化学诱导剂PEG((聚乙二醇))诱导融合,所以过程②利用化学诱导剂PEG诱导融合。由于三百草细胞酶解液中加入了红荧光色素,鱼腥草细胞酶解液中加入了绿荧光色素,所以杂种原生质体应该带红、绿双色荧光色素。(2)由图2柱形图可知,在密度为1×106个·mL-1时, 双核异核融合体比例最高,说明促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为1×106个·mL-1。(3)①C组为对照组,根据对A、B两组的处理,C组应用等量的蒸馏水。②C组为对照组,若实验结果为A、B两组的胸腺重量相同且都大于C组,则支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。9.研究表明羊乳中的β-乳球蛋白(BLG)是人体主要过敏源,图1为研究人员利用基因编辑技术敲除山羊中BLG基因,同时导入人乳铁蛋白(hLF)基因并获得转基因山羊的操作过程。图1中sgBLG/Cas9复合物中,sgBLG为能准确识别图1中母羊甲DNA特定序列的RNA,并引导Cas9蛋白对DNA进行切割。回答下列问题(1)上述操作过程中的目的基因是 。Cas9蛋白类似于基因工程中常用到的 酶。(2)图中③应用到的技术为 。(3)为获取更多母羊丙的卵母细胞,需对丙注射 ,并对获取的细胞进行培养至 期后去核,去核的目的是 。早期胚胎移植之前,需对母羊丁进行 处理。(4)研究人员利用人乳铁蛋白基因的mRNA进行逆转录得到了cDNA,已知mRNA的序列为5’-UUACUUCCUG…(中间序列)…CAAGUUUCAU-3’。在目的基因两端加上相应的限制酶识别序列后利用PCR技术扩增,目的基因和图2中的质粒连接构建表达载体。请分别写出PCR扩增时所需两种DNA引物按5’到3'方向的前12个碱基序列 。(5)筛选后得到的早期胚胎细胞中不能检测到该药用蛋白, (填“能”或“不能”)作为目的基因是否成功导入并表达的依据,理由是 。【答案】(1) 人乳铁蛋白(hLF)基因 限制(性内切核酸)(2)显微操作去核(3) 促性腺激素 MⅡ(或MⅡ中/减数分裂Ⅱ中期/减数第二次分裂中期) 确保重构胚的核(遗传物质)来自供体细胞 同期发情(4)5'-GAATTCTTACTT-3' 5'-CTGCAGATGAAA-3'(5) 不能 人乳铁蛋白(目的)基因只能在转基因动物的乳腺细胞内表达【分析】基因工程技术的基本步骤:(1)目的基因的获取:方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。(2)基因表达载体的构建:是基因工程的核心步骤,基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。(3)将目的基因导入受体细胞:根据受体细胞不同,导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法;将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法;将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法。(4)目的基因的检测与鉴定:分子水平上的检测:①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术;②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术;③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术。个体水平上的鉴定:抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。【详解】(1)依据题意:利用基因编辑技术敲除山羊中BLG基因同时导入人乳铁蛋白(hLF)基因并获得转基因山羊,可知目的基因是人乳铁蛋白基因。题干中“引导Cas9蛋白对DNA进行切割”,说明Cas9蛋白可以切割DNA分子,所以与限制性内切核酸酶(限制酶)作用类似。(2)图中③对母羊的卵母细胞进行去核操作,应用到的技术为显微操作去核。(3)通过超数排卵处理,可以获得较多的卵母细胞,该过程需对丙注射促性腺激素,并对获取的细胞进行培养至减数第二次分裂中期后去核,去核的目的是确保重构胚的核(遗传物质)来自供体细胞。图中母羊丁是受体,早期胚胎移植之前,需对母羊丁进行同期发情处理,使其生理状态与供体母羊丙相同。(4)题干信息可知,mRNA的序列为5’-UUACUUCCUG…(中间序列)…CAAGUUUCAU-3’,通过逆转录得到的cDNA双链(目的基因),其模板链序列为3’-AATGAAGGAC…(中间序列)…GTTCAAAGTA-5’,对应的编码链序列为5’-TTACTTCCTG…(中间序列)…CAAGTTTCAT-3’;设计引物进行PCR扩增,引物需要从5’到3’,且已知双链cDNA的两端序列,设计的引物从cDNA的两端向中间方向扩增,则引物1序列为5’-TTACTTCCTG-3’,引物2序列为5’-ATGAAACTTG-3’;根据图2载体中乳腺蛋白基因的启动子和终止子的位置及限制酶识别序列位点可知,cDNA(目的基因)需要插入EcoR Ⅰ和Pst Ⅰ所在的位置,由于EcoR Ⅰ位于乳腺蛋白基因的启动子一侧,又依据cDNA的模板链序列,可知扩增的目的基因引物1所在的一端应该靠近乳腺蛋白基因的启动子,引物2所在的一端应该靠近终止子;cDNA(目的基因)没有EcoR Ⅰ和Pst Ⅰ的识别序列,故设计引物时需要在引物的5’端添加相应的识别序列,根据上述分析,引物1 5’端增添EcoR Ⅰ识别序列,而引物2 5’端增添Pst Ⅰ识别序列,即引物1 添加限制酶后序列为5'-GAATTCTTACTT-3'(下图左侧的引物),引物2 限制酶后序列为5'-CTGCAGATGAAA-3'(下图右侧的引物)。如图所示:(5)由于人乳铁蛋白(目的)基因只能在转基因动物的乳腺细胞内表达,筛选后得到的早期胚胎细胞中不能检测到该药用蛋白,不能作为目的基因是否成功导入并表达的依据。10.Ⅰ、同源重组技术结合tetr-sacB双重选择系统可对基因进行敲除与回补,研究基因的功能。下图是科研人员利用该方法对大肠杆菌LacZ基因进行敲除与回补的相关过程,其中tetr是四环素抗性基因,sacB基因是蔗糖致死基因,LacZ基因表达产物能将无色化合物X-gal水解成蓝色化合物。请回答下列问题:限制酶 EcoRⅠ BamHⅠ HindⅢ XmaⅠ识破序列和切割位点 5'G↓AATTC3' 5'G↓GATCC3' 5'A↓AGCTT3' 5'C↓CCGGG3'Ⅱ、咪唑喹啉衍生物(BEZ)和长春花碱(VLB)用于治疗卵巢癌、肝癌等癌症,为研究二者对肾癌的治疗效果,研究人员进行了系列实验。(1)过程①PCR中影响退火温度的因素有引物的长度、 ,若温度过低会导致 。(2)过程⑤中,设计两种引物时需在引物5'端分别添加上 基因两端的同源序列。(3)过程⑦中,在含有 的培养基中出现了白色菌落,即为筛选出的敲除LacZ基因菌株。过程⑧通过同源重组技术结合tetr-sacB双重选择系统可对LacZ基因进行回补,筛选LacZ基因回补菌株时应在培养基中添加 。(4)探究BEZ和VLB单独及联合使用对肾癌细胞凋亡的影响,结果如图1所示。该实验的自变量是 ,实验结果表明 对癌细胞凋亡无明显影响。(5)Caspase—3是细胞内促凋亡蛋白,Mcl—1是Caspase—3基因表达的调控因子。为研究BEZ和VLB治疗肾癌的机制,研究人员对各组细胞进行实验处理24小时后,检测Mcl—1的mRNA和蛋白质含量,结果如图2.选用GAPDH作为内参的原因是 。(6)综合图1、图2结果,在下列箭头上标明“+”或“-”(分别表示“促进”和“抑制”),图示药物发挥作用的机理 、 。【答案】(1) G、C含量 非特异性扩增片段增多(2)LacZ(3) 四环素和X-gal 蔗糖和X-gal(4) BEZ的浓度、VLB的浓度及不同浓度的组合 单独使用BEZ和VLB(5)GAPDH基因在各组细胞中表达量基本相同,排除实验操作和检测方法的干扰(6) (—) (—)【分析】基因工程技术的基本步骤:(1)目的基因的获取:方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成;(2)基因表达载体的构建:是基因工程的核心步骤,基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等;(3)将目的基因导入受体细胞:根据受体细胞不同,导入的方法也不一样。将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法和花粉管通道法;将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法;将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法;(4)目的基因的检测与鉴定:分子水平上的检测:①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术;②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术;③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术。个体水平上的鉴定:抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等。【详解】(1)影响退火温度的因素有引物的长度、G、C含。若温度过低会导致引物与模板非特异性配对增多,导致非特异性扩增片段增多。(2)过程⑤中,设计两种引物时需在引物5'端分别添加上LacZ基因两端的同源序列,利用同源重组技术将LacZ基因与载体相连。(3)由于LacZ基因表达产物能将无色化合物X-gal水解成蓝色化合物,若培养基中出现白色菌落,则说明成功导入重组质粒,LacZ基因成功敲除,由于重组质粒上有四环素标记基因,故含有四环素和X-gal的培养基中出现白色菌落。过程⑧通过同源重组技术结合tetr-sacB双重选择系统可对LacZ基因进行回补,由于sacB基因是蔗糖致死基因,则添加蔗糖起到选择作用,LacZ基因表达产物能将无色化合物X-gal水解成蓝色化合物,则添加X-gal起到筛选作用,所以在培养基中添加蔗糖和X-gal可筛选LacZ基因回补菌株。(4)由图可知,该实验的自变量是BEZ的浓度、VLB的浓度及不同浓度的组合,单独使用BEZ和VLB是细胞的凋亡数与对照组相比几乎无差别,故单独使用BEZ和VLB对癌细胞凋亡无明显影响。(5)根据对图2的分析可知,图2中左图中GAPDH内参的是mRNA,右图中GAPDH内参的是蛋白质,由于GAPDH基因在各组细胞中表达量基本相同,选用GAPDH作为内参的原因是排除实验操作和检测方法的干扰。(6)综合图1、图2结果可知,BEZ和VLB共同使用抑制了Mcl-1蛋白质的合成,Mcl-1蛋白质含量的减少对Caspase-3基因表达的抑制作用减弱,从而Caspase-3基因表达增强,Caspase-3蛋白的含量增加,在Caspase-3蛋白的作用下促进细胞凋亡,从而达到减小肿瘤的体积的作用,故:2024年高考生物压轴题训练: 生物技术与工程命题预测 生物技术是高考中的重要板块,包括基因工程、细胞工程以及发酵工程、PCR技术应用广泛,可用于新冠病毒的核酸检测等基本内容,是近几年高考试题的命题热点,在考试中经常会与细胞代谢、基因等进行综合考查,难度从简单到困难都有所涉及,需要考生在复习中认真对待。 预计2024年命题会继续在上述几个方面进行。通过近几年的高考题研究发现,生物高考越来越重视在现实情景中考查考生运用知识解决实际问题的能力。从这个角度看,生物技术和工程问题一直是考查的重点内容。这是因为,现代生物学的实际问题,不论是科学研究还是生产实践,都要通过生物技术和生物工程解决。而生物技术和生物工程又是建立在生命科学原理的基础上的。这样就形成了生物科学一生物技术和工程一科学研究和生产实践一条主线。生物技术和工程起到连接科学原理和实际问题的桥梁的作用。明白了这一部分的地位,考生的备考策略就要从生物科学原理出发,理解生物技术与工程,再利用这些技术解决实际问题。高频考法 (1)微生物的选择培养、鉴定和计数 (2)植物细胞工程和动物细胞工程的比较 (3)限制酶的选取与基因表达载体的构建 (4)分析基因编辑方案,学会科学探究、发现并解决问题(密押典例+思维建模,学会压轴题)密押典例 01 微生物的选择培养、鉴定和计数(2022·广东高考)研究深海独特的生态环境对于开发海洋资源具有重要意义。近期在“科学号”考察船对中国南海科考中,中国科学家采集了某海域1 146米深海冷泉附近沉积物样品,分离、鉴定得到新的微生物菌株并进一步研究了其生物学特性。回答下列问题:(1)研究者先制备富集培养基,然后采用________________法灭菌,冷却后再接入沉积物样品,28 ℃厌氧培养一段时间后,获得了含拟杆菌的混合培养物,为了获得纯种培养物,除了稀释涂布平板法,还可采用____________________法。据图分析,拟杆菌新菌株在以__________________为碳源时生长状况最好。(2)研究发现,将采集的样品置于各种培养基中培养,仍有很多微生物不能被分离筛选出来,推测其原因可能是______________________________________________________________________________________________________________________________。(答一点即可)(3)藻类细胞解体后的难降解多糖物质,通常会聚集形成碎屑沉降到深海底部。从生态系统组成成分的角度考虑,拟杆菌对深海生态系统碳循环的作用可能是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)深海冷泉环境特殊,推测此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶,除具有酶的一般共性外,其特性可能还有____________________________________________________。【答案】 (1)高压蒸汽灭菌 平板划线 纤维素 (2)某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存(或某些微生物只有在深海冷泉的特定环境中才能存活) (3)拟杆菌作为分解者,将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物,归还到无机环境中,有利于碳循环的顺利进行 (4)耐低温【解析】 (1)富集培养基通常采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌。可以采用稀释涂布平板法或平板划线法对微生物进行分离纯化。分析题图可知,在以纤维素为碳源的培养基中细胞数最多,故拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好。(2)深海冷泉中某些微生物只有利用深海冷泉中的特有物质才能生存,故将采集的样品置于各种培养基中培养,仍有很多微生物不能被分离筛选出来。(3)拟杆菌为异养生物,其作为深海生态系统中的分解者,能将沉降到深海底部的难降解多糖物质分解为无机物,归还到无机环境中,有利于碳循环的顺利进行。(4)深海冷泉温度较低,故生活在其中的拟杆菌所分泌的各种多糖降解酶应具有耐低温的特性,这样才能高效降解多糖,以满足拟杆菌正常的生命活动。思维建模 解题关键—破译新情境情境信息 化新为熟题图 拟杆菌新菌株在以不同物质为碳 拟杆菌可降解难降解的多糖物质:纤维素、木信息 源时的细胞数:纤维素>木聚糖>果胶>甘露聚糖>淀粉 聚糖、果胶等;拟杆菌新菌株在以纤维素为碳源时生长状况最好题肢信息 设问(1):为了获得纯种培养物 纯种培养需利用选择培养基筛选,接种方法有稀释涂布平板法和平板划线法设问(2):将采集的样品置于各种培养基中培养,仍有很多微生物不能被分离筛选出来 深海冷泉中可能存在某些微生物,只有利用冷泉中的特有物质才能生存(或需要在深海冷泉的特定环境中才能存活)设问(3):从生态系统组成成分的角度考虑 拟杆菌为异养生物,可作为该生态系统的分解者设问(4):深海冷泉环境特殊 深海冷泉附近温度较低,此环境下生存的拟杆菌所分泌的各种酶,都应具有耐低温的特性密押典例 02 植物细胞工程和动物细胞工程的比较(2023·山东高考)利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,[信息①]可获得植物细胞的某些次生代谢物。[信息②]下列说法正确的是( )A.利用该技术可获得某些无法通过化学合成途径得到的产物B.植物细胞体积小,故不能通过该技术进行其产物的工厂化生产C.次生代谢物是植物所必需的,但含量少,应选择产量高的细胞进行培养D.该技术主要利用促进细胞生长的培养条件提高单个细胞中次生代谢物的含量【答案】 A【解析】 有些产物不能或难以通过化学合成途径得到,但可利用植物细胞培养技术得到,A正确;利用植物细胞培养技术在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖,可获得植物细胞的某些次生代谢物,故可通过该技术进行植物细胞产物的工厂化生产,B错误;一般认为次生代谢物不是植物基本的生命活动所必需的,其含量少,可以通过增加细胞的数量来增加次生代谢物的产量,C错误;该技术主要利用促进细胞分裂的培养条件,提高多个细胞中次生代谢物的总含量,而不能提高单个细胞中次生代谢物的含量,D错误。思维建模 解题关键—准确理解概念信息 概念迁移信息① 结合植物细胞培养的概念,该技术获得细胞代谢产物可利用发酵工程等手段实现工厂化生产,且复杂的细胞代谢产物化学途径可能无法合成;该技术也是通过细胞大量增殖获取产物,而不是利用单个细胞的产量增加信息② 联系次生代谢物的概念,明确其不是植物生长所必需的密押典例 03 植物细胞工程和动物细胞工程的比较(2023·天津高考,有改动)根据不同动物的培育图示分析,下列叙述正确的是( )A.子代动物遗传性状和受体动物完全一致B.过程1需要MⅡ期去核卵母细胞C.过程2可以大幅改良动物性状D.过程2为过程3提供了量产方式,过程3为过程1、2提供了改良性状的方式【答案】 D【解析】 子代动物的遗传性状与供体基本一致,但与受体动物无关,A错误。核移植过程中需要处于MⅡ期的去核卵母细胞,而过程1是培育试管动物,需要培育到适宜时期(桑葚胚或囊胚等时期)进行胚胎移植,B错误。过程2得到的是克隆动物,是无性生殖的一种,不能大幅改良动物性状,C错误。过程2克隆技术可得到大量同种个体,为过程3提供了量产方式;过程3是转基因技术,转基因可导入外源优良基因,为过程1、2提供了改良性状的方式,D正确。思维建模 解题关键—科学思维密押典例 04 限制酶的选取与基因表达载体的构建(2022·山东高考)某种类型的白血病由蛋白P引发,蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解,药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用。为探索药物A治疗该病的机理,需构建重组载体以获得融合蛋白FLAG-P和FLAG-P△。P△是缺失特定氨基酸序列的P;FLAG是一种短肽,连接在P或P△的氨基端,使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合,但不影响P或P△的功能。(1)为构建重组载体,需先设计引物,通过PCR特异性扩增P基因。用于扩增P基因的引物需满足的条件是__________________________________。为使PCR产物能被限制酶切割,需在引物上添加相应的限制酶识别序列,该限制酶识别序列应添加在引物的________(填“3′端”或“5′端”)。(2)PCR扩增得到的P基因经酶切连接插入载体后,与编码FLAG的序列形成一个融合基因,如图甲所示,其中“ATGTGCA”为P基因编码链起始序列。将该重组载体导入细胞后,融合基因转录出的mRNA序列正确,翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确,但P基因对应的氨基酸序列与P不同。据图甲分析,出现该问题的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。可在修改扩增P基因时使用带有EcoRⅠ识别序列的引物来解决该问题,具体修改方案是_____________________________________。(3)融合蛋白表达成功后,将FLAG-P、FLAG-P△、药物A和UBC按照图乙中的组合方式分成5组。各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质,分离出与介质结合的物质并用UBC抗体检测,检测结果如图丙所示。已知FLAG-P和FLAG-P△不能降解UBC,由①②③组结果的差异推测,药物A的作用是_________________________________________________________________________________________________________________________________________;由②④组或③⑤组的差异推测,P△中缺失的特定序列的作用是__________________________________________________________________________________________________________________________。(4)根据以上结果推测,药物A治疗该病的机理是__________________________________________________________________________________________________________________________。【答案】 (1)能与P基因母链的一段碱基序列互补配对、短单链核酸 5′端 (2)P基因编码链的第一个碱基与EcoRⅠ识别序列的最后两个碱基编码同一个氨基酸,导致mRNA的密码子被错位读取 在引物中的EcoRⅠ识别序列3′端添加一个碱基 (3)增强FLAG-P与UBC的结合 参与P与UBC的结合 (4)药物A通过增强P与UBC结合促进P降解【解析】 (1)引物是一小段能与DNA母链的一段碱基序列互补配对的短单链核酸,因此设计扩增P基因的引物需要满足的条件是能与P基因母链的一段碱基序列互补配对,并且是短单链核酸。DNA聚合酶延伸时,是将脱氧核苷酸添加到引物的3′端,为了不破坏目的基因,该限制酶识别序列应添加在引物的5′端。(2)融合基因转录出的mRNA序列正确,翻译出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正确,但P基因对应的氨基酸序列与P不同,说明P基因翻译时出错。由图甲可以看出,P基因编码链的第一个碱基与EcoRⅠ识别序列的最后两个碱基编码同一个氨基酸,导致mRNA的密码子被错位读取。解决该问题的修改方案是在引物中的EcoRⅠ识别序列3′端添加一个碱基,使EcoRⅠ识别序列不影响P基因的正常翻译。(3)①组仅添加UBC;②组添加UBC和FLAG-P;③组添加UBC、FLAG-P和药物A;④组添加UBC和FLAG-P△;⑤组添加UBC、FLAG-P△和药物A。按题中所述处理后,①组没出现杂交带,②③组出现杂交带,且③组杂交带更加明显,说明药物A的作用是增强FLAG-P与UBC的结合。②④组或③⑤组的差异在于②③组含有FLAG-P,出现杂交带,④⑤组含有FLAG-P△,没出现杂交带,据此推测P△中缺失的特定序列的作用是参与P与UBC的结合。(4)根据(3)的分析推测,药物A通过增强P与UBC结合促进P降解,达到治疗该病的目的。思维建模 解题关键—破译新情境情境信息 化新为熟题干信息 某种类型的白血病由蛋白P引发,蛋白UBC可使P被蛋白酶识别并降解,药物A可通过影响这一过程对该病起到治疗作用FLAG是一种短肽,连接在P或P△的氨基端,使融合蛋白能与含有FLAG抗体的介质结合 融合蛋白FLAG-P和FLAG-P△可与FLAG抗体特异性结合,被筛选或识别出来题肢信息 设问(1):为构建重组载体,需先设计引物,通过PCR特异性扩增P基因 引物是一小段能与DNA模板链互补的短单链核酸;DNA延伸方向是模板链的3′端→5′端图甲:DNA编码链为转录时所用模板链的互补链 DNA编码链中核苷酸序列与该基因转录的mRNA序列一致(RNA中U取代DNA中的T)设问(3):各组样品混匀后分别流经含FLAG抗体的介质,分离出与介质结合的物质并用 UBC抗体检测 只有同时含有FLAG-P和UBC的复合物才能与 FLAG 抗体和 UBC 抗体特异性结合,即检测结果中有显示密押典例 05 分析基因编辑方案,学会科学探究、发现并解决问题(2023·天津高考,有改动)基因工程:制备新型酵母菌(1)已知酵母菌不能吸收淀粉,若想使新型酵母菌可以直接利用淀粉发酵,则应导入多步分解淀粉所需的多种酶,[信息①]推测这些酶生效的场所应该是________(填“细胞内”或“细胞外”)。(2)同源切割是一种代替限制酶、DNA连接酶将目的基因导入基因表达载体的方法。当目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同时,就可以发生同源切割,将目的基因直接插入。[信息②]研究人员运用同源切割的方式,在目的基因两端加上一组同源序列A、B,已知酵母菌体内DNA有许多A-B序列位点可以同源切割插入。构建完成的目的基因结构如图,则应选择图中的引物________对目的基因进行PCR。(3)已知酵母菌不能合成尿嘧啶,因此尿嘧啶合成基因(UGA)常用作标记基因,又知尿嘧啶可以使5-氟乳清酸转化为对酵母菌有毒的物质。[信息③]Ⅰ.导入目的基因的酵母菌应在____________的培养基上筛选培养。由于需要导入多种酶基因,需要多次筛选,因此在导入一种目的基因后,要切除UGA基因,再重新导入。研究人员在UGA基因序列两端加上酵母菌DNA中不存在的同源C、C′序列,以便对UGA基因进行切除。C、C′的序列方向将影响切割时同源序列的配对方式,进而决定DNA片段在切割后是否可以顺利重连,如图,则应选择方式________进行连接。Ⅱ.切去UGA基因的酵母菌应在________的培养基上筛选培养。(4)综上,目的基因、标记基因和同源序列在导入酵母菌的基因表达载体上的排列方式应该如图________。【答案】 (1)细胞外 (2)P1和P6 (3)Ⅰ.缺乏尿嘧啶 2 Ⅱ.含有5-氟乳清酸 (4)3【解析】 (1)由于酵母菌不能吸收淀粉,所以导入分解淀粉的酶发挥作用的场所在细胞外。(2)根据题干信息可知,当目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同时,就可以发生同源切割,将目的基因直接插入,要保证目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同(都含有同源序列A、B),需要选择P1和P6这对引物进行PCR。(3)Ⅰ.选择了尿嘧啶合成基因(UGA)作标记基因,则应该将酵母菌放在缺乏尿嘧啶的培养基上培养,如果导入成功,则形成菌落;如果没有导入,则缺乏尿嘧啶,不能生存;方式一,C和C′方向相反,如果切割,则末端在一条链上,不能连接,所以选择方式二,连接方向相同,切割后形成末端,便于连接。Ⅱ.由于尿嘧啶可以使5-氟乳清酸转化为对酵母菌有毒的物质,所以应该在含有5-氟乳清酸的培养基上筛选切去UGA基因的酵母菌,如果切割成功,则不含尿嘧啶,形成菌落,如果切割不成功,则会产生有毒物质,不能形成菌落。(4)根据前面分析,C和C′的中间插入UGA,A和B之间插入的目的基因,所以图3正确。思维建模 解题关键—破译新情境一、单选题1.在某地的农业生产中,研究人员发现了一种广泛使用的除草剂在土壤中不易被降解,且长期使用会导致土壤被污染。为修复被该除草剂污染的土壤,可按下图程序选育能降解该除草剂的细菌(已知该除草剂是一种含氮有机物,在水中溶解度低,含一定量该除草剂的培养基不透明)。下列相关叙述正确的是( )A.只有长期使用该除草剂的土壤中才含有能降解该除草剂的细菌B.筛选能降解该除草剂的细菌的培养基中该除草剂是唯一的氮源C.图中操作Ⅰ的接种方法为平板划线法,该方法可用于细菌计数D.经过一段时间的培养,培养皿中应该只存在有透明圈的菌落2.科学家用紫外线照射板蓝根原生质体,使其部分染色体丢失,将处理后的板蓝根原生质体与油菜原生质体融合,培育出了只含一条板蓝根染色体和油菜全部染色体的非对称杂种植株,该过程运用了非对称细胞融合技术。下列说法正确的是( )A.非对称细胞融合技术提高了植物细胞的全能性,属于细胞工程B.非对称细胞融合技术降低了不同物种间基因表达的干扰程度C.原生质体由细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质组成D.融合原生质体需放在无菌水中培养,以防杂菌污染3.人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白,制备抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。下图是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图,相关叙述正确的是( )A.过程①常用聚乙二醇诱导细胞融合,利用了细胞膜的选择透过性B.过程②筛选得到的杂交瘤细胞可直接用于生产单克隆抗体C.过程③采用抗原-抗体杂交反应进行特定杂交瘤细胞的筛选D.需要给小鼠注射免疫抑制剂,抑制B细胞和骨髓瘤细胞之间的免疫排斥4.多溴联苯醚(分子式C12H5Br4O,简称BDE-47)是一种电子垃圾分解后产生的环境污染物,进入人体会对神经系统、生殖系统等产生毒害。为了提高好氧细菌的降解效率,将GB-2细菌内获取的BDE-47降解基因导入WT-G受体菌,构建成基因工程菌1、2、3,如图是对三种菌相关基因的电泳结果。下列叙述错误的是( )A.由图可知,工程菌2为降解BDE-47能力强的目的菌株B.从GB-2细菌内获取的BDE-47降解基因可通过PCR技术进行扩增C.将含有BDE-47降解基因的重组质粒导入WT-G受体菌时,用Ca2+处理会增大导入率D.若要增加筛选GB-2细菌的可能性,应从多溴联苯醚污染区取样并进行菌体培养5.利用基因工程技术培育出油脂高产的四尾栅藻,是获取生物柴油的新途径。科学家欲从紫苏中提取DGAT1基因(催化油脂合成的关键酶基因),导入到四尾栅藻细胞,获得转基因油脂高产的四尾栅藻,质粒pCAMBIA与PCR扩增出的DGAT1酶切位点如图所示。现有BamHⅠ、BglⅡ、EcoRⅠ三种限制酶,它们识别并切割的碱基序列分别为BamHI:5'—G↓GATCC—3',BglⅡ:5'—A↓GATCT—3',EcoR I:5'—G↓AATTC—3'。已知启动子往往具有物种特异性,质粒pCAMBIA中EcoRI酶切位点与BamHⅠ酶切位点间的最短距离为600bp。用BglⅡ酶切割DGAT1,BamHⅠ酶切割质粒,下列叙述正确的是( )A.过程②进行PCR时,需要在两种引物的3'端添加限制酶Bgl Ⅱ的识别序列B.在载体pCAMBIA 质粒中插入紫苏DGAT1基因,其上游启动子应选择紫苏的启动子C.重组质粒若只考虑两两连接,可得到4种大小不同的连接产物D.用EcoR I酶对不同的重组质粒进行酶切鉴定,正确连接的重组质粒酶切产物长度为2400bp和800bp二、非选择题6.家禽的谷物饲料中富含纤维素,但家禽消化道中缺少能降解纤维素的酶,降低了家禽对饲料的吸收与利用。乳酸杆菌是动物胃肠道中的优势有益菌之一,枯草芽孢杆菌可产生降解纤维素的一种酶,这种酶由W基因编码。研究人员将W基因转入乳酸杆菌,规模化生产后将其添加于饲料,以提高家禽的养殖效率。(1)培养乳酸杆菌时培养基中除添加主要营养物质外还需要添加 以满足其生长对特殊营养物质的需求。农牧业上常将以制糖工业的废液为原料通过发酵获得的 制成微生物饲料提高饲料的品质。(2)枯草芽孢杆菌的W基因可编码一种可高效降解纤维素的酶,已知图中W基因转录方向是从左往右。为使乳酸杆菌产生该酶,以图中质粒为载体,进行转基因。限制酶 BamHⅠ EcoRⅠ MfeⅠ KpnⅠ HindⅢ识别序列和切割位点(5′→3′) G↓GATTC G↓AATTC C↓AATTG GGTAC↓C A↓AGCTT①限制酶主要是从 中分离纯化出来的。应使用限制酶 切割图中质粒,以获得能正确表达W基因的重组质粒。②W基因转录的模板链是 。利用PCR技术对W基因进行扩增时子链延伸的方向是 。(3)在仅添加氨苄青霉素的培养基上筛选出的细胞不一定是目的细胞,请说明理由: 。为确定导入重组质粒的乳酸杆菌是否具有分解纤维素的能力,研究人员将导入了重组质粒的乳酸杆菌接种在 固体鉴别培养基上,若出现 现象,则证明导入成功。7.中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)是可以无限增殖的细胞。科研人员利用CHO细胞系生产乙肝疫苗的过程是:①将得到的乙肝病毒表面抗原(HBsAg)基因与信号肽基因连接形成融合基因,信号肽可以引导HBsAg进入内质网内进行合成和加工,进而以分泌蛋白的形式分泌到胞外,融合基因的结构如图1所示;②将融合基因插入图2所示的质粒,将重组质粒与带有小鼠二氢叶酸还原酶(dhfr)基因的质粒共转染缺乏二氢叶酸还原酶的CHO细胞;③从CHO细胞系的培养液中分离提取HBsAg,用以生产乙肝疫苗。图1中的F1~F4分别为扩增信号肽基因和HBsAg基因时所需的引物。请回答下列问题: (1)需要通过 技术扩增融合基因,该技术的原理是 。(2)为了将信号肽基因和HBsAg基因连接在一起,在分别扩增两种基因时,应在引物F2和引物F3的5′端引入 。通过PCR检测融合基因是否形成,可选用图1中引物 对连接产物进行扩增。(3)为了将融合基因正确地插入图2所示的质粒,应选择限制酶 切割质粒。与单独将HBsAg基因转入CHO细胞相比,导入融合基因的好处是 。(4)缺乏dhfr的CHO细胞在培养基上不能正常生长,因此在筛选表达HBsAg的细胞株时,dhfr基因起 的作用。(5)在生物反应器中大规模连续培养目标细胞株时,通过 的措施,为培养的细胞株营造无毒的环境。同时要通入 和5%CO2的混合气体,其中CO2的主要作用是 。8.三白草和鱼腥草是同科不同属的两种药用植物,二者因疗效相近且具有叠加效应常被用作“药对”。科研人员将复方的配伍(两种或两种以上药物配合使用)用到个体生长或生产过程,并实现有效成分的工厂化生产的具体操作如图1,进一步研究不同的原生质体密度对三白草和鱼腥草原生质体融合率的影响,结果如图2。 (1)图1中①过程通过酶解法去除 获取原生质体,并向三白草和鱼腥草细胞酶解液中分别加入红、绿荧光色素(带荧光色素的原生质体仍能融合和再生)。过程②利用化学诱导剂 诱导融合,随后在荧光显微镜下选择带 的杂种原生质体。(2)由图2可知,促进三白草和鱼腥草原生质体融合的最适密度为 个/mL。(3)通常情况下,能增加免疫器官的重量表明该物质具有一定的增强免疫力的作用。为判断融合体对动物免疫力的影响,科研人员取同种小鼠30只,雌雄各半,随机均分为三组,实验处理如下表。组别 A组 B组 C组(空白对照组)实验处理 三白草和鱼腥草杂种愈伤组织的蒸馏水提取物 三白草和鱼腥草直接混合后的蒸馏水提取物每天一次等量灌胃,连续一周,检测各组小鼠的胸腺重量①表格中C组的实验处理为 。②若实验结果为 ,则支持利用原生质体融合技术将复方的配伍提前并实现有效成分的工厂化生产。9.研究表明羊乳中的β-乳球蛋白(BLG)是人体主要过敏源,图1为研究人员利用基因编辑技术敲除山羊中BLG基因,同时导入人乳铁蛋白(hLF)基因并获得转基因山羊的操作过程。图1中sgBLG/Cas9复合物中,sgBLG为能准确识别图1中母羊甲DNA特定序列的RNA,并引导Cas9蛋白对DNA进行切割。回答下列问题(1)上述操作过程中的目的基因是 。Cas9蛋白类似于基因工程中常用到的 酶。(2)图中③应用到的技术为 。(3)为获取更多母羊丙的卵母细胞,需对丙注射 ,并对获取的细胞进行培养至 期后去核,去核的目的是 。早期胚胎移植之前,需对母羊丁进行 处理。(4)研究人员利用人乳铁蛋白基因的mRNA进行逆转录得到了cDNA,已知mRNA的序列为5’-UUACUUCCUG…(中间序列)…CAAGUUUCAU-3’。在目的基因两端加上相应的限制酶识别序列后利用PCR技术扩增,目的基因和图2中的质粒连接构建表达载体。请分别写出PCR扩增时所需两种DNA引物按5’到3'方向的前12个碱基序列 。(5)筛选后得到的早期胚胎细胞中不能检测到该药用蛋白, (填“能”或“不能”)作为目的基因是否成功导入并表达的依据,理由是 。10.Ⅰ、同源重组技术结合tetr-sacB双重选择系统可对基因进行敲除与回补,研究基因的功能。下图是科研人员利用该方法对大肠杆菌LacZ基因进行敲除与回补的相关过程,其中tetr是四环素抗性基因,sacB基因是蔗糖致死基因,LacZ基因表达产物能将无色化合物X-gal水解成蓝色化合物。请回答下列问题:限制酶 EcoRⅠ BamHⅠ HindⅢ XmaⅠ识破序列和切割位点 5'G↓AATTC3' 5'G↓GATCC3' 5'A↓AGCTT3' 5'C↓CCGGG3'Ⅱ、咪唑喹啉衍生物(BEZ)和长春花碱(VLB)用于治疗卵巢癌、肝癌等癌症,为研究二者对肾癌的治疗效果,研究人员进行了系列实验。(1)过程①PCR中影响退火温度的因素有引物的长度、 ,若温度过低会导致 。(2)过程⑤中,设计两种引物时需在引物5'端分别添加上 基因两端的同源序列。(3)过程⑦中,在含有 的培养基中出现了白色菌落,即为筛选出的敲除LacZ基因菌株。过程⑧通过同源重组技术结合tetr-sacB双重选择系统可对LacZ基因进行回补,筛选LacZ基因回补菌株时应在培养基中添加 。(4)探究BEZ和VLB单独及联合使用对肾癌细胞凋亡的影响,结果如图1所示。该实验的自变量是 ,实验结果表明 对癌细胞凋亡无明显影响。(5)Caspase—3是细胞内促凋亡蛋白,Mcl—1是Caspase—3基因表达的调控因子。为研究BEZ和VLB治疗肾癌的机制,研究人员对各组细胞进行实验处理24小时后,检测Mcl—1的mRNA和蛋白质含量,结果如图2.选用GAPDH作为内参的原因是 。(6)综合图1、图2结果,在下列箭头上标明“+”或“-”(分别表示“促进”和“抑制”),图示药物发挥作用的机理 、 。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 2024年高考生物压轴题训练: 生物技术与工程(新高考通用)(原卷版).docx 2024年高考生物压轴题训练: 生物技术与工程(新高考通用)(解析版).docx