1、- 1 -专题 14 现代生物科技专题(30 分钟 100 分)1.(15 分)(2017全国卷)真核生物基因中通常有内含子,而原核生物基因中没有,原核生物没有真核生物所具有的切除内含子对应的 RNA 序列的机制。已知在人体中基因 A(有内含子)可以表达出某种特定蛋白(简称蛋白 A)。回答下列问题:(1)某同学从人的基因组文库中获得了基因 A,以大肠杆菌作为受体细胞却未得到蛋白 A,其原因是_ _。 (2)若用家蚕作为表达基因 A 的受体,在噬菌体和昆虫病毒两种载体中,不选用_作为载体,其原因是_ _。 (3)若要高效地获得蛋白 A,可选用大肠杆菌作为受体。因为与家蚕相比,大肠杆菌具有_(答出
2、两点即可)等优点。 (4)若要检测基因 A 是否翻译出蛋白 A,可用的检测物质是_(填“蛋白 A 的基因”或“蛋白 A 的抗体”)。(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验为证明 DNA 是遗传物质做出了重要贡献,也可以说是基因工程的先导。如果说他们的工作为基因工程理论的建立提供了启示,那么,这一启示是_ _。 【解析】本题主要考查基因工程的相关知识。(1)人体基因 A 有内含子,将获得的基因 A 导入大肠杆菌中,经过转录得到含有内含子的 mRNA,因为大肠杆菌没有真核生物所具有的切除内含子对应的 RNA 序列的机制。内含子部分对应的 mRNA序列阻断了蛋白 A 的合成。(2)若用家蚕作为表达基因
3、 A 的受体,选用昆虫病毒作为载体,不选用噬菌体作为载体的原因是噬菌体的宿主细胞是细菌,噬菌体不能侵染家蚕。(3)大肠杆菌是原核生物,原核生物作为受体细胞,有以下优点:结构简单、繁殖速度快、容易培养等。(4)若要检测基因 A 是否翻译出蛋白 A,最准确的方法是利用蛋白 A 的抗体,因抗体具有特异性,一种抗体只能与特定的蛋白质结合,可根据蛋白 A 抗体的杂交情况来判断是否合成了蛋白 A。- 2 -(5)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验中将一种生物个体的 DNA 转移到了另一种生物个体中,并表达合成了相应的蛋白质。答案:(1)基因 A 有内含子,在大肠杆菌中,其初始转录产物中与内含子对应的 RNA
4、序列不能被切除,无法表达出蛋白 A(2)噬菌体 噬菌体的宿主是细菌,而不是家蚕(3)繁殖快,容易培养 (4)蛋白 A 的抗体(5)DNA 可以从一种生物个体转移到另一种生物个体【加固训练】甘蔗黄叶综合症是一种由甘蔗黄叶病毒所引起的禾本科植物病症,科学家通过甘蔗黄叶病毒外壳蛋白基因(简称 CP 蛋白基因)转化植物来获得抗病转基因新品种。(1)首先从甘蔗黄叶综合症的病叶中提取 RNA,此过程中为了防止 RNA 被分解,需加入_抑制剂,以提取的 RNA 为模板通过_获得 cDNA。 (2)对获取的 cDNA 进行 PCR 扩增,在此反应体系中,除了模板 DNA、dNTP 外,还需加入_,获得的大量
5、cDNA 需要在 4 的低温下保存备用,原因是_。(3)将 cDNA 和质粒用同一种限制酶切割,产生相同的平末端,再用_ _将二者进行连接(填“Ecoli DNA 连接酶”或“T 4DNA 连接酶”)。在培养基上接种培养大肠杆菌作为受体细胞,同时加入一定量的 CaCl2低温冷却液,目的是制备_细胞,其具有的特殊功能是_。(4)为检测大肠杆菌是否产生 CP 蛋白,需要将病毒颗粒注射入兔子体内,并从血清中分离获得_作为检测剂。【解析】(1)RNA 易被 RNA 酶水解,加入 RNA 酶抑制剂可防止 RNA 被分解;RNA 逆转录可以得到cDNA。(2)PCR 反应体系中应包含模板 DNA、dNTP
6、、引物、Taq 酶;高温条件下,易使 DNA 分子中的氢键断裂,双螺旋结构打开而发生变性,需要在 4 的低温下保存。(3)T 4DNA 连接酶可连接平末端;常用一定浓度 CaCl2溶液制备大肠杆菌感受态细胞,感受态细胞能吸收周围环境中的 DNA 分子。(4)将病毒颗粒注射入兔子体内,从血清中分离获得 CP 蛋白抗体,用抗原-抗体杂交技术来检测大肠杆菌是否产生 CP 蛋白。答案:(1)RNA 酶 逆转录(2)引物、Taq 酶(热稳定 DNA 聚合酶) 高温条件下,易使 DNA 分子中的氢键断裂,双螺旋结构打开而发生变性- 3 -(3)T4DNA 连接酶 感受态 能吸收周围环境中的 DNA 分子(
7、4)CP 蛋白抗体(甘蔗黄叶病毒外壳蛋白抗体) 2.(15 分)(2018湖南六校联考)战狼 2创造了中国电影史的多个最高,电影中的“拉曼拉病毒”学名埃博拉病毒,冷锋注射的疫苗是具有抗埃博拉病毒功能的血清。下图中,甲、乙是两种方法制备单克隆抗体的流程图。请回答下列问题:(1)甲图中从产生免疫反应的小鼠体内得到了抗_的抗体,说明小鼠体内已形成了相应的 B 淋巴细胞。设法将 B 淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合,常用的诱导因素有聚乙二醇、_、电激等。(2)甲图中经选择性培养的_细胞,还需进行克隆化培养和_检测,经多次筛选,就可获得足够数量的细胞。 (3)乙图中将烟草细胞培养成转基因烟草植株涉及的最基本
8、技术是_ _,为了诱导烟草细胞生根,应设置培养基中生长素与细胞分裂素的比_(填“大于”“等于”或“小于”)1。 - 4 -【解析】(1)据甲图中显示,对小鼠注射埃博拉病毒诱导小鼠产生抗埃博拉病毒的抗体;细胞融合的诱导因素有化学因素(如聚乙二醇),生物因素(如灭活病毒),物理因素(如电激)。(2)甲图中经选择性培养获得的杂交瘤细胞,还需进行克隆化培养和抗体检测,经多次筛选,就可获得足够数量的细胞。(3)将细胞培养成植株的技术是植物组织培养,该过程中诱导细胞生根时,培养基中的生长素与细胞分裂素的比应该大于 1。答案:(1)埃博拉病毒 灭活的病毒(2)杂交瘤 抗体(3)植物组织培养 大于3.(15
9、分)科学家将蜘蛛的蛛丝蛋白基因导入羊体内,得到转基因“蜘蛛羊”,该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白,高强度的蛛丝蛋白可用于许多重要的特种工业领域,生产流程如图。请回答:(1)将蛛丝蛋白基因和载体通过甲过程形成的 X 为_,甲过程通常用相同的限制酶进行切割,原因是_ _。 (2)为了获得蛛丝蛋白,图中的受体细胞应该选择_(填性别)羊的 ES 细胞,选择 ES 细胞进行核移植与体细胞相比_。 (3)受体细胞在体外培养时,采用的培养基是_(填“固体”或“液体”)培养基,并在培养环境中添加 5%的 CO2,目的是_。 (4)转基因羊除能产生蛛丝蛋白外,其性状与提供 ES 细胞的个体不完全相同的原因有_ _。(答
10、出两点即可) 【解析】(1)由题图可知,通过甲过程形成 X,然后直接导入受体细胞,所以 X 应为基因表达载体;甲过程为构建基因表达载体过程,用相同的限制酶进行切割是为了使目的基因和载体有相同的黏- 5 -性末端,便于连接。(2)想要从羊的乳汁中获得蛛丝蛋白,则受体细胞为雌性,选择 ES 细胞进行核移植与体细胞相比恢复其全能性相对容易。(3)体外培养动物细胞时,采用液体培养基;培养环境中添加 5%的 CO2是为了维持培养液的 pH。(4)性状是基因与环境共同作用的结果,转基因羊除能产生蛛丝蛋白外,其性状与提供 ES 细胞的个体不完全相同有可能是发育过程中发生了基因突变;转基因羊的细胞质遗传物质来
11、自受体卵母细胞,也会使个体产生性状差异。答案:(1)基因表达载体 使目的基因和载体有相同的黏性末端,便于连接 (2)雌性 恢复其全能性相对容易 (3)液体 维持培养液的 pH(4)转基因山羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞、性状是基因与环境共同作用的结果(或个体发育过程中有可能发生基因突变)4.(15 分)(2018天水二模)某基因研究院培育出了转基因克隆绵羊,该绵羊能合成深海鱼体内富含的不饱和脂肪酸 omega-3。(1)在培育转基因克隆绵羊过程中,运用_方法除去卵母细胞的细胞核,通过化学试剂_使该细胞与供体细胞融合,进而构建重组胚胎。 (2)为保证胚胎移植顺利进行,需要在合适的季节对供、受
12、体母羊进行_ _处理,培育过程中,科研人员同时将 omega-3 合成酶的基因片段转移到了该羊基因组中,使目的基因进入受体细胞并维持稳定和表达的过程,称为_。利用 PCR 技术进行扩增目的基因的前提是_ _。 (3)目前,人们主要通过食用深海鱼肉摄取 omega-3,人们过度捕杀深海鱼而严重破坏了海洋生态系统,使生态系统的_稳定性下降。 (4)建造海底人工鱼礁,其目的是改善海洋环境,是实现海洋渔业可持续发展的举措之一,这体现了生态工程所遵循的_原理。十九大提出“绿水青山就是金山银山”,要实现这一目标不仅需要对破坏的生态环境进行恢复,还要考虑当地人的经济发展和生活需要,这主要遵循了生态工程的_
13、_原理。 【解析】(1)核移植技术的受体细胞为处于减数第二次分裂中期的次级卵母细胞,通过显微操作去除其细胞核,使该细胞与供体细胞融合的方法有物理或化学方法,化学方法一般用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂使两细胞融合,进而构建重组胚胎。(2)为保证胚胎移植顺利进行,需要在合适的季节对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理,以保证胚胎移植入相同的生理环境;使目的基因进入受体细胞内,并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程,称为转化;利用 PCR 技术进行扩增目的基因的前提,是要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便根据这一序列合成引物。- 6 -(3)人们过度捕杀深海鱼,导致生物多样性降低,生态系统的自我调节能
14、力下降,抵抗力稳定性降低。(4)建造海底人工鱼礁,目的是改善海洋环境,增大环境承载力,实现海洋渔业可持续发展,所以体现了生态工程建设要遵循的协调与平衡原理;十九大提出“绿水青山就是金山银山”,要实现这一目标不仅需要对破坏的生态环境进行恢复,更重要的是还要考虑当地人的经济发展和生活需要,这主要遵循了生态工程的整体性原理。答案:(1)显微操作去核 聚乙二醇 (2)同期发情 转化 要有一段已知目的基因的核苷酸序列,以便合成引物 (3)抵抗力 (4)协调与平衡 整体性5.(10 分)(新题预测)荷斯坦奶牛是世界上产奶量最高的奶牛品种之一。某公司引进纯种荷斯坦奶牛,并用以下途径繁育出荷斯坦良种奶牛群体。
15、请回答以下问题:(1)请把上面空格的内容补充完整:_激素;_处理;_;图中的冲卵是用特制装置,把供体母牛子宫内的_ _冲洗出来。 (2)该公司为了在短时间内得到更多的良种奶牛,常常在进行过程之前采用_技术进行操作,这种快速获得大量个体的繁殖方式属于_;质量检查合格的早期胚胎还可放入_进行保存。 (3)为了确保得到雌性奶牛,可在移植前取_细胞做 DNA 分析对胚胎进行性别鉴定。 【解析】(1)对良种荷斯坦奶牛进行超数排卵处理时需使用促性腺激素;对受体母牛要进行同期发情处理,以使其生殖器官的生理变化与供体相同;质量检查、培养合格的早期胚胎可以进行胚胎移植;配种或人工授精后,用特制装置冲卵是把供体母
16、牛子宫内的胚胎冲洗出来。(2)欲得到更多的良种奶牛,常常在进行胚胎移植之前采用胚胎分割技术进行操作,胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一;质量检查合格的早期胚胎还可放入液氮进行保存。(3)对移植前的胚胎进行性别鉴定时,可取滋养层细胞,利用 DNA 分子杂交技术,做 DNA 分析性别鉴定。答案:(1)促性腺 同期发情 胚胎移植 (早期)胚胎- 7 -(2)胚胎分割 无性繁殖 液氮 (3)滋养层6.(10 分)青蒿素是最有效的抗疟药之一,但野生黄花蒿青蒿素产量低。研究人员利用基因工程技术培育出高产的转基因黄花蒿。请回答下列问题:(1)建立 cDNA 文库是获取基因的途径之一。与基因组文库相
17、比,cDNA 文库中的基因数目_。 (2)青蒿素合成途径存在两种关键酶紫穗槐二烯合酶和青蒿酸合成酶。研究人员从黄花蒿的cDNA 文库中获取了两种关键酶的基因。在对它们进行 PCR 扩增时,向反应体系中加入的物质中,除了模板不同,_也肯定不同。 (3)有人另辟蹊径,成功培育出能生产青蒿素的转基因酵母菌。利用转基因酵母菌生产青蒿素的优势有_。 【解析】(1)cDNA 文库是指只包含了一种生物一部分基因的文库,往往是以细胞中的 mRNA 为模板,通过逆转录产生的互补 DNA 片段。基因组文库是将某种生物的全部基因导入受体菌内形成的基因文库,所以 cDNA 文库中包含的基因数目比基因组文库中少。(2)
18、PCR 扩增技术中,需要向反应体系中加入引物、模板、热稳定 DNA 聚合酶以及大量脱氧核苷酸,引物需要与模板相结合,模板不同,所需要的引物也不同。(3)酵母菌繁殖快,容易培养,且成本较低,可工业化大量生产,且生产不受季节、气候、地域限制,所以常常被用作基因工程的受体细胞。答案:(1)少 (2)引物 (3)繁殖快,易培养,成本低,可以工业化生产,生产不受季节、气候、地域限制7.(10 分)(新题预测)人感染埃博拉病毒(EV)会引起致命的出血热。治疗 EV 病的有效方法一个是注射疫苗,另一个就是注射抗体。冻干剂型埃博拉病毒疫苗于 2017 年 10 月在我国研制成功。请回答下列相关问题:(1)作为
19、 EV 的疫苗需要具备的条件: _。 (2)若用小鼠生产 EV 的单克隆抗体,需先对小鼠注射抗原,目的是能从小鼠体内获得_细胞,然后将该细胞与骨髓瘤细胞融合形成_细胞。单克隆抗体制备过程中对融合细胞进行_次筛选,最终筛选得到的细胞具有的特点是_。 - 8 -(3)植物原生质体融合的诱导方法有_,动物细胞融合特有的诱导方法是_。 (4)单克隆抗体制备过程中,应用的技术手段包括_。 【解析】(1)作为 EV 的疫苗,应能刺激机体产生免疫反应,让机体产生针对埃博拉病毒的抗体和记忆细胞,同时又不会使机体致病。(2)用小鼠生产 EV 的单克隆抗体,需先对小鼠注射抗原,使小鼠产生能分泌 EV 抗体的 B
20、淋巴细胞,将B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞。单克隆抗体制备过程中对融合细胞进行两次筛选,第一次筛选得到杂交瘤细胞,第二次筛选得到既能迅速大量繁殖,又能产生所需抗体的杂交瘤细胞。(3)诱导植物原生质体融合可采用物理法和化学法,物理法如离心、振动、电激等,化学法常用聚乙二醇作诱导剂,动物细胞融合特有的诱导方法是用灭活病毒诱导细胞融合。(4)单克隆抗体制备过程中,首先需要将 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,然后对杂交瘤细胞进行培养,用到了动物细胞融合和动物细胞培养技术。答案:(1)既能让机体产生针对埃博拉病毒的抗体,同时又没有致病性 (2)产生 EV 抗体的 B 淋巴杂交瘤 两 既能迅速大
21、量繁殖,又能产生所需抗体(3)物理法和化学法 灭活的病毒(4)动物细胞融合和动物细胞培养8.(10 分)马铃薯(4N)是种植广泛的农作物,病毒侵染后导致产量大幅下降,为了提高产量可将马铃薯进行脱毒培育。番茄(2N)是重要的经济作物,科学家试图按如图方法培育出一种地上长番茄、地下结马铃薯的“超级作物”,回答下列问题:(1)为了获得脱毒马铃薯,外植体往往取自植物分生区附近(如茎尖),其原因是_。利用植物组织培养,能获得试管苗,其原理是_。 (2)如图栽培过程属于植物细胞工程中的_技术,这一技术的优点是可以_。 - 9 -(3)过程用到的酶是_;在过程中,常用的化学方法一般是用_诱导融合,该过程成功
22、的标志是_ _。最终获得的“番茄马铃薯”属于_倍体植株。 【解析】(1)植物分生区附近的病毒极少,甚至无病毒,因此为了获得脱毒马铃薯,外植体往往取自植物分生区附近;植物组织培养的原理是植物细胞具有全能性。(2)题图所示栽培过程属于植物细胞工程中的植物体细胞杂交技术,这一技术的优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍。(3)过程表示利用酶解法去除植物细胞的细胞壁,通常使用纤维素酶和果胶酶;过程表示原生质体融合,常用的化学方法一般是用聚乙二醇(或 PEG)诱导融合;由于番茄的体细胞中含 2 个染色体组,马铃薯的体细胞中含 4 个染色体组,二者融合的杂种细胞内染色体组为 6 个,所以最终获得的“番茄-马铃薯”杂种植株属于异源六倍体。答案:(1)分生区附近的病毒极少,甚至无病毒 植物细胞具有全能性(2)植物体细胞杂交 克服远缘杂交不亲和的障碍(3)纤维素酶和果胶酶 聚乙二醇(或 PEG) 杂种细胞再生出细胞壁(形成新的细胞壁) 六
