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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。(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“T4DNA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、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)T4DNA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)T4DNA连接酶感受态能吸收周围环境中的DNA分子(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。【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_ _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。(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。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(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)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_。(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_。(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
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