2023届高考生物二轮复习专题6核心价值引领_聚焦高考热点(6)学案

热点1　发酵工程与文化自信

　(2021·全国乙卷)工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。

回答下列问题：

(1)米曲霉发酵过程中，加入大豆、小麦和麦麸可以为米曲霉的生长提供营养物质，大豆中的________可为米曲霉的生长提供氮源，小麦中的淀粉可为米曲霉的生长提供________。

(2)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长、繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的________、________能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和________。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于________(填“自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”)微生物。

(3)在发酵池发酵阶段添加的乳酸菌属于________(填“真核生物”或“原核生物”)；添加的酵母菌在无氧条件下分解葡萄糖的产物是______________。在该阶段抑制杂菌污染和繁殖是保证酱油质量的重要因素，据图分析该阶段中可以抑制杂菌生长的物质是__________________________________(答出1点即可)。

试题情境：本题以某企业通过发酵制作酱油的流程示意图为情境，属于复杂熟悉的生活情境。

必备知识：发酵流程及原理，微生物培养所需的营养物质类型、生长条件以及代谢特征等。

关键能力：比较米曲霉与乳酸菌、酵母菌的代谢特征，并结合发酵条件分析影响酱油质量的外界因素。

学科素养：运用与发酵有关的知识，理解并把握通过控制发酵条件等酿造色香味俱佳的食品。培养了学生解决生产生活问题的担当和能力，并积极参与实践，成为健康中国的促进者和实践者。

核心价值：发酵工程技术丰富了饮食文化，改善了人们的生活水平和质量，是中华民族传统文化的传承。学生在解决问题的过程中潜移默化地增强了民族自豪感，以及坚定文化自信的真实内涵。

[解析]　(1)大豆中含有丰富的蛋白质，可为微生物的生长、繁殖提供氮源。小麦中的淀粉可以为微生物的生长、繁殖提供碳源。

(2)米曲霉在发酵过程中产生的蛋白酶能将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，产生的脂肪酶能将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使发酵的产物具有独特的风味。米曲霉发酵时需要利用现有的有机物和氧气，说明其代谢类型是异养好氧型。

(3)乳酸菌没有核膜包被的细胞核，属于原核生物。酵母菌属于兼性厌氧菌，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳。在发酵池中酵母菌产生的酒精能抑制杂菌的生长，乳酸菌产生的乳酸使发酵液呈酸性也能抑制杂菌的生长，同时往发酵池中添加的食盐也能抑制杂菌的生长。

[答案]　(1)蛋白质　碳源　(2)蛋白酶　脂肪酶　氨基酸　异养好氧　(3)原核生物　酒精和二氧化碳　酒精、乳酸、食盐(答一个即可)

1．(2022·江苏南京一模)下列与果酒、果醋和泡菜制作有关的叙述，正确的是(　　)

A．制作果醋的前提是制作果酒，因为醋酸菌可将酒精氧化为醋酸

B．通常情况下，泡菜制作1～2天即可食用，并需偶尔进行排气操作

C．使用的菌种通常取自自然环境，若要提高产品品质，可接种优良菌种

D．所用制作原料和器具都需要进行严格灭菌，且发酵全过程都需在无菌环境

C　[当氧气和糖源充足时醋酸菌将糖分解成醋酸，因此，制作果醋的前提未必需要制作果酒，A错误；通常情况下，泡菜制作一般10天后即可食用，不需进行排气操作，因为泡菜制作过程所需的菌种(乳酸菌)无氧呼吸的产物是乳酸，没有气体生成，B错误；果酒、果醋和泡菜制作使用的菌种通常取自自然环境，也可接种优良菌种，以提高产品品质，C正确；所用制作原料和器具不需要进行严格灭菌，发酵全过程无需在无菌环境，D错误。]

2．酸笋是利用竹笋进行乳酸发酵所得的产品。可自然发酵生产，也可接种特定的乳酸菌种生产。发酵过程中产生的甘露醇等物质可赋予泡菜独特风味。研究者测量了不同发酵条件下甘露醇浓度和pH变化，结果如下。下列说法错误的是(　　)

A．上述三组发酵过程均应在密封条件下进行

B．甘露醇会杀灭植物乳杆菌，进而阻止发酵进行

C．接种微生物发酵后pH迅速降低有助于防止杂菌污染

D．可继续探索不同菌种按不同比例组合接种的发酵效果

B　[乳酸是无氧呼吸的产物，因此上述三组发酵过程均应在密封条件下进行，A正确；添加植物乳杆菌并没有检测到甘露醇的浓度变化，但pH在不断下降，说明发酵在进行，因此不能得出甘露醇会杀灭植物乳杆菌，进而阻止发酵进行的结论，B错误；接种微生物发酵后pH迅速降低有助于防止杂菌污染，因为酸性条件下很多微生物的生存受到抑制，C正确；在上述实验的基础上，可继续探索不同菌种按不同比例组合接种的发酵效果，从而找到合适的菌种比例，D正确。]

3．(2022·河北衡水二模)醋酸菌是果醋发酵过程中产生乙酸及其风味衍生物的重要微生物，具有耐乙醇的高产醋酸菌对提高我国发酵型果醋产量具有重要意义。研究团队以腐烂水果(李子、水蜜桃、芒果、香蕉和枇杷)为筛选样品，富集后，通过钙圈法复筛后得到9株分离菌株。回答下列问题：

(1)本研究从腐烂的水果中筛选高产醋酸菌的依据是____________________

_______________________________________________________________，

研究人员根据菌落的形状、大小、颜色等来区分分离的9株菌株，原因是

_________________________________________________________________

______________________________________________________________。

(2)在研究过程中，使用了四种培养基：加入葡萄糖的富集培养基、加入体积分数为3%无水乙醇的液体培养基、加入碳酸钙的分离培养基、固体培养基，取一定量水果的腐烂部分置于富集培养基中。30 ℃条件下进行振荡培养可短时间完成醋酸菌扩增，其原因是____________________________________________

___________________________________________________________________。

3 d后将富集培养基梯度稀释后涂布于加入碳酸钙的分离培养基，加入碳酸钙是为了____________________。常挑取透明圈较大的菌落，采用__________________法进行纯化并在____________________________培养基中培养，从而获得目的菌株。

(3)醋酸菌在______________________________________的条件下均可将原料中某些成分转化为乙酸。在发酵过程中，乙酸含量的变化特点是___________

____________________________________________________________________。

[解析]　(1)因腐烂的水果可为醋酸菌的生命活动提供所需的营养物质，所以从中可分离出醋酸菌。在一定的培养条件下，不同种微生物表现出稳定的菌落特征，因此可根据菌落的形状、大小、颜色等来区分分离的9株菌株。

(2)醋酸菌为好氧菌，30 ℃适于醋酸菌繁殖，振荡培养可提高培养液中的溶氧量，这种培养条件可实现目的菌株数量的增加。在分离培养基中加入碳酸钙是为了形成不透明的培养基，随着醋酸菌的生长，乙酸与碳酸钙发生反应，出现透明圈，透明圈越大，说明该菌落产酸能力越强，因此，通常挑取透明圈较大的菌落，利用平板划线法或稀释涂布平板法对菌种进行纯化，并在加入体积分数为3%无水乙醇的液体培养基中继续培养，获得耐乙醇的高产醋酸菌。

(3)醋酸菌在糖源充足或糖源缺乏但氧气含量充足的条件下均可将原料中的葡萄糖或乙醇转化为乙酸。在发酵过程中，由于醋酸菌的作用，随着时间的延长以及原料的被消耗，乙酸的含量先增加后保持稳定。

[答案]　(1)腐烂的水果可为醋酸菌的生命活动提供有机物，从中可分离较多的目的菌种　在一定的培养条件下，不同种微生物表现出稳定的菌落特征　(2)醋酸菌为好氧菌，30 ℃适于醋酸菌繁殖，振荡培养可提高培养液中的溶氧量，这种培养条件可实现目的菌株数量的增加　形成不透明的培养基　平板划线(稀释涂布平板)　加入体积分数为3%无水乙醇的液体　(3)糖源充足或糖源缺乏但氧气含量充足　随着时间的延长，乙酸的含量先增加后保持稳定

热点2　现代生物技术与生物科研

　(2021·辽宁选择性考试)PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因)，大小为0.9 kb(1 kb＝1 000碱基对)，利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题：

(1)为获取phb2基因，提取该动物肝脏组织的总RNA，再经________过程得到cDNA，将其作为PCR反应的模板，并设计一对特异性引物来扩增目的基因。

(2)图1为所用载体示意图，图中限制酶的识别序列及切割位点见下表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接，在扩增的phb2基因两端分别引入________和________两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时，可选用____________(填“E．coli DNA连接酶”或“T4 DNA连接酶”)。

图1

相关限制酶的识别序列及切割位点

注：箭头表示切割位点。

(3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞，使其处于________的生理状态，以提高转化效率。

(4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养，随机挑取菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒，用(2)中选用的两种限制酶进行酶切，酶切产物经电泳分离，结果如图2，______号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。

图2

注：M为指示分子大小的标准参照物；小于0.2 kb的DNA分子条带未出现在图中。

(5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中，培养24小时后，检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量，统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的________(填“G1”“S”或“G2/M”)期。

图3　　　　　　　　　图4

注：间期包括G1期、S期和G2期。

试题情境：本题以基因数据库中获取的phb2基因在大肠杆菌中的表达及相关电泳图为情境，属于复杂陌生的科学实验和探究情境。

必备知识：基因工程的基本工具、基本操作程序，电泳鉴定的原理及操作流程，PHB2蛋白对细胞增殖影响的原因分析等。

关键能力：比较表中的限制酶的识别序列及切割位点，确保phb2基因与载体正确连接；结合目的基因的大小，借助电泳图示推出含目的基因的重组质粒。

学科素养：通过对载体图谱、限制酶的识别序列及切割位点以及电泳图示、细胞增殖坐标曲线进行深入分析，培养学生的模型与建模的科学思维能力；利用基因工程技术探究PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因，培养学生勇于创新、善于团队合作的科学探究能力。

核心价值：通过对PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因进行分析与探究，激发学生的学习热情与内在动力，在增强民族自豪感的同时，也增强了为祖国发展拼搏的社会责任感。

解析：(1)利用RNA获得cDNA的过程称为逆转录。

(2)根据启动子和终止子的生理作用可知，目的基因应导入启动子和终止子之间。由题图可知，两者之间存在三种限制酶切点，但是由于KpnⅠ在质粒上不止一个酶切位点，所以应该选择EcoRⅠ和PvitⅡ；根据PvitⅡ的酶切序列，切出了平末端，所以构建基因表达载体时，应该用T4 DNA连接酶连接质粒和目的基因。

(3)转化时用CaCl2处理大肠杆菌细胞，使其处于感受态的生理状态，以提高转化效率。

(4)由于这些菌落都可以生长在含有氨苄青霉素的培养基中，因此都含有质粒，重组质粒包含了目的基因和质粒，如果用EcoRⅠ和PvitⅡ两种酶切割重组质粒，电泳后将获得含有质粒和目的基因的两条条带，由于phb2基因大小为0.9 kb，所以对应电泳图是菌落3。

(5)图4中G1期和S期细胞减少，而G2期细胞数目明显增多，说明了G1期和S期细胞可以进入G2期，而G2期的细胞没有能够完成分裂进入G1期，因此PHB2蛋白应该作用于G2/M期。

[答案]　(1)逆转录　 (2)EcoRⅠ　PvitⅡ　T4 DNA连接酶　(3)感受态　(4)3　(5)G2/M

1．(2022·山东淄博二模)苜蓿是“牧草之王”，缺点是水溶性蛋白质过多易造成家畜胃中泡沫过多，导致膨胀病。百脉根富含单宁，单宁能沉淀水溶性蛋白质，减少膨胀病的发生。科研人员将苜蓿与百脉根进行植物体细胞杂交最终获得抗膨胀病苜蓿新品种，技术路线如下图。下列说法正确的是(　　)

A．聚乙二醇能促进植物细胞间细胞壁的融合

B．在培养基上愈伤组织的细胞出现接触抑制

C．与生芽培养基相比，生根培养基中生长素含量高

D．获得的再生植株具有苜蓿和百脉根的全部优良性状

C　[聚乙二醇能促进植物原生质体的融合，依赖细胞膜的流动性，A错误；在培养基上愈伤组织的细胞不会出现接触抑制，接触抑制是动物细胞培养过程中表现的特点，B错误；由于生长素能促进根的产生，因此，与生芽培养基相比，生根培养基中生长素含量高，C正确；植物体细胞杂交技术克服了远缘杂交不亲和的障碍，使杂种植株具有双亲的遗传特性，但由于杂种细胞分裂过程中会发生部分染色体丢失，使获得的再生植株未必具有苜蓿和百脉根的全部优良性状，D错误。]

2．(2022·北京昌平二模)乳酸菌是乳酸的传统生产菌，但耐酸能力较差，影响产量。酿酒酵母耐酸能力较强，但不产生乳酸。研究者将乳酸菌内催化乳酸生成的乳酸脱氢酶基因(LDH)导入酿酒酵母，获得能产生乳酸的酵母工程菌株。下图为通过双酶切构建重组质粒的过程。GTG为原核生物偏好的编码起始密码子的序列，ATG为真核生物偏好的编码起始密码子的序列。相关叙述不正确的是(　　)

A．引物1的5′端序列应包含BamHⅠ的识别序列

B．引物1的5′端序列应考虑将GTG改为ATG

C．重组质粒以不能合成尿嘧啶的酵母菌株为受体

D．酵母工程菌培育成功的标志是产生乳酸脱氢酶

D　[设计引物1的5′端序列，应考虑将编码起始密码子的序列由原核生物偏好的GTG转变为真核生物偏好的ATG，以便目的基因在酵母细胞中更好的表达；同时能通过双酶切以正确方向插入质粒，需要包含BamHⅠ的识别序列，A、B正确。重组质粒以不能合成尿嘧啶的酵母菌株为受体，然后在缺乏尿嘧啶的选择培养基上，不能合成尿嘧啶的酿酒酵母菌株不能生存，导入重组质粒的酿酒酵母菌株因为获得了尿嘧啶合成酶基因而可以正常生存，从而起到筛选作用，C正确。结合题意可知，酵母工程菌培育成功的标志是产生乳酸，D错误。]

3．(2022·山东模拟预测)淀粉是食物的重要成分，也是一种重要的工业原料，其水解产物广泛用于糖类及酒精发酵等行业。目前，工厂化水解淀粉需在高温条件下进行，因此开发具有自主产权的耐热性α­淀粉酶并实现大规模生产，对我国淀粉深加工产业的发展具有重要意义。为了实现α­淀粉酶的高效表达和分泌，我国科研人员以芽孢杆菌构建工程菌开展研究。

回答下列问题：

(1)科研人员从某热泉的细菌中发现一种α­淀粉酶(AmyS1)，利用蛋白质工程对其进行改造，获得了具有热稳定性和催化效率更高的重组耐高温α­淀粉酶(AmyS2)。其基本操作流程是____________(从下列操作或思路中，选择正确的序号并排序)。

①人工合成AmyS1基因；②人工合成AmyS2基因；③分子设计目标蛋白的氨基酸序列；④预期AmyS1功能；⑤预期AmyS2功能；⑥设计目标蛋白的三维结构；⑦将获得的基因导入受体细胞生产AmyS1；⑧将获得的基因导入受体细胞生产AmyS2

(2)获取AmyS2基因后，构建基因表达载体的过程如图所示。该过程中，将目的基因与原始质粒A构建成质粒B，应选择的限制酶是________；将质粒B与信号肽基因构建成质粒C，应选择的限制酶是________。

图1　基因表达载体的构建过程

(3)信号肽是一段能够引导目标蛋白质分泌到细胞外的肽链。据此推测，与质粒B相比，在工业生产中使用导入质粒C的工程菌生产α­淀粉酶的优势是

_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(4)研究发现，芽孢杆菌会分泌一种胞外蛋白酶(控制其合成的基因是bcp)，导致胞外α­淀粉酶被降解。请从改造工程菌的角度提出一条解决该问题的思路：_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(5)检测获得的α­淀粉酶的特性，结果如下图所示。在工厂化生产中，利用该酶水解淀粉时，应设置的温度是________℃，理由是_______________________

_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

图2　重组耐高温α­淀粉酶的反应温度

图3　重组耐高温α­淀粉酶的热稳定性

[解析]　(1)α­淀粉酶(AmyS1)的化学本质是蛋白质，蛋白质工程的基本操作流程是从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的核糖核苷酸序列(RNA)→找到相对应的脱氧核苷酸序列(DNA)。因此利用蛋白质工程生产具有热稳定性和催化效率更高的重组耐高温α­淀粉酶(AmyS2)的基本操作流程是⑤⑥③②⑧。

(2)若用BamHⅠ进行切割，会导致目的基因结构破坏，因此选择的限制酶是NdeⅠ和EcoRⅠ，既不会破坏目的基因，也能防止目的基因片段反向连接及质粒自身环化等问题；根据质粒C的结构以及信号肽基因上的酶切位点可知，将质粒B与信号肽基因构建成质粒C，应选择的限制酶是MluⅠ和Eco52Ⅰ。

(3)与质粒B相比，导入质粒C的工程菌含有信号肽基因，表达产物是一段能够引导目标蛋白质分泌到细胞外的肽链，因此利用该工程菌生产α­淀粉酶的优势是芽孢杆菌可以将α­淀粉酶分泌到细胞外，便于从培养液中提取产物。

(4)芽孢杆菌会分泌一种胞外蛋白酶(控制其合成的基因是bcp)，导致胞外α­淀粉酶被降解，因此为了解决该问题，可采用敲除了bcp基因(或抑制bcp基因的表达)的芽孢杆菌作为工程菌生产AmyS2，即可避免上述问题。

(5)利用该酶水解淀粉时，应设置的温度是90 ℃，在该温度下，α­淀粉酶的酶活性和热稳定性均较高，催化反应的能力强。

[答案]　(1)⑤⑥③②⑧　(2)NdeⅠ和EcoRⅠ　MluⅠ和Eco52Ⅰ　(3)芽孢杆菌可以将α­淀粉酶分泌到细胞外，便于从培养液中提取产物　(4)用敲除了bcp基因(或抑制bcp基因的表达)的芽孢杆菌作为工程菌生产AmyS2　(5)90(或90～100)　α­淀粉酶在90 ℃(或90～100 ℃)时相对酶活性和热稳定性均较高