新教材适用2024版高考生物二轮总复习第3部分高考题型专练非选择题规范练5生物技术与工程

这是一份新教材适用2024版高考生物二轮总复习第3部分高考题型专练非选择题规范练5生物技术与工程，共8页。试卷主要包含了73～3，45～55，60，90，86等内容，欢迎下载使用。
(2023·湖南卷)某些植物根际促生菌具有生物固氮、分解淀粉和抑制病原菌等作用。回答下列问题：
(1)若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌，培养基的主要营养物质包括水和_无机盐、碳源__。
(2)现从植物根际土壤中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌H，其产生的抗菌肽抑菌效果见表。据表推测该抗菌肽对_金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌__的抑制效果较好，若要确定其有抑菌效果的最低浓度，需在_1.73～3.45__μg·mL－1浓度区间进一步实验。
注：“＋”表示长菌，“－”表示未长菌。
(3)研究人员利用解淀粉芽孢杆菌H的淀粉酶编码基因M构建高效表达质粒载体，转入大肠杆菌成功构建基因工程菌A。在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中，传代多次后，生产条件未变，但某子代菌株不再产生淀粉酶M。分析可能的原因是_淀粉酶编码基因M发生突变；能产生淀粉酶M的个体产生后代时发生性状分离__(答出两点即可)。
(4)研究人员通过肺上皮干细胞诱导生成肺类器官，可自组装或与成熟细胞组装成肺类装配体，如图所示。肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、渗透压、pH以及_无菌、无毒环境，含95%空气和5%CO2的气体环境__(答出两点)等基本条件。肺类装配体形成过程中是否运用了动物细胞融合技术_否__(填“是”或“否”)。
(5)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是一种耐药菌，严重危害人类健康。科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型，来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力。以下实验材料中必备的是_③④⑥__。
①金黄色葡萄球菌感染的肺类装配体 ②MRSA感染的肺类装配体 ③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽 ④生理盐水 ⑤青霉素(抗金黄色葡萄球菌的药物) ⑥万古霉素(抗MRSA的药物)
【解析】 (1)由题意可知，根际促生菌具有固氮作用，可利用空气中的氮气作为氮源，因此用于筛选根际促生菌的培养基的主要营养物质包括水、无机盐和碳源。(2)由题表可知，在抗菌肽浓度为3.45～55.20 μg·mL－1范围内，金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌均不能生长，表明该抗菌肽对它们的抑菌效果较好；因为抗菌肽的浓度为1.73 μg·mL－1时，它们均能生长，所以要确定抗菌肽抑菌效果的最低浓度，应在1.73～3.45 μg·mL－1的浓度区间进一步实验。(3)在利用A菌株发酵生产淀粉酶M过程中，传代多次后，生产条件未变，但某子代菌株不再产生淀粉酶M，可能的原因是淀粉酶编码基因M发生突变；或者是能产生淀粉酶M的个体在产生后代时发生性状分离。(4)肺类装配体培养需要满足适宜的营养、温度、渗透压、pH以及无菌、无毒环境，含95%空气和5%CO2的气体环境等基本条件；由图示可知，肺类装配体形成的过程中没有运用动物细胞融合技术，只涉及了细胞的分裂和分化等内容。(5)科研人员拟用MRSA感染肺类装配体建立感染模型，来探究解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽是否对MRSA引起的肺炎有治疗潜力，必备实验材料为：③解淀粉芽孢杆菌H抗菌肽、④生理盐水(设置对照实验使用)、⑥万古霉素(抗MRSA的药物)，故选③④⑥。
变式应对
1.秸秆还田，既可以减少焚烧秸秆造成的环境污染，又可以增强土壤肥力。小明同学准备从土壤中分离出纤维素分解菌，以加速秸秆的分解。其实验过程如下。
(1)在实验前，小明将滤纸埋在土壤中，30天后取出腐烂的滤纸筛选纤维素分解菌。此时，滤纸片的作用是_聚集土壤中的纤维素分解菌__。
(2)配置纤维素分解菌的培养基：
①配置培养基时，先要计算培养基配方比例，再称量、熔化，最后还应_灭菌、倒平板__。
②上表中的培养基是_选择__培养基(从功能来看)，判断依据是_以纤维素为碳源__。
(3)纤维素分解菌的鉴定
①纤维素分解菌的鉴别培养基倒平板前，需要加入按一定比例灭过菌的_刚果红__溶液，混匀倒平板。
②吸取适量的培养液，一般采用_稀释涂布平板__方法接种到纤维素分解菌的鉴别培养基上。
(4)为高效降解农业秸秆废弃物，兴趣小组利用从土壤中筛选获得的A、B、C 3株纤维素分解菌，在37 ℃条件下进行玉米秸秆和降解实验，结果如图所示。在该条件下纤维素酶活力最高的是菌株_C__，理由是_接种菌株C后秸秆失重最多，纤维素降解率最大__。
【解析】 (1)滤纸片的主要成分是纤维素，为纤维素分解菌提供分解原料，从而聚集土壤中的纤维素分解菌。(2)培养基的配制过程一般是计算、称量、熔化、灭菌和倒平板。上表中的培养基主要碳源是纤维素，只有纤维素分解菌能生存，是选择培养基。(3)纤维素分解菌的鉴别使用刚果红染色法，需要加入灭过菌的刚果红溶液。接种时适量的培养液经稀释涂布接种到平板上。(4)由图可知，秸秆残重最低的是C组，纤维素降解率最高，纤维素酶活力最高的是C菌株。
2.人β防御素(由H基因编码)是一种抗菌肽，科研人员欲利用酵母对其进行生产。
(1)获得H基因的序列信息后，可以其cDNA为模板通过_PCR__方法获得该基因。
(2)由于人β防御素会损伤酵母细胞，组成型表达(持续表达)H的酵母菌最大种群数量偏低，限制了最终产量。科研人员在酵母菌基因组DNA中插入Р和S基因，使质粒上H基因的表达受到红光控制。红光调控H基因表达的原理如图1所示。
P和S基因应为_组成型表达__(填“组成型表达”或“红光诱导表达”)。
(3)发酵后菌体和产物分离是发酵工艺的基本环节。定位于细胞表面的F蛋白可使酵母细胞彼此结合，进而沉淀在发酵罐底部。科研人员引入蓝光激活系统(图2)，在酵母菌基因组中插入了2个E基因，使F基因的表达受到蓝光控制(图3)。
图3中两个E基因作用分别是_左侧E基因：照射蓝光后受到正反馈调控，快速表达大量E蛋白，进而激活F基因表达__右侧E基因：使细胞中始终含有少量E蛋白，保持接受蓝光信号的能力__。
(4)工程菌泄露到环境中可能引发环境问题。科研人员利用两种阻遏蛋白基因(T和L)和调控元件，使酵母细胞在红光和蓝光同时照射时才激活致死基因N的表达，进而诱导工程菌死亡(图4)。
图4中①②应选用的启动子为：①_C__，②_A__。
A．Jub B．ACT
C．CYC
图4中③④处结合的阻遏蛋白为：③_a__，④_b__。
a．T蛋白 B．L蛋白
(5)写出利用该工程菌发酵生产人β防御素的步骤。
【答案】 (5)
【解析】 (1)已知基因序列信息后，可制作引物，其cDNA为模板通过PCR技术获得目的基因。(2)组成型表达即持续表达，从图1分析，S蛋白与启动子结合，当存在红光时P蛋白与S蛋白结合导致H基因表达，说明P和S蛋白一直存在，是否结合会影响H基因的表达，P和S基因是组成型表达。(3)左侧E基因的启动子是CYC，照射蓝光后受到正反馈调控，快速表达大量E蛋白，进而激活F基因表达；右侧E基因的启动子是ACT，为组成型表达的弱启动子，使细胞中始终含有少量E蛋白，保持接受蓝光信号的能力。(4)从图中分析，蓝光照射时可使CYC启动子后续基因表达，红光照射时可使Jub启动子后续基因表达，①②位置选择这两种启动子可保证酵母细胞在红光和蓝光同时照射时才激活致死基因N的表达，①②位置这两种启动子位置可颠倒。为了保证酵母细胞在红光和蓝光同时照射时才激活致死基因N的表达，当④位置是L蛋白结合位点、③位置是T基因结合位点时，红光和蓝光同时照射时T基因表达的T蛋白与③位点结合，阻止了L基因的表达，使N基因可以表达而致死。(5)根据题目信息，红光照射使产物增多，蓝光照射使产物凝集，红蓝光同时照射使工程菌死亡，故第一步应在黑暗条件下培养工程菌至种群数量达到最适，第二步红光照射至人β防御素在培养液中达到适宜浓度，第三步蓝光照射至工程菌凝集，回收发酵产物；第四步红光蓝光同时照射，杀死工程菌。
3.不同动物细胞膜表面的分子标签(MHC，主要组织相容性抗原)具有特异性，使得即使在相同抗原的刺激下，与人类相比，所产生的免疫反应也有很大的差异性，为此，构建人MHC转基因小鼠模型并应用于疫苗研发，具有重要的价值。如图是人MHC转基因小鼠模型的构建过程。
(1)过程①用_促性腺激素__处理可以获取更多的卵(母)细胞，过程③所用的技术是_体外受精__。将早期胚胎植入代孕母鼠前，需对受体进行_同期发情处理__。
(2)图中X表示_反转录/逆转录__过程。从基因组数据库中查询人MHC的mRNA的核苷酸序列，以便根据这一序列设计合成_引物__用于PCR扩增，PCR扩增过程第一轮循环的模板是_人MHC基因的cDNA__。
(3)通过上述途径和杂交选育虽然可获得含有人源MHC基因的纯合子代小鼠，但该模型小鼠还不是理想的模型动物，理由是_该模型小鼠含有鼠源MHC基因__，表达的产物会干扰疫苗的筛选或评价。欲获得理想的模型动物，后续的实验设想是_运用基因编辑技术将鼠源的MHC基因敲除，得到仅含人MHC基因的小鼠__。
【解析】 (1)过程①是获取卵母细胞，为了获取更多的卵(母)细胞，可以用促性腺激素处理供体雌鼠使之超数排卵。过程③为体外受精，获得受精卵。胚胎移植的实质是实现胚胎的空间位置的转移，为了提高胚胎移植的成功率，将早期胚胎植入代孕母鼠前，需对受体进行同期发情处理使之处于与供体母鼠相同的生理状态。(2)图中X的过程是以mRNA为模板，产物是cDNA，故X过程为反(逆)转录。PCR过程需要模板、原料、酶以及引物，设计引物时需要有一段已知的目的基因序列。PCR的原理是DNA双链复制，扩增过程第一轮循环的模板是人MHC基因的cDNA。(3)不同动物细胞膜表面具有不同的分子标签，即MHC，通过上述途径和杂交选育虽然可获得含有人源MHC基因的纯合子代小鼠，但该模型小鼠含有鼠源MHC基因，表达的产物会干扰疫苗的筛选或评价，故该模型小鼠还不是理想的模型动物。欲获得理想的模型动物，则需要想方设法除去鼠源的MHC基因，方法为运用基因编辑技术将鼠源的MHC基因敲除，得到仅含人MHC基因的小鼠。
4.烟草是我国一些地区的经济作物之一，提高烟草质量有利于提高经济收入。我国科研团队研究了一种转基因抗盐烟草新品种，抗盐基因的结构和获得转基因抗盐烟草新品种过程(①～⑤)如下图所示。回答下列问题：
(1)获得转基因抗盐烟草新品种过程中应用的生物技术有_基因工程技术(或重组DNA技术)、植物组织培养__(答出2项)等。
(2)为确保目的基因定向插入了质粒，应该选择_Hind_Ⅲ和Sal_Ⅰ__(填酶)切割目的基因和质粒。在培养基中加入_氨苄青霉素__(填“氨苄青霉素”或“四环素”)对目的基因进行筛选。
(3)培育转基因抗盐烟草新品种的核心工作是图中过程_①__(填序号)。过程②③采用的方法是_农杆菌转化法__。
(4)⑤过程需要用到_生长素、细胞分裂素__等植物激素，在诱导愈伤组织分化成幼苗的过程中，这两种植物激素的比例会发生变化，原因是 诱导愈伤组织分化成幼苗的过程中，需要诱导生成根、芽等不同组织，生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1有利于根的分化，生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1有利于芽的分化 。
【解析】 (1)①③基因工程技术，④⑤由烟草细胞—愈伤组织—转基因抗盐烟草幼苗，所以是植物组织培养。(2)为确保目的基因定向插入了质粒，应该选择HindⅢ和Sal Ⅰ，这两种限制酶在目的基因两侧都有酶切位点，同时在质粒上也有，如果选择BamHⅠ会破坏目的基因；在选择HindⅢ和Sal Ⅰ两种限制酶时，四环素抗性基因被破坏，而氨苄青霉素抗性基因完整，所以选用氨苄青霉素对目的基因进行筛选。(3)基因工程的核心工作是基因表达载体的构建，所以是图中过程①；过程②③采用的方法是农杆菌转化法。(4)⑤是再分化，所以用生长素、细胞分裂素；在诱导愈伤组织分化成幼苗的过程中，这两种植物激素的比例会发生变化，原因是：诱导愈伤组织分化成幼苗的过程中，需要诱导生成根、芽等不同组织，生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1有利于根的分化，生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1有利于芽的分化。
5.“多发性骨性连接综合征”是由编码成纤维细胞生长因子(FGF 9)的基因突变所致，患者FGF 9基因中某碱基对发生替换，使FGF 9中相应的氨基酸发生替换。科研人员欲利用基因工程等技术获得含有该突变基因的模型小鼠，用来研究该病的发病机理。图1表示FGF 9 cDNA(由FGF 9基因转录得到的mRNA逆转录而来)进行定点突变得到突变型FGF 9 cDNA的流程，图2为研究中所用的质粒(Spe Ⅰ、Hind Ⅲ、Smal Ⅰ和Bgl Ⅱ分别代表相应的限制酶切割位点，以上限制酶切割产生的黏性末端不同)。请回答下列问题：
(1)图1虚线方框中的a链与d链在延伸过程中的作用是：既可作为_模板__又可以起到相当于_引物__的作用，使_耐高温的DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)__能够从a链与d链的3′端开始连接脱氧核苷酸。经PCR后获得的产物一般通过_琼脂糖凝胶电泳__来鉴定。
(2)基因工程操作的核心步骤是_基因表达载体的构建__。图2质粒中的C序列是_启动子__，它是RNA聚合酶识别和结合的部位。图1中突变型FGF 9 cDNA的a链所在的DNA单链为转录的模板链，则引物1和引物4的5′端需分别添加_Hind_Ⅲ(限制酶)和Spe_Ⅰ(限制酶)__酶的识别序列，才能与图2中的质粒正确连接。
(3)将构建的重组DNA分子通过_显微注射__技术导入受精卵，再经_胚胎移植__(答1点即可)等技术使其发育成模型小鼠。
(4)科研人员发现，已转入突变型FGF 9 cDNA的模型小鼠并未表现出“多发性骨性连接综合征”，从分子水平上寻找原因需采用的技术有_PCR，抗原—抗体杂交技术__。(答出2点)
【解析】 (1)由题图分析可知：图1虚线方框中的a链与d链在延伸过程中的作用是：既可作为转录的模板链，又可以起到相当于引物的作用，作为新子链的合成起点，只能结合在母链的3′端，使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。经PCR后获得的产物一般通过琼脂糖凝胶电泳来鉴定。(2)获取了足够量的基因后，下一步就是让基因在受体细胞中稳定存在，并且遗传给下一代，同时使基因能够表达和发挥作用，这就需要构建基因表达载体，这一步是基因工程的核心步骤。图2质粒中的C序列是启动子，位于目的基因的上游，紧挨转录的起始位点，是RNA聚合酶识别和结合的部位。图1中突变型FGF 9 cDNA的a链所在的DNA单链为转录的模板链，为了保证目的序列在启动子和终止子之间且质粒上需要保留启动子、终止子、复制原点和至少一个标记基因，使用双酶切可以避免载体自身环化，因此选用HindⅢ(限制酶)和SpeⅠ(限制酶)切割质粒，为了便于引物和质粒连接，需要用相同的酶切割引物，以产生相同的黏性末端，所以引物1和引物4的5′端需分别添加HindⅢ(限制酶)和SpeⅠ(限制酶)酶的识别序列，才能与图2中的质粒正确连接。(3)将构建的重组DNA分子通过显微注射技术导入受精卵，再经早期胚胎培养、胚胎移植等技术使其发育成模型小鼠。(4)科研人员发现，已转入突变型FGF 9 cDNA的模型小鼠并未表现出“多发性骨性连接综合征”，从分子水平上寻找原因需采用的技术包括通过PCR等技术检测小鼠的染色体上是否插入了FGF 9 cDNA，或检测FGF 9 cDNA是否转录出相应的mRNA，或用相应的抗体进行抗原—抗体杂交检测是否翻译出了相应蛋白质。测试菌
抗菌肽浓度/(μg·mL－1)
55.20
27.60
13.80
6.90
3.45
1.73
0.86
金黄色葡萄球菌
－
－
－
－
－
＋
＋
枯草芽孢杆菌
－
－
－
－
－
＋
＋
禾谷镰孢菌
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
假丝酵母
－
＋
＋
＋
＋
＋
＋
培养基配方
纤维
素
酵母
膏
NaNO3
KH2PO4
Na2HPO4
·7H2O
MgSO4
·7H2O
KCl
水解
酪素
5 g
0.5 g
1 g
0.9 g
1.2 g
0.5 g
0.5 g
0.5 g
第一步
黑暗条件下培养工程菌至种群数量达到最适
第二步
红光照射至人β防御素在培养液中达到适宜浓度
第三步
蓝光照射至工程菌凝集，回收发酵产物
第四步
红光蓝光同时照射，杀死工程菌