2023届高考生物二轮复习现代生物科技专题作业含答案

2023届   二轮复习 现代生物科技专题 作业

1．(2022·都江堰市高三诊断)将鼠的精子在保存液内与含有A基因的重组质粒保温30 min，然后用于人工授精，共培育出127只小鼠。待小鼠生长至适宜大小时，对其中的36只进行PCR和DNA分子杂交检测。结果表明，有6只携有A基因的转基因鼠，且体型大约为普通鼠的2倍。请回答下列有关问题：

(1)A基因(目的基因)表达效果与__生长激素__基因相同。

(2)利用PCR技术可以扩增目的基因，PCR技术的原理是__DNA双链复制__，该反应体系的主要成分应该包含扩增缓冲液、__模板DNA__、__dNTP(四种脱氧核苷酸)__、Taq酶、引物等；引物应选用下图中的__A、D__(填图中标号)。

(3)检测A基因是否转录出mRNA时，需要用__放射性同位素标记的含目的基因的DNA片段__做探针，再与相应的物质杂交。

(4)在胚胎移植前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，外源基因插入导致胚胎死亡的原因可能是__外源基因的插入导致胚胎正常发育所需的基因不能表达__。

【解析】　(1)题干信息中“转入A基因的老鼠的体型大约为普通老鼠的2倍”，说明A基因(目的基因)表达效果与生长激素基因相同。(2)PCR是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术，其原理是DNA双链复制。PCR反应体系包含缓冲液、Taq酶、原料(四种脱氧核苷酸)、引物以及模板(模板DNA)；引物应选用图中的A和D。(3)检测目的基因是否转录出mRNA时，需要用标记的目的基因片段(放射性同位素标记)做探针，再与相应的物质杂交。(4)胚胎移植前对胚胎进行了检查和筛选，发现有些胚胎因为外源基因的插入而死亡，可能原因是外源基因的插入导致胚胎发育所需的正常基因不能表达。

2．(2022·十堰市高三模拟)玉米叶片细胞含有一种由X基因编码的水通道蛋白X，在植物生长发育过程中对水分的吸收具有重要的调节功能。为了探究X蛋白的超量表达对玉米生长的影响，科研人员进行了超量表达X蛋白转基因玉米的生理特性等研究。在超量表达X基因载体的构建中，所用DNA片段和Ti质粒的酶切位点如图1所示。回答下列问题：

(1)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，能被__RNA聚合酶__识别并结合，驱动基因的持续转录。为使X基因在玉米植株中超量表达，应优先选用__BamHⅠ和SacⅠ__酶组合，将目的基因片段和Ti质粒切开后构建重组表达载体。T-DNA在该实验中的作用是__将强启动子和X基因带入玉米细胞并整合到玉米细胞染色体DNA上__。

(2)将农杆菌浸泡过的玉米愈伤组织进行植物组织培养，培养基中需加入__潮霉素__进行筛选，筛选出的愈伤组织经过__再分化__形成丛芽，最终获得多个转基因玉米株系。

(3)X蛋白在玉米株系的表达量如图2所示。据图分析，研究超量表达X蛋白转基因玉米的生理特性时，宜选择玉米株系a1～a4中的__a1、a3__作为实验材料，理由是__X蛋白表达量显著高于野生型__。

【解析】　(1)启动子是一段有特殊结构的DNA片段，是RNA聚合酶识别并结合的部位，驱动基因的持续转录过程。为使X基因在玉米植株中超量表达，应优先选用BamHⅠ和SacⅠ酶组合分别将目的基因片段和Ti质粒切开后构建重组表达载体，从而能保证质粒和目的基因的定向连接，同时也能避免目的基因和质粒的自连。T-DNA是可转移的DNA，T-DNA可将强启动子和X基因带入玉米细胞并整合到玉米细胞染色体DNA上，随着玉米染色体DNA的复制而复制，从而使目的基因在受体细胞中稳定的保存。(2)将农杆菌浸泡过的玉米愈伤组织进行植物组织培养，重组质粒中有潮霉素，抗性基因和卡那霉素抗性基因，但转入植物细胞中的只有潮霉素抗性基因，故植物细胞能表现出对潮霉素的抗性，因此，培养基中需加入潮霉素，将筛选出的愈伤组织经过再分化(细胞分化)形成丛芽，从而获得多个转基因玉米株系。(3)据图分析，a1、a3玉米株系中的X蛋白表达量较高，因此，研究超量表达X蛋白转基因玉米的生理特性时，宜选择a1、a3作为实验材料。

3．(2021·1月浙江高考)三叶青为蔓生的藤本植物，以根入药。由于野生三叶青对生长环境要求非常苛刻，以及生态环境的破坏和过度的采挖，目前我国野生三叶青已十分珍稀。

(1)为保护三叶青的__遗传__多样性和保证药材的品质，科技工作者依据生态工程原理，利用__间种__技术，实现了三叶青的林下种植。

(2)依据基因工程原理，利用发根农杆菌侵染三叶青带伤口的叶片，叶片产生酚类化合物，诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因表达形成__DNA聚合酶__和限制性核酸内切酶等，进而从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段(T-DNA)。T-DNA进入叶片细胞并整合到染色体上，T-DNA上rol系列基因表达，产生相应的植物激素，促使叶片细胞持续不断地分裂形成__愈伤组织__，再分化形成毛状根。

(3)剪取毛状根，转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次__传代__培养，培养基中添加抗生素的主要目的是__杀灭发根农杆菌__。最后取毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养，通过控制摇床的__转速__和温度，调节培养基成分中的__营养元素以及生长调节剂的种类和浓度__，获得大量毛状根，用于提取药用成分。

【解析】　(1)根据题意可知，对三叶青的保护属于遗传多样性；三叶青的林下种植，是利用间种技术。(2)分析题意可知，从质粒上复制并切割出一段可转移的DNA片段(T-DNA)，DNA复制需要DNA聚合酶，故可知，酚类化合物诱导发根农杆菌质粒上vir系列基因表达，形成DNA聚合酶和限制性核酸内切酶等。根据植物组织培养技术过程可知，相应植物激素可以促使叶片细胞脱分化形成愈伤组织，再分化形成毛状根。(3)剪取毛状根，转入含头孢类抗生素的固体培养基上进行多次传代培养，培养基中添加抗生素的主要目的是杀灭发根农杆菌。最后取毛状根转入液体培养基、置于摇床上进行悬浮培养，通过控制摇床的转速和温度，调节培养基成分中的营养元素以及生长调节剂的种类和浓度，获得大量毛状根，用于提取药用成分。

4．(2022·枣庄期末)基因剔除动物模型一直以来是开展基因功能研究的重要工具，其原理是通过导入外源分子使动物的某特定基因失活，进而培养出有基因缺陷的动物来研究相应基因的功能。下图是制作某类基因剔除小鼠流程示意图。请据图回答相关问题：

(1)图中①过程常用的技术是__显微注射__，②过程是__早期胚胎培养__。

(2)体外受精时需要对精子进行__获能__处理，然后与处于__减数第二次分裂中__期的卵母细胞在专用的受精溶液中完成受精过程。

(3)为更多地获得基因剔除小鼠，可对囊胚阶段的胚胎进行分割移植，此时要对__内细胞团__进行均等分割。请说明理由：__内细胞团将来发育成胎儿的组织器官，若不均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育__。

(4)研究发现人的SP1基因与乳腺癌细胞的异常表达和增殖密切相关。你认为基因剔除技术可以为乳腺癌的治疗提供怎样的新思路：__通过基因剔除技术使SP1基因失活，从而阻止乳腺细胞癌变__。

【解析】　(1)图中①过程常用显微注射技术，②是早期胚胎培养过程。(2)精子需要经过获能才能与成熟的卵母细胞(减数第二次分裂中期的卵母细胞)结合形成受精卵。(3)对囊胚阶段的胚胎进行分割移植时要对内细胞团进行均等分割，因为内细胞团将来发育成胎儿的组织器官，若不均等分割，会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(4)由于人的SP1基因与乳腺癌细胞的异常表达和增殖密切相关，则可通过基因剔除技术使SP1基因失活，从而阻止乳腺细胞癌变。

5．(2022·葫芦岛模拟)人绒毛膜促性腺激素(HCG)是妊娠后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备抗HCG单克隆抗体可用于检测早孕。图甲是抗HCG单克隆抗体的制备流程示意图，其中X、Y表示细胞，a～f表示过程；图乙是医学上定量检测抗原的双抗体夹心法原理示意图，单克隆抗体可以增强该方法的效果。回答下列问题：

(1)a过程培养的Y细胞是__小鼠骨髓瘤细胞__，b过程常用的诱导细胞融合的方法有__灭活病毒诱导法、聚乙二醇(PEG)融合法、离心法等__(答出三种即可)，d过程的目的是__筛选获得只分泌所需专一抗体的杂交瘤细胞群__。

(2)f过程表示将杂交瘤细胞注射到小鼠__腹腔__；单克隆抗体最主要的优点在于它的__特异性强、灵敏度高，并可大量制备__。

(3)据图分析，用双抗体夹心法检测抗原数量时，酶标抗体的作用是__与待测抗原结合，并催化检测底物生成产物__。上述方法中抗原至少需要含有__2__个抗体结合位点。现有多种抗HCG的单克隆抗体，欲筛选出两种适用于双抗体夹心法的单克隆抗体，可通过检测并比较__产物量__来确定。

【解析】　(1)单克隆抗体技术是将已免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞相融合，故Y细胞是小鼠骨髓瘤细胞，诱导动物细胞融合的方法有生物法(灭活病毒诱导)、化学法(聚乙二醇)、物理法(离心、振动、电刺激)等，d过程是将杂交瘤细胞放在特定的培养基中培养，目的是筛选获得只分泌所需专一抗体的杂交瘤细胞群。(2)f过程表示将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔中，最终可在腹水中收集到大量单克隆抗体；单克隆抗体的优点是特异性强、灵敏度高，并可大量制备。(3)双抗体夹心法中，酶标抗体的作用是与待测抗原结合，并催化检测底物生成产物。图中抗原需要与两种抗体结合，因而抗原至少需要含有2个抗体结合位点。欲筛选出两种适用于双抗体夹心法的单克隆抗体，可通过检测并比较产物量来确定。

6．(2022·内江高三模拟)某水稻品种体内含有基因Q，该基因在水稻体细胞和精子中正常表达，但在卵细胞中该基因不能与RNA聚合酶结合而无法表达。为了获得基因Q能够表达的卵细胞，研究人员进行了相关研究。回答下列问题：

(1)为了获取基因Q中编码蛋白质的核苷酸序列，可从水稻__体细胞或精子__细胞中提取总RNA，然后经逆转录后构建__基因文库(cDNA文库)__。

(2)将基因Q中编码蛋白质的序列与Luc基因(荧光素酶基因，荧光素酶能催化荧光素产生荧光)拼接成Q-Luc融合基因(融合基因中的Q和Luc基因都能独立表达)，拼接过程需要的酶是__DNA连接酶__。将融合基因插入到Ti质粒的__T-DNA__中，利用__农杆菌转化__法可将融合基因转入水稻愈伤组织。

(3)与诱导愈伤组织的培养基相比，将愈伤组织培育成转基因植株时，培养基组成成分的主要区别是__植物激素种类及比例不同__，培养条件的主要差异是__需要光照__。

(4)将转基因水稻培育成熟后，其卵细胞中的基因Q能够进行正常表达，推测可能的原因是__T-DNA的启动子可与卵细胞的RNA聚合酶结合__。在分离并培养转基因水稻卵细胞的过程中，可以筛选出能够表达基因Q的卵细胞，筛选的方法是__向培养基中加入荧光素，筛选出能产生荧光的细胞__。

【解析】　(1)为了获取基因Q中编码蛋白质的核苷酸序列，可从水稻体细胞或精子细胞中提取总RNA，然后经逆转录后构建基因文库(cDNA文库)。(2)将基因Q中编码蛋白质的序列与Luc基因拼接成Q-Luc融合基因，拼接过程需要的酶是DNA连接酶。将融合基因插入到Ti质粒的T-DNA中，利用农杆菌转化法可将融合基因转入水稻愈伤组织，并与水稻细胞的染色体DNA整合在一起。(3)与诱导愈伤组织的培养基相比，将愈伤组织培育成转基因植株时，需要将其转接到分化培养基中，该培养基组成成分中的植物激素种类及比例有差异，且培养过程中需要光照，因为叶绿素的形成需要光。(4)将转基因水稻培育成熟后，其卵细胞中的基因Q能够进行正常表达，同时Luc基因也进行了表达，可能的原因是T-DNA的启动子可与卵细胞中的RNA聚合酶结合，进而使目的基因表达成功。在分离并培养转基因水稻卵细胞的过程中，可向培养基中加入荧光素，根据荧光是否出现，筛选出能够表达基因Q的卵细胞。

7．(2022·邯郸一中模拟)某科研人员将人的体细胞的细胞核植入兔去核的卵母细胞中，使之融合形成杂种细胞，培养杂种细胞使之发育至囊胚期，从中分离出人的胚胎干细胞，通过体外培养可知，获得的胚胎干细胞能长期增殖并保持不分化的状态。回答下列问题：

(1)动物细胞培养技术是其他动物细胞工程的基础，该技术的原理是__细胞增殖__。培养人的细胞时，要将人的细胞置于__含95%空气和5%CO2的混合__气体环境中培养。为了防止杂菌污染，在培养过程中可采取的措施有__加入抗生素__。

(2)在接受移植的细胞核之前，兔的卵母细胞需要在体外培养至__减数第二次分裂中期(或MⅡ中期)__(填时期)。人的细胞核能在兔去核的卵母细胞中重新启动，原因是兔去核的卵母细胞中有__能激发人细胞核全能性的物质__。

(3)从功能上分析，获得的胚胎干细胞的特点是__具有发育的全能性__。在体外培养胚胎干细胞时，常在培养皿底部铺设一层饲养层细胞，其作用是__抑制细胞分化，促进细胞生长__。

【解析】　(1)动物细胞培养技术依据的生物学原理是细胞增殖。培养液中通入一定浓度的CO2可维持培养液pH的稳定，故要将人的细胞置于含95%空气和5%CO2的混合气体环境中培养。一般抗生素可以抑制细菌的繁殖，防止杂菌污染。(2)由于动物排出的卵子成熟度不同，当达到减数第二次分裂中期时，才具有与精子受精的能力，所以卵母细胞需要培养至减数第二次分裂中期再进行核移植。兔去核卵母细胞的细胞质中营养丰富，能为发育提供充足的营养，且能在激发条件下完成细胞分裂和发育进程，最主要的是存在能激发移植的人细胞核表现出全能性的物质。(3)胚胎干细胞具有发育的全能性，能发育成各种组织细胞。胚胎干细胞在饲养层细胞上增殖时，能维持只增殖不分化的状态，故饲养层细胞的作用是抑制细胞分化，促进细胞生长。

8．(2022·太原一模)我国新型农业现代化地区充分利用土地，创造了一种高效人工生态系统，如图所示。据图回答有关问题。

(1)该生态工程能利用沼气池中的微生物将粪便等废物中的有机物转化成无机物，为农作物的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的__资源化__，而且体现了__生态经济__的“循环经济”原则。

(2)沼气池中的微生物在该生态系统中的主要功能是__分解作用__；沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内的意义是__可以增加大棚中CO2浓度，增强植物的光合作用，提高作物的产量__。

(3)禽畜粪便进入沼气池发酵后，产生的沼气可作为生活能源，沼液和沼渣再施入农作物，使土壤有机质含量明显提高，这样做的生态学意义有__减少了化肥的使用、减小粪便对环境的污染__和提供清洁的能源等。

(4)该模式减少了投入，增加了农民收入，其生态学原理是__物质循环再生和能量的多级利用__。

(5)该生态系统与一般的自然生态系统相比较，__抵抗力__稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。

【解析】　(1)该生态工程能利用沼气池中的微生物将粪便等废物中的有机物转化成无机物，为农作物的光合作用提供无机营养，这一过程不但实现了废弃物的资源化，而且体现了生态经济的“循环经济”原则。(2)沼气池中的微生物在该生态系统中的主要功能是分解作用，将有机物分解成无机物；沼气燃烧后生成的CO2通入大棚内，可以增加大棚中CO2浓度，增强植物的光合作用，提高作物的产量。(3)禽畜粪便进入沼气池发酵后，产生的沼气可作为生活能源，沼液和沼渣再施入农作物，使土壤有机质含量明显提高，这样做的生态学意义是减少了化肥的使用、减小粪便对环境的污染和提供清洁的能源等。(4)该模式减少了投入，增加了农民收入，其生态学原理是物质循环再生和能量的多级利用。(5)由于该生态系统是人工生态系统，所以该生态系统与一般的自然生态系统相比较，抵抗力稳定性较低，所以需要人们不断输入物质与能量。

9．(2022·九江高三模拟)某农业生态工程示意图如图，请回答下列问题：

(1)该农业生态工程体现的生态工程原理主要是__物质循环再生原理__。

(2)若要提高该工程的经济效益，可采用农业生产的__间种__技术，在桑基上再种植大豆，也可采用农业生态工程的__种植业和畜牧业合理优化__技术，放养适量的鸡鸭等动物以调整该工程的产业结构。

(3)某小组应用基因工程方法开展适用于该生态工程的抗虫植物改良研究。为提高将重组DNA分子导入受体细胞的效率，除考虑导入方法、筛选条件、防止污染外，还需考虑的主要因素有__重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度__(答出2点即可)。农杆菌介导法是目前植物转基因的常用方法，该方法的基本过程是农杆菌感染植物时，__携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞__，并将其T-DNA片段插入受体细胞的基因组中。欲获得稳定遗传的抗虫性强的转基因植物品种，则转入的抗虫基因必须能在受体细胞中__稳定和高效地表达__。

【解析】　(1)该农业生态工程体现的生态工程原理主要是物质循环再生原理。(2)若要提高该工程的经济效益，可采用农业生产的间种技术，在桑基上再种植大豆，也可采用农业生态工程的种植业和畜牧业合理优化技术，放养适量的鸡鸭等动物以调整该工程的产业结构。(3)重组DNA分子导入受体细胞的效率，主要与导入方法、筛选条件、重组DNA的质量和浓度、受体细胞的生长状态与密度、外源DNA污染有关。农杆菌介导法的基本过程是农杆菌感染植物时，携带目的基因的Ti质粒转移到受体细胞，并将其T-DNA片段插入受体细胞的基因组中。欲获得稳定遗传的抗虫性强的转基因植物品种，则转入的抗虫基因必须能在受体细胞中稳定和高效地表达。

10．(2022·德州二模)同源重组基因敲除技术是将同源DNA片段导入受体细胞，利用同源DNA片段的互换，用其他DNA片段在原有位置替代靶基因，从而实现基因的敲除。米曲霉产生的曲酸具有抗菌性、抗氧化性等抗逆能力，具有重要的应用价值。为提高米曲霉产曲酸能力，科研人员用同源重组基因敲除技术成功敲除了米曲霉3.042菌株中的msn2基因，获得高产的g－5菌株。其部分机理如下图所示。

(1)据图分析，欲实现msn2基因的敲除，需要在pyrG基因两侧分别插入__msn2L、msn2R__片段，该过程中需要的工具酶有__限制酶、DNA连接酶__。

(2)科研人员选取进行基因敲除操作后的3个菌落，分别提取其DNA，利用引物__A和B__进行PCR扩增，电泳结果如图所示。根据1号菌落电泳结果可得出的结论是__1号菌落没有实现基因敲除，含有米曲霉3.042基因组原始序列__。为进一步验证3号菌落为目的菌落，需要选择引物__C和D__重复上述操作，最终电泳结果应出现1条长度为__2 602__bp的条带。

(3)米曲霉的曲酸产量与其对逆境的敏感性有关，tpsⅠ基因表达产物可以降低米曲霉对逆境的敏感性。研究发现g－5菌落tpsⅠ基因表达量明显降低。据此推测msn2基因敲除能使米曲霉产曲酸增多的机理是__msn2基因表达产物的缺乏，抑制了tpsⅠ基因的表达，提高了米曲霉对逆境的敏感性，从而导致米曲霉产生更多的曲酸__。

【解析】　(1)从图中可以看出，在msn2两侧存在msn2L和msn2R基因，所以欲实现msn2基因的敲除，需要在pyrG基因两侧分别插入msn2L和msn2R片段，在这个过程中，需要用限制酶将基因切割，再用DNA连接酶将三个基因片段连接。(2)从图中可以看出，引物C和引物D都不能将g－5基因组扩增完，所以为进行PCR扩增，需要选择引物A和B。1号菌落碱基对接近3 000bp≈1 024＋1 024＋909，所以没有实现基因敲除，含有米曲霉3.042基因组原始序列；3号菌落大约含有3 700bp的碱基对，含g－5基因组，为目的菌落。引物C和D可以扩增pyrG，所以可以选择引物C和D重新扩增并电泳，从图中可以看出，这对引物扩增的片段是2 602bp。(3)tpsⅠ基因表达产物可以降低米曲霉对逆境的敏感性，g－5菌落tpsⅠ基因表达量明显降低，所以可以推测msn2基因敲除能使米曲霉产曲酸增多的机理是msn2基因表达产物的缺乏，抑制了tpsⅠ基因的表达，提高了米曲霉对逆境的敏感性，从而导致米曲霉产生更多的曲酸。