2025年高考二轮复习生物大题分析与表达练6生物技术与工程3

6.生物技术与工程(分值:69分)学生用书P257

1.(2024·内蒙古包头三模)(13分)海洋石油污染正引起广泛关注,利用基因工程菌进行生物降解具有巨大的应用潜力。P450是石油降解的关键酶,科研人员将获得的P450基因与质粒重组,构建基因表达载体,导入土著菌种Y9,获得了基因工程菌P450/Y9。回答下列问题。(1)实验室培养微生物离不开培养基,而培养基中主要的四大类营养物质是,常用的接种方法有(答出两种即可)。

(2)微生物培养最基本的要求是无菌操作,下列对培养基、接种环、双手、牛奶所采用的灭菌消毒方法的正确顺序依次是(填序号:①化学消毒、②高压蒸汽灭菌、③灼烧灭菌、④巴氏消毒法)。

(3)为进一步探究并比较P450/Y9和Y9两个菌株在不同条件下降解石油的能力,研究人员选用两种培养基(成分如下表)进行了如下实验:培养基类型成分培养基ⅠK2HPO4、MgSO4、NH4NO3、石油培养基ⅡK2HPO4、MgSO4、石油步骤一,将P450/Y9、Y9两个菌株分别接种在两液体培养基Ⅰ中,得到P450/Y9、Y9菌液。步骤二,另取培养基Ⅰ、Ⅱ,添加琼脂分别制成平板Ⅰ、Ⅱ。在平板Ⅰ上制作两个直径相等的孔,标号ⅠA、ⅠB,平板Ⅱ也进行同样的操作,两个孔分别标号ⅡA、ⅡB。步骤三,将等量等浓度的P450/Y9菌液、Y9菌液分别接种到平板Ⅰ的ⅠA、ⅠB,平板Ⅱ也进行同样的操作。步骤四,相同且适宜条件下培养一段时间,记录平板Ⅰ、Ⅱ的透明圈大小如下表:平板平板Ⅰ平板Ⅱ菌株ⅠAⅠBⅡAⅡB透明圈大小+++++++注:“+”表示有透明圈,“+”越多表示透明圈越大,“”表示无透明圈。①培养基Ⅰ和培养基Ⅱ中提供碳源的都是。

②本实验的自变量是,平板上出现透明圈的原因是。

③本实验可以得出的结论是

。

答案(1)碳源、氮源、无机盐和水平板划线法和稀释涂布平板法(2)②③①④(3)①石油②培养基的成分和菌株的类型细菌将平板中的石油分解③在有氮源的培养基上,P450/Y9菌株降解石油的能力高于Y9菌株;在无氮源的培养基上,Y9菌株无降解石油的能力,P450/Y9菌株降解石油的能力减弱解析(1)培养基中主要的四大类营养物质是碳源、氮源、无机盐和水,常用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法。(2)培养基要进行②高压蒸汽灭菌;接种环进行③灼烧灭菌;双手进行①化学消毒;牛奶采用④巴氏消毒法进行消毒。(3)实验目的为探究并比较P450/Y9和Y9两个菌株在不同条件下降解石油的能力。①培养基Ⅰ和培养基Ⅱ中提供碳源的都是石油。②本实验中人为改变的变量是培养基的成分和菌株的类型,所以培养基的成分和菌株的类型是本实验的自变量。由于细菌将平板中的石油分解,则在平板上出现透明圈。③培养基Ⅰ和培养基Ⅱ的区别就是培养基Ⅰ有氮源,培养基Ⅱ没有氮源,所以根据本实验中透明圈的大小可以判断在有氮源的培养基上,P450/Y9菌株降解石油的能力高于Y9菌株;在无氮源的培养基上,Y9菌株无降解石油的能力,但P450/Y9菌株降解石油的能力减弱。2.(2024·广东广州二模)(10分)癌症的免疫疗法通过重新激活抗肿瘤的免疫细胞,克服肿瘤的免疫逃逸,科研人员在不断研究中发现多种免疫治疗方法的结合是提高治疗效果的途径之一。请回答下列问题。图1图2(1)免疫系统能够识别和清除突变的细胞,这体现了免疫系统的功能。

(2)由于基因突变,癌细胞表面物质发生改变,如某些种类癌细胞表面高表达膜蛋白PSMA和PDL1。图1中PDL1能抑制T细胞的活化,使癌细胞发生免疫逃逸。临床上可利用PD1的单克隆抗体进行癌症治疗,据图1推测,其原因是

。

(3)CD28是T细胞表面受体,T细胞的有效激活依赖于CD28在癌细胞与T细胞结合部位的聚集。因此,科研人员尝试构建既能结合PSMA又能结合CD28的双特异性抗体PSMA×CD28,诱导T细胞定向杀伤癌细胞,如图2所示。制备过程:先将分别注射到小鼠体内,分离出B淋巴细胞,诱导其与小鼠的骨髓瘤细胞融合,筛选得到,再诱导两种细胞融合。成功融合的细胞会表达两种L链和两种H链,由于会产生多种抗体,因此还需进行筛选,才能获得所需的双特异性抗体PSMA×CD28。

(4)科研人员将癌细胞和T细胞共同培养,加入不同抗体,比较不同抗体对T细胞活化的作用。实验各组由活化T细胞产生的细胞因子IL2含量如图3所示,实验结果说明

。

图3答案(1)免疫监视(2)PD1的单克隆抗体与PD1结合,阻断了PD1和PDL1的结合,避免PDL1抑制T细胞的活化(3)PSMA、CD28两种杂交瘤细胞L链和H链随机组合(4)PSMA×CD28和PD1单抗联合使用能够显著激活T细胞,且在一定范围内激活作用随PSMA×CD28浓度的增加而增强;单独使用PSMA×CD28或PD1单抗都不能显著激活T细胞(合理即可)解析(1)免疫系统能够识别和清除突变的细胞,这体现了免疫系统的免疫监视功能。(2)图1中癌细胞表面的PDL1和T细胞表面的PD1结合,抑制T细胞的活化。PD1的单克隆抗体与PD1特异性结合,阻断了PDL1和PD1的结合,避免PDL1抑制T细胞的活化。(3)制备双特异性抗体PSMA×CD28,则抗原是CD28和PSMA,将两种物质分别注射到小鼠体内,分离出两类B淋巴细胞,将这两类B淋巴细胞分别和小鼠的骨髓瘤细胞融合,形成杂交瘤细胞,再诱导杂交瘤细胞融合。成功融合的细胞会表达两种L链和两种H链,所需的双特异性抗体PSMA×CD28是特定的L链和H链结合形成的,由于L链和H链随机组合,因此还需要进行筛选,才能获得所需的抗体。(4)分析图3可知,自变量是抗体种类,PSMA×CD28+PD1单抗联合使用能够显著激活T细胞,且在一定范围内激活作用随PSMA×CD28浓度的增加而增强;单独使用PSMA×CD28或PD1单抗都不能显著激活T细胞。3.(2024·江西二模)(14分)荧光蛋白GFP在紫外线或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可以用于检测细胞中目的基因的表达。科研团队将人β酪蛋白基因与GFP基因连接,获得了β酪蛋白—GFP融合基因(简称甲),将其插入质粒P0,构建了基因表达载体P1,其部分结构如图所示,图中E1、E2为两种限制酶酶切位点。回答下列问题。(1)构建融合基因甲时需要将β酪蛋白基因编码链(转录时与模板链互补的DNA单链)的端与GFP基因编码链的端相连。为保证甲的完整性及其与质粒PO正确连接,实验中选择的限制酶E1和E2必须满足的条件是(答两点)。基因表达载体P1除了具有图示结构外,还应具备的结构有。

(2)若编码β酪蛋白的DNA片段序列是:5'TTCGCTTCT……CAGGAAGGA3',扩增该基因时,在PCR仪中加入的引物的碱基序列为

。

(3)科研团队将P1转入山羊乳腺细胞后,在该细胞中观察到了绿色荧光。为获得能生产β酪蛋白的山羊,还应该完成的主要工作包括:将能够产生绿色荧光的移入中,体外培养至时期,再进行胚胎移植等。其中,进行体外胚胎培养时所需的气体环境是。

(4)检查生产人β酪蛋白的转基因山羊是否培育成功,还需要进行分子水平的检测,利用PCR技术可以检测

(答两点)。

答案(1)3'5'甲内部没有E1、E2的识别序列;E1、E2酶切后形成的黏性末端不同复制原点和标记基因(2)5'TTCGCTTCT3'、5'TCCTTCCTG3'(3)乳腺细胞细胞核MⅡ中去核卵母细胞桑葚胚或囊胚95%的空气和5%的CO2形成的混合气体(4)山羊的染色体DNA上是否插入了甲;甲是否转录出了相应的mRNA解析(1)构建融合基因甲时需要将β酪蛋白基因编码链的3'端与GFP基因编码链的5'端相连,以保证融合基因甲的核苷酸序列不发生改变,从而保证融合基因能够正确表达。为保证甲的完整性,在基因甲中应没有E1、E2的识别序列,同时要使基因甲与质粒PO正确连接,应该确保E1、E2酶切后形成的黏性末端不同,这样可以防止基因甲及质粒PO的自身环化和反向连接。完整基因表达载体应具有启动子、终止子、复制原点、标记基因、目的基因。(2)在进行PCR扩增β酪蛋白的DNA片段时,应先合成2种不同的引物,在PCR扩增时不同的引物与模板DNA发生碱基互补配对,在引物作用下,DNA聚合酶从引物3'端开始延伸DNA链,即DNA的合成方向是从子链的5'端向3'端延伸的。所以在PCR仪中加入的引物的碱基序列为5'TTCGCTTCT3'、5'TCCTTCCTG3'。(3)若要获得能生产β酪蛋白的山羊,可采用核移植技术,即将能够产生绿色荧光乳腺细胞的细胞核移入山羊的MⅡ中去核卵母细胞中获得重组细胞,并将该重组细胞在体外培养到桑葚胚或囊胚,再经过胚胎移植等获得能生产β酪蛋白的山羊。在进行体外胚胎培养时所需的气体环境是95%的空气和5%的CO2形成的混合气体。(4)检测目的基因甲是否导入成功,利用PCR技术可以检测山羊的染色体DNA上是否插入了甲;甲是否转录出了相应的mRNA。4.(2024·湖南怀化二模)(12分)抗菌肽是一类具有广谱抗菌、抗病毒等功能的小分子多肽,细菌不易对其产生耐药性且无残留等,被认为是理想的抗生素替代品。为了突破抗菌肽在畜禽养殖业广泛应用的瓶颈,我国研究人员运用小分子泛素蛋白(SUMO)融合技术将含有重组抗菌肽LLv基因的质粒导入大肠杆菌,表达融合蛋白SUMOLLv,并优化了表达条件,从而能高效获得重组抗菌肽LLv。所用质粒含有卡那霉素抗性基因(KanR)、LacZ基因及SacⅠ、XhoⅠ酶切位点等,其结构和构建重组质粒的过程如图1所示。据此分析回答以下问题。图1图2注:LacZ基因编码产生的β半乳糖苷酶可以分解Xgal产生蓝色物质,使菌落呈现蓝色;否则菌落为白色。(1)扩增LLv基因时,PCR反应体系中含有的酶有;已知该基因序列不含图1中限制酶的识别序列,为了使其能与已被酶切的质粒连接,需根据设计引物。

(2)LLv基因以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5'→3'。该基因内部没有SacⅠ、XhoⅠ这两种酶切位点。图1中酶切位点1和2所对应的酶分别是。

(3)将重组质粒导入大肠杆菌时,需用CaCl2处理大肠杆菌,其目的是

。

(4)为了将成功导入重组质粒的大肠杆菌筛选出来,甲同学在添加了卡那霉素、Xgal等成分的培养基中进行接种,结果如图2,该同学采用的接种方法是。图2中出现的菌落即成功导入重组质粒的大肠杆菌菌落,判断的理由是

。

答案(1)耐高温的DNA聚合酶LLv基因两端的部分核苷酸序列和SacⅠ、XhoⅠ的识别序列(2)XhoⅠ、SacⅠ(二者顺序不可调换)(3)使大肠杆菌变为感受态细胞,便于从周围环境吸收DNA分子(4)稀释涂布平板法白色目的基因(或LLv基因)的插入破坏了LacZ基因的结构,使其不能正常表达形成β半乳糖苷酶,不能分解底物Xgal产生蓝色物质解析(1)PCR技术的基本原理是在模板DNA、引物和四种脱氧核糖核苷酸存在下,依赖于TaqDNA聚合酶的酶促合成反应,即扩增LLv基因时,PCR反应体系中含有的酶有耐高温的DNA聚合酶。PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3'端通过碱基互补配对结合。目的基因需要与质粒进行连接,但已知LLv基因序列不含图1中限制酶(SacⅠ、XhoⅠ)的识别序列,为了使LLv基因能与被酶切的质粒连接,需要根据LLv基因两端的部分核苷酸序列和SacⅠ、XhoⅠ的识别序列设计引物。(2)LLv基因以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5'→3',DNA模板被转录方向是从3'→5',即图1中酶切位点1对应的酶为XhoⅠ,酶切位点2对应的酶为SacⅠ。(3)将目的基因导入微生物细胞,常用Ca2+处理微生物,使微生物细胞处于感受态,便于从外界环境吸收DNA分子。(4)分析菌落分布可知,采用的接种方法是稀释涂布平板法。为了将成功导入重组质粒的大肠杆菌筛选出来,甲同学在添加了卡那霉素、Xgal等成分的培养基中进行接种,目的基因(LLv基因)的插入破坏了LacZ基因的结构,使其不能正常表达形成β半乳糖苷酶,底物Xgal不会被分解,不能产生蓝色物质使菌落为白色,因此图2中出现的白色菌落即成功导入重组质粒的大肠杆菌菌落。5.(2024·山东济宁二模)(10分)某种小麦的雄性不育由核基因M控制,其整个花药在发育早期停止发育进程,因此其雄性不育比较彻底。研究发现所有的雄性不育植株都特异性地携带了TRIM序列,且M及其等位基因的编码区相同;为研究该序列与雄性不育之间的关系,科研人员在野生型小麦中获得了M等位基因的启动子并利用Ti质粒构建表达载体,表达载体TDNA部分结构如图1所示,GFP表达后会发出绿色荧光。将不同表达载体转入幼胚获得转基因小麦,分别对核不育小麦、野生型小麦及转基因小麦的表型和M基因表达情况进行检测,部分结果如表。图1组别实验材料载体组成Ⅰ、Ⅱ植株表型M基因表达情况第一组核不育小麦无雄性不育eg第二组野生型小麦无可育fg第三组野生型小麦ad死亡第四组野生型小麦①

②

eg注:a.通用的强启动子;b.M等位基因启动子;c.插入TRIM序列的M等位基因启动子;d.M编码区;e.仅在花药发育早期表达;f.在花药发育各时期均不表达;g.在根、茎、叶、雌蕊中均不表达。(1)表中①处应分别选择(填表注中字母序号),②处植株表型是,结果发现在存活的转基因小麦花药中均能检测到绿色荧光。根据实验结果推测,导致雄性不育的原因是

。

(2)实验过程中(填“需要”或“不需要”)设置将bd导入野生型小麦的实验组,理由是

。

(3)科研人员为检测(1)中TDNA插入受体细胞染色体中的位置,利用反向PCR技术对插入位点两侧序列进行了分析,过程如图2。已知TDNA的一条单链序列为:5'GCAATGCGTAGCCTCT……AACTATGCGCTCATGA3'(虚线处省略了部分核苷酸序列)。应选下列引物中的(填序号)用于步骤Ⅲ,引物的作用是

。

A.5'CGCGAGTACT3'B.5'GCGCTCATGA3'C.5'CGTAGCCTCT3'D.5'TACGCATTGC3'图2答案(1)c、d雄性不育TRIM序列的插入引起启动子序列改变,导致M基因在花药发育早期表达(2)不需要野生型小麦本身具有bd,不需要另外导入(3)BD使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸解析(1)本实验的目的是研究TRIM序列与雄性不育之间的关系,因此野生型小麦需要选择插入TRIM序列的M等位基因启动子,即c,TRIM序列的M等位基因启动子的作用是启动M基因的表达,因此在构建载体组成Ⅰ、Ⅱ时需要在插入TRIM序列的M等位基因启动子之后加入M编码区,故表中①处应分别选择c、d。已知所有的雄性不育植株都特异性地携带了TRIM序列,且第一组实验结果和第四组的实验结果中M基因表达情况是相同的,因此②处植株表型是雄性不育。第二组实验野生型小麦M基因在花药发育各时期均不表达,在根、茎、叶、雌蕊中均不表达,而第四组和第一组雄性不育植株中M基因仅在花药发育早期表达,在根、茎、叶、雌蕊中均不表达,综上推测导致雄性不育的原因是TRIM序列的插入引起启动子序列改变,导致M基因在花药发育早期表达。(2)由于野生型小麦本身具有bd,不需要另外导入b和d。(3)反向PCR技术指的是扩增TDNA的两侧序列,以TDNA的一条单链序列5'GCAATGCGTAGCCTCT……AACTATGCGCTCATGA3'为模板,扩增其5'一侧序列,因此对应的引物是5'TACGCATTGC3',以TDNA的另一条单链序列3'CGTTACGCATCGGAGA……TTGATACGCGAGTACT5'为模板,扩增其5'一侧序列,因此对应的引物是5'GCGCTCATGA3',故选BD。引物的作用是使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸。6.(2024·福建三明一模)(10分)表观遗传调节异常是肿瘤发生发展的重要因素之一,N6甲基腺苷(m6A)是真核生物mRNA上最常见的一种修饰。研究发现,胃癌细胞中存在m6A去甲基化酶(ALKBH5)过表达和STC2(癌症相关基因)mRNA的m6A修饰水平降低的异常现象。科研人员利用基因工程技术实现ALKBH5基因沉默和STC2基因的过表达,以研究ALKBH5介导的m6A甲基化修饰对胃癌细胞迁移的影响(其中STC2基因的α链为转录的模板链)。研究人员分别用不同方式处理胃癌细胞,并测得胃癌细胞迁移标志蛋白含量如图3所示。图1图2图3注:A、B、C、D为四种引物序列;BamHⅠ、HindⅢ、SacⅠ为限制酶。(1)图1PCR反应体系中需加入4种dNTP、耐高温的DNA聚合酶、模板和,还需加入引物(选“A、B、C、D”)等。

(2)为达到图1目的需要对上述引物进行设计,你的设计思路是

。

(3)为确保扩增的准确性,设计的引物不能太短,太短会导致