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

6.生物技术与工程(分值:65分)学生用书P257

1.(2024·湖南衡阳模拟)(10分)为调查某地人工湖的水质状况,科研小组进行了该湖水样中的细菌培养、分离及计数等工作。回答下列问题。(1)在细菌培养时,培养基中能同时提供碳源、氮源的成分是(填“蛋白胨”“葡萄糖”或“NaNO3”)。通常,制备培养基时要根据所培养细菌的不同来调节培养基的pH,其原因是

。

(2)通常采用法检测水样中细菌含量。在接种前应随机取若干灭菌后的空白平板先行培养一段时间,这样做的目的是。

(3)在进行样品稀释时,取10g水样,加稀释得到101倍稀释液,再从中吸取(操作过程)得到102倍稀释液,依次类推获得105倍稀释液,在该稀释液倍数下,取3个平板分别接种样品溶液0.1mL,培养一段时间后,平板上长出的菌落数分别是156、178、191,则每克样品中的细菌数量为个。

(4)科研人员将得到的菌株接种到液体培养基中并混匀,一部分进行静置培养,另一部分进行振荡培养。结果发现,振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快。主要原因可能是

(写出2点即可)。

答案(1)蛋白胨不同细菌生长繁殖所需的最适pH不同(2)稀释涂布平板检查培养基平板灭菌是否合格(3)90mL无菌水1mL注入9mL无菌水中1.75×108(4)振荡培养能提高培养液的溶解氧含量;振荡培养可使菌体与培养液充分接触,提高培养液中营养成分的利用率解析(1)葡萄糖只能为细菌提供碳源,NaNO3为细菌提供无机盐,而蛋白胨既可以为细菌提供碳源,也可以为细菌提供氮源。不同的细菌生长繁殖的最适宜pH是不同的,因此制备培养基时要根据所培养的细菌的不同来调节培养基的pH。(2)检测水样中细菌含量通常采用稀释涂布平板法。在接种前应随机取若干灭菌后的未接种平板先行培养一段时间,以检查平板灭菌是否合格。(3)在进行样品稀释时,取10g水样,加90mL无菌水稀释得到101倍稀释液,再从中吸取1mL注入9mL无菌水中得到102倍稀释液。在105倍的稀释倍数下,取3个平板分别接种样品溶液0.1mL,培养一段时间后,平板上长出的菌落数分别是156、178、191,每个平板中的平均菌落数为175个,则每克样品中的细菌数量为175×10×105=1.75×108(个)。(4)振荡培养的细菌比静置培养的细菌生长速度快,主要原因可能是振荡培养能提高培养液的溶解氧含量;振荡培养可使菌体与培养液充分接触,提高培养液中营养成分的利用率。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

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(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

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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·湖南卷)(13分)百合具有观赏、食用和药用等多种价值,科研人员对其进行了多种育种技术研究。回答下列问题。图a图b图c(1)体细胞杂交育种。进行不同种百合体细胞杂交前,先用去除细胞壁获得原生质体,使原生质体融合,得到杂种细胞后,继续培养,常用(填植物激素名称)诱导愈伤组织形成和分化,获得完整的杂种植株。

(2)单倍体育种。常用的方法来获得单倍体植株,鉴定百合单倍体植株的方法是。

(3)基因工程育种。研究人员从野生百合中获得一个抵抗尖孢镰刀菌侵染的基因L,该基因及其上游的启动子pL和下游的终止子结构如图a。图b是一种Ti质粒的结构示意图,其中基因gus编码GUS酶,GUS酶活性可反映启动子活性。①研究病原微生物对L的启动子pL活性的影响。从图a所示结构中获取pL,首先选用酶切,将其与相同限制酶酶切的Ti质粒连接,再导入烟草。随机选取3组转基因成功的烟草(P1、P2和P3)进行病原微生物胁迫,结果如图c。由此可知,三种病原微生物都能诱导pL的活性增强,其中的诱导作用最强。

②现发现栽培种百合B中也有L,但其上游的启动子与野生百合不同,且抗病性弱。若要提高该百合中L的表达量,培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种,简要写出实验思路:

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答案(1)纤维素酶和果胶酶生长素和细胞分裂素(2)花药离体培养利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目(3)①HindⅢ、BamHⅠ交链格孢②利用转基因技术将百合B中L基因的启动子替换为野生百合中L基因的启动子pL解析(1)因植物细胞细胞壁的成分主要是纤维素和果胶,而酶具有专一性,因此获得原生质体的方法是用纤维素酶和果胶酶对植物细胞进行处理,得到原生质体后使原生质体融合,形成杂种细胞,再用生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织形成和分化,从而获得完整的杂种植株。(2)获得单倍体植株常用花药(花粉)离体培养法。细胞有丝分裂中期,染色体形态稳定,数目清晰,便于观察,故鉴定百合单倍体植株的方法是利用显微镜观察根尖有丝分裂中期细胞中染色体的数目,如果染色体数目减少一半,则获得的植株为单倍体植株。(3)根据目的片段以及质粒上限制酶的识别位点可知,若要获得pL并连接到质粒上,可选用限制酶HindⅢ、BamHⅠ进行酶切,以替换Ti质粒中的启动子,从而达到根据GUS酶活性反映启动子活性的目的。根据图c的结果可知,交链格孢处理的每一组转基因烟草中的GUS酶活性都最高,可确定其诱导作用最强。欲培育具有高抗病原微生物能力的百合新品种,可利用转基因技术将百合B中L基因的启动子替换为野生百合中L基因的启动子pL。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

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(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

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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

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(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

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(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

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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·湖南衡阳三模)(10分)真核生物转录起始过程十分复杂,RNA聚合酶往往需要与一类特定的蛋白质结合,并在其引导下与启动子结合起始转录,我们将这类蛋白称作转录因子。某科研团队在对山葡萄的研究过程中发现其Va基因具有编码转录因子作用,并对此展开研究。(1)研究人员欲利用PCR技术从山葡萄基因组DNA中提取并扩增Va基因,除基因组DNA和引物外还需向PCR仪中加入

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(2)研究人员设计并合成如图所示4种可与Va基因结合的引物,结果无论是哪对引物均扩增出了除Va基因外的其他DNA片段,原因可能是。在利用现有引物的前提下,为尽可能减少非目的片段的产生,可先加入引物进行初次扩增,再以初次扩增产物为模板,并加入引物进行第二次扩增。

(3)为进一步验证Va基因的转录激活功能,科研人员利用pG载体首先构建了重组质粒,导入敲除GAL4基因的酵母AH109菌株中,如下图所示。GAL4基因可编码酵母中具有转录激活功能的蛋白,AH109菌株为色氨酸、组氨酸缺陷