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專題九 現(xiàn)代生物科技專題 專題強(qiáng)化練 1．(2018全國Ⅱ，38)某種熒光蛋白(GFP)在紫外光或藍(lán)光激發(fā)下會發(fā)出綠色熒光，這一特性可用于檢測細(xì)胞中目的基因的表達(dá)。某科研團(tuán)隊將某種病毒的外殼蛋白(L1)基因連接在GFP基因的5′末端，獲得了L1-GFP融合基因(簡稱為甲)，并將其插入質(zhì)粒P0，構(gòu)建了真核表達(dá)載體P1，其部分結(jié)構(gòu)和酶切位點的示意圖如下，圖中E1～E4四種限制酶產(chǎn)生的黏性末端各不相同。 回答下列問題： (1)據(jù)圖推斷，該團(tuán)隊在將甲插入質(zhì)粒P0時，使用了兩種限制酶，這兩種酶是________。使用這兩種酶進(jìn)行酶切是為了保證________，也是為了保證________________________。 (2)將P1轉(zhuǎn)入體外培養(yǎng)的牛皮膚細(xì)胞后，若在該細(xì)胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1基因在牛的皮膚細(xì)胞中完成了________和________過程。 (3)為了獲得含有甲的牛，該團(tuán)隊需要做的工作包括：將能夠產(chǎn)生綠色熒光細(xì)胞的____________移入牛的________中、體外培養(yǎng)、胚胎移植等。 (4)為了檢測甲是否存在于克隆牛的不同組織細(xì)胞中，某同學(xué)用PCR方法進(jìn)行鑒定，在鑒定時應(yīng)分別以該牛不同組織細(xì)胞中的________(填“mRNA”“總RNA”或“核DNA”)作為PCR模板。 答案　(1)E1和E4　甲的完整　甲與載體正確連接　(2)轉(zhuǎn)錄　翻譯　(3)細(xì)胞核　去核卵母細(xì)胞　(4)核DNA 解析　(1)由題意可知，L1基因和GFP基因合成了L1-GFP融合基因(簡稱為甲)，題圖中顯示了四個酶切位點，當(dāng)將L1-GFP融合基因插入質(zhì)粒P0時，可用E1和E4限制酶進(jìn)行酶切，用這兩種酶進(jìn)行酶切不會破壞甲的完整性，同時能保證甲按照正確的方向與載體連接。(2)若在牛皮膚細(xì)胞中觀察到了綠色熒光，則說明L1-GFP融合基因得到表達(dá)，即目的基因在受體細(xì)胞中通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成了熒光蛋白。(3)為了獲得含有甲的牛，可將含有目的基因的細(xì)胞的細(xì)胞核移入牛的去核卵母細(xì)胞中，然后進(jìn)行體外培養(yǎng)、胚胎移植等。(4)利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因，可以檢測目的基因是否存在。PCR擴(kuò)增的模板是DNA。 2．(2018濟(jì)南高三模擬)大量的科學(xué)研究已經(jīng)證明，VP40蛋白基因的基因突變或者VP40蛋白的缺失會終止埃博拉病毒的侵染行為，因此制備針對VP40蛋白的抗體可能是戰(zhàn)勝埃博拉病毒的新途徑。請據(jù)圖回答下列問題： (1)過程①中選用兩種限制酶切割，使目的基因的兩端獲得不同的黏性末端，這樣處理的目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)圖中過程②需要用________處理大腸桿菌。在基因表達(dá)載體中，VP40蛋白基因的首端必須含有________，其作用是能夠被______________識別和結(jié)合，從而保證過程③順利完成。 (3)為檢測VP40基因是否成功表達(dá)，可以采用________________技術(shù)。VP40蛋白抗體能夠戰(zhàn)勝埃博拉病毒的原因是____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)防止目的基因環(huán)化(或防止目的基因與質(zhì)粒錯誤連接)　(2)Ca2＋ (或CaCl2)　啟動子　RNA聚合酶 (3)抗原—抗體雜交　VP40蛋白抗體與VP40蛋白結(jié)合，阻止了埃博拉病毒侵染細(xì)胞 解析　(1)過程①中選用兩種限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，可以使得目的基因和質(zhì)粒都露出兩種不同的黏性末端，可以防止目的基因環(huán)化、目的基因與質(zhì)粒錯誤連接等。 (2)②表示將重組質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌，需要用鈣離子(Ca2＋)處理大腸桿菌，使得大腸桿菌成為感受態(tài)細(xì)胞；基因表達(dá)載體中，目的基因的首端必須含有啟動子，是RNA聚合酶的識別位點，啟動轉(zhuǎn)錄過程。 (3)VP40基因成功表達(dá)的產(chǎn)物是VP40蛋白，可以用抗原—抗體雜交進(jìn)行檢測；VP40蛋白抗體與VP40蛋白結(jié)合，阻止了埃博拉病毒侵染細(xì)胞。 3．(2018張家界第三次模擬)如圖所示為培育轉(zhuǎn)基因綿羊的流程圖，回答下列問題： (1)圖中涉及的生物技術(shù)有轉(zhuǎn)基因技術(shù)、___________、動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。 (2)培育轉(zhuǎn)基因綿羊所用的目的基因是______________。除圖示獲得目的基因的方法外，目前利用的方法還有______________________________________________________。 (3)圖中“A”除了含有人凝血因子Ⅸ基因外，還含有_____________(至少三個)等結(jié)構(gòu)。 (4)配制過程③所用培養(yǎng)液時，除了添加______________外，還需要添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)。添加血清的主要原因是________________ ________________________________________________________________________。 (5)過程④表示胚胎移植，胚胎移植是指將雌性動物體內(nèi)的早期胚胎，或者_(dá)_____________及其他方式得到的胚胎，移植到____________________的其他雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。 答案　(1)核移植技術(shù)　(2)人凝血因子Ⅸ基因　利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因、利用DNA合成儀用化學(xué)方法人工合成　(3)啟動子、終止子、復(fù)制原點、標(biāo)記基因 (4)無機(jī)鹽和有機(jī)鹽類　動物培養(yǎng)液成分復(fù)雜，一些成分人類未知，而血清中營養(yǎng)物質(zhì)齊全，可以彌補(bǔ)這一缺陷　(5)通過體外受精　 同種的、生理狀態(tài)相同 解析　分析題圖可知，①表示獲取目的基因的過程；②表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程，A是重組基因表達(dá)載體；③表示動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)或早期胚胎培養(yǎng)；④表示胚胎移植。(1)據(jù)圖分析可知，培育轉(zhuǎn)基因綿羊涉及到的生物技術(shù)有轉(zhuǎn)基因技術(shù)、核移植技術(shù)、動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等。(2)圖中①過程從基因文庫中獲得的是目的基因，即人凝血因子Ⅸ基因；此外獲得目的基因的方法還有利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因、利用DNA合成儀用化學(xué)方法人工合成等。(3)圖中A表示的是重組基因表達(dá)載體，其基本結(jié)構(gòu)包括啟動子、終止子、標(biāo)記基因和目的基因(人凝血因子Ⅸ基因)等。(4)圖中③表示動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程，培養(yǎng)液的成分包括無機(jī)鹽、有機(jī)鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養(yǎng)成分，以及血清等物質(zhì)，其中添加血清的主要原因是動物培養(yǎng)液成分復(fù)雜，一些成分人類未知，而血清中營養(yǎng)物質(zhì)齊全，可以彌補(bǔ)這一缺陷。(5)胚胎移植是指將雌性動物體內(nèi)的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術(shù)。 4．(2018安慶高三二模)內(nèi)皮抑素是一種效果良好的新型抗癌藥物。我國科學(xué)家研制成含轉(zhuǎn)入內(nèi)皮抑素基因雙歧桿菌的口服液，口服后，雙歧桿菌在腸道定植、繁殖，雙歧桿菌死亡裂解后，其產(chǎn)生的內(nèi)皮抑素活性片段被吞噬、轉(zhuǎn)運(yùn)到腫瘤組織發(fā)揮作用。回答下列問題： (1)要利用逆轉(zhuǎn)錄的方法合成人內(nèi)皮抑素基因，應(yīng)從組織細(xì)胞中提取mRNA，與細(xì)胞中內(nèi)皮抑素基因相比，這種方法合成的cDNA沒有__________、啟動子、終止子等。 (2)根據(jù)內(nèi)皮抑素基因的脫氧核苷酸序列設(shè)計并合成引物，利用______________技術(shù)得到大量內(nèi)皮抑素基因。 (3)臨床上也有通過靜脈注射內(nèi)皮抑素基因重組腺病毒，使腫瘤生長受到抑制。在進(jìn)入臨床使用前需要進(jìn)行目的基因的檢測與鑒定：用胰蛋白酶將血管內(nèi)皮組織______________，制成細(xì)胞懸液→轉(zhuǎn)入含______________等天然成分的培養(yǎng)液中培養(yǎng)得到大量血管內(nèi)皮細(xì)胞→用重組腺病毒感染血管內(nèi)皮細(xì)胞，若抗原—抗體雜交檢測呈陽性并觀察到細(xì)胞凋亡，則說明________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)口服含轉(zhuǎn)入內(nèi)皮抑素基因雙歧桿菌口服液、靜脈注射內(nèi)皮抑素基因重組腺病毒，兩種方法都能使腫瘤生長受到抑制，其中屬于體內(nèi)基因治療的是________________(填“第一種”或“第二種”)。 答案　(1)內(nèi)含子　(2)PCR　(3)分散成單個細(xì)胞　血清、血漿　內(nèi)皮抑素基因得到表達(dá)且具有生物學(xué)活性　(4)第二種 解析　(1)據(jù)分析可知，獲取目的基因——人內(nèi)皮抑素基因，首先提取組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA，作為逆轉(zhuǎn)錄的模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成目的基因，該方法產(chǎn)生的cDNA沒有內(nèi)含子、啟動子和終止子等。 (2)要得到大量內(nèi)皮抑素基因，可利用PCR擴(kuò)增技術(shù)。 (3)對目的基因進(jìn)行檢測與鑒定的過程：用胰蛋白酶將血管內(nèi)皮組織分散成單個細(xì)胞，制成細(xì)胞懸液→轉(zhuǎn)入含血清、血漿等天然成分的培養(yǎng)液中培養(yǎng)得到大量血管內(nèi)皮細(xì)胞→用重組腺病毒感染血管內(nèi)皮細(xì)胞，若抗原—抗體雜交檢測呈陽性并觀察到細(xì)胞凋亡，則說明內(nèi)皮抑素基因得到表達(dá)且具有生物學(xué)活性。 (4)體外基因治療是先從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，然后在體外完成轉(zhuǎn)移，再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞增殖培養(yǎng)，最后重新輸入患者體內(nèi)。體內(nèi)基因治療是用基因工程的方法直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的方法。結(jié)合題意分析可知，靜脈注射內(nèi)皮抑素基因重組腺病毒使腫瘤生長受到抑制屬于體內(nèi)基因治療。 5．(2018湖北省八市高三3月聯(lián)考) 閱讀下列資料，回答相關(guān)問題： 資料1：小鼠制備的抗人絨毛膜促性腺激素單克隆抗體做成的“早早孕試劑盒”，檢測早孕的準(zhǔn)確率在90%以上。 資料2：葡萄糖異構(gòu)酶在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，為提高其熱穩(wěn)定性，朱國萍等人在確定第138位甘氨酸為目標(biāo)氨基酸后，用有效方法以脯氨酸替代甘氨酸，結(jié)果其最適反應(yīng)溫度提高了10～12 ℃，使蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)更具剛性。 資料3：巴西是全球最大的甘蔗生產(chǎn)國，但是甘蔗容易受螟蟲的侵害。2017年6月8日，巴西向世界宣布，全球首款能抵抗螟蟲的轉(zhuǎn)基因甘蔗已培育成功，并且批準(zhǔn)該品種進(jìn)入市場。 (1)資料1中，在該“單抗”的生產(chǎn)過程中，將____________________作為抗原對小鼠進(jìn)行接種后，從脾臟中提取B淋巴細(xì)胞，并設(shè)法將其與鼠的骨髓瘤細(xì)胞融合，再用特定的選擇培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，選出融合的雜種細(xì)胞，對該細(xì)胞還需進(jìn)行______________培養(yǎng)和抗體檢測，經(jīng)多次篩選，就可獲得足夠數(shù)量的符合需要的雜交瘤細(xì)胞。單克隆抗體最主要的優(yōu)點有__________________________。 (2)資料2中提到的生物技術(shù)屬于______________工程的范疇。在該實例中，直接需要操作的是____________(填“肽鏈結(jié)構(gòu)”“蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)”或“基因結(jié)構(gòu)”)。 (3)資料3中獲得轉(zhuǎn)基因甘蔗的過程中，核心步驟是____________________，為了避免目的基因和載體的自身連接成環(huán)和反向連接，應(yīng)該采取的措施是_________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)人絨毛膜促性腺激素　克隆化　特異性強(qiáng)、靈敏度高，并可大量制備　(2)蛋白質(zhì)　 基因結(jié)構(gòu)　(3)基因表達(dá)載體的構(gòu)建(或構(gòu)建基因表達(dá)載體)　使用兩種能產(chǎn)生不同黏性末端的(不同)限制酶對目的基因和載體分別進(jìn)行切割 解析　(1)資料1中，用小鼠制備抗人絨毛膜促性腺激素的單克隆抗體，因此作為抗原的是人絨毛膜促性腺激素；由于基因是選擇性表達(dá)的，雜種細(xì)胞不一定表達(dá)出相應(yīng)的抗體，且雜種細(xì)胞的數(shù)量較少，因此該細(xì)胞還需進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測。單克隆抗體具有特異性強(qiáng)、靈敏度高，并可大量制備等優(yōu)點。(2)資料2中提到的生物技術(shù)屬于蛋白質(zhì)工程的范疇，該技術(shù)是通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)的技術(shù)，因此其直接操作的對象是基因結(jié)構(gòu)。(3)基因工程的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建；為了避免目的基因和載體的自身連接成環(huán)和反向連接，使用兩種能產(chǎn)生不同黏性末端的(不同)限制酶對目的基因和載體分別進(jìn)行切割。 6．(2018安徽皖南八校聯(lián)考)如圖是利用高等哺乳動物的生殖細(xì)胞進(jìn)行的體外受精技術(shù)培育試管動物的大致流程。請回答下列問題： (1)在體外受精前，要對精子進(jìn)行________處理，從而使精子具有與卵細(xì)胞受精的能力。 (2)體外培養(yǎng)受精卵時，需給予一定量的O2和CO2。受精卵進(jìn)行細(xì)胞呼吸產(chǎn)生CO2的場所是____________，消耗的O2是用于________的產(chǎn)生。 (3)從重組細(xì)胞到早期胚胎過程中所利用的胚胎工程技術(shù)是______________，胚胎移植前通過______________技術(shù)可獲得較多胚胎。 答案　(1)獲能　(2)線粒體基質(zhì)　H2O(水)　(3)早期胚胎培養(yǎng)　胚胎分割 解析　(1)獲得的精子需要進(jìn)行獲能處理后才具有受精能力。(2)受精卵進(jìn)行的細(xì)胞呼吸是有氧呼吸，有氧呼吸產(chǎn)生CO2的場所是線粒體基質(zhì)；有氧呼吸第三階段O2與[H]反應(yīng)形成水。(3)將重組細(xì)胞培養(yǎng)成早期胚胎需要利用早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)。將早期胚胎分割(囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)要均等分割)后，可以獲得多個胚胎。 7．轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用大大提高了動植物的品質(zhì)，下圖是綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬培育示意圖，據(jù)圖和材料回答下列問題： (1)過程①需要的工具酶有______________________。綠色熒光蛋白基因需要導(dǎo)入到成纖維細(xì)胞的__________上才有可能培育出綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬。 (2)豬胎兒成纖維細(xì)胞培養(yǎng)過程中，為了防止培養(yǎng)過程中的污染，通常還要在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加一定量的________________________。 (3)通過過程⑤將早期胚胎移植到受體母豬體內(nèi)能存活的原因是__________________。 (4)若是想在短期內(nèi)獲得更多的相同的綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬該如何做？____________。 (5)科學(xué)家將反義F3H序列導(dǎo)入到康乃馨中，降低了植株中F3H基因的表達(dá)量和酶活性，封鎖了花青素合成途徑，獲得花香物質(zhì)苯甲酸的釋放量大大增加的轉(zhuǎn)基因康乃馨。以上說明目的基因除了是編碼蛋白質(zhì)的基因外，還可以是______________。將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞常用的方法是______________。 答案　(1)限制酶和DNA連接酶　染色體DNA　(2)抗生素　(3)受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)　(4)對早期胚胎進(jìn)行分割移植　(5)調(diào)控作用因子　農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 解析　根據(jù)題意和圖示分析可知，①表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建，②表示超數(shù)排卵處理，③是核移植過程，④是早期胚胎培養(yǎng)，⑤是胚胎移植過程，最后通過妊娠分娩獲得綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬。(1)過程①表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建，需要的工具酶有限制酶和DNA連接酶。綠色熒光蛋白基因需要導(dǎo)入到成纖維細(xì)胞的染色體DNA上才有可能培育出綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬。(2)豬胎兒成纖維細(xì)胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)液中通常加入抗生素的目的是防止培養(yǎng)液被污染。(3)早期胚胎移植時，受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，為胚胎在受體母豬體內(nèi)的存活提供了可能。(4)來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，所以將早期胚胎進(jìn)行胚胎分割移植可以獲得更多相同的綠色熒光蛋白轉(zhuǎn)基因克隆豬。(5)科學(xué)家將反義F3H序列導(dǎo)入到康乃馨中，降低了植株中F3H基因的表達(dá)量和酶活性，封鎖了花青素合成途徑，獲得花香物質(zhì)苯甲酸的釋放量大大增加的轉(zhuǎn)基因康乃馨。以上說明目的基因除了是編碼蛋白質(zhì)的基因外，還可以是調(diào)控作用因子。因為導(dǎo)入的對象是植物細(xì)胞，而土壤農(nóng)桿菌易侵染植物細(xì)胞，故一般用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞。 8．下面是關(guān)于生物凈化的問題。請回答： (1)生物凈化技術(shù)的主要原理是通過人為地放大和強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)的__________能力，以達(dá)到有效治理環(huán)境污染的目的。 (2)在污水生物凈化過程中，當(dāng)污水流入水體后，好氧微生物首先大量____________，并以水中的____________作為營養(yǎng)來源。隨著水體的不斷凈化，水中的溶氧量有一個明顯的__________過程。 (3)下列關(guān)于活性污泥法的敘述，錯誤的是(　　) A．活性污泥是一種微生物共同體 B．活性污泥使用后不能重復(fù)利用 C．污水中的有機(jī)污染物在曝氣池中得到凈化 D．活性污泥的處理過程可用計算機(jī)進(jìn)行自動化監(jiān)控 答案　(1)自我調(diào)節(jié)　(2)繁殖　有機(jī)污染物　下降　(3)B 9．某城市在建設(shè)過程中，更加注重生態(tài)文明的建設(shè)。如利用人工建立的濕地公園對生活污水進(jìn)行凈化處理，形成藻菌共生的污水凈化系統(tǒng)，還可以利用藻類蛋白養(yǎng)魚、養(yǎng) 鴨等獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。下面是利用人工濕地凈化生活污水的原理簡圖。請據(jù)圖回答問題： (1)輸入人工濕地的能量為________________________________。 (2)人工濕地中的蘆葦屬于挺水植物，綠藻屬于浮游植物，黑藻屬于沉水植物，這一現(xiàn)象體現(xiàn)了群落具有_______結(jié)構(gòu)。該人工濕地的建設(shè)體現(xiàn)了生態(tài)工程的基本原理有__________等。 (3)該人工濕地中的蘆葦、藻類等植物生長迅速，其主要原因是_____________________ ________________________________________________________________________。 (4)細(xì)菌、真菌等微生物的分解作用是凈化污水的重要途徑，為了提高分解的效率，可采取的有效措施是____________________________。 (5)用恰當(dāng)?shù)募^和文字完成該人工濕地的碳循環(huán)圖解。 (6)某生物興趣小組在實地調(diào)查了該人工濕地后，在大力贊賞利用濕地對生活污水進(jìn)行凈化處理的同時，還向相關(guān)部門提出了應(yīng)加強(qiáng)對重點污染源的控制這一合理的建議，其依據(jù)的生態(tài)學(xué)理由是______________________________________。 答案　(1)光能和污水有機(jī)物中的化學(xué)能 (2)垂直　物質(zhì)循環(huán)再生原理、協(xié)調(diào)與平衡原理 (3)細(xì)菌、真菌等微生物分解污水中的有機(jī)物為植物生長提供了充足的氮、磷等礦質(zhì)養(yǎng)料和光合作用所需的CO2 (4)向水體中適當(dāng)通入空氣 (5)見下圖 (6)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力是有限的 解析　輸入人工濕地的能量有各種植物通過光合作用固定的太陽能和生活污水有機(jī)物中的化學(xué)能。不同的生物生活在不同的層次，這體現(xiàn)了群落的垂直結(jié)構(gòu)。人工濕地中的細(xì)菌、真菌分解污水中的有機(jī)物產(chǎn)生大量的氮、磷，被人工濕地中的蘆葦、藻類等植物吸收，導(dǎo)致其生長迅速。濕地中的細(xì)菌、真菌多數(shù)為需氧型微生物，為提高其分解有機(jī)物的效率，可不斷向水體中通入一定量的空氣。