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1、单元评估检测(十一) 现代生物科技专题单元评估检测(十一) 现代生物科技专题 (时间:40 分钟 分值:100 分) 测控导航表 知识点题号 1.基因工程和蛋白质工程1,2,3,4 2.细胞工程5 3.胚胎工程及生态工程6,7,8 1.(13 分)透明质酸酶在临床上常用作药物渗透剂,目前主要从动物组织中提取。 科研人员尝试 将透明质酸酶基因转入大肠杆菌,使其得到高效表达。下图中 Nco和 Xho为限制酶,重叠延 伸 PCR 是一种定点突变技术。据图回答下列问题: (1)步骤的目的是为了保护 ,PCR 的原理是 ;PCR 扩增的过程是目的基因 DNA 受热变 性后解链为单链,引物与单链相应互补序
2、列结合,然后 ,如此重复循 环。 (2)若图中的透明质酸酶基因来自 cDNA 文库,则在进行步骤之前需在其前、后端分别接上特 定的 ,否则该基因就不能转录。 步骤需要用 (酶)切割质粒。 (3)图中 A 是 ;早期实验人员利用大肠杆菌作为受体,后来发现用毛霉或酵 母 菌 作 受 体 更 具 优 势 ,从 生 物 体 结 构 角 度 分 析 ,最 可 能 的 原 因 是 。 (4)目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定地维持和表达其遗传特性,只有通过检测和鉴定 才能知道。检测转基因生物 DNA 上是否插入了目的基因的方法是 。 解析:(1)图中目的基因的中间存在 Nco限制酶的切割位点,因此步骤的
3、目的是为了保护透 明质酸酶基因,防止 Nco限制酶破坏目的基因。PCR 的原理是 DNA 双链复制;PCR 扩增的过程 是高温变性低温退火中温延伸。即目的基因 DNA 受热变性后解链为单链,引物与单链相应 互补序列结合,然后在 DNA 聚合酶作用下延伸,如此重复循环。 (2)cDNA 文库是用 mRNA 逆转录得到的 DNA,只含有编辑对应蛋白质的信息,不含启动子、终止 子及内含子等,因此在进行步骤之前需在透明质酸酶基因前、后端分别接上特定的启动子、 终止子。步骤需要用 Nco和 Xho切割质粒。 (3)图中 A 是基因表达载体。大肠杆菌为原核生物,细胞中只含核糖体一种细胞器,毛霉或酵母 菌为
4、真核生物,含有内质网和高尔基体等,可对蛋白质进行加工、修饰等。 (4)检测转基因生物 DNA 上是否插入了目的基因的方法是利用目的基因制作成的探针进行 DNA 分子杂交。 答案:(除标注外,每空 2 分) (1)透明质酸酶基因,防止 Nco限制酶破坏目的基因 DNA 双链复制(1 分) 在 DNA 聚合酶作 用下延伸 (2)启动子、终止子(1 分) Nco和 Xho (3)基因表达载体(1 分) 毛霉或酵母菌是真核细胞,有内质网和高尔基体加工、修饰蛋白质 (4)利用目的基因制作成的探针进行 DNA 分子杂交 2.(12 分)用噬菌体抗体库技术获得人的单克隆抗体,方法是将人抗体基因插入噬菌体载体
5、,然 后让该噬菌体感染大肠杆菌,抗体可能和病毒蛋白以融合蛋白的形式,附着在噬菌体表面,也 可能通过大肠杆菌分泌出去。回答下列问题: (1)获取人抗体基因时,可从人的 (填“B” “T”或“体”)细胞中获取总 RNA,逆 转录成 cDNA,再通过 PCR 技术扩增出抗体基因。 在 PCR 反应体系中,加入 dNTP(dCTP、 dATP、 dGTP 和 dTTP)的作用是 。 (2)在 噬 菌 体 抗 体 库 的 构 建 过 程 中 ,理 论 上 可 以 不 利 用 Ca2+处 理 大 肠 杆 菌 ,依 据 是 。 (3)从 噬 菌 体 抗 体 库 中 筛 选 特 异 性 抗 体 的 方 法 是
6、 ,原 理 是 。 (4)在抗体基因与噬菌体基因之间设计了一个终止密码子(UAG)的对应序列在终止密码子突变 型的菌株表达时,抗体基因的表达产物是 (填“融合蛋白”或“分泌型抗体”)。 (5)与利用杂交瘤技术生产的单克隆抗体相比,用该技术省去了 (步骤),使制备 更简单易行。 解析:(1)抗体基因在 B 细胞中表达,在 T 细胞、体细胞中均不表达,因此只能从 B 细胞中才能 获取到人的抗体基因的 mRNA。dNTP 断裂两个高能磷酸键后可以得到 4 种脱氧核苷酸和能量, 因此在 PCR 技术中,dNTP 的作用是提供合成 DNA 的原料和能量。 (2)Ca2+处理大肠杆菌的目的是使大肠杆菌易于
7、吸收周围环境中的DNA分子,但由于噬菌体可以 侵染大肠杆菌,可将重组 DNA 分子注入大肠杆菌,因此在噬菌体抗体库的构建过程中,理论上可 以不利用 Ca2+处理大肠杆菌。 (3)由于抗原和抗体特异性结合,因此可以采用抗原抗体杂交技术从噬菌体抗体库中筛选特 异性抗体。 (4)在抗体基因与噬菌体基因之间设计了一个终止密码子(UAG)的对应序列,终止密码子为翻译 的终点,由于终止密码子突变型菌株转录的产物无原来设计的终止密码子,因此抗体基因的表 达产物是融合蛋白(抗体和噬菌体的蛋白质)。 (5)由于利用杂交瘤技术生产的单克隆抗体,需要对骨髓瘤细胞和 B 淋巴细胞进行融合,然后筛 选出能产生特异性抗体
8、的杂交瘤细胞,最后获得单克隆抗体。但用噬菌体抗体库技术获得人的 单克隆抗体无须动物细胞融合,使制备更简单易行。 答案:(除标注外,每空 2 分) (1)B(1 分) 提供合成 DNA 的原料和能量 (2)噬菌体可以侵染大肠杆菌,可将重组 DNA 分子注入大肠杆菌 (3)抗原抗体杂交 抗原和抗体特异性结合 (4)融合蛋白(1 分) (5)动物细胞融合 3.(12 分)我国某些地区常年干旱少雨,将小麦耐旱基因 TaLEA3 导入到不耐旱的药用植物丹参 中,可提高后者的耐旱性。回答下列问题: (1)TaLEA3 基因是种子成熟后期大量表达的一类基因,请推测该基因所表达蛋白的主要功能 是 。(答出两点
9、即可) (2)为 确 认 该 耐 旱 基 因 是 否 在 再 生 植 株 中 正 确 表 达 ,应 检 测 此 再 生 植 株 中 该 基 因 的 ,如果检测结果呈阳性,再在田间试验中检测植株的 是否得到提 高。 (3)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为 31 时, 则可推测该耐旱基因的整合情况是 。 (4)叶绿体内大多数基因的排列方式、转录与翻译系统均与 (填“原核生物” 或“真核生物”)相似,将目的基因导入到叶绿体基因组内能避免传统基因工程所带来的基因 污染,其原因是 。 解析:(1)TaLEA3 基因属于小麦耐旱基因,其表达的蛋白质可以保护细胞中的酶免
10、受细胞脱水 而损伤、保护细胞器如线粒体免受细胞脱水而损伤、保护细胞膜免受细胞脱水而损伤。 (2)检测小麦耐旱基因是否正确表达,可利用抗原抗体杂交实验,因此应检测此再生植株中 该基因的表达产物。如果检测结果呈阳性,还需要进行个体生物学水平鉴定。即需要在田间试 验中检测植株的耐旱性是否得到提高。 (3)二倍体转基因耐旱植株自交,子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为 31 时,说明其亲本为 杂合体,则可推测一个耐旱基因整合到了不耐旱植株的一条染色体上,而另一条染色体上无耐 旱基因。 (4)叶绿体内的 DNA 未与蛋白质结合形成染色体,与原核生物相似。因此叶绿体大多数基因的 排列方式、转录与翻译系统均与原
11、核生物相似。将目的基因导入到叶绿体基因组内能避免传 统基因工程所带来的基因污染,其原因是叶绿体基因组不会进入花粉中,随花粉传递,而可能 造成的“基因逃逸”问题。 答案:(每空 2 分) (1)保护细胞中的酶免受细胞脱水而损伤,保护细胞器如线粒体免受细胞脱水而损伤,保 护细胞膜免受细胞脱水而损伤 (2)表达产物 耐旱性 (3)一个耐旱基因整合到了不耐旱植株的一条染色体上 (4)原核生物 叶绿体基因组不会进入花粉中,随花粉传递,而可能造成的“基因逃逸”问题 4.(12 分)下图 1 所示为用 Pvu限制酶切下的某目的基因及其上 DNA 片段示意图;图 2 所示为 三种质粒示意图。图中 Ap 为氨苄
12、青霉素抗性基因,Tc 为四环素抗性基因。EcoR、Pvu等为 限制酶及其切割的位点与复制原点的距离。复制原点是在基因组上复制起始的一段序列,是指 质粒在受体细胞中复制时的起点。 (1)组成片段 D 的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是 。 (2)图 2 中质粒 A、质粒 C 能否作为目的基因运载体最理想的质粒? (填“能”或“否”),请说明理由 。 (3)重组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅在 10-7,用质粒 B 构建重组质粒,为了筛选出导入 了重组质粒的大肠杆菌,在导入完成后,将所有大肠杆菌分别在含有四环素和氨苄青霉素的培 养基中培养,大肠杆菌在两种培养基的生长状况不可能的是 ,可能性
13、最大的是 。 (4)若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物,则需要将重组质粒导入至山羊的 (细胞)中。 解析:(1)脱氧核糖和磷酸交替连接构成 DNA 片段 D 的基本骨架,脱氧核糖由 C、H、O 三种元素 组成,组成磷酸的元素是 H、 P、 O;磷脂双分子层构成细胞膜的基本骨架,磷脂分子是由 C、 H、 O、 N、 P 组成;可见,组成片段 D 的基本骨架与细胞膜的基本骨架相同的元素是 C、H、 O、P。 (2)质粒 A 缺少标记基因,质粒 C 在使用与目的基因相同的限制酶 Pvu切割时,复制原点会被 限制酶切割,进而影响重组质粒的自主复制,所以质粒 A、 质粒 C 均不能作为目的基因
14、运载体最 理想的质粒。 (3)用质粒 B 构建重组质粒,当用和目的基因相同的限制酶(Pvu)切割时,Tc(四环素抗性基 因)遭到破坏,而 Ap(氨苄青霉素抗性基因)结构完好,因此在重组质粒导入完成后,将所有大肠 杆菌分别在含有四环素和氨苄青霉素的培养基中培养,大肠杆菌在两种培养基的生长状况,不 可能的是在含四环素的培养基上能正常生长,在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长。因重 组质粒成功导入受体细胞的概率一般仅在 10-7,所以可能性最大的是在含氨苄青霉素的培养基 和含四环素的培养基上都不能正常生长。 (4)若想在山羊的乳汁中收获上述目的基因的表达产物,则需要将重组质粒导入至山羊的受精 卵中。
15、 答案:(除标注外,每空 2 分) (1)C、H、O、P (2)否(1 分) 质粒 A 缺少标记基因;质粒 C 在用和目的基因相同的限制酶切割时,复制原点会 被限制酶切割,会影响重组质粒的自主复制(3 分) (3)在含四环素的培养基上能正常生长,在含氨苄青霉素的培养基上不能正常生长 在含氨苄 青霉素的培养基和含四环素的培养基上都不能正常生长 (4)受精卵 5.(12 分)回答下列有关植物细胞工程应用有关的问题: ( 1 ) 植 物 细 胞 工 程 可 用 于 培 养 脱 毒 苗 , 这 一 方 法 的 原 理 是 , 所 以 再 生 的 植 株 可 能 不 带 病 毒 。 (2)人工种子是以植
16、物的组织培养技术得到的 等为材料,经过人 工薄膜包装得到的种子。 ( 3 ) 微 型 繁 殖 过 程 中 , 适 宜 浓 度 的 生 长 素 单 独 使 用 可 诱 导 试 管 苗 ,而与 配比适用时可促进芽的增殖。若要抑制试管苗的生长,促 使愈伤组织产生和生长,需要使用的生长调节剂是 (填“脱落酸”或“2,4-D”)。 (4)为了获得植物次生代谢产物,先用植物外植体获得愈伤组织,然后在液体培养基中悬浮培 养。请回答下列问题: 在愈伤组织悬浮培养时,细胞干重、蔗糖浓度和 pH 的变化如图所示。细胞干重在 12 d 后下降 的原因有 。 解析:(1)利用茎尖等分生部位进行组织培养获得脱毒苗的原理
17、是植物体细胞具有全能性。 (2)人工种子是以植物的组织培养技术得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料,经过人 工薄膜包装得到的种子。 (3)适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗生根。微型繁殖培养基中使用的生长素与细胞分 裂素比例不同,可以分别诱导根、芽的形成。使用高浓度的植物生长素类似物(如 2,4-D)可以 抑制试管苗的生长。 (4)由蔗糖浓度下降可知,外植体离体培养过程中需要消耗蔗糖,12 天后蔗糖浓度变化不大;pH 下降会影响酶的活性,愈伤组织细胞不能进行光合作用,对物质的合成小于分解,故细胞干重 下降。 答案:(每空 2 分) (1)植物细胞的全能性 (2)胚状体、不定芽、顶芽和腋芽
18、 (3)生根 细胞分裂素 2,4-D (4)蔗糖浓度下降,pH 降低 6.(13 分)科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛,如果要加速转基因奶牛 的繁育,可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。请结合图示回答下列问题: (1)在进行细胞培养时,要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理,形成单个细胞,这个过 程中用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理的理由: 。 (2)用于核移植的供体细胞,一般选用 10 代以内的传代细胞,原因是 。 (3)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后,该母牛就会生出与供体奶牛遗 传物质相同的犊牛,但也不是 100%的复制,原因最可能是 。 (4)-抗
19、胰蛋白酶是一种糖蛋白,一般不用传统的转基因大肠杆菌生产,因为 。 (5)雄安新区建立以农产品废弃物制沼气为中心的生态工程,主要利用生态工程中 原理。 解析:(1)动物细胞培养时,常用胰蛋白酶处理动物组织,以分散成单个细胞。这个过程中需要 的适宜 pH 一般为 7.27.4,而胃蛋白酶的最适 pH 约为 0.91.5,培养液中的酸碱度不利于胃 蛋白酶发挥作用,所以动物细胞培养过程中用来分散组织的酶常用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶。 (2)一般 10 代以后的细胞可能发生基因突变,而 10 代以内的传代细胞代谢旺盛、分裂能力强, 且遗传物质没有发生改变,所以一般选用 10 代以内的传代细胞作为核移植的供
20、体细胞。 (3)图中犊牛并非是对体细胞核供体母牛 100%的复制,其主要原因是犊牛的细胞质来自卵母细 胞,生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制;其次是生物的性状还受环境因素的影响。 (4)-抗胰蛋白酶是一种糖蛋白,一般不用传统的转基因大肠杆菌生产,因为大肠杆菌是原核 细胞,不含内质网和高尔基体等细胞器,不能对核糖体合成的蛋白质进行加工,不能产生有生 物活性的-抗胰蛋白酶。 (5)以沼气为中心的生态工程能充分利用废弃物中的能量,这体现了生态工程的物质循环再生 原理。 答案:(除标注外,每空 3 分) (1)培养液中的酸碱度不利于胃蛋白酶发挥作用(2 分) (2)该种细胞代谢旺盛、分裂能力强
21、,且遗传物质没有发生改变 (3)生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制;生物的性状还受环境因素的影响 (4)大肠杆菌是原核细胞,不含内质网和高尔基体等细胞器,不能对核糖体合成的蛋白质进行 加工,不能产生有生物活性的-抗胰蛋白酶 (5)物质循环再生(2 分) 7.(13 分)科学家通过诱导黑鼠体细胞去分化获得诱导性多能干细胞(iPS),继而利用 iPS 细胞 培育出与黑鼠遗传特性相同的克隆鼠,流程如下。请回答下列问题: (1)从黑鼠体内获得体细胞后,对其进行的初次培养称为 ,培养的细胞在贴壁生长至 铺满培养皿底时停止分裂,这种现象称为 。 (2)图中 2- 细胞胚胎可用人工方法从灰鼠输卵管内
22、获得,该过程称为 ,也可从灰 鼠体内取出卵子,通过 后进行早期胚胎培养获得。 (3)图中重组囊胚通过 技术移入白鼠子宫内继续发育,此技术对代孕受体的 要求是 。在畜牧生产中采用这种技术的优势主要是 ,若想进一步提高胚胎的利用率,可采用 技术。 (4)小鼠胚胎干细胞(ES)可由囊胚的 分离培养获得,iPS 与 ES 细胞同样具有 发育全能性,有望在对人类 iPS 细胞进行定向 后用于疾病的细胞治疗。 解析:(1)原代培养指将动物组织用酶解法分散成单个细胞后进行的初次培养,接触抑制指贴壁 的细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞就会停止分裂增殖的现象。 (2)将早期胚胎从小鼠输卵管或母牛子宫中冲洗出来
23、的方法叫冲卵;早期胚胎也可利用卵子体 外受精或经过体细胞核移植后发育形成。 (3)图中重组囊胚经过胚胎移植技术导入到受体子宫内发育;胚胎移植要求将胚胎移植到同种、 生理状态相同的其他雌性动物体内。优势主要是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。若 想进一步提高胚胎的利用率,可采用胚胎分割技术。 (4)胚胎干细胞简称 ES 或 EK 细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞,其中早期 胚胎来自囊胚的内细胞团细胞;iPS 与 ES 细胞一样,可通过定向诱导分化修补某些功能异常的 细胞来治疗疾病。 答案:(除标注外,每空 1 分) (1)原代培养 接触抑制 (2)冲卵(或冲胚) 体外受精(或核
24、移植) (3)胚胎移植 同种、生理状态相同的其他雌性动物(2 分) 可以充分发挥雌性优良个体的繁 殖潜力 胚胎分割 (4)内细胞团细胞(2 分) 诱导分化(2 分) 8.(13 分)池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象,研究 者设计了一种循环水池塘养殖系统(如图)。请回答下列问题: (1)与自然池塘相比,人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性 。人工养殖池塘水体的 N、P 含量容易升高,会引起水体的富营养化;藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物 分解,引起水体的溶氧量下降,造成鱼类等死亡,进一步破坏了生态系统稳态,这种调节方式称 为 。 ( 2 ) 与 传 统
25、养 殖 池 塘 相 比 , 该 养 殖 系 统 增 加 的 生 态 工 程 设 施 有 。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养虑食动物等 措施,起到对水体的 ,有效减少水体中的 N、P 等含量。 (3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部,实现水层交换,其目的 有 、 。 (4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多,因为 。 (5)保持池塘水体中适当的 N、P 含量是必要的,该养殖系统可以通过 、 进行调控。 解析:与自然池塘相比,人工养殖池塘生态系统结构简单,恢复力稳定性高。污染发生后引发的 一系列反应使污染进一步加重,这种调节属于正反馈。该养殖系统比传统养殖池塘增加了生态 塘和潜流湿地。该养殖系统中,越往后,N、P 的含量越高,因此串联的池塘不宜过多。该养殖系 统可以通过补水和排水、水泵控制水的流量(循环频次)对池塘水体中的 N、P 含量进行调控。 答案:(除标注外,每空 1 分) (1)高 正反馈 (2)生态塘和潜流湿地 净化作用 (3)增加水中的溶氧量(2 分) 提高饵料的利用率(2 分) (4)后面池塘水体中的 N 和 P 含量(浓度)越来越高(2 分) (5)补水和排水 水泵控制水的流量(循环频次)(2 分)