1、专题13 现代生物科技专题1(2020江西省高三二模)人乳铁蛋白是乳汁中一种重要的非血红素铁结合糖蛋白。乳铁蛋白不仅参与铁的转运，而且具有广谱抗菌抗氧化、抗癌、调节免疫系统等强大生物功能。如图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的过程。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHI、Hind、SmaI直线所示为三种限制酶的酶切位点。据图回答：(1)若用PCR技术扩增人乳铁蛋白基因，其前提条件是有一段 人乳铁蛋白基因(目的基因)的核苷酸序列 ，以便合成相应的引物，合成的引物能与待扩增区段 两端 (中间/两端/左端/右端)的DNA序列彼此互补。(2)图中将人乳铁蛋白基因
2、插入载体，需用 Hind和BamH 限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含 氨苄青霉素 的培养基上进行。经过两种培养基培养后再从 D 处(填字母)，挑出大肠杆菌扩增带有外源DNA的重组载体。为使人乳铁蛋白基因在牛的乳腺细胞中特异性表达，应在基因的上游插入 牛乳腺蛋白基因的启动子等调控组件 。(3)过程的代孕牛需要进行 同期发情 处理。若需获得多头转基因牛可对早期胚胎进行分割，对囊胚进行分割时需要注意 将内细胞团均等分割 。(4)为检测转基因牛的乳汁中是否含有人乳铁蛋白，可采用 抗原抗体杂交 技术。【解析】(1)用PCR技术扩增目的基因的前提条件是有一段已知目
3、的基因的核苷酸序列，以便合成相应的引物，引物是成对存在，能与待扩增区段两端的DNA序列彼此互补。(2)由图可知，人乳铁蛋白基因两端及载体都有Hind和BamHI限制酶切点，故要将人乳铁蛋白基因插入载体，需用Hind和BamHI限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。重组载体的四环素抗性基因已破坏，标记基因只有氨苄青霉素抗性基因，可在含氨苄青霉素的培养基上筛选含有重组载体的大肠杆菌。含有重组载体大肠杆菌能在含氨苄青霉素的培养基上生长，但不能在含四环素的培养基上生长，故经过两种培养基培养后再从D处选出所需大肠杆菌。为使人乳铁蛋白基因在牛的乳腺细胞中特异性表达，应在基因的上游插入牛乳腺蛋白基因的启动子等
4、调控组件。(3)为使供受体处于相同的生理状态，过程的代孕牛需要进行同期发情处理。对囊胚进行分割时需要注意将内细胞团均等分割。(4)检测目的基因是否翻译成蛋白质可采用抗原抗体杂交技术。2(2020山东省高三二模)科研人员利用基因工程技术将乙烯合成酶的反义基因导入番茄中获得了耐储存的转基因番茄，其原理如图所示：(1)番茄果实内发育中的种子会产生较多 生长素 ，该激素达到一定的浓度后，会促进乙烯的合成，从而加快果实成熟。(2)培育该转基因番茄过程中，目的基因是 乙烯合成酶的反义基因 ，核心步骤是 构建基因表达载体 。若要迅速获得大量目的基因，常用的技术是 聚合酶链式反应 (写中文全称)。(3)重组质
5、粒导入番茄细胞时，可以先让番茄细胞经过 脱分化 得到愈伤组织，再把愈伤组织浸入含有重组质粒的 农杆菌 菌液中，通过该菌的 转化 作用使目的基因进入番茄细胞。这种方法往往需要将目的基因结合到 Ti质粒的TDNA 上，并最终将目的基因插入番茄细胞的 染色体DNA 上。(4)据图分析，乙烯合成酶的反义基因与乙烯合成酶基因的异同是 组成它们的碱基对的种类、数量和排列顺序都相同，但转录mRNA的模板链不同 。转基因番茄中乙烯含量低的原因是 乙烯合成酶的反义基因转录出的mRNA与乙烯合成酶基因转录出的mRNA进行碱基互补配对，形成了双链RNA，从而阻断了乙烯合成酶基因表达的翻译过程 。(5)采摘后的这种转
6、基因番茄耐储存，但不能正常成熟，为了在食用前让其成熟，可采用的措施是 喷洒乙烯利 。【解析】(1)发育中的种子会产生较多生长素，当生长素达到一定浓度后，促进乙烯的合成，从而加快果实成熟。(2)本实验的目的是“将乙烯合成酶的反义基因导入番茄中获得了耐储存的转基因番茄”，所以目的基因是乙烯合成酶的反义基因，从图中看出；基因工程的核心步骤是构建基因表达载体；如果要大量获得目的基因需要对目的基因进行扩增，常用PCR技术(聚合酶链式反应)。(3)重组质粒导入番茄细胞时，可以先让番茄细胞经过脱分化得到愈伤组织；再把愈伤组织浸入到含有重组质粒的农杆菌菌液中；通过该菌的转化作用使目的基因进入番茄细胞。这种方法
7、往往需要将目的基因结合到Ti质粒的TDNA上；并最终将目的基因插入到番茄细胞的染色体DNA。(4)乙烯合成酶的反义基因与乙烯合成酶基因的异同是组成它们的碱基对的种类、数量和排列顺序都相同，但转录mRNA的模板链不同；乙烯合成酶的反义基因转录出的mRNA与乙烯合成酶基因转录出的mRNA进行碱基互补配对，形成了双链RNA，从而阻断了乙烯合成酶基因表达的翻译过程，所以转基因番茄中乙烯含量低。(5)采摘后的这种转基因番茄耐储存，但不能正常成熟，为了在食用前让其成熟，可采用的措施是喷洒乙烯利，因为乙烯利具有促进果实成熟的作用。3(2020内蒙古自治区高三二模)科学家将番茄(2N)和马铃薯(4N)利用如下
8、图技术得到“番茄马铃薯”植株。请回答下列问题：(1)获得a、b所选用的酶为 纤维素酶 和 果胶酶 。(2)上图示技术的名称是 植物体细胞杂交技术 ；由d培育成植株的过程运用的技术手段是 植物组织培养 ，其依据的原理是 植物细胞的全能性 。(3)过程称为 原生质体融合 ，所用的化学诱导剂一般是 PEG(聚乙二醇) ，过程成功的标志是 杂种细胞再生出细胞壁(形成新的细胞壁) 。【解析】(1)a和b为原生质体，获得a、b需要去除细胞壁，由于植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，因此根据酶的专一性原理，应该选用的酶为纤维素酶和果胶酶。(2)上图示技术的名称是植物体细胞杂交技术；将杂种细胞培育成杂种植株需
9、要采用植物组织培养技术，其原理是植物细胞具有全能性。(3)根据分析可知，过程称为原生质体融合，所用的化学诱导剂一般是PEG(聚乙二醇)，过程成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁(形成新的细胞壁)。4(2020河北省高三一模)随着动物细胞工程技术的不断成熟，使通过核移植技术诱导重组体细胞增殖分化获得健康的组织器官成为了可能，这为等待器官移植的非遗传病患者带来了希望。下图为通过该技术获得相应组织器官并进行移植的过程，请回答下列问题：(1)图中的供体二为 患者 (填“患者”或“健康者”)，细胞应为 (正常的)卵母细胞 细胞。(2)为重组细胞，其经过A 早期胚胎培养 (技术手段)形成囊胚，其中细胞在形态上
10、具有 细胞体积小、细胞核大、核仁明显 特征。(3)B过程需要在培养基中加入 分化诱导因子 才能获得相应的组织器官。图中BC过程 不能 (填“能”或“不能”)体现细胞的全能性，其理由是 该过程仅形成组织器官，没有形成完整个体 。(4)研究表明：已痊愈的新型肺炎患者体内会出现相应抗体，一般抗体的作用会持续半年或者更长时间。若现已从某位志愿者体内获得一定量的B淋巴细胞，实验室有保存的小鼠骨髓瘤细胞，为获得产生相应抗体的杂交瘤细胞，请写出关键过程 将获得的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞进行融合，从融合的产物中分离筛选杂交瘤细胞，从杂交瘤细胞中筛选出产生相应抗体的杂交瘤细胞 。【解析】(1)由分析可知，图中
11、的供体二为患者，细胞应为健康者提供的(正常的)卵母细胞。(2)为重组细胞，其经过A早期胚胎培养形成囊胚，其中胚胎干细胞在形态上表现为细胞体积小、细胞核大、核仁明显的特征。(3)由于胚胎干细胞需经诱导分化形成相应的组织器官，所以B过程需要在培养基中加入分化诱导因子才能获得相应的组织器官。图中BC过程不能体现细胞的全能性，其理由是该过程仅形成组织器官，没有形成完整个体。(4)若现已从某位志愿者体内获得一定量的B淋巴细胞，实验室有保存的小鼠骨髓瘤细胞，为获得产生相应抗体的杂交瘤细胞的关键过程为：将获得的B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞进行融合，从融合的产物中分离筛选杂交瘤细胞，从杂交瘤细胞中筛选出产生相应
12、抗体的杂交瘤细胞。5(2020全国高三三模)2018年1月25日，中科院神经科学研究所研究团队利用类似克隆羊“多莉”的体细胞克隆技术克隆的猕猴“中中”和“华华”，登上了全球顶尖学术期刊细胞的封面，该成果标志着中国率先开启了以体细胞克隆猴作为实验动物模型的新时代。下图是体细胞克隆猴的技术流程图，请据图回答问题。(1)图中选择猕猴胚胎期而非成年期的成纤维细胞进行培养，其原因是 胚胎成纤维细胞增殖能力更强，更易于培养 。刚放入培养瓶中的细胞沉降到瓶底部后首先会出现 细胞贴壁 现象。每一次传代培养时，常利用 胰蛋白 酶消化处理，制成细胞悬液后转入到新的培养瓶中。(2)图示过程涉及的主要技术有 动物细胞
13、核移植技术(或体细胞核移植技术)、早期胚胎培养技术(或动物细胞培养技术)、胚胎移植技术 (答出三点即可)。以体细胞克隆猴作为实验动物模型的显著优势之一是同一批克隆猴群的遗传背景相同，图中克隆猴的遗传物质主要来自 成纤维细胞的细胞核 。(3)图中步骤是克隆猴的技术难点之一，需要将卵母细胞培养到 减数第二次分裂中期(M中期) 后进行去核操作，而后用 物理或化学 方法激活受体细胞，使其完成分裂和发育。(4)体细胞克隆猴的另外一个技术难点是猴的体细胞克隆胚胎发育差。科学家发现，胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关。由此推测，图中Kdm4dmRNA翻译产生的酶的作用是 催化组蛋白的去
14、甲基化 。【解析】(1)由于胚胎成纤维细胞增殖能力更强，更易于培养，因此在进行核移植时，通常选择胚胎期的成纤维细胞进行培养。动物细胞培养过程中常出现贴壁生长和接触抑制的特点，因此刚放入培养瓶中的细胞沉降到瓶底部后首先会出现细胞贴壁现象。进行传代培养时，常利用胰蛋白酶消化处理，制成细胞悬液后转入到新的培养瓶中。(2)图示过程涉及的主要技术有动物细胞核移植技术、早期胚胎培养技术(或动物细胞培养技术)、胚胎移植技术。图中克隆猴是成纤维细胞的细胞核移入卵母细胞，获得重组细胞，经过细胞培养获得早期胚胎，然后经过胚胎移植获得的，因此其遗传物质主要来自成纤维细胞的细胞核。(3)图中步骤体细胞核移植是克隆猴的
15、技术难点之一，其具体操作为，首先需要将卵母细胞培养到减数第二次分裂中期(M中期)后进行去核操作，而后用物理或化学方法激活受体细胞，使其完成分裂和发育。(4)由于胚胎发育障碍与克隆胚胎基因组上大量组蛋白的甲基化密切相关，为了使胚胎顺利发育，需要对组蛋白进行去甲基化操作，因此可推知图中Kdm4dmRNA翻译产生的酶的作用是催化组蛋白去甲基化的。6(2020河北省高三二模)糖尿病是影响人类健康的重大疾病，利用基因工程结合细胞工程、胚胎工程生产胰岛素为糖尿病人带来福音，请回答下列有关问题。(1)大肠杆菌是生产胰岛素常用的工程菌，其优点是 繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少 (至少答出两点)，但得到的胰岛
16、素需要进一步加工和修饰才能获得生物活性，原因是 大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体，无法对合成的胰岛素进行加工 。(2)转胰岛素基因牛可通过分泌乳汁来生产人胰岛素，在转入牛受精卵的基因表达载体中，人胰岛素基因的首端必须含有 乳腺蛋白基因的启动子 。还需对胚胎的性别进行鉴定；在囊胚期取 滋养层 细胞进行性别鉴定。为提高胚胎的利用效率，可以通过胚胎分割技术得到同卵双犊，在分割时，应将 囊胚的内细胞团 均等分割。(3)为检测人胰岛素基因是否被导入并正常表达，可采用的方法有 (填序号)。DNA分子杂交染色体倍性分析体细胞结构分析抗原抗体杂交(4)用基因工程生产的胰岛素被注射到患者血液中容易被分解，
17、使治疗效果受到影响，可通过 蛋白质工程 (填技术手段)对传统胰岛素进行改造，生产出不易被分解的高效胰岛素。【解析】(1)大肠杆菌具有繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少等优点，是生产胰岛素常用的工程菌，由于大肠杆菌是原核生物，无内质网、高尔基体，无法对合成的胰岛素进行加工，所以得到的胰岛素需要进一步加工和修饰才能获得生物活性。(2)转胰岛素基因牛可通过分泌乳汁来生产人胰岛素，在转入牛受精卵的基因表达载体中，人胰岛素基因的首端必须含有乳腺蛋白基因的启动子(启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因的转录)。对胚胎的性别进行鉴定时，需要在囊胚期取滋养层细胞进行性别鉴定。为提高胚胎的利用效率，可以
18、通过胚胎分割技术得到同卵双犊，在分割时，应将囊胚的内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。(3)检测目的基因是否导入的方法是DNA分子杂交，检测目的基因是否表达需要用抗原抗体杂交，所以正确。(4)对传统胰岛素(本质为蛋白质)进行改造，生产出不易被分解的高效胰岛素，需要利用蛋白质工程。7(2020江西省高三三模)“绿水青山就是金山银山”这是习总书记在浙江时为了环保、为了子孙后代作出的英明指示：良好生态环境是最普惠的民生福祉；保护生态环境就是保护生产力；以系统工程思路抓生态建设；实行最严格的生态环境保护制度。(1)绿水青山，人赖以生存的自然条件；金山银山，人所追求的物质条件；只有
19、强调环境的重要性才能实现可持续发展。生态工程目的：遵循自然界 物质循环 的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到 经济效益 和 生态效益 的同步发展。系统学和工程学原理包括 系统的结构决定功能 原理、 系统整体性 原理。(2)“四位一体”生态农业是我国北方典型的生态农业模式，它以沼气为纽带，将沼气池、猪禽舍、蔬菜栽培与日光温室有机地组合在一起。建立该系统遵循的主要原理有 物质循环再生、系统学和工程学 原理、 物种多样性 原理等。该系统的主要成分是 蔬菜 ，由于废弃物的再利用，提高了该系统中的能量 利用率 。【解析】(1)生态工程目的是遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。系统学和工程学原理包括系统的结构决定功能原理和系统整体性原理。(2)“四位一体”生态农业遵循的主要原理有物质循环再生、物种多样性、系统学和工程学等。生态系统的主要成分是生产者，在这个生态系统中是蔬菜；由于废弃物的再利用，提高了该系统中的能量的利用率。