专题16现代生物科技专题.docx

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专题16现代生物科技专题

专题16现代生物科技专题

【浏览知识网络——胸怀全局】

【高考考情分析——知己知彼】

考纲要求

（1）基因工程的诞生

（2）基因工程的原理及技术

（3）基因工程的应用

（4）蛋白质工程

（1）植物的组织培养

（2）动物的细胞培养与体细胞克隆

（3）细胞融合与单克隆抗体

（1）动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础

（2）胚胎干细胞的移植

（3）胚胎工程的应用

（1）转基因生物的安全性

（2）生物武器对人类的威胁

（3）生物技术中的伦理问题

（1）简述生态工程的原理

（2）生态工程的实例

考情分析

高频考点

（1）基因工程的操作步骤

（2）基因工程和蛋白质工程的区别

（3）植物组织培养的过程和植物体细胞杂交的过程

（4）单克隆抗体制备

（5）核移植和试管动物技术

（6）胚胎干细胞的特点和应用

（7）生态工程的原理

考查形式

基因工程主要考查基因工程的操作工具、操作过程以及应用；细胞工程主要考查植物组织培养、植物体细胞杂交技术、动物细胞培养、核移植技术、动物细胞融合以及单克隆抗体制备；胚胎工程主要考查体内受精和胚胎发育、体外受精和早期胚胎培养以及胚胎移植、胚胎分割和胚胎干细胞的知识；生态工程主要考查原理以及相应的应用，主要与新农村建设、生态农业等相联系。

命题角度

常见化合物的化学组成、常见化合物的鉴定方法、蛋白质的形成、糖类和脂质的种类及作用、DNA和RNA的基本组成单位及DNA多样性形成的原因。

常见题型

选择题、综合题

备考建议

注意构建完整的知识体系，借助知识框架，理解并掌握各种基本概念和基本原理；借助基本步骤流程图、过程示意图，熟练掌握各种现代生物技术的操作流程，突破重点和难点。

【基本技能攻略——各个击破】

材料乙：

T4溶菌酶在温度较高时易失去活性，科学家对编码T4溶菌酶的基因进行改造，使其表达的T4溶菌酶的第3位的异亮氨酸变为半胱氨酸，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，提高了T4溶菌酶的耐热性。

回答下列问题：

（1）材料甲属于基因工程的范畴。

将基因表达载体导入小鼠的受精卵中常用法。

构建基因表达载体常用的工具酶有和。

在培育转基因植物是，常用农杆菌转化发，农杆菌的作用是。

（2）材料乙属于工程范畴。

该工程是指以分子生物学相关理论为基础，通过基因修饰或基因合成，对进行改造，或制造制造一种的技术。

在该实例中，引起T4溶菌酶空间结构改变的原因是组成该酶肽链的序列发生了改变。

【攻略技巧】列表比较基因工程和蛋白质工程的区别。

项目

蛋白质工程

基因工程

区别

过程

预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列

获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定

实质

定向改造或生产人类所需蛋白质

定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品

结果

生产自然界没有的蛋白质

一般是生产自然界已有的蛋白质

联系

蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程；对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现

攻略二巧用图解分析植物组织培养过程

【例2】【2013·天津卷节选】花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。

用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。

再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。

流程如下图。

据图回答下列问题：

（1）过程

所需的酶是。

（2）过程

后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。

（3）原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是___。

原生质体经过再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

（4）若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和植株的根尖，通过、、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。

【解析】

（1）过程①表示原生质体的制备，要用纤维素酶和果胶酶去掉植物细胞的细胞壁。

（2）用于融

【攻略技巧】可利用植物组织培养的过程图来分析。

攻略三巧用流程图理解单克隆抗体制备过程

例3【2013重庆卷】下图是单克隆抗体制备流程的简明示意图。

下列有关叙述，正确的是（）

A．①是从已免疫的小鼠脾脏中获得的效应T淋巴细胞

B．②中使用胰蛋白酶有利于杂交瘤细胞的形成

C．③同时具有脾脏细胞和鼠骨髓瘤细胞的特性

D．④是经筛选培养获得的能分泌特异性抗体的细胞群

【攻略技巧】可通过过程图解进行分析。

杂交瘤细胞具有骨髓瘤细胞和B淋巴细胞的遗传物质，既能无限增殖，又能产生特异性抗体；单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高的特点。

攻略四理解胚胎干细胞的特点和意义

例4【2013·山东卷】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：

（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，暂不移入的胚胎可使用方法保存。

（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。

【攻略技巧】胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，在形态上，表现为体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞，另外在体外培养的条件下，胚胎干细胞可以增殖而不发生分化。

【名校试题演练——决胜2014】

1．（2014届湖南长沙重点中学高三第六次月考生物卷）（10分）慢性病人常出现白蛋白值偏低的状况（比如慢性肝病、慢性肾病、肿瘤等），缺乏白蛋白人就容易出现浮肿。

人体的白蛋白正常值在每100ml血液中含有3．8～4．8克，如果比正常值低很多时就需要注射人血白蛋白，所以临床上对白蛋白需求量很大。

下图是利用崂山奶山羊乳腺生物反应器制备药用白蛋白的流程图：

（1）要实现①超数排卵，应在崂山奶山羊A发情周期的某一阶段用处理，然后在恰当时期采集卵子。

通过②采集的精子不能直接使成熟的卵子受精，要对精子进行获能处理，对羊的精子常用化学诱导法，，即用一定浓度的诱导精子获能。

（2）若我们已知白蛋白基因的碱基序列，一般采用获取目的基因。

要使人的白蛋白基因在奶山羊乳腺细胞中特异性表达，完整的基因表达载体要包括目的基因、、、标记基因等部分。

（3）过程④需将重组质粒用方法注入受精卵的雄原核内，在显微镜下判断是否完成受精作用的标志是。

（4）对移植前的胚胎进行性别鉴定时，宜取囊胚期的细胞进行鉴定，一般采用SRY-PCR方法，选择出现阴性反应的（性别）胚胎进行移植。

（5）为了使胚胎移植能成功，需要对代孕奶山羊C进行处理，使之与供体的生理状况保持相同。

2．（2014届河南焦作高三第一次模拟考试理综生物卷）（15分）如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病（基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素）的过程图解，请据图回答：

（1）图中所涉及的现代生物技术有_______等。

（写3个）

（2）图中①结构表示________________；选择______________（时期）的卵母细胞去核后作为受体细胞构建重组细胞A。

②所示的细胞是__________________。

（3）将健康胰岛B细胞基因导入②之前要构建____________，这是基因工程的核心，除含目的基因外，还必须含有_______________等。

（4）重组细胞B在一定的细胞分化诱导剂作用下，可以定向分化形成具有正常胰岛B细胞功能的胰岛样细胞，其根本原因是________________。

培养重组细胞B的培养液中营养成分包括_____________（至少写两种）。

（5）图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是_________________。

3．（2014届山东潍坊高三上期期末考试生物卷）（10分）

下图表示构建转人抗体基因小鼠生产人源性单克隆抗体的流程。

请据图回答问题：

（1）图示过程涉及的生物技术有_____________、_____________、___________。

（2）①过程使用的工具酶有________________________；构建的基因表达载体除含有人抗体基因、标记基因外，还应具有_____________________。

（3）向转基因小鼠注射特定的抗原后，从小鼠的_____中提取B淋巴细胞；②过程通常用______诱导。

（4）细胞X是_________________________．体外培养细胞X所用的培养液必须添加_________________等天然成分，培养过程中会产生接触抑制吗？

【答案】

（1）转基因技术动物细胞培养动物细胞融合

（2）限制酶、DNA连接酶启动子、

4．（2014届湖北武汉高三2月调研测试生物卷）（15分）下面是有关胚胎工程的相关问题，请回答：

（1）胚胎工程是对动物＿＿＿＿或＿＿＿＿所进行的多种显微操作和处理技术。

胚胎工程任何一项技术获得的胚胎，都必须通过＿＿＿＿给受体才能获得后代。

（2）哺乳动物的体外受精主要包括＿＿＿＿、＿＿＿＿和受精等几个主要步骤。

若要充分发挥优良母畜的繁殖潜能，可给供体注射＿＿＿＿，使其排出更多的卵子。

（3）卵子需要发育到＿＿＿＿时期，才具备受精能力。

此时的卵子＿＿＿＿（能、不能）与直接取自附睾尾部的精子受精，原因是＿＿＿＿。

（4）精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入＿＿＿＿中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。

5．（2014届湖北武汉高三2月调研测试生物卷）（15分）下面是关于月季花药培养的相关问题，请回答：

（1）通过花药培养产生花粉植株一般有两种途径：

一种是花粉通过＿＿＿＿发育成植株；另一种是花粉在诱导培养基上先形成＿＿＿＿，再将其诱导分化成植株。

两条途径主要取决于培养基中＿＿＿＿。

（2）通常选择＿＿＿＿的花蕾作为实验材料，对华药取样后用＿＿＿＿对其染色，镜检发现大多数的花粉含有两个核，该时期花药＿＿＿＿（适宜、不适宜）进行接种。

（3）在花药培养过程中发现:

接种花药的培养基中，花药边缘出现杂菌，其余部分正常，未接种的培养基正常。

出现该现象的原因最可能是＿＿＿＿。

（4）花药培养在育种上有特殊意义。

采用花药培养的方法，可使花药粒发育成＿＿＿＿倍体植株，在经过人工诱导＿＿＿＿，使其能够正常生殖。

该育种技术的最大优点是＿＿＿＿。

6．（2014届江西赣州六校高三上期期末联考生物卷）（15分）以下是科学家采用不同方法培育良种牛的过程，请据图回答下列有关问题：

（1）图中对良种奶牛进行处理时用到的激素是，①过程必须用到酶，②过程使用的是酶。

表示技术，

表示基因工程中过程；若方法C是最常用的将目的基因导入动物细胞的方法，则方法C是。

（2）如果转基因牛D的牛奶中含有，则说明血清蛋白基因在个体水平已表达成功，其他细胞中不含血清蛋白是的结果。

（3）图中A和B分别是指和。

（4）图中奶牛的牛粪可以用于生产沼气，沼气工程利用的是生态工程的原理。

7．（2014届河北邯郸高三上期第二次模拟考试生物卷）（15分）江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。

在生产总量不断扩张的同时，该县坚持在发展中解决环境问题，优化生态环境，实现了资源的最大化利用。

请分析该县农业生态系统结构（部分）示意图，回答问题。

（1）该农业生态系统的能量流动从桑等生产者开始，图中属于消费者的生物有         。

（2）与传统农业生态系统相比，该农业生态系统更能净化环境，主要原因是          被及时利用。

（3）该农业生态系统为何能提高经济效益？

实现了物质和能量的多级利用，提高了      ，减少了。

（4）根据该县地处水乡这一资源优势，请就该农业生态系统提出你的一条合理化建议。

。

（5）该生态工程的建设遵循了哪些基本原理？

______________、______________。

生态工程与传统工程相比较，具有少消耗、多效益、________等特点。

（5）该生态工程遵循了物质循环再生原理、整体性原理、协调与平衡原理、系统的结构决定功能原理

8．（2014届甘肃民乐一中高三12月诊断考试生物卷）电影中，“蜘蛛侠”能产生高强度的蜘蛛丝，现实中的基因工程也创造出了“蜘蛛羊”，该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白，高强度的蛛丝蛋白可用于许多重要的特种工业领域。

请回答：

（1）为保证实验成功，产生蛛丝蛋白的基因需要从_________（基因组/cDNA）文库中获取，并与_______等调控组件重组在一起，然后与载体相连构建成为表达载体；再通过_________等方法，将表达载体导入羊的______________，获得重组细胞。

（2）将获得的重组细胞培养成早期胚胎后，移植到经过_________处理的受体母羊子宫内。

因为我们对细胞所需的营养条件还没有完全研究清楚，所以在早期胚胎的培养中，往往还需要添加__________。

若需要一次产生两头转基因“蜘蛛羊”，可将早期胚胎进行________处理。

（3）若所得到的“蜘蛛羊”（已知表达载体已进入细胞）乳汁中没有检测到蛛丝蛋白，科学家为判断问题所在，应该用_________的方法，先检测__________________，若已确认此步成功,则应该继续检测____________。

9．（2014届甘肃兰州一中高三上期期末考试生物卷）（15分）下表中列出了几种限制酶识别序列及其切割位点，图1、图2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。

请回答下列问题：

（1）一个图1所示的质粒分子经SmaⅠ切割前后，分别含有____、____个游离的磷酸基团。

（2）若对图中质粒进行改造，插入的SmaⅠ酶切位点越多，质粒的热稳定性越______。

（3）要用图1中的质粒和图2中外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ切割,原因是。

（4）与只使用EcoRⅠ相比较，使BamHⅠ和HindⅢ两种限制酶同时处理质粒、外源DNA的优点在于可以防止_____________________________。

（5）为了获取重组质粒，将切割后的质粒与目的基因片段混合，并加入________酶。

（6）重组质粒中抗生素抗性基因的作用是为了_________________________________。

（7）为了从cDNA文库中分离获取蔗糖转运蛋白基因，将重组质粒导入丧失吸收蔗糖能力的大肠杆菌突变体，然后在____________的培养基中培养，以完成目的基因表达的初步检测。

【答案】

（1）0、2

（2）高（3）SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因、外源DNA中的目的基因（4）质粒和含目的

10．（2014届福建宁德普通高中毕业班单科质量检查生物卷）（7分）烟草由于受烟草花叶病毒的侵染而减产，我国科学家利用基因工程技术成功培育出抗烟草花叶病毒的烟草。

下图是转基因烟草培育过程示意图。

请同答：

（1）引物I、II是根据的脱氧核苷酸序列合成。

从理论上推测，该DNA分子通过PCR扩增三次，产物中含有引物I的DNA片段所占的比例为。

（2）过程①表示。

Ti质粒至少需含有一个至多个位点，以供抗烟草花叶病毒基因插入其中构建基因表达载体。

（3）过程②表示，需在人工控制条件下，将烟草细胞通过过程形成愈伤组织，最终形成完整植株。

该技术所依据的原理是。

（3）植物组织培养脱分化植物（体）细胞的全能性

【解析】

试题分析：

（1）由图可知，引物是与抗烟草花叶病毒基因的DNA片段进行配对，所以应根据抗烟草花

11．（2014届上海市吴淞中学高三上期第二次月考生物卷）（9分）1997年，科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌中表达成功。

请据图回答：

（1）首先根据胰岛素的氨基酸序列，推测出原胰岛素mRNA上的碱基序列，再根据原则，用人工方法合成⑧DNA，通过这一过程获得了基因。

（2）图中①从大肠杆菌的细胞中提取，过程②须用酶切割。

（3）图中⑤表示的是的过程，图中③表示的是分子。

（4）④过程表示将分子导入细胞。

（5）若用两种识别切割序列完全不同的限制酶E和F从基因组DNA上切下目的基因，并将之取代质粒pZHZ1（3.7kb，1kb=1000对碱基）上相应的E—F区域（0.2kb），操作过程见下图，那么所形成的重组质粒pZHZ2___________。

12．（2014届天津和平区高三上期期末考试生物卷）（8分）二倍体哺乳动物体细胞不易进行基因操作和筛选，而生殖细胞已高度分化，不能在体外扩增培养。

我国科学家建立了小鼠哺乳动物单倍体胚胎干细胞系，为基因操作找到了新的动物模型。

过程如图所示，请据图回答：

（1）图中③过程通常采用的方法是_________，启动子的作用是___________。

（2）单倍体胚胎干细胞取自囊胚的_____________，和生殖细胞相比，单倍体胚胎干细胞在体外培养的条件下，可以____________。

（3）在①过程中，科学家采用两种策略来获得小鼠的孤雄单倍体胚胎，—是将受精后获得的合子胚胎的雌原核去除，另—种方法可能是________________________。

（4）④过程采用的技术手段是_______________，由此可见，单倍体胚胎干细胞能够代替精子，使卵细胞成功“受精”，支撑小鼠胚胎的全程发育。

（5）⑥过程用到的技术是_______________，早期胚胎能够在受体内存活的主要生理学基础是______________。

13．（2014届河北冀州中学高三上期期末考试生物卷）（6分）科学家采用不同方法培育良种牛的过程．请据图回答有关问题：

（1）为提高良种奶牛的繁殖能力，在获取卵母细胞之前需用促性腺激素对奶牛进行处理，目的是．

（2）“转基因牛”D培育过程中，常用受精卵作为外源基因的受体细胞，主要原因是。

（3）图中③将来发育为，c→d过程需对其均等分割的目的是。

A、B牛基因型是否相同？

。

（4）在培育良种牛的过程中，都运用了动物细胞培养技术．在动物细胞培养过程中，由于对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，因此在使用合成培养基时，通常在培养基中加入等一些天然成分。

14．（2014届天津市高三第二次六校联考生物卷）生物工程技术为人们获得需要的生物新品种或新产品提供了便利。

请据图回答：

（18分）

（1）②过程常用的方法是__________。

可以采用__________技术，培育出多头基因型相同的转基因犊牛。

（2）在抗虫棉培育过程中，④常用的方法是__________，⑤过程采用的技术是__________。

该技术中，愈伤组织细胞可培育成单个胚性细胞，利用胚性细胞再分化形成的__________可制成人工种子。

在分子水平上，可采用__________的方法来检测转基因抗虫棉的抗虫基因是否成功表达。

（3）当获能后的精子与卵子相遇时，首先发生__________反应，释放出有关的酶直接溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通路。

防止多精入卵的生理反应依次有__________、__________。

（时间顺序不可颠倒）

15．（2014届湖北省部分重点中学高三二月联考生物卷）（15分）花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。

用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。

再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株。

流程如下图。

据图回答下列问题：

（1）过程①所需的酶是。

（2）过程②后，在显微镜下观察融合的活细胞中有供体的存在，这一特征可作为初步筛选杂种细胞的标志。

（3）原生质体培养液中需要加入适宜浓度的甘露醇以保持一定的渗透压，其作用是。

原生质体经过再生，进而分裂和脱分化形成愈伤组织。

（4）若分析再生植株的染色体变异类型，应剪取再生植株和植株的根尖，通过、、染色和制片等过程制成装片，然后在显微镜下观察比较染色体的形态和数目。

（5）采用特异性引物对花椰菜和黑芥基因组DNA进行PCR扩增，得到两亲本的差异性条带，可用于杂种植株的鉴定。

下图是用该引物对双亲及再生植株1—4进行PCR扩增的结果。

据图判断，再生植株1—4中一定是杂种植株的有。

（6）对杂种植株进行接种实验，可筛选出具有高抗性的杂种植株。