高考生物二轮复习专题讲练第8单元选修模块15现代生物科技专题.docx
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高考生物二轮复习专题讲练第8单元选修模块15现代生物科技专题
专题十五 现代生物科技专题
考纲要求 1.基因工程
（1）基因工程的诞生（Ⅰ）。
（2）基因工程的原理及技术（Ⅱ）。
（3）基因工程的应用（Ⅱ）。
（4）蛋白质工程（Ⅰ）。
2.克隆技术
（1）植物的组织培养（Ⅱ）。
（2）动物的细胞培养与体细胞克隆（Ⅰ）。
（3）细胞融合与单克隆抗体（Ⅱ）。
3.胚胎工程
（1）动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础（Ⅰ）。
（2）胚胎干细胞的移植（Ⅰ）。
（3）胚胎工程的应用（Ⅱ）。
4.生物技术的安全性和伦理问题
（1）转基因生物的安全性（Ⅰ）。
（2）生物武器对人类的威胁（Ⅰ）。
（3）生物技术中的伦理问题（Ⅰ）。
5.生态工程
（1）简述生态工程的原理（Ⅱ）。
（2）生态工程的实例（Ⅰ）。
1．[2015·全国卷Ⅱ]已知生物体内有一种蛋白质（P），该蛋白质是一种转运蛋白，由305个氨基酸组成。
如果将P分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氨酸，改变后的蛋白质（P1）不但保留P的功能，而且具有了酶的催化活性。
回答下列问题：
（1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质的____________进行改造。
（2）以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰________基因或合成________基因。
所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括________的复制，以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：
______________________________________。
（3）蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过________________和________________，进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达、纯化获得蛋白质，之后还需要对蛋白质的生物__________进行鉴定。
2．[2014·新课标全国卷Ⅰ]某研究者用抗原（A）分别免疫3只同种小鼠（X、Y和Z），每只小鼠免疫5次，每次免疫一周后测定各小鼠血清抗体的效价（能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数），结果如图T151所示。
图T151
若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的B淋巴细胞（染色体数目40条），并将该细胞与体外培养的小鼠骨髓瘤细胞（染色体数目60条）按一定比例加入试管中，再加入聚乙二醇诱导细胞融合，经筛选培养及抗体检测，得到不断分泌抗A抗体的杂交瘤细胞。
回答下列问题：
（1）制备融合所需的B淋巴细胞时，所用免疫小鼠的血清抗体效价需达到16000以上，则小鼠最少需要经过______次免疫后才能有符合要求的。
达到要求后的X、Y、Z这3只免疫小鼠中，最适合用于制备B淋巴细胞的是______小鼠，理由是________________________________________________________________________。
（2）细胞融合实验完成后，融合体系中除含有未融合的细胞和杂交瘤细胞外，可能还有________________________________，体系中出现多种类型细胞的原因是________________________。
（3）杂交瘤细胞中有________个细胞核，染色体数目最多是________条。
（4）未融合的B淋巴细胞经多次传代培养后都不能存活，原因是____________________。
3．[2015·重庆卷]某课题组为解决本地种奶牛产奶量低的问题，引进了含
高产奶基因但对本地适应性差的纯种公牛。
（1）拟进行如下杂交：
♂A（具高产奶基因的纯种）×♀B（具适宜本地生长基因的纯种）→C
选择B作为母本，原因之一是胚胎能在母体内正常__________。
若C中的母牛表现为适宜本地生长，但产奶量并未提高，说明高产奶是________性状。
为获得产奶量高且适宜本地生长的母牛，根据现有类型，最佳杂交组合是________，后代中出现这种母牛的概率是________（假设两对基因分别位于不同对常染色体上）。
（2）用以上最佳组合，按以下流程可加速获得优良个体。
图T152
精子要具有受精能力，需对其进行________处理；卵子的成熟在过程________中完成。
在过程④的培养基中含有葡萄糖，其作用是________。
为筛选出具有优良性状的母牛，过程⑤前应鉴定胚胎的________________________。
子代母牛的优良性状与过程________的基因重组有关。
（3）为了提高已有胚胎的利用率，可采用________技术。
4．[2014·重庆卷]为治理某废弃采石场的生态环境，对其进行公园化建设。
图T153
（1）对其进行整理和覆土，并选择适生植物进行人工造林，不同恢复时期的植物物种数如图所示。
t0→t1，植物残体及凋落物中的有机物被生态系统中的________转化为无机物，使土壤条件得到改善；同时由于人工林土壤中存在______________，导致群落中植物物种数增加；t1→t3，人
工林抵抗力稳定性的变化是________；群落中植物物种数逐渐增加，物种之间________加剧。
（2）通过人工林建设和园林景观构建，既改善了生态环境，又可提高社会和经济效益，这主要体现了生态工程的________原理。
【备考指津】
（1）本专题考查的主要内容包括基因工程、细胞工程和胚胎工程，其中基因工程是考查的重点。
（2）本专题的题目往往以基因工程为核心，综合考查细胞工程和胚胎工程方面的知识，信息呈现形式往往是示意图，需要准确识别图中涉及的技术名称。
（3）备考时，要结合示意图理解并熟记相关的知识，并能熟练使用常用的生物学术语进行答题。
考点一 基因工程
┃考例探究┃
考向1 基因工程的操作工具及步骤
1．限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶和解旋酶的比较
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
解旋酶
主要
作用
使双链DNA分子每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开
将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子
将单个脱氧核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键
使双链DNA分子碱基对之间的氢键断裂，形成单链DNA分子
作用
底物
DNA分子
DN
A分子片段
脱氧核苷酸
DNA分子
作用
部位
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
碱基对间的氢键
作用
结果
形成黏性末端或平末端
形成重组DNA分子
形成新的DNA分子
形成单链DNA分子
参与的
生理
过程
目的基因的获取，基因表达载体的构建
基因表达载体的构建
DNA的复制、逆转录
DNA的复制
2.基因表达载体的构建
基因表达载体的构建是基因工程的核心，其过程一般是用同一种限制性核酸内切酶分别切割目的基因和载体DNA（如质粒），形成相同的黏性末端。
用DNA连接酶将目的基因和载体DNA连接在一起，形成重组DNA分子。
图T154
3．目的基因的检测与鉴定
图T155
1[2015·福建卷]GDNF是一种神经营养因子，对损伤的神经细胞具有营养和保护作用。
研究人员构建了含GDNF基因的表达载体（如图甲所示），并导入到大鼠神经干细胞中，用于干细胞基因治疗的研究。
请回答：
注：
bp表示碱基对；载体和基因片段上
的小箭号表示相关限制酶的酶切位点。
甲 乙
图T156
（1）在分离和培养大鼠神经干细胞的过程中，使用胰蛋白酶的目的是____________。
（2）构建含GDNF基因的表达载体时，需选择图甲中的________限制酶进行酶切。
（3）经酶切后的载体和GDNF基因进行连接，连接产物经筛选得到的载体主要有3种：
单个载体自连、GDNF基因与载体正向连接、GDNF基因与载体反向连接（如图甲所示）。
为鉴定这3种连接方式，选择HpaⅠ酶和BamHⅠ酶对筛选得到的载体进行双酶切，并对酶切后的DNA片段进行电泳分析，结果如图乙所示。
图中第________泳道显示所鉴定的载体是正向连接的。
（4）将正向连接的表达载体导入神经干细胞后，为了检测GDNF基因是否成功表达，可用相应的________与提取的蛋白质杂交。
当培养的神经干细胞达到一定密度时，需进行________培养以得到更多数量的细胞，用于神经干细胞移植治疗实验。
考向2 基因工程的应用
1．植物基因工程的应用
项目
类型
外源基因类型及举例
成果举例
抗虫转基
因植物
抗虫基因：
Br毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因
抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
抗病转基
因植物
①抗病毒基因：
病毒外壳蛋白基因、病毒复制酶基因
②抗真菌基因：
几丁质酶基因、抗毒素合成基因
抗病烟草、抗病小麦、抗病番茄、抗病甜椒
抗逆转基
因植物
抗逆基因：
渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因
抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米
改良品质的
转基因植物
优良性状基因：
提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因
高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
2.动物基因工程的应用
项目
类型
外源基因类型及举例
成果举例
提高生长速
度的转基因
动物
外源生长激素基因
转基因绵羊、转基因鲤鱼
改善畜产品
品质的转基
因动物
肠乳糖酶基因
乳汁中含乳糖较少的转基因牛
生产药物的
转基因动物
药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子
转基因动物具有乳腺生物反应器
作器官移植
供体的转基
因动物
外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因
无免疫排斥反应的转基因猪
3.基因诊断
（1）概念：
又称DNA诊断，是采用基因检测的方法来判断患者是否出现了基因异常或携带病原体。
（2）方法：
DNA分子杂交技术。
它的基本原理是互补的DNA单链能够在一定条件下结合成双链，即能够杂交，这种结合是特异的，即严格按照碱基互补配对的原则进行。
当用一段已知基因的单链作探针（常用同位素、荧光分子等进行标记），与变性后的单链基因组DNA接触时，如果两者的碱基完成配对，互补地结合成双链，表明被测基因组DNA中含有已知的基因序列。
4．基因治疗
（1）概念：
利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法。
（2）方法：
基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等，如ADA基因缺陷症的基因治疗。
（3）基因治疗的途径
①体外基因治疗：
先从病人体内获得某种细胞进行培养，然后，在体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。
②体内基因治疗：
用基因工程的方法，直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法。
2萤火虫发光是体内荧光素酶催化一系列反应所产生的现象。
如果荧光素酶存在于植物体内，也可使植物体发光。
一直以来荧光素酶的唯一来源是从萤火虫腹部提取。
但加利福尼亚大学的一组科学家成功地通过转基因工程实现了将荧光素酶基因导入大肠杆菌体内，并在大肠杆菌体内产生荧光素酶。
请你根据已有的知识回答下列有关问题：
（1）在此转基因工程中，目的基因是________________，具体操作过程中，图T157所示的黏性末端是由________种限制酶作用产生的。
图T157
（2）将此目的基因导入大肠杆菌体内需要载体的帮助，则作为载体必须具备能够在宿主细胞内复制并稳定保存以及____________________________________________（至少答出两点）等条件。
（3）本实验中将目的基因导入大肠杆菌的载体可以是____________（多选）。
A．质粒B．动物病毒
C．λ噬菌体的衍生物D．植物病毒
（4）在此转基因工程中，将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内____________的过程称为转化。
最常用的转化方法是首先用Ca2＋处理大肠杆菌，目的是__________________________________________________。
（5）目的基因在受体细胞中是否转录出mRNA，可用________________技术来检测；目的基因是否表达出相应的蛋白质，除了通过大肠杆菌是否发光来确定外，还可以通过______________特异性反应来判断。
┃对点训练┃
1．图T158为培育转基因抗虫棉的技术流程。
请据图回答：
图T158
（1）进行过程①，先要用到的酶是________________。
（2）基因工程核心步骤的名称是____________________。
（3）在培育成功的转基因抗虫棉的传种接代过程中，抗虫基因和标记基因是否遵循基因的自由组合定律？
______。
为什么？
________________________________________。
（4）过程②采用最多的方法是____________。
在实验室中，检测抗虫基因是否整合到棉花细胞的DNA分子上的方法是________________。
（5）经过③过程形成愈伤组织的细胞分裂方式是______________。
（6）过程④所表达的两个重要的生理现象是____________。
2．血管内皮生长因子（VEGF）能促进眼部视网膜血管的病理性生长。
临床上可用VEGF抗体的Fab片段（即抗体的活性片段）作为药物治疗视网膜病变。
图T159是利用大肠杆菌来大量合成该抗体片段的技术路线图，请回答下列问题：
图T159
（1）科学家已经测出VEGF抗体的Fab片段的氨基酸序列，因此可以通过________法来获取目的基因。
获取目的基因后，还需要在其两端加上限制酶HindⅢ和XhoⅠ的识别序列和启动子T7等序列，T7的位置应该在____________（填图中序号）处。
（2）大肠杆菌经Ca2＋处理，成为__________细胞，能吸收外源DNA，与重组质粒混合培养一段时间后，培养基需添加__________以筛选目的菌株。
将筛选出的大肠杆菌进行扩大培养，可以用________________作为抗原与提取出的蛋白杂交来鉴定是否合成VEGF抗体的Fab片段蛋白。
考点二 细胞工程
┃考例探究┃
考向1 植物细胞工程
1．植物组织培养技术
（1）原理：
植物细胞具有全能性。
（2）过程：
图T1510
2．植物体细胞杂交技术
图T1511
（1）去壁：
酶解法，所用酶为纤维素酶和果胶酶。
（2）诱导原生质体融合：
物理法——离心、振动、电激等；化学法——常用聚乙二醇（PEG）作诱导剂。
（3）植物体细胞杂交成功的标志：
杂种细胞再生出细胞壁。
（4）优点：
克服了远缘杂交不亲和的障碍。
（5）变异类型：
染色体变异。
3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，以获得抗黑腐病的杂种植
株，流程如图T1512所示。
图T1512
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）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。
考向2 动物细胞工程及单克隆抗体的制备
1．动物细胞培养
（1）动物细胞培养的流程
幼龄动物组织或胚胎
单个细胞―→细胞悬液
细胞贴壁生长
细胞悬液
细胞株或细胞系
图T1513
（2）动物细胞培养技术的应用
①生产生物制品：
疫苗、干扰素、抗体等。
②作为基因工程中的受体细胞。
③检测有毒物质及毒性。
④科研方面：
筛选抗癌药物、治疗和预防疾病。
2．动物体细胞核移植技术和克隆动物
图T1514
3．动物细胞融合技术的应用——单克隆抗体的制备
（1）过程
图T1515
说明：
①杂交瘤细胞的特点：
既能无限增殖，又能产生单一抗体。
②制备单克隆抗体过程中有两次筛选：
第一次筛选是将未融合的B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及BB细胞、瘤 瘤细胞通过选择培养基淘汰，筛选出杂交瘤细胞；第二次筛选是将产生特定抗体的杂交瘤细胞通过克隆化培养和抗体检测筛选出来。
因为从体内获取的免疫过的B淋巴细胞有很多种，因此形成的杂交瘤细胞也就有很多种，所以需筛选出产生特定抗体的杂交瘤细胞。
（2）单克隆抗体的应用
①作为诊断试剂：
准确识别各种抗原物质的细微差异，并与特定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。
②用于治疗疾病和运载药物：
主要用于癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其他疾病。
4单克隆抗体可用于疾病的诊断和治疗，制备H7N9病毒单克隆抗体的流程如下：
图T1516
（1）过程②用到的工具酶是__________________，进行过程③前必须先构建____________。
（2）过程③常用的方法是____________。
H7N9抗原基因能否在受体细胞中稳定遗传的关键是____________________________________，可采用______________技术进行检测。
（3）细胞Ⅱ应具有的特点是____________________________。
体外培养细胞Ⅱ，首先应保证其处于______________的环境。
（4）若要预防H7N9禽流感，则可用图中的____________作为疫苗。
┃对点训练┃
1．科学家以番茄（2N）和马铃薯（4N）为材料，利用图T1517中的技术得到“番茄—马铃薯”植株。
请回答下列问题：
图T1517
（1）获得a、b所用的酶为________________，c和d的名称依次是____________________、____________。
（2）图示技术名称是______________________；由d培育成植株的过程运用的技术手段是__________________，其依据的原理是________________。
（3）过程②称为________________，所用的化学诱导剂一般是__________________，过程③成功的标志是____________________。
（4）过程④是________，过程⑤增殖的方式为________，诱导f中植株生根过程中培养基中生长素与细胞分裂素的比值较过程④____________（填“高”或“低”）；最终获得的“番茄—马铃薯”属于__________倍体植株。
2．胰岛B细胞移植是一种有效治疗糖尿病的方法。
利用小鼠再生胰腺提取物（RPE）可定向诱导人羊膜间充质干细胞（hAMSCs）分化成胰岛B细胞。
请回答下列问题：
（1）取人羊膜组织刮除血块、上皮细胞，冲洗后剪碎，然后用胰蛋白酶处理，制成hAMSCs悬液。
将细胞悬液放入培养瓶中进行原代培养，先后出现____________、__________现象，直至细胞停止分裂增殖，这时需要将细胞进行相关处理，然后进行传代培养。
（2）取传至第3代的hAMSCs放入细胞培养板，同时加入RPE进行诱导分化培养。
该代hAMSCs能保持细胞正常的____________。
诱导分化培养15天后，提取细胞的____________，用胰岛素基因作探针进行分子杂交，可初步检测hAMSCs是否分化成胰岛B细胞。
（3）用人的杂交瘤细胞来生产人源单克隆抗体难以成功，因此单克隆抗体大都来自鼠源。
但鼠源单抗在人体内使用时会产生较强的免疫原性，为解决这一问题，科学家发明了嵌合抗体。
大致过程如图T1518所示：
嵌合抗体能降低鼠源抗体的免疫原性，从图中可以推测，免疫原性的产生主要与抗体的____________（填“V区”或“C区”）有关。
构建的人鼠嵌合抗体基因表达载体除了标记基因和目的基因外，还有__________________。
图T1518
（4）科学家利用细胞融合实验证明，分化的细胞中存在“闲置不用”的结构基因。
他们把大鼠肝肿瘤细胞和小鼠成纤维细胞融合成杂交瘤细胞，筛选出含有两套肝细胞染色体和一套成纤维细胞染色体的细胞。
这些细胞既保持了合成大鼠肝细胞3种特异蛋白的能力，也合成了小鼠肝细胞的这3种蛋白，但是在正常的小鼠成纤维细胞中从不合成这些。
由此可见，融合实验证明了小鼠成纤维细胞_________________________________________________。
考点三 胚胎工程
┃考例探究┃
1．胚胎工程的操作流程分析
图T1519
（1）胚胎移植的生理学基础
①能够移入受体的生理基础：
哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。
②收集的生理基础：
早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态。
③在受体内能够存活的生理基础：
受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应。
④供体胚胎正常发育的生理基础：
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且不影响供体胚胎的遗传特性。
（2）胚胎移植的实质：
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转换，而胚胎本身的遗传物质并不发生改变，因此各种性状能保持其原来的优良特性。
（3）胚胎移植的优势：
充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，从而大大缩短了供体本身的繁殖周期，大大推动了畜牧业的发展。
（4）胚胎移植过程中两次使用激素：
第一次常用孕激素对受、供体进行同期发情处理；第二次用促性腺激素处理供体使其超数排卵。
（5）胚胎移植过程中的两次检查：
第一次对收集的胚胎进行检查；第二次对受体母畜是否妊娠进行检查。
2．试管动物与克隆动物的比较
比较项目
试管动物
克隆动物
技术基础
体外受精、胚胎移植
核移植技术、动物细胞培养、胚胎（分割）移植
实例
试管牛
多利羊
过程
生殖方式
有性生殖
无性生殖
遗传物质
遗传物质来自两个个体
遗传物质大部分来自供核生物体
5人的血清白蛋白在临床上需求量很大，通常是从人血中提取。
由于艾滋病病毒（HIV）等人类感染性病原体造成的威胁与日俱增，使人
们对血液制品顾虑重重。
如果应用一定的生物工程技术，将人的血清白蛋白基因转入奶牛细胞中，利用牛的乳腺细胞生产人血清白蛋白就成为可能。
大致过程如下：
a．将人体血清白蛋白基因导入“雌性奶牛胚胎”细胞，形成重组细胞①；
b．取出重组细胞①的细胞核，注入去核牛卵母细胞中，形成重组细胞②；
c．电脉冲刺激重组细胞②促使其形成早期胚胎；
d．将早期胚胎移植到母牛的子宫内，最终发育成转基因小牛。
请回答下列问题：
（1）重组细胞①和②中的________（填“①”或“②”）实现了基因的重组。
（2）在实验过程a中要选择“雌
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