2023高三二輪總復(fù)習(xí)生物-專項三-(五)生物技術(shù)與工程

(五)生物技術(shù)與工程1．(2022·江蘇連云港高三模擬)泡菜傳統(tǒng)自然發(fā)酵方式的發(fā)酵周期相對較長，生產(chǎn)效率低。研究人員欲從泡菜中分離篩選出高產(chǎn)酸乳酸菌，為泡菜工廠化生產(chǎn)提供依據(jù)。請分析并回答下列問題：(1)配制CaCO3－MRS培養(yǎng)基。成分：蛋白胨、牛肉膏、酵母粉、磷酸氫二鉀、葡萄糖、瓊脂粉、碳酸鈣等。①根據(jù)物理性質(zhì)分類，該培養(yǎng)基屬于________培養(yǎng)基，為乳酸菌種提供氮源的成分是____________________；②培養(yǎng)過程中，乳酸菌產(chǎn)生乳酸溶解碳酸鈣，形成溶鈣圈，便于__________________。(2)高產(chǎn)酸乳酸菌的培養(yǎng)與分離。其部分實驗?zāi)康呐c具體操作如下所示，請完成下表。實驗?zāi)康暮喴僮鬟^程梯度稀釋在無菌條件下取樣品中泡菜汁1mL，加入①________進(jìn)行10倍梯度稀釋，依次得到10－5、10－6、10－7的稀釋液接種培養(yǎng)取上述稀釋液1mL分別加入無菌培養(yǎng)皿中，然后將CaCO3－MRS培養(yǎng)基澆注混勻冷凝后，將培養(yǎng)皿②________，并連續(xù)培養(yǎng)48h分離純化挑取③________________________進(jìn)行平板劃線培養(yǎng)長期保存將菌種加入30%的甘油中在－20℃保存(3)高產(chǎn)酸乳酸菌的鑒定。提取篩選乳酸菌的DNA，通常采用16SrDNA(編碼rRNA對應(yīng)的DNA序列)的通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增并測序鑒定。以16SrDNA作為細(xì)菌分類依據(jù)的原因是不同菌屬的16SrDNA具有________。(4)高產(chǎn)酸乳酸菌發(fā)酵效果檢測。研究人員研究了兩種高產(chǎn)酸乳酸菌(乳酸菌A50f7和A50b9)在發(fā)酵泡菜過程中pH的變化，結(jié)果如圖所示。據(jù)圖分析，該研究實驗的自變量是________，可以看出，接種兩種乳酸菌效果相近，其相近之處表現(xiàn)為________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①固體蛋白胨、牛肉膏、酵母粉②篩選高產(chǎn)酸乳酸菌(2)①9mL無菌水②倒置③有明顯溶鈣圈的菌落(3)差(特)異性(4)乳酸菌的種類和接種量(發(fā)酵時間)均能快速降低泡菜發(fā)酵過程中的pH，且接種量越大作用效果越明顯解析(1)瓊脂是凝固劑，根據(jù)物理性質(zhì)分類，該培養(yǎng)基屬于固體培養(yǎng)基；氮源是指提供氮元素的物質(zhì)，蛋白胨、牛肉膏、酵母粉含有氮元素，可為乳酸菌種提供氮源；培養(yǎng)基中含有碳酸鈣，乳酸菌產(chǎn)生乳酸會與碳酸鈣反應(yīng)形成溶鈣圈，便于篩選高產(chǎn)酸乳酸菌。(2)要分離和培養(yǎng)高產(chǎn)酸乳酸菌，首先對泡菜汁進(jìn)行梯度稀釋，稀釋時需要用無菌水，如1mL泡菜汁＋9mL無菌水，相當(dāng)于對泡菜汁稀釋了10倍，以此類推；培養(yǎng)時為了防止冷凝水滴落沖散菌落，應(yīng)將培養(yǎng)皿倒置培養(yǎng)；溶鈣圈明顯的菌落，產(chǎn)乳酸菌的能力強(qiáng)，應(yīng)挑取有明顯溶鈣圈的菌落進(jìn)行平板劃線培養(yǎng)。(3)不同菌屬的16SrDNA具有差(特)異性，PCR能鑒定不同的DNA，因此能采用16SrDNA(編碼rRNA對應(yīng)的DNA序列)的通用引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增并測序鑒定不同菌屬。(4)自變量是人為改變的量，據(jù)圖分析，該研究實驗的自變量是乳酸菌的種類(乳酸菌A50f7和A50b9)和接種量(發(fā)酵時間)；結(jié)合圖示結(jié)果可知，兩種乳酸菌均能快速降低泡菜發(fā)酵過程中的pH，且接種量越大作用效果越明顯，效果相近。2．(2022·江蘇南京高三檢測)基因工程自20世紀(jì)70年代興起后，在農(nóng)牧業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)等方面，展示出廣闊的前景。如圖是通過基因工程獲得轉(zhuǎn)基因生物或產(chǎn)品的流程圖，請結(jié)合相關(guān)知識回答下列問題：(1)轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器是指利用基因工程技術(shù)手段將外源基因轉(zhuǎn)化到受體中進(jìn)行高效表達(dá)，從而獲得具有重要應(yīng)用價值的表達(dá)產(chǎn)物的生命系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)基因動物、轉(zhuǎn)基因植物和轉(zhuǎn)基因微生物。①若利用圖示流程構(gòu)建小鼠乳腺生物反應(yīng)器批量生產(chǎn)人抗利尿激素，應(yīng)先從人體________細(xì)胞中獲取總RNA，通過反轉(zhuǎn)錄獲得cDNA，再PCR后獲得抗利尿激素基因。一條單鏈cDNA在PCR儀中進(jìn)行n次循環(huán)，需要消耗________個引物。構(gòu)建的表達(dá)載體導(dǎo)入的受體細(xì)胞是________________________________________________________________________。膀胱反應(yīng)器有著和乳腺反應(yīng)器一樣的優(yōu)點：收集產(chǎn)物蛋白比較容易，不會對動物造成傷害。此外膀胱生物反應(yīng)器還具有的顯著優(yōu)勢在于不受轉(zhuǎn)基因動物的______________(答2點即可)的限制，而且從尿中提取蛋白質(zhì)比在乳汁中提取簡便、高效。②若圖中的受體細(xì)胞是大腸桿菌，通常用Ca2＋處理大腸桿菌，其目的是使大腸桿菌處于________________________________的生理狀態(tài)。理論上制備能分泌抗利尿激素的“工程菌株”時，酵母菌比大腸桿菌更適合作為受體細(xì)胞，從細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的角度分析，原因是：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)全球新冠疫情形勢依然非常嚴(yán)峻，新冠病毒疫苗的研制和新冠病毒的快速檢測的研究具有重要作用。①目前新冠疫苗有滅活疫苗、基因疫苗、蛋白疫苗等。利用圖示流程制備新冠病毒S蛋白疫苗。圖中質(zhì)粒A上m、n分別是啟動子和終止子，箭頭處是限制酶的切點(NcoⅠ：5′—C↓CATGG—3′；NheⅠ：5′—G↓GATCC—3′)，根據(jù)S蛋白的RNA制備的目的基因S無法與載體A連接，需要在S基因兩側(cè)加接末端，若b鏈處加接末端5′—GATC，則在a鏈處加接末端5′—__________。由圖推測，目的基因S轉(zhuǎn)錄的模板鏈?zhǔn)莀_________(填“a鏈”或“b鏈”)。②抗原檢測采用雙抗體夾心法，其原理如圖。結(jié)合墊處含有足量的、可移動的、與膠體金結(jié)合的抗體1，T處固定有抗體2，抗體1和抗體2與新冠病毒表面同一抗原N蛋白的不同位點發(fā)生特異性結(jié)合，呈紅色。C處固定有抗體1的抗體，與抗體1結(jié)合也呈紅色。檢測過程中反復(fù)進(jìn)行了抗原—抗體的特異性結(jié)合，若檢測結(jié)果為陽性，則過程中此特異性結(jié)合共發(fā)生________次。若待測樣本中不含新冠病毒，顯色結(jié)果為__________________，結(jié)果為陰性。③利用單克隆抗體制備技術(shù)制備試劑盒中的抗體1。先給小鼠注射純化的N抗原蛋白，一段時間后，從小鼠的________(免疫器官)中獲取已免疫的B淋巴細(xì)胞，將獲得的細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合，再經(jīng)過選擇培養(yǎng)基篩選、______________________，獲得產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細(xì)胞，再經(jīng)體外培養(yǎng)或注射到小鼠腹腔內(nèi)培養(yǎng)，最終獲得抗N抗原蛋白的單克隆抗體。答案(1)①下丘腦2n－1受精卵性別、年齡②能吸收周圍環(huán)境中DNA分子酵母菌是真核生物，具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，可對蛋白質(zhì)進(jìn)行加工并分泌到細(xì)胞外，便于提取(2)①CATGb鏈②3只有C處出現(xiàn)紅色③脾臟克隆化培養(yǎng)和抗體檢測解析(1)①要批量生產(chǎn)人抗利尿激素，人的抗利尿激素基因在下丘腦中表達(dá)，所以需要從下丘腦細(xì)胞中獲取總RNA，經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA；一條單鏈cDNA在PCR儀中進(jìn)行n次循環(huán)，共產(chǎn)生2n－1個DNA分子，所以共有2n條鏈，其中2n－1條鏈?zhǔn)切潞铣傻?，需要引物，所以需?n－1個引物。實驗?zāi)康氖且@得小鼠乳腺生物反應(yīng)器，所以需要將基因表達(dá)載體導(dǎo)入動物細(xì)胞的受精卵中；與乳腺生物反應(yīng)器相比，用膀胱生物反應(yīng)器生產(chǎn)抗利尿激素，可從動物一出生就收集產(chǎn)物，不受動物性別和年齡的限制。②用Ca2＋處理大腸桿菌，其目的是使大腸桿菌處于感受態(tài)，有利于吸收周圍環(huán)境中DNA分子；大腸桿菌是原核生物，沒有細(xì)胞器，而酵母菌是真核生物，具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，可對蛋白質(zhì)進(jìn)行加工并分泌到細(xì)胞外，便于提取，所以制備能分泌抗利尿激素的“工程菌株”時，酵母菌比大腸桿菌更適合作為受體細(xì)胞。(2)①根據(jù)題干信息，質(zhì)粒用了NcoⅠ和NheⅠ進(jìn)行切割，分別產(chǎn)生了5′－CATG－3′和5′－GATC－3′的黏性末端，所以需要在S基因b鏈處加接末端5′－GATC和a鏈處加接末端5′－CATG的黏性末端，使其能夠互補(bǔ)配對；b鏈處加接末端5′－GATC，所以和質(zhì)粒的NheⅠ切割處相連，a鏈和質(zhì)粒上限制酶酶切位點NcoⅠ相連，轉(zhuǎn)錄方向為m→n，且轉(zhuǎn)錄只能從模板鏈的3′端開始，因此b鏈?zhǔn)悄０彐湣＂谌魴z測結(jié)果為陽性，則這種結(jié)合有3次，第一次是與結(jié)合墊上的抗體1結(jié)合，第二次與T處固定的抗體2結(jié)合，第三次是與C處墊上固定有抗體1的抗體結(jié)合。若待測樣本中不含新冠病毒，則不會與結(jié)合墊上的抗體1結(jié)合，也不會和T處抗體2結(jié)合，但由于抗體1是可移動的，所以游離的抗體1移動至C處，C處固定有抗體1的抗體，與抗體1結(jié)合也呈紅色，因此C處將變紅，所以如果只有C處出現(xiàn)紅色，則結(jié)果為陰性。③在制備抗體1的過程中，將從免疫(注射一種純化的抗原蛋白)小鼠的脾臟中獲取的B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合，再經(jīng)過選擇培養(yǎng)基篩選、克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，獲得產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細(xì)胞。3．(2022·江蘇南京高三模擬預(yù)測)Ⅰ.有文章稱單位面積手機(jī)表面的細(xì)菌比馬桶按鈕上的多。某校甲、乙兩研究性學(xué)習(xí)小組通過如圖所示實驗展示調(diào)查結(jié)果。(1)實驗使用的培養(yǎng)基，含有營養(yǎng)物質(zhì)和________。制備培養(yǎng)基時，應(yīng)將pH調(diào)至________。圖中繼續(xù)實驗中可能包含的實驗操作依次有________、________、________。(2)通過觀察菌落的特征可知，手機(jī)屏幕和馬桶按鈕上都存在多種微生物。兩研究性學(xué)習(xí)小組實驗操作均正確且完全一致，但結(jié)果截然不同?？赡艿脑蚴莀_____________________________________________________________________________________________________。(3)實驗中，兩研究性學(xué)習(xí)小組釆用的接種方法是________。圖示操作取樣固定實驗員欲測定某手機(jī)屏幕的細(xì)菌數(shù)量，將10mL細(xì)菌懸液進(jìn)行梯度稀釋，分別取0.14mL稀釋倍數(shù)為102的樣品液接種到三個培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時間后，統(tǒng)計菌落數(shù)分別為38、40、42，則該手機(jī)屏幕的細(xì)菌數(shù)為________個/cm2。Ⅱ.研究人員將某細(xì)菌的抗蟲基因C轉(zhuǎn)入棉花細(xì)胞內(nèi)，成功獲得了抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花，在一定程度上減少了殺蟲劑的使用，減少了環(huán)境污染，提高了作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。(4)提取某細(xì)菌總RNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄形成互補(bǔ)的DNA(cDNA)，再利用PCR技術(shù)選擇性擴(kuò)增C基因的cDNA，PCR過程中DNA先后經(jīng)歷高溫變性→復(fù)性→延伸過程，故反應(yīng)體系中需加入____________________酶。(5)常用農(nóng)桿菌與經(jīng)________處理后的外植體共培養(yǎng)一段時間完成轉(zhuǎn)化，需先將C基因的cDNA插入到Ti質(zhì)粒的T－DNA上并導(dǎo)入農(nóng)桿菌，有利于____________________________________________________________。若要檢測目的基因是否反向插入，__________(填“能”或“不能”)根據(jù)帶標(biāo)記的目的基因單鏈作探針的核酸分子雜交結(jié)果判斷。Ⅲ.基因編輯技術(shù)(CRISPR/Cas9技術(shù))是一種對靶向基因進(jìn)行特定DNA修飾的技術(shù)，其原理是由一個向?qū)NA(sgRNA)分子引導(dǎo)Cas9蛋白到一個特定的基因位點進(jìn)行切割(如圖)。請據(jù)圖回答：(6)CCR5基因是人體的正?；?，其編碼的細(xì)胞膜通道蛋白CCR5是HIV入侵輔助性T淋巴細(xì)胞的主要輔助受體之一?？蒲腥藛T依據(jù)________的部分序列設(shè)計sgRNA序列，導(dǎo)入骨髓造血干細(xì)胞中，構(gòu)建sgRNA－Cas9復(fù)合體，以實現(xiàn)對CCR5基因的定向切割，變異的CCR5蛋白無法裝配到細(xì)胞膜上，即可有效阻止HIV侵染新分化生成的________________從而有效減緩病癥。答案(1)凝固劑(瓊脂)中性或微堿性稀釋涂布接種(2)取樣部位不同(3)稀釋涂布平板法1.14×104(4)逆轉(zhuǎn)錄酶和耐高溫的DNA聚合(5)消毒目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞并整合到染色體DNA上不能(6)CCR5基因輔助性T細(xì)胞解析(1)培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)主要有碳源、氮源、生長因子、水分、無機(jī)鹽等，此外還需加入凝固劑如瓊脂等；培養(yǎng)細(xì)菌時需將pH調(diào)至中性或微堿性；圖中繼續(xù)實驗的步驟包括稀釋、涂布、接種等。(2)兩小組的實驗操作均正確且完全一致，但結(jié)果截然不同，可能是因為手機(jī)的取樣和馬桶的取樣部位不同。(3)據(jù)圖可知，培養(yǎng)基中的菌落均勻分布，所用接種方法是稀釋涂布平板法；稀釋涂布平板法統(tǒng)計菌落數(shù)目時應(yīng)統(tǒng)計菌落數(shù)在30～300之間的，故手機(jī)屏幕的細(xì)菌數(shù)為(38＋40＋42)÷3÷0.14×102×10÷(5×5)＝1.14×104(個/cm2)。(4)提取某細(xì)菌總RNA，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄形成互補(bǔ)的DNA，該過程需要逆轉(zhuǎn)錄酶；PCR過程中需要達(dá)到90℃以上的高溫，需要耐高溫的DNA聚合酶。(5)植物組織培養(yǎng)的關(guān)鍵是無菌操作，故常用農(nóng)桿菌與經(jīng)消毒后的外植體共培養(yǎng)一段時間完成轉(zhuǎn)化；需先將C基因的cDNA插入到Ti質(zhì)粒的T－DNA上并導(dǎo)入農(nóng)桿菌，有利于目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞并整合到染色體DNA上；目的基因只要插入，即可與探針產(chǎn)生雜交帶，故若要檢測目的基因是否反向插入，不能根據(jù)帶標(biāo)記的目的基因單鏈作探針的核酸分子雜交結(jié)果判斷。(6)CCR5基因是人體的正?；颍渚幋a的細(xì)胞膜通道蛋白CCR5是HIV入侵輔助性T細(xì)胞的主要輔助受體之一，由于T細(xì)胞是由造血干細(xì)胞分化形成的，因此，可依據(jù)CCR5基因的部分序列設(shè)計sgRNA序列，導(dǎo)入骨髓造血干細(xì)胞中，構(gòu)建sgRNA－Cas9復(fù)合體，以實現(xiàn)對CCR5基因的定向切割，變異的CCR5蛋白無法裝配到細(xì)胞膜上，即可有效阻止HIV侵染新分化生成的輔助性T細(xì)胞。4．(2022·江蘇無錫高三模擬)目的基因在酵母菌細(xì)胞中表達(dá)出的蛋白可能被細(xì)胞內(nèi)的蛋白酶降解，某科研團(tuán)隊構(gòu)建重組表達(dá)載體解決了此問題。如圖為該重組表達(dá)載體構(gòu)建示意圖，圖中改造了的目的基因序列融合了信號肽的核酸序列S和2個合成的核酸序列Z，信號肽能引導(dǎo)融合蛋白出胞，折疊后的Z肽段能與抗體IgG結(jié)合。請據(jù)圖回答下列有關(guān)問題：(1)Ori是基因組的復(fù)制起始序列，是________酶的作用位點，該序列富含________堿基對。(2)Plac是啟動子序列，是______________酶的作用位點，轉(zhuǎn)錄沿DNA模板鏈的________________方向進(jìn)行。(3)雙酶切是構(gòu)建表達(dá)載體的重要環(huán)節(jié)，下列關(guān)于雙酶切的敘述，正確的是________。A．目的基因內(nèi)不能含有所選的酶切位點B．2個酶切位點距離越近酶切效果越佳C．若2種限制酶最適溫度相差較大，應(yīng)實行2次單酶切D．確保酶切位點一個產(chǎn)生黏性末端另一個產(chǎn)生平末端，方可避免載體自連(4)為使目的基因能定向插入載體，需對目的基因進(jìn)行改造，通常的做法是____________________________________________________________________________________________。檢驗表達(dá)載體是否已經(jīng)準(zhǔn)確連接了目的基因，需對擴(kuò)增的表達(dá)載體再次雙酶切處理，完全酶切后經(jīng)電泳處理，理想的結(jié)果有____________條條帶。目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，可能存在的復(fù)制形式有______________________________________________________________________________