2019年高考生物专题16现代生物科技教学案.docx

现代生物科技专题【2019年高考考纲解读】1.基因工程：(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()。2.克隆技术：(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()。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()。(2)胚胎干细胞的移植()。(3)胚胎工程的应用()。4.生物技术的安全性和伦理问题：(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()。5.生态工程：(1)简述生态工程的原理()。(2)生态工程的实例()。【重点、难点剖析】一、基因工程与蛋白质工程 (一)基因工程的基本工具限制酶DNA连接酶载体作用切割目的基因和载体拼接DNA片段，形成重组DNA携带目的基因进入受体细胞作用部位两核苷酸的脱氧核糖与磷酸间的磷酸二酯键作用特点(条件)识别特定的核苷酸序列；在特定位点上切割Ecoli DNA连接酶只能连接黏性末端；T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端能在宿主细胞内稳定存在并大量复制；有多个限制酶切割位点；具有特殊的标记基因【特别提醒】DNA连接酶连接两个DNA片段，而DNA聚合酶只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上。限制酶是切割某种特定的脱氧核苷酸序列，并使两条链在特定的位置断开，而解旋酶是将DNA的两条链间的氢键打开形成两条单链。(二)对基因工程基本操作程序的思考1目的基因的获取途径(1)直接分离：从自然界已有的物种中分离，如从基因文库中获取。(2)人工合成目的基因(常用方法如下)：化学合成法：已知核苷酸序列的较小基因，直接利用DNA合成仪用化学方法合成，不需要模板。人工合成法：以RNA为模板，在逆转录酶作用下人工合成。 生态恢复工程a举例：包括沙漠治理、草地改良、矿区开采后留下的废弃地的改造等。b林业生态建设对生态恢复具有重要意义我国批建了十大林业生态工程：如三北防护林体系建设工程、长江中上游防护林体系建设工程、太行山绿化工程等。生态农业工程在生态农业中采取的主要措施包括：a将种植、养殖、水产、园艺与林业、副业、加工业等进行优化。b将农业废弃物的转化、再生及资源化等综合起来。c将节能、应用清洁能源、生态建筑以及人口控制、生物多样性保护等结合起来。【题型示例】题型一基因工程的工具与操作程序例1. （2018北京卷，5）用XhoI和SalI两种限制性核酸内切酶分别处理同一DNA片段，酶切位点及酶切产物分离结果如图。以下叙述不正确的是（）A如图中两种酶识别的核苷酸序列不同B如图中酶切产物可用于构建重组DNAC泳道中是用SalI处理得到的酶切产物D图中被酶切的DNA片段是单链DNA【答案】D【变式探究】 （2017年北京卷，5）为了增加菊花花色类型，研究者从其他植物中克隆出花色基因C（图1），拟将其与质粒（图2）重组，再借助农杆菌导入菊花中。 下列操作与实验目的不符的是（）A用限制性核酸内切酶EcoRI和连接酶构建重组质粒B用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞C在培养基中添加卡那霉素，筛选被转化的菊花细胞D用分子杂交方法检测C基因是否整合到菊花染色体上【答案】C【解析】用限制性核酸内切酶EcoRI处理目的基因和质粒，可以使目的基因两侧和质粒产生相同的黏性末端，再用连接酶把切口连起来就能构建成重组质粒，A正确；农杆菌转化法适用于双子叶植物或裸子植物，菊花属于双子叶植物，故可用含C基因的农杆菌侵染菊花愈伤组织，将C基因导入细胞，B正确；质粒中只有潮霉素抗性基因，被转化的菊花细胞只对潮霉素具有抗性，在培养基中添加卡那霉素，不能筛选被转化的菊花细胞，C错误；检测目的基因是否整合到受体细胞的染色体上，可采用DNA分子杂交技术，D正确。【变式探究】（2016新课标卷.40）图（a）中的三个DNA片段上依次表示出了EcoR I、BamH I和Sau3A I三种限制性内切酶的识别序列与切割位点，图（b）为某种表达载体示意图（载体上的EcoR I、Sau3A I的切点是唯一的）。根据基因工程的有关知识，回答下列问题：（1）经BamH I酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被_酶切后的产物连接，理由是_。（2）若某人利用图（b）所示的表达载体获得了甲、乙、丙三种含有目的基因的重组子，如图（c）所示。这三种重组子中，不能在宿主细胞中表达目的基因产物的有_，不能表达的原因是_。（3）DNA连接酶是将两个DNA片段连接起来的酶，常见的有_和_，其中既能连接黏性末端又能连接平末端的是_。【答案】（1）Sau3A 两种梅切割后产生的片段具有相同的黏性末端（2）甲和丙 甲中目的基因插入在启动子的上游，丙中目的基因插入在终止子的下游，两者目的基因均不能转录（3）EcoliDNA连接酶 T4DNA连接酶 T4DNA连接酶 【解析】（1）由于限制酶Sau3A与BamH切割后产生的片段具有相同的黏性末端，所以经BamH I酶切割得到的目的基因可以与上述表达载体被Sau3A酶切后的产物连接。【举一反三】下列有关人胰岛素基因表达载体的叙述，正确的是()A.表达载体中的胰岛素基因可通过人肝细胞mRNA反转录获得B.表达载体的复制和胰岛素基因的表达均启动于复制原(起)点C.借助抗生素抗性基因可将含胰岛素基因的受体细胞筛选出来D.启动子和终止密码子均在胰岛素基因的转录中起作用解析本题考查基因工程的相关知识，考查识记和理解能力。难度适中。人肝细胞不能合成胰岛素，则人肝细胞中不含有胰岛素的mRNA，不能通过反转录获得人胰岛素基因，A错误；表达载体的复制启动于复制起点，胰岛素基因的表达启动于启动子，B错误；抗生素抗性基因是标记基因，可用于筛选含胰岛素基因的受体细胞，C正确；启动子在转录过程中起作用，终止密码子在翻译中起作用，D错误。答案C【变式探究】下图为培育转基因山羊生产人酪蛋白的流程图。下列叙述正确的是()A.过程所用的人酪蛋白基因可从人cDNA文库中获得B.过程可选用囊胚期或原肠胚期的胚胎进行移植C.过程可使用胚胎分割技术扩大转基因山羊群体D.过程人酪蛋白基因在细胞质内进行转录、翻译解析本题为现代生物技术的综合题，主要考查基因工程和胚胎工程相关知识点，难度较大。过程为基因工程中的构建基因表达载体，人酪蛋白基因即为目的基因，目的基因可从基因文库中获取，基因文库包括基因组文库和cDNA文库，A正确；过程指的是胚胎移植过程，一般选取桑椹胚时期或者囊胚期的胚胎进行胚胎移植，不选用原肠胚时期，B错误；过程为加速转基因动物的繁育，可以采用超数排卵，胚胎分割移植等方法，C正确；过程指的是目的基因的表达，包括转录与翻译两个阶段，转录的场所是细胞核，翻译的场所是细胞质中的核糖体，D错误。答案AC【变式探究】下图是利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是()A.的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B.侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到的染色体上C.的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状D.只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异答案D【变式探究HIV属于逆转录病毒，是艾滋病的病原体。回答下列问题：(1)用基因工程方法制备HIV的某蛋白(目的蛋白)时，可先提取HIV中的_，以其作为模板，在_的作用下合成_，获取该目的蛋白的基因，构建重组表达载体，随后导入受体细胞。(2)从受体细胞中分离纯化出目的蛋白，该蛋白作为抗原注入机体后，刺激机体产生的可与此蛋白结合的相应分泌蛋白是_，该分泌蛋白可用于检测受试者血清中的HIV，检测的原理是_。(3)已知某种菌导致的肺炎在健康人群中罕见，但是在艾滋病患者中却多发。引起这种现象的根本原因是HIV主要感染和破坏了患者的部分_细胞，降低了患者免疫系统的防卫功能。(4)人的免疫系统有_癌细胞的功能。艾滋病患者由于免疫功能缺陷，易发生恶性肿瘤。解析(1)HIV是RNA病毒，其核酸是单链RNA，而在基因工程中构建目的基因表达载体时，载体一般用的是质粒，为双链DNA，故先用逆转录酶催化HIV的RNA逆转录为DNA分子再进行基因工程操作。(2)本题涉及到了免疫学方面知识，抗原进入机体后可以产生特异性免疫反应，产生相应的抗体，抗体与抗原特异性结合。(3)HIV病毒主要破坏人体T细胞。(4)免疫系统除了具有防卫功能外，还有监控和清除功能：监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞，以及癌变的细胞。 【变式探究】在应用农杆菌侵染植物叶片获得转基因植株的常规实验步骤中，不需要的是()A.用携带目的基因的农杆菌侵染植物细胞B.用选择培养基筛选导入目的基因的细胞C.用聚乙二醇诱导转基因细胞的原生质体融台D.用适当比例的生长素和细胞分裂素诱导愈伤组织生芽解析农杆菌侵染细菌是基因工程中常常用到的把目的基因导入植物细胞的方法，A正确；目的基因是否导入了细胞，需要在选择培养基上进行筛选，B正确；在植物细胞组织培养的过程中，需要调整培养基中生长素和细胞分裂素的比例，来达到对其脱分化和再分化的控制，D正确；在农杆菌侵染植物细胞的过程中并没有涉及到原生质体的融合，所以C错误。答案C【变式探究】DHA对脑神经发育至关重要。以A、B两种单细胞真核藻为亲本，利用细胞融合技术选育高产DHA融合藻。两种藻特性如下表。亲本藻优势代谢类型固体培养基上藻落直径A藻自养0.06小0.7B藻异养0.14大无据表回答：(1)选育的融合藻应具有A藻_与B藻_的优点。(2)诱导融合前需用纤维素酶处理两种藻，其目的是获得_。(3)通过以下三步筛选融合藻，步骤_可淘汰B藻，步骤_可淘汰生长速率较慢的藻落，再通过步骤_生产所需的融合藻。步骤a：观察藻落的大小步骤b：用不含有机碳源(碳源生物生长的碳素来源)的培养基进行光照培养步骤c：测定DHA含量(4)以获得的融合藻为材料进行甲、乙、丙三组试验，结果如下图。甲组条件下，融合藻产生H的细胞器是_；丙组条件下产生ATP的细胞器是_。与甲、丙两组相比，乙组融合藻生长速率较快，原因是在该培养条件下_。甲、乙两组DHA产量均较高，但实际生产中往往采用甲组的培养条件，其原因是_。解析本题综合考查植物体细胞杂交技术及相关细胞器的功能等相关知识，考查识记能力、理解能力、应用能力及实验探究能力。难度较小。(1)根据表中两种藻的特性可知，A藻具有产生DHA、自养特性的优点，B藻具有快速增长的优点，选育的融合藻应该具有两种藻的优点。(2)由于植物细胞具有细胞壁，影响了原生质体的融合，所以在融合前，需用纤维素酶和果胶酶处理，以获得原生质体。(3)从题中信息可以看出，是通过培养过程的观察和测定DHA进行筛选的。在培养过程中，在无机物选择培养基中不能生长的是B藻，淘汰B藻，生长比较慢的是A藻，最后再通过测定DHA含量获得所需的融合藻。(4)甲组条件是光照下，培养基中含有无机物，该条件下融合藻既可以进行呼吸作用也可以进行光合作用，产生H的细胞器有线粒体和叶绿体；而在丙组黑暗条件下，培养基中含有葡萄糖，该条件下融合藻只进行呼吸作用，产生ATP的细胞器只有线粒体。乙组条件有光照，培养基中又含有有机物葡萄糖，融合藻既能光能自养又能异养，所以融合藻生长速度较快；与乙组相比甲组中不需要添加葡萄糖可降低成本，同时甲组的培养基中不含有机物，杂菌无法生长，所以在实际生产中往往采用甲组的培养条件。答案(1)产生DHA、自养特性快速增长(2)原生质体(3)bac(4)线粒体、叶绿体线粒体融合藻既能光能自养又能异养融合藻利用光能和简单的无机物能较快生长，不需要添加葡萄糖，既可降低成本，也可防止杂菌生长【变式探究】甲、乙是染色体数目相同的两种二倍体药用植物，甲含有效成分A，乙含有效成分B。某研究小组拟培育同时含有A和B的新型药用植物。回答下列问题：(1)为了培育该新型药用植物，可取甲和乙的叶片，先用_酶和_酶去除细胞壁，获得具有活力的_，再用化学诱导剂诱导二者融合，形成的融合细胞进一步培养形成_组织，然后经过_形成完整的杂种植株。这种培育技术称为_。(2)上述杂种植株属于多倍体，多倍体是指_，假设甲与乙有性杂交的后代是不育的，而上述杂种植株是可育的，造成这种差异的原因是_。(3)这种杂种植株可通过制作人工种子的方法来大量繁殖。经植物组织培养得到的_等材料用人工薄膜包装后可得到人工种子。答案(1)纤维素果胶原生质体愈伤再分化(或分化)植物体细胞杂交技术(2)体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体(其他合理答案也可)在减数分裂过程中，前者染色体联会异常，而后者染色体联会正常(其他合理答案也可)(3)胚状体、不定芽、顶芽、腋芽(答对其中一个即可)题型四动物细胞工程例4. （2017年新课标卷，38）编码蛋白甲的DNA序列（序列甲）由A、B、C、D、E五个片段组成，编码蛋白乙和丙的序列由序列甲的部分片段组成，如图1所示。 回答下列问题：（1）现要通过基因工程的方法获得蛋白乙，若在启动子的下游直接接上编码蛋白乙的DNA序列（TTCGCTTCTCAGGAAGGA），则所构建的表达载体转入宿主细胞后不能翻译出蛋白乙，原因是_。（2）某同学在用PCR技术获取DNA片段B或D的过程中，在PCR反应体系中加入了DNA聚合酶、引物等，还加入了序列甲作为_，加入了_作为合成DNA的原料。（3）现通过基因工程方法获得了甲、乙、丙三种蛋白，要鉴定这三种蛋白是否具有刺激T淋巴细胞增殖的作用，某同学做了如下实验：将一定量的含T淋巴细胞的培养液平均分成四组，其中三组分别加入等量的蛋白甲、乙、丙，另一组作为对照，培养并定期检测T淋巴细胞浓度，结果如图2。由图2 可知，当细胞浓度达到a时，添加蛋白乙的培养液中T淋巴细胞浓度不再增加，此时若要使T淋巴细胞继续增殖，可采用的方法是_。细胞培养过程中，培养箱中通常要维持一定的CO2浓度，CO2的作用是_。仅根据图、图2可知，上述甲、乙、丙三种蛋白中，若缺少_（填“A”“B”“C”“D”或“E”）片段所编码的肽段，则会降低其刺激T淋巴细胞增殖的效果。【答案】（1）编码乙的DNA序列起始端无ATG，转录出的mRNA无起始密码子（2）模板 dNTP（3）进行细胞传代培养 维持培养液是的pH C【变式探究】（2016新课标2卷.40)下图表示通过核移植等技术获得某种克隆哺乳动物（二倍体）的流程。回答下列问题：（1）图中A表示正常细胞核，染色体数为2n，则其性染色体的组成可为_。过程表示去除细胞核，该过程一般要在卵母细胞培养至适当时期再进行，去核时常采用_的方法。代表的过程是_。（2）经过多次传代后，供体细胞中_的稳定性会降低，因此，选材时必须关注传代次数。（3）若获得的克隆动物与供体动物性状不完全相同，从遗传物质的角度分析其原因是_。（4）与克隆羊“多莉（利）”培养成功一样，其他克隆动物的成功获得也证明了_。【答案】（15分）（1）XX或XY 显微操作（去核法） 胚胎移植（2）遗传物质 （3）卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的形状产生影响（4）已经分化的动物体细胞核具有全能性。 【解析】（1）提供体细胞的供体可能为雌性，也可能为雄性，因此图中A（正常细胞核）的性染色体组成为XX或XY。常采用显微操作去核法来去除卵母细胞的细胞核。过程表示将早期胚胎移入受体，即胚胎移植。（2）取供体动物的体细胞培养，一般选用传代10代以内的细胞，因为10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型，保证供体细胞正常的遗传基础。超过10代继续培养，供体细胞中遗传物质（或核型）的稳定性会降低。 （3）克隆动物的细胞核基因来自供体，因此大部分性状与供体相同，但细胞质基因来源于受体（或提供卵母细胞的个体），即卵母细胞的细胞质中的遗传物质会对克隆动物的性状产生影响，这就决定了克隆动物的性状与供体不完全相同。（4）克隆动物的培育采用的是核移植技术，核移植技术的原理是：已经分化的动物体细胞核具有全能性。【变式探究】下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是()A.连续细胞系的细胞大多具有二倍体核型B.某些癌细胞在合适条件下能逆转为正常细胞C.由多个祖细胞培养形成的细胞群为一个克隆D.未经克隆化培养的细胞系细胞具有相同的性状解析连续细胞系的细胞其核型已发生改变，A项错误；一个祖细胞培养形成的细胞群才为一个克隆，C项错误；未经克隆化培养的细胞系细胞可能是不同细胞分裂形成的，其性状可能不同，D项错误。答案B【变式探究】实验小鼠皮肤细胞培养(非克隆培养)的基本过程如图所示。下列叙述错误的是()A.甲过程需要对实验小鼠进行消毒B.乙过程对皮肤组织可用胰蛋白酶消化C.丙过程得到的细胞大多具有异倍体核型D.丁过程得到的细胞具有异质性答案C【变式探究】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)，结果如下图所示。若要制备杂交瘤细胞，需取免疫后小鼠的免疫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16 000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_。答案(1)4YY小鼠的抗体效价最高(2)B淋巴细胞相互融合形成的细胞，骨髓瘤细胞相互融合形成的细胞细胞融合是随机的，且融合率达不到100%(3)1100(4)不能无限增殖【变式探究】Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图：(1)步骤中，在核移植前应去除卵母细胞的_。(2)步骤中，重组胚胎培养到_期时，可从其内细胞团分离出ES细胞。(3)步骤中，需要构建含有基因Rag2的表达载体。可以根据Rag2基因的_设计引物，利用PCR技术扩增Rag2基因片段。用Hind和Pst限制酶分别在片段两侧进行酶切获得Rag2基因片段。为将该片段直接连接到表达载体，所选择的表达载体上应具有_酶的酶切位点。(4)为检测Rag2基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞的_，用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。答案(1)细胞核(2)囊胚(3)核苷酸序列Hind和Pst(4)蛋白质题型五、胚胎工程及其应用【例5】（2018江苏卷，10）下列关于采用胚胎工程技术实现某良种肉用牛快速繁殖的叙述，正确的是（）A采取激素注射等方法对良种母牛作超数排卵处理B体外培养发育到原肠胚期的胚胎即可进行移植C使用免疫抑制剂以避免代孕牛对植入胚胎的排斥反应D利用胚胎分割技术，同卵多胎较同卵双胎成功率更高【答案】A【解析】用促性腺激素对良种奶牛进行注射处理，可促使其超数排卵，A正确；进行移植的胚胎是桑椹胚或囊胚，B错误；受体对移植的胚胎几乎不发生免疫排斥反应，因此无需使用免疫抑制剂，C错误；利用胚胎分割技术，同卵双胎较同卵多胎成功率更高，D错误。【变式探究】（2017年江苏卷，14）下列关于小鼠体外受精及胚胎发育的叙述，错误的是（）A精子在获能液中于37、5% CO2条件下培养的目的是使精子获能B小鼠在特定光控周期条件下饲养，注射相关激素有促进超数排卵的作用C分割的胚胎细胞有相同的遗传物质，因此发育成的个体没有形态学差异D注射到囊胚腔中的胚胎干细胞可以参与个体器官的发育【答案】C【解析】精子在获能液中于37 、5% CO2条件下培养，可使精子获能，A正确；给小鼠注射促性腺激素可促进其超数排卵，B正确；分割的胚胎细胞具有相同的遗传物质，但发育过程中基因突变或环境因素影响等，最终发育成的个体可能会有形态学差异，C错误