5.生物与环境2025年高考总复习优化设计二轮专题生物Y课后习题大题分析与表达练含答案

2025年高考总复习优化设计二轮专题生物Y课后习题大题分析与表达练含答案5.生物与环境(分值:46分)学生用书P255

1.(2024·福建龙岩二模)(12分)轮叶黑藻和穗花狐尾藻是沉水植物,净水能力强、易存活,常用于水体富营养化的治理。回答下列问题。(1)水体富营养化是由水体中N、P等物质富集,引起蓝细菌、绿藻等大量繁殖,这对水中的动、植物会造成严重危害,造成危害的原因是。发生富营养化的水体可引入轮叶黑藻、穗花狐尾藻等进行控制。在引种植物时应充分调研引种植物在原生地的生态位,调研角度有(答两点)。引种时还需遵循自生原理,通过合理布设,使引入的轮叶黑藻和穗花狐尾藻与本地植物之间形成的关系。

(2)福寿螺是一种食量大、繁殖能力强的外来入侵物种。研究人员就福寿螺入侵后,对轮叶黑藻、穗花狐尾藻生长的影响,进而导致水质的变化进行了探究。在培养有轮叶黑藻和穗花狐尾藻的水槽中放入福寿螺,测量两种植物生物量的变化,结果如图。①据图(填“能”或“不能”)说明福寿螺更偏好取食轮叶黑藻,依据是。

②福寿螺对藻类种群密度的影响属于(填写“密度”或“非密度”)制约因素。

(3)调查发现,在大蒜种植区域内,福寿螺的种群密度很低,具有逃离倾向。有人认为是大蒜分泌的大蒜素能杀死福寿螺,请以大蒜素为材料,设计实验来探究此观点(写出实验思路即可):

。

答案(1)大量浮游生物会遮盖水面,导致部分水生植物因长期光照不足而死亡;同时会导致水体中的溶氧量降低,导致水生动物缺氧死亡出现频率、种群密度、植株高度、与其他物种的关系(或种间关系)互利共生(2)①能加入福寿螺后,轮叶黑藻生物量下降的幅度更大,且(最终)会低于穗花狐尾藻的生物量②密度(3)将福寿螺均分为两组培养,一组加入大蒜素,一组加入等量清水,一段时间后观察对比两组福寿螺的成活率解析(1)水体富营养化是由水体中N、P等物质富集,引起蓝细菌、绿藻等大量繁殖,这对水中的动、植物会造成严重危害,主要原因是大量浮游生物会遮盖水面,导致部分水生植物因长期光照不足而死亡;同时会导致水体中的溶氧量降低,导致水生动物缺氧死亡。在引种植物时应充分调研引种植物在原生地的生态位,调研角度有出现频率、种群密度、植株高度、与其他物种的关系(或种间关系)等。引种时还需遵循自生原理,通过合理布设,使引入的轮叶黑藻和穗花狐尾藻与本地植物之间形成互利共生的关系。(2)①加入福寿螺后,轮叶黑藻的生物量明显下降,但是穗花狐尾藻的生物量下降不明显,说明福寿螺偏好取食轮叶黑藻。②有些因素的作用强度是随种群密度的变化而变化的,这些因素称为密度制约因素。福寿螺取食藻类,所以福寿螺对藻类种群密度的影响属于密度制约因素。(3)要探究大蒜分泌的大蒜素能否杀死福寿螺,实验的自变量是有无大蒜素,因变量是福寿螺是否死亡。故实验基本思路为:将福寿螺均分为两组培养,一组加入大蒜素,一组加入等量清水,一段时间后观察对比两组福寿螺的成活率。2.(2024·广东广州二模)(9分)海草床生态系统具有巨大的碳储潜力,其中的有机碳大部分存储于沉积物,被称为沉积物有机碳。近年来,海草床急剧衰退,其沉积物有机碳储存潜力下降,海草床生态系统从吸收CO2的“碳汇”转变为排放CO2的“碳源”。下图是海草床退化导致碳损失的示意图。回答下列问题。海草床退化导致碳损失示意图(1)海草床作为海洋生物育幼、觅食和庇护的场所,可为水生动物提供。科研工作者要研究海草床中动物的生态位,需要研究其

。

(2)全球碳循环是指碳在之间循环往复运动的过程。人类活动干扰水体并造成水体富营养化,从而影响海草床的碳存储功能,原因是

。

(3)从生态工程的角度出发,提出适用于海草床修复的两条措施:。

答案(1)食物和栖息空间栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等(2)生物群落和无机环境水体富营养化会使藻类暴发,使水体中的光照强度减弱,从而导致海草床的光合作用减弱,影响海草床的碳存储功能(3)禁止过度开发海岸线、禁止随意采摘海草和捕捞鱼虾、加强海草床检测、建立海草床自然保护区等(合理即可)解析(1)海草床可为水生动物提供食物和栖息空间;要研究海草床中动物的生态位,需要研究其栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。(2)碳循环是指碳在生物群落和无机环境之间循环往复运动的过程;水体富营养化会使藻类暴发,使水体中的光照强度减弱,从而导致海草床的光合作用减弱,影响海草床的碳存储功能。(3)在海草床的修复过程中,可采取的措施有:禁止过度开发海岸线、禁止随意采摘海草和捕捞鱼虾、加强海草床检测、建立海草床自然保护区等。3.(2024·河北邢台二模)(16分)2022年我国成功举办了《湿地公约》第十四届缔约方大会,向世界展示了我国生态文明建设的成果。人类的生产、生活同湿地有着密切联系,但目前一些河流、湖泊等仍然面临严峻的生态问题。回答下列问题。图1图2(1)图1表示某湖泊中部分生物的食物关系,鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类与轮虫、枝角类等浮游动物之间的种间关系包括。

(2)图2表示该湖泊中部分营养关系(图中的数值表示能量的相对值),其中A表示的能量去向是,a的数值是,能量在Ⅰ、Ⅱ两个营养级间的传递效率约为(保留整数)。如果人类对该生态系统利用强度较大,应给予的投入,以保证内部结构和功能的稳定。

(3)水体富营养化会引起蓝细菌的爆发性增殖,其中微囊蓝细菌会分泌毒素引起一系列生态问题。生态学家提出“投放一定数量的肉食性鱼类”的经典治理方案,该方案可抑制蓝细菌数量增长的机理是

。

(4)为了提高经典治理蓝细菌方案的效果,科学家又提出第二种方案:“投放一定数量的滤食性鱼类”。图3表示在放养一定数量鲢鱼后的相关实验结果(用高氮、低氮模拟水体污染程度)。图3①高氮实验条件下,浮游动物优势物种发生了改变,造成该变化的原因可能是

。

②根据实验数据分析,放养一定数量的鲢鱼在条件下对经典治理方案促进作用更明显。

答案(1)捕食和种间竞争(2)流向分解者1518.83%相应的物质和能量(3)肉食性鱼类捕食滤食性鱼类,导致浮游动物数量增加,可以大量捕食藻类,从而抑制藻类数量的增加(4)(高氮条件下)鲢鱼对枝角类的捕食较多低氮解析(1)由图1可知,鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类,轮虫、枝角类等浮游动物均会捕食蓝细菌、绿藻等,形成了种间竞争关系,而鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类会捕食轮虫、枝角类等浮游动物,形成了捕食关系,所以滤食性鱼类和浮游动物之间的种间关系包括捕食和种间竞争。(2)由图2可知,Ⅰ同化的能量=呼吸作用消耗的能量+产品输出的能量+流入下一营养级的能量+流入分解者的能量,其中a表示的能量去向是流向分解者的能量,由公式计算出Ⅰ流向下一营养级的能量=3.6+2.3+20.8+40.1=66.8,a=Ⅰ同化的能量-呼吸作用消耗的能量-产品输出的能量-流入下一营养级的能量=(2200+44.4)-21.5-637.3-66.8=1518.8。能量在Ⅰ、Ⅱ两个营养级间的传递效率为66.8/(2200+44.4)×100%≈3%。如果人类对该生态系统利用强度较大,应给予相应的物质和能量的投入,以保证内部结构和功能的稳定。(3)生态学家提出“投放一定数量的肉食性鱼类”的经典治理方案,该方案可抑制蓝细菌数量增长的机理是肉食性鱼类捕食滤食性鱼类,导致浮游动物数量增加,可以大量捕食藻类,从而抑制藻类数量的增加。(4)由图3可知,高氮组随着培养天数的增加,桡足类的数量在增加,枝角类的数量在减少,说明优势物种由枝角类变成桡足类,可能是因为高氮条件下鲢鱼对枝角类的捕食较多。根据实验数据分析,在低氮的条件下,蓝细菌数量降得更低,所以放养一定数量的鲢鱼在低氮条件下对经典治理方案的促进作用更明显。4.(2024·广东三模)(9分)DDT是一种不易被分解的有机类杀虫剂,是最常见的环境污染物之一。研究人员对某海域及三类生物体内的DDT含量进行了相关调查,结果如图。回答下列问题。(1)鱼类属于生态系统组成成分中的,能加快生态系统的。

(2)虾类同化的能量有两个去向

。

图中鱼类可能处于该海域三类生物中的最高营养级,判断依据是

。

(3)实验结果说明,生物体对DDT具有作用,该现象具有全球性,原因是。

答案(1)消费者物质循环(2)通过呼吸作用以热能的形式散失,其余用于自身生长、发育和繁殖等生命活动DDT在生物体内的浓度沿食物链不断升高,图中三类生物体内的DDT平均含量由小到大为软体类、虾类、鱼类,说明鱼类的营养级最高(3)富集DDT可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地解析(1)鱼类作为生态系统中的消费者,能加快生态系统的物质循环。(2)某营养级的同化量一方面通过呼吸作用以热能的形式散失,其余用于自身生长、发育和繁殖等生命活动。含有DDT的生物被更高营养级的动物捕食,DDT就会沿着食物链逐渐在生物体内富集,最终积累在食物链的顶端,图中三类生物体内的DDT平均含量大小为虾类、软体类小于鱼类,DDT在生物体内的浓度沿食物链不断升高,因此,鱼类可能处于该海域三类生物中的最高营养级。(3)海水中的DDT平均含量均低于三类生物体内,且鱼类体内的DDT平均含量最高,说明生物体对DDT具有富集作用。由于DDT可以通过大气、水和生物迁移等途径扩散到世界各地,因此,这种现象具有全球性。6.生物技术与工程(分值:82分)学生用书P257

1.(2024·内蒙古包头三模)(13分)海洋石油污染正引起广泛关注,利用基因工程菌进行生物降解具有巨大的应用潜力。P450是石油降解的关键酶,科研人员将获得的P450基因与质粒重组,构建基因表达载体,导入土著菌种Y9,获得了基因工程菌P450/Y9。回答下列问题。(1)实验室培养微生物离不开培养基,而培养基中主要的四大类营养物质是,常用的接种方法有(答出两种即可)。

(2)微生物培养最基本的要求是无菌操作,下列对培养基、接种环、双手、牛奶所采用的灭菌消毒方法的正确顺序依次是(填序号:①化学消毒、②高压蒸汽灭菌、③灼烧灭菌、④巴氏消毒法)。

(3)为进一步探究并比较P450/Y9和Y9两个菌株在不同条件下降解石油的能力,研究人员选用两种培养基(成分如下表)进行了如下实验:培养基类型成分培养基ⅠK2HPO4、MgSO4、NH4NO3、石油培养基ⅡK2HPO4、MgSO4、石油步骤一,将P450/Y9、Y9两个菌株分别接种在两液体培养基Ⅰ中,得到P450/Y9、Y9菌液。步骤二,另取培养基Ⅰ、Ⅱ,添加琼脂分别制成平板Ⅰ、Ⅱ。在平板Ⅰ上制作两个直径相等的孔,标号ⅠA、ⅠB,平板Ⅱ也进行同样的操作,两个孔分别标号ⅡA、ⅡB。步骤三,将等量等浓度的P450/Y9菌液、Y9菌液分别接种到平板Ⅰ的ⅠA、ⅠB,平板Ⅱ也进行同样的操作。步骤四,相同且适宜条件下培养一段时间,记录平板Ⅰ、Ⅱ的透明圈大小如下表:平板平板Ⅰ平板Ⅱ菌株ⅠAⅠBⅡAⅡB透明圈大小+++++++-注:“+”表示有透明圈,“+”越多表示透明圈越大,“-”表示无透明圈。①培养基Ⅰ和培养基Ⅱ中提供碳源的都是。

②本实验的自变量是,平板上出现透明圈的原因是。

③本实验可以得出的结论是

。

答案(1)碳源、氮源、无机盐和水平板划线法和稀释涂布平板法(2)②③①④(3)①石油②培养基的成分和菌株的类型细菌将平板中的石油分解③在有氮源的培养基上,P450/Y9菌株降解石油的能力高于Y9菌株;在无氮源的培养基上,Y9菌株无降解石油的能力,P450/Y9菌株降解石油的能力减弱解析(1)培养基中主要的四大类营养物质是碳源、氮源、无机盐和水,常用的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法。(2)培养基要进行②高压蒸汽灭菌;接种环进行③灼烧灭菌;双手进行①化学消毒;牛奶采用④巴氏消毒法进行消毒。(3)实验目的为探究并比较P450/Y9和Y9两个菌株在不同条件下降解石油的能力。①培养基Ⅰ和培养基Ⅱ中提供碳源的都是石油。②本实验中人为改变的变量是培养基的成分和菌株的类型,所以培养基的成分和菌株的类型是本实验的自变量。由于细菌将平板中的石油分解,则在平板上出现透明圈。③培养基Ⅰ和培养基Ⅱ的区别就是培养基Ⅰ有氮源,培养基Ⅱ没有氮源,所以根据本实验中透明圈的大小可以判断在有氮源的培养基上,P450/Y9菌株降解石油的能力高于Y9菌株;在无氮源的培养基上,Y9菌株无降解石油的能力,但P450/Y9菌株降解石油的能力减弱。2.(2024·广东广州二模)(10分)癌症的免疫疗法通过重新激活抗肿瘤的免疫细胞,克服肿瘤的免疫逃逸,科研人员在不断研究中发现多种免疫治疗方法的结合是提高治疗效果的途径之一。请回答下列问题。图1图2(1)免疫系统能够识别和清除突变的细胞,这体现了免疫系统的功能。

(2)由于基因突变,癌细胞表面物质发生改变,如某些种类癌细胞表面高表达膜蛋白PSMA和PD-L1。图1中PD-L1能抑制T细胞的活化,使癌细胞发生免疫逃逸。临床上可利用PD-1的单克隆抗体进行癌症治疗,据图1推测,其原因是

。

(3)CD28是T细胞表面受体,T细胞的有效激活依赖于CD28在癌细胞与T细胞结合部位的聚集。因此,科研人员尝试构建既能结合PSMA又能结合CD28的双特异性抗体PSMA×CD28,诱导T细胞定向杀伤癌细胞,如图2所示。制备过程:先将分别注射到小鼠体内,分离出B淋巴细胞,诱导其与小鼠的骨髓瘤细胞融合,筛选得到,再诱导两种细胞融合。成功融合的细胞会表达两种L链和两种H链,由于会产生多种抗体,因此还需进行筛选,才能获得所需的双特异性抗体PSMA×CD28。

(4)科研人员将癌细胞和T细胞共同培养,加入不同抗体,比较不同抗体对T细胞活化的作用。实验各组由活化T细胞产生的细胞因子IL-2含量如图3所示,实验结果说明

。

图3答案(1)免疫监视(2)PD-1的单克隆抗体与PD-1结合,阻断了PD-1和PD-L1的结合,避免PD-L1抑制T细胞的活化(3)PSMA、CD28两种杂交瘤细胞L链和H链随机组合(4)PSMA×CD28和PD-1单抗联合使用能够显著激活T细胞,且在一定范围内激活作用随PSMA×CD28浓度的增加而增强;单独使用PSMA×CD28或PD-1单抗都不能显著激活T细胞(合理即可)解析(1)免疫系统能够识别和清除突变的细胞,这体现了免疫系统的免疫监视功能。(2)图1中癌细胞表面的PD-L1和T细胞表面的PD-1结合,抑制T细胞的活化。PD-1的单克隆抗体与PD-1特异性结合,阻断了PD-L1和PD-1的结合,避免PD-L1抑制T细胞的活化。(3)制备双特异性抗体PSMA×CD28,则抗原是CD28和PSMA,将两种物质分别注射到小鼠体内,分离出两类B淋巴细胞,将这两类B淋巴细胞分别和小鼠的骨髓瘤细胞融合,形成杂交瘤细胞,再诱导杂交瘤细胞融合。成功融合的细胞会表达两种L链和两种H链,所需的双特异性抗体PSMA×CD28是特定的L链和H链结合形成的,由于L链和H链随机组合,因此还需要进行筛选,才能获得所需的抗体。(4)分析图3可知,自变量是抗体种类,PSMA×CD28+PD-1单抗联合使用能够显著激活T细胞,且在一定范围内激活作用随PSMA×CD28浓度的增加而增强;单独使用PSMA×CD28或PD-1单抗都不能显著激活T细胞。3.(2024·广东佛山二模)(13分)“中中”和“华华”克隆猴的成功培育标志着我国非人灵长类疾病动物模型研究处于国际领先水平。“中中”和“华华”的克隆流程如图1所示,回答下列问题。图1(1)图1中的细胞a是,操作①是指。克隆猴的关键技术是,具体手段是将体细胞与去核细胞混合,用灭活的仙台病毒短暂处理,灭活的仙台病毒的作用是。

(2)科研人员发现:对灵长类动物供体细胞核进行表观遗传修饰,激活重构胚分化潜能调控基因A的表达,是克隆成功的关键。研究表明染色体组蛋白H3动态可逆地被修饰酶所改变,从而调控基因A的表达,如图2所示。为了激活基因A的表达,研究人员将组蛋白H3去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入重构胚,同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理重构胚。图2据图2分析,给重构胚注入Kdm4d的mRNA来促进基因A表达的机理是

;

TSA可以抑制的活性,(填“提高”或“降低”)组蛋白的乙酰化水平,进而促进基因A的表达。

(3)某人类药物研究过程中,在进行人体临床试验前需要进行动物临床试验。运用上述克隆手段得到大批亲代相同的克隆猴,用其代替小鼠进行动物临床试验具有显著优势,具体表现在

(请写出两点)。答案(1)卵母细胞胚胎移植核移植技术促进动物细胞融合(2)Kdm4d可以表达组蛋白去甲基化酶,降低H3组蛋白的甲基化水平,进而促进基因A的表达组蛋白脱乙酰酶提高(3)短期培育出排异反应小的器官移植供体,对个体生长发育机制的研究、疾病致病机制的研究、疾病模式动物的获得、新药的研发等具有重要意义解析(1)图1中的细胞a是卵母细胞,操作①是指胚胎移植。核移植技术是克隆猴的关键技术,具体手段是将体细胞与去核细胞混合,用灭活的仙台病毒短暂处理,此时灭活的仙台病毒的作用是促进动物细胞融合,获得重构胚。(2)Kdm4d是组蛋白去甲基化酶,则Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶,降低H3组蛋白的甲基化水平,进而促进基因A的表达。TSA是组蛋白脱乙酰酶抑制剂,可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用,提高组蛋白的乙酰化水平,进而促进基因A的表达。(3)某人类药物研究过程中,在进行人体临床试验前需要进行动物临床试验。运用上述克隆手段得到大批亲代相同的克隆猴,用其代替小鼠进行动物临床试验具有显著优势,具体表现在短期培育出排异反应小的器官移植供体,对个体生长发育机制的研究、疾病致病机制的研究、疾病模式动物的获得、新药的研发等具有重要意义。4.(2024·湖南怀化二模)(12分)抗菌肽是一类具有广谱抗菌、抗病毒等功能的小分子多肽,细菌不易对其产生耐药性且无残留等,被认为是理想的抗生素替代品。为了突破抗菌肽在畜禽养殖业广泛应用的瓶颈,我国研究人员运用小分子泛素蛋白(SUMO)融合技术将含有重组抗菌肽LLv基因的质粒导入大肠杆菌,表达融合蛋白SUMO-LLv,并优化了表达条件,从而能高效获得重组抗菌肽LLv。所用质粒含有卡那霉素抗性基因(KanR)、LacZ基因及SacⅠ、XhoⅠ酶切位点等,其结构和构建重组质粒的过程如图1所示。据此分析回答以下问题。图1图2注:LacZ基因编码产生的β-半乳糖苷酶可以分解X-gal产生蓝色物质,使菌落呈现蓝色;否则菌落为白色。(1)扩增LLv基因时,PCR反应体系中含有的酶有;已知该基因序列不含图1中限制酶的识别序列,为了使其能与已被酶切的质粒连接,需根据设计引物。

(2)LLv基因以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5'→3'。该基因内部没有SacⅠ、XhoⅠ这两种酶切位点。图1中酶切位点1和2所对应的酶分别是。

(3)将重组质粒导入大肠杆菌时,需用CaCl2处理大肠杆菌,其目的是

。

(4)为了将成功导入重组质粒的大肠杆菌筛选出来,甲同学在添加了卡那霉素、X-gal等成分的培养基中进行接种,结果如图2,该同学采用的接种方法是。图2中出现的菌落即成功导入重组质粒的大肠杆菌菌落,判断的理由是

。

答案(1)耐高温的DNA聚合酶LLv基因两端的部分核苷酸序列和SacⅠ、XhoⅠ的识别序列(2)XhoⅠ、SacⅠ(二者顺序不可调换)(3)使大肠杆菌变为感受态细胞,便于从周围环境吸收DNA分子(4)稀释涂布平板法白色目的基因(或LLv基因)的插入破坏了LacZ基因的结构,使其不能正常表达形成β-半乳糖苷酶,不能分解底物X-gal产生蓝色物质解析(1)PCR技术的基本原理是在模板DNA、引物和四种脱氧核糖核苷酸存在下,依赖于TaqDNA聚合酶的酶促合成反应,即扩增LLv基因时,PCR反应体系中含有的酶有耐高温的DNA聚合酶。PCR过程需要两种引物,能分别与目的基因两条链的3'-端通过碱基互补配对结合。目的基因需要与质粒进行连接,但已知LLv基因序列不含图1中限制酶(SacⅠ、XhoⅠ)的识别序列,为了使LLv基因能与被酶切的质粒连接,需要根据LLv基因两端的部分核苷酸序列和SacⅠ、XhoⅠ的识别序列设计引物。(2)LLv基因以a链为转录模板链,转录时mRNA自身的延伸方向为5'→3',DNA模板被转录方向是从3'→5',即图1中酶切位点1对应的酶为XhoⅠ,酶切位点2对应的酶为SacⅠ。(3)将目的基因导入微生物细胞,常用Ca2+处理微生物,使微生物细胞处于感受态,便于从外界环境吸收DNA分子。(4)分析菌落分布可知,采用的接种方法是稀释涂布平板法。为了将成功导入重组质粒的大肠杆菌筛选出来,甲同学在添加了卡那霉素、X-gal等成分的培养基中进行接种,目的基因(LLv基因)的插入破坏了LacZ基因的结构,使其不能正常表达形成β-半乳糖苷酶,底物X-gal不会被分解,不能产生蓝色物质使菌落为白色,因此图2中出现的白色菌落即成功导入重组质粒的大肠杆菌菌落。5.(2024·安徽卷)(11分)丁二醇广泛应用于化妆品和食品等领域。兴趣小组在已改造的大肠杆菌中引入合成丁二醇的关键基因X,以提高丁二醇的产量。回答下列问题。(1)扩增X基因时,PCR反应中需要使用TaqDNA聚合酶,原因是

。

(2)使用BamHⅠ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因,连接后转化大肠杆菌,并涂布在无抗生素平板上(如图)。在此基础上,进一步筛选含目的基因菌株的实验思路是

。

(3)研究表明,碳源和氮源的种类、浓度及其比例会影响微生物生长和发酵产物积累。如果培养基中碳源相对过多,容易使其氧化不彻底,形成较多的,引起发酵液pH下降。兴趣小组通过单因子实验确定了木薯淀粉和酵母粉的最适浓度分别为100g·L-1和15g·L-1。在此基础上,设置不同浓度的木薯淀粉(90g·L-1、100g·L-1、110g·L-1)和酵母粉(12g·L-1、15g·L-1、18g·L-1)筛选碳源和氮源浓度的最佳组合,以获得较高发酵产量,理论上应设置(填数字)组实验(重复组不计算在内)。

(4)大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时,温度会升高,其原因是

。

(5)发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后,再经,最终获得发酵产品。

答案(1)在PCR反应中,需要利用高温使DNA双链解旋,普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活,而TaqDNA聚合酶能够耐高温,在高温条件下依然具有活性(2)在平板中添加氯霉素,再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中,在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成(3)乳酸或有机酸9(4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量热量,且搅拌也会产热(5)提取、分离、纯化解析(1)在PCR反应中,变性的温度需要90℃以上,目的是利用高温使DNA双链解旋,普通的DNA聚合酶在高温下会变性失活,而TaqDNA聚合酶能够耐高温,在高温条件下依然具有活性,因此扩增X基因时,PCR反应中需要使用TaqDNA聚合酶。(2)据图可知,使用BamHⅠ和SalⅠ限制酶处理质粒和X基因,四环素抗性基因被破坏,氯霉素抗性基因被保留,因此能在含氯霉素的培养基中生存,不能在含四环素的培养基中生存的大肠杆菌即是含目的基因的菌株,因此实验思路为:在平板中添加氯霉素,再将在含氯霉素的培养基中生长的菌落利用影印法影印到添加四环素的培养基中,在含有四环素的培养基中不能正常生长的菌落由导入目的基因的菌株形成。(3)碳源是微生物生长所需的主要能量来源,而氮源则是构成细胞物质和合成蛋白质、核酸等生物大分子的基本原料。当培养基中碳源相对过多时,微生物可能会优先利用碳源进行能量代谢,而氮源的消耗相对较慢。这会导致碳源氧化不完全,形成较多的乳酸或有机酸。这些乳酸或有机酸会在溶液中解离,使发酵液的pH下降。要筛选碳源和氮源浓度的最佳组合,由于木薯淀粉浓度有3种,酵母粉浓度也有3种,因此理论上应设置3×3=9组实验。(4)大肠杆菌进行细胞呼吸时会释放大量能量,绝大多数以热能的形式释放,且搅拌也会产热,因此大肠杆菌在发酵罐内进行高密度发酵时,温度会升高。(5)发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产物的分离、提纯等方面。由于丁二醇是目的菌的代谢物,因此发酵工业中通过菌种选育、扩大培养和发酵后,再根据丁二醇的性质经提取、分离、纯化措施,最终可获得发酵产品。6.(2024·福建三明一模)(10分)表观遗传调节异常是肿瘤发生发展的重要因素之一,N6-甲基腺苷(m6A)是真核生物mRNA上最常见的一种修饰。研究发现,胃癌细胞中存在m6A去甲基化酶(ALKBH5)过表达和STC2(癌症相关基因)mRNA的m6A修饰水平降低的异常现象。科研人员利用基因工程技术实现ALKBH5基因沉默和STC2基因的过表达,以研究ALKBH5介导的m6A甲基化修饰对胃癌细胞迁移的影响(其中STC2基因的α链为转录的模板链)。研究人员分别用不同方式处理胃癌细胞,并测得胃癌细胞迁移标志蛋白含量如图3所示。图1图2图3注:A、B、C、D为四种引物序列;BamHⅠ、HindⅢ、SacⅠ为限制酶。(1)图1PCR反应体系中需加入4种dNTP、耐高温的DNA聚合酶、模板和,还需加入引物(选“A、B、C、D”)等。

(2)为达到图1目的需要对上述引物进行设计,你的设计思路是

。

(3)为确保扩增的准确性,设计的引物不能太短,太短会导致。

(4)据图2可知,应在培养基中添加来初步筛选含重组DNA分子的癌细胞。

(5)据图3可知,ALKBH5基因过表达导致。

答案(1)扩增缓冲液(或含Mg2+缓冲液)B、C(2)需要在引物C的5'端添加BamHⅠ识别序列和强启动子序列,在引物B的5'端添加SacⅠ识别序列(3)非特异性扩增(4)卡那霉素(5)STC2基因表达(转录)的mRNA去甲基化解析(1)图1PCR反应体系中需加入4种dNTP作为原料,还需要加入耐高温的DNA聚合酶(TaqDNA聚合酶)、模板和扩增缓冲液(或含Mg2+缓冲液),由于子链延伸时是从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸,因此引物需要连接在模板链的3'端,这样才能保证扩增的片段含有目的基因,据图1可知,还需加入引物B和C。(2)利用PCR扩增目的基因STC2时,引物使DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核苷酸,且STC2基因的α链为转录的模板链,由于形成的mRNA与模板链互补,且方向相反,并且形成mRNA时mRNA链的延伸是从5'→3',即图1中基因转录时由右向左进行,因此启动子应在引物C的5'端,即需要在引物C的5'端添加BamHⅠ识别序列和强启动子序列,在引物B的5'端添加SacⅠ识别序列。保证扩增的DNA片段用BamHⅠ和SacⅠ切割后形成的目的基因含有强启动子。(3)为确保扩增的准确性,设计的引物不能太短,因为太短会与多个位点结合,会导致非特异性扩增。(4)由图可知,由于潮霉素抗性基因被破坏,因此重组质粒的抗性基因是卡那霉素抗性基因,应在培养基中添加卡那霉素来初步筛选含重组DNA分子的癌细胞。(5)根据题意“胃癌细胞中存在m6A去甲基化酶(ALKBH5)过表达和STC2(癌症相关基因)mRNA的m6A修饰水平降低的异常现象”,并结合图示可知ALKBH5基因过表达导致STC2基因表达的mRNA去甲基化,进而导致STC2基因过表达而引起癌细胞迁移。7.(2024·广东深圳一模)(13分)番茄在种植过程中容易发生虫害。研究人员将双价抗虫载体转入番茄中,获得具有抗虫特性的转基因番茄。下图为所用载体的部分结构示意图,其中Bar为除草剂抗性基因,Cry1Ac为苏云金杆菌毒蛋白基因,Pta为半夏凝集素基因。注:LB和RB为T-DNA的左右边界。回答下列问题。(1)双价抗虫载体中的P1、P2和P3属于基因表达载体中的,其作用是。

(2)构建的载体通常用法转入番茄子叶中并进行植物组织培养,并在培养基中添加用于筛选转基因番茄。

(3)为验证Pta基因是否转入番茄基因组中,研究人员使用技术筛选转基因番茄中的Pta基因,再进行凝胶电泳鉴定,结果如图所示。

图中①为阳性对照,②为阴性对照,③为待测植株,试分析③中出现2条条带的可能原因:。

(4)对于成功转化的番茄植株还需进一步进行抗虫鉴定,研究人员选取3株阳性转基因番茄进行小菜蛾幼虫抗性实验,结果如下表。株系编号CK123幼虫致死率/%039.86.548.9注:CK表示对照组。由表中可知,株系2的幼虫致死率较低,推测原因可能是。

答案(1)启动子RNA聚合酶识别和结合的位点(2)农杆菌转化除草剂(3)PCR所使用的Pta引物特异性不高(4)抗虫基因在转基因番茄株系2中的表达水平比较低解析(1)双价抗虫载体中的P1、P2和P3位于基因的首端,属于基因表达载体中的启动子,启动子是转录的起点,是RNA聚合酶识别和结合的位点。(2)番茄为双子叶植物,常用农杆菌转化法将基因表达载体转入番茄子叶中并进行植物组织培养,基因表达载体中有除草剂抗性基因,可作为标记基因,可在培养基中添加除草剂用于筛选转基因番茄。(3)为验证Pta基因是否转入番茄基因组中,可使用PCR技术,筛选转基因番茄中的Pta基因,再进行凝胶电泳鉴定,若PCR过程中引物特异性不高,可能会出现多条条带,所以③中出现2条条带的原因可能是所使用的Pta引物特异性不高。(4)由表中数据可知,株系2的幼虫致死率较低,原因可能是抗虫基因在转基因番茄株系2中的表达水平比较低。7.实验设计与分析(分值:31分)学生用书P261

1.(2024·湖南长沙二模)(9分)黄粉虫,俗称面包虫,原是粮仓中常见的害虫,其幼虫含粗蛋白51%、脂肪28.5%,营养价值较高,常有人工饲养。中学生物实验中可用黄粉虫探究非生物因素的影响,生态学家常常用黄粉虫进行各种种群生态学实验。回答下列问题。(1)如果往饲养黄粉虫的容器里放一片面包,它们会聚集在面包片下面吃面包;如果把面包片翻过来,暴露在明处的黄粉虫会很快爬到面包片的下面。该实验控制的自变量是,可以初步得出的实验结论是

。

(2)生态学家将黄粉虫置于装有面粉的容器中进行实验,如图是两种具有捕食习性的黄粉虫在不同环境下的生长情况(图1表示甲、乙黄粉虫生活在装有面粉的容器内;图2表示在甲、乙黄粉虫生活的面粉中加入一些细玻璃管)。图1图2①上述实验中,黄粉虫的卵、幼虫、蛹和成虫都生活在面粉里,由上图可知两种黄粉虫之间的关系是。已知乙黄粉虫比甲黄粉虫小,在加入细玻璃管的情况下,甲、乙的种间关系的结果发生了变化,两种黄粉虫可以共存,请从生态位的角度予以解释:

。

②甲黄粉虫和乙黄粉虫放一起在装有面粉的容器内的时候,不论异种还是同种产下的卵,都会遭到成虫的捕食。斜吻棘头虫是一种寄生在这两种黄粉虫上的原生生物。图3是在没有寄生虫与有寄生虫的状况下,两种黄粉虫在共同饲养一段时间后的数量相对值。图3由图3可知,斜吻棘头虫对(填“甲”或“乙”)黄粉虫的抑制作用更强,斜吻棘头虫在生态系统中的成分是。综合图1、2、3可知,环境条件改变对生物种群数量变化有很大的影响,寄生对宿主种群数量变化的作用属于(填“密度制约”或“非密度制约”)因素。

答案(1)光黄粉虫喜欢生活在阴暗的环境(2)①种间竞争玻璃管为乙面包虫提供了隐蔽场所,甲、乙的生态位发生分化(重叠程度变小)②甲消费者密度制约解析(1)根据题干信息:如果往饲养黄粉虫的容器里放一片面包,它们会聚集在面包片下面吃面包;如果把面包片翻过来,暴露在明处的黄粉虫会很快爬到面包片的下面,可知该实验控制的自变量是光,可得到初步的实验结论是黄粉虫喜欢生活在阴暗的环境。(2)①图1表示甲、乙面包虫生活在装有面粉的容器内,甲面包虫的数量明显增多,而乙面包虫的数量没有增加,说明两种面包虫之间的关系是种间竞争关系;在不改变外界环境的情况下甲面包虫占优势。由于乙面包虫比甲面包虫小,在加入细玻璃管的情况下,乙面包虫可以爬进细玻璃管中,两种面包虫可以共存,说明玻璃管为乙面包虫提供了隐蔽场所,使得甲、乙的生态位发生了分化。②根据题意和图示分析可知:在有寄生生物的状况下,乙面包虫的数量多,处于优势地位,甲黄粉虫的数量少,斜吻棘头虫对甲黄粉虫的抑制作用更强。由于斜吻棘头虫是一种寄生在这两种黄粉虫上的原生生物,所以在生态系统中属于消费者。寄主等天敌属于生物因素对种群数量的作用强度,与该种群的密度是相关的,所以寄生对宿主种群数量变化的作用属于密度制约因素。2.(2024·湖南卷)(12分)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大,还会导致Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题。(1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生;光能转化为电能,再转化为中储存的化学能,用于暗反应的过程。

(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量,从叶绿素的合成角度分析,原因是

(答出两点即可)。

(3)现发现该植物群体中有一植株,在正常供钾条件下,总叶绿素含量正常,但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近,推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码,这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料,以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤:①

;

②

;

③

;

④基因测序;⑤。

答案(1)O2和H+ATP和NADPH(2)降低缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节能力,进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收,使叶绿素合成减少(3)①分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA②根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳⑤和已知基因序列进行比较解析(1)光反应过程中水的光解会产生O2和H+,H+再和NADP+结合