高考生物 考前专项拔高提分练 二　必考题型五　生物工程

必考题型五生物工程【真题示例】(2024·广东高考T21·13分)驹形杆菌可合成细菌纤维素(BC)并将其分泌到胞外组装成膜。作为一种性能优异的生物材料,BC膜应用广泛。研究者设计了酪氨酸酶(可催化酪氨酸形成黑色素)的光控表达载体,将其转入驹形杆菌后构建出一株能合成BC膜并可实现光控染色的工程菌株,为新型纺织原料的绿色制造及印染工艺升级提供了新思路(图一)ⓔ。回答下列问题:(1)研究者优化了培养基的碳源、氮源(答两点)等营养条件ⓐ,并控制环境条件,大规模培养工程菌株后可在气液界面处获得BC菌膜(菌体和BC膜的复合物)。(2)研究者利用T7噬菌体来源的RNA聚合酶(T7RNAP)及蓝光光敏蛋白标签,构建了一种可被蓝光调控的基因表达载体(光控原理见图二a,载体的部分结构见图二b)。构建载体时,选用了通用型启动子PBAD(被工程菌RNA聚合酶识别)和特异型启动子PT7(仅被T7RNAP识别)ⓑ。为实现蓝光控制染色,启动子①②及③依次为PT7、PBAD和PBAD,理由是基因2和3正常表达无活性产物,被蓝光激活后再启动基因1表达。(3)光控表达载体携带大观霉素(抗生素)抗性基因。长时间培养时在培养液中加入大观霉素ⓒ,其作用为抑制杂菌;去除丢失质粒的菌株(答两点)。(4)根据预设的图案用蓝光照射已长出的BC菌膜并继续培养一段时间,随后将其转至染色池处理,发现只有经蓝光照射的区域被染成黑色ⓓ,其原因是该处细胞中T7RNAP激活,酪氨酸酶表达并合成黑色素。(5)有企业希望生产其他颜色图案的BC膜ⓕ。按照上述菌株的构建模式提出一个简单思路:将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白)。【审答思维】关键信息信息转化ⓐ在微生物培养中,碳源和氮源是培养基中至关重要的成分,它们为微生物的生长和代谢提供必要的碳和氮元素。通过优化这些营养条件,可以促进工程菌株的更好生长和BC膜的高效合成ⓑ+图二启动子是基因表达调控的关键元件,可以控制基因转录的起始。PT7启动子特异性被T7RNAP识别,而PBAD启动子被工程菌自身的RNA聚合酶识别。利用这两种启动子的组合,可以实现在蓝光照射下特异性激活基因表达,从而实现光控染色ⓒ抗生素抗性基因常被用作筛选标记,在基因工程中用于筛选已成功转入基因的细胞或菌株。在这里,大观霉素抗性基因的作用是筛选出成功整合了光控表达载体的工程菌株,并在后续培养过程中抑制杂菌生长,确保菌株的纯净性ⓓ+ⓔ+图一这一现象说明蓝光能够激活T7RNAP,进而启动特定基因(酪氨酸酶基因)的表达。酪氨酸酶催化酪氨酸生成黑色素,导致被蓝光照射的区域呈现黑色。这一结果表明光控表达系统成功地实现了对细菌纤维素膜的可控染色ⓕ这一信息提示我们可以通过修改或替换表达载体中的特定基因(如酪氨酸酶基因),来实现对BC膜颜色的调控。例如,通过替换为能够催化红色素或蓝色素等合成的酶基因,就可以获得具有不同颜色图案的BC膜,满足不同的生产需求【阅卷现场】【评分细则】(1)碳源、氮源(2分,顺序可颠倒)(2)PT7、PBAD和PBAD(3分,顺序不可颠倒)基因2和3正常表达无活性产物,被蓝光激活后再启动基因1表达(2分)(3)抑制杂菌;去除丢失质粒的菌株(2分,顺序可颠倒)(4)该处细胞中T7RNAP激活,酪氨酸酶表达并合成黑色素(2分)(5)将酪氨酸酶替换成催化其他色素合成的酶(或将酪氨酸酶替换成不同颜色蛋白)(2分)【失分警示】1.在解答这类题目时,首先要深入理解题干中提到的技术原理和实验目的。例如,对于光控表达载体的构建和功能,需要清楚理解其背后的基因调控机制。若对基因工程或生物学基础知识掌握不牢,可能会导致对题目理解不透,进而失分。2.在答题过程中,要注意题目中的每一个细节,如启动子的选择、基因的功能等。这些看似微小的细节往往是解题的关键。若忽略这些细节,可能会使答案偏离正确的方向。3.在书写答案时,要使用专业术语,表述清晰准确。同时,要注意逻辑性和条理性,使答案易于理解和评分。若答案表述混乱或缺乏逻辑性,可能会使阅卷老师难以把握答题要点,导致失分。【答题规则】规则1:专业术语表述准确无误。在涉及特定技术、基因、蛋白质等生物学名词时,应确保使用专业术语进行准确描述。这不仅体现了答题者对于专业知识的理解和应用,也有助于提升答案的权威性和可信度。规则2:根据题干中的关键信息提示答题。首先要仔细阅读题干,找出其中的关键信息。这些关键信息往往直接指向了答案的方向或内容。通过准确理解和分析这些信息,可以帮助我们更加快速、准确地找到答案。规则3:识图时需找出各个组分之间的联系与区别。在涉及图表、示意图等图形信息的题目时,要特别注意观察和分析图形中的各个组分。不仅要理解每个组分的含义和作用,还要找出它们之间的联系和区别。角度一发酵工程1.★★(传统发酵技术及应用、微生物的纯培养)我国传统的果蔬发酵制作工艺历史悠久、品类繁多,如四川泡菜、东北酸菜、西北浆水和南方腌菜等。科学工作者将益生菌发酵技术引入果蔬食品精深加工领域,利用乳酸菌发酵果蔬的基本流程如图所示。回答下列问题:选育菌种→扩大培养→接种发酵→分离提纯→获得产品(1)传统果酒发酵过程中,果浆糖类为酵母菌的生长提供了碳源。发酵过程中,若要检测发酵液中酵母菌的数量,可采用显微镜直接计数的方法。(2)传统泡菜发酵过程中,要注意控制腌制的时间、温度和食盐的用量。运用生物技术发酵时,除了给乳酸菌提供主要营养物质,还需要在培养液中添加维生素,以满足其对特殊营养的需求。(3)选育出合格的菌种是果蔬发酵研究的前提,获得纯培养物的关键是防止杂菌污染。从陈年泡菜液中分离纯化乳酸菌时,首先要对泡菜液进行梯度稀释,原因是陈年泡菜液中乳酸菌浓度高,直接培养很难分离得到单菌落。(4)分离纯化乳酸菌所用的固体培养基中因含有碳酸钙而不透明,乳酸能溶解碳酸钙。可根据透明圈直径与菌落直径的比值大小来筛选产乳酸能力强的菌株进行果蔬发酵。2.★★★(培养基的成分及其功能以及微生物的接种方法)研究人员欲从土壤中筛选高淀粉酶活性的细菌(目标菌),并对其进行研究。回答下列问题:(1)在细菌筛选过程中,将土壤样品稀释液接种至以淀粉为唯一碳源的固体培养基上进行培养,除碳源外,该培养基还含有氮源、水、无机盐和琼脂(凝固剂)。为防止杂菌污染,要对培养基和培养皿等进行灭菌,调pH应在灭菌前(填“前”或“后”)。(2)进行微生物菌种纯化时,为得到单菌落,最常用的两种接种方法是稀释涂布平板法和平板划线法。(3)从土壤中筛选目标菌时,加碘液染色后,平板上出现了A、B和C三种菌落(如图1所示)。如果要得到淀粉酶活性最高的菌株,应该选择B(填“A”“B”或“C”)菌落进一步纯化。A菌落经检测其为硝化细菌,据此说明A菌落能在此培养基上生长且没有形成透明圈的原因是硝化细菌为自养型细菌,不能产生淀粉酶,但能够利用空气中的二氧化碳合成有机物。(4)在研究过程中获得了3种淀粉酶,其酶活性与反应温度和pH有关(如图2和图3所示),假如要选择一种耐酸耐高温的淀粉酶进行后续研究,应该选择淀粉酶丙(填“甲”“乙”或“丙”),理由是淀粉酶丙的最适温度最高、最适pH最低,且为酸性。角度二细胞工程3.★★★(植物组织培养及作物脱毒)杜仲是一种名贵的中药,某科研人员以杜仲茎尖为材料,通过组织培养快速繁殖脱毒杜仲,并进一步研究了植物组织培养的基本培养基中不同琼脂浓度对杜仲茎尖诱导的影响,获得了如下实验结果:琼脂浓度/(g·L-1)接种数杜仲的茎尖诱导率/%620407207082050请回答下列问题:(1)科研人员先将采来的茎尖用清水冲洗表面,然后用体积分数为70%的酒精消毒30s,体积分数为70%的酒精能够消毒的原理是使细菌细胞内的蛋白质变性;利用茎尖细胞培养得到的植株病毒含量低的原因是茎尖含病毒极少,甚至不含病毒。(2)植物组织培养的基本培养基的成分一般有水分、无机盐、蔗糖、维生素、植物激素、琼脂等,其中琼脂和蔗糖的作用依次是使培养基呈固体状态,有利于外植体的生长、提供碳源(和能源)、调节培养基的渗透压。(3)依据表格信息,琼脂浓度在7g·L-1时,茎尖诱导率最高。经植物组织培养可再生出新的植株,在此过程中需要换瓶培养,换瓶的主要原因是更换营养物质,改变激素的浓度比例。(4)目前还不能用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体,用动物体细胞克隆的动物,实际是通过核移植来实现的。进行动物细胞培养时,所需气体主要有CO2和O2,其中CO2的主要作用是维持培养液的pH。4.★★★(动物细胞融合与单克隆抗体的制备)双特异性抗体(BsAb)是指一个抗体分子可以与两个不同抗原或同一抗原的两个不同抗原表位相结合,双特异性抗体在自然状态下并不存在,可以通过重组DNA或细胞融合技术人工制备实现。长春花所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。图1是科研人员通过免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞杂交技术生产双特异性抗体的部分过程。图2是某双特异性抗体作用图示。回答下列问题。(1)早期人们获得抗体的方法是反复注射某种抗原,从动物血清中分离所需要的抗体。这种方法制备的抗体的特点是产量低,纯度低,特异性差。(2)过程④中将杂交瘤细胞进行多倍稀释,接种在多孔细胞培养板上,使每孔细胞不超过1个,通过培养让其增殖,然后利用抗原—抗体特异性结合原理检测各孔上清液中细胞分泌的抗体,筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。(3)据图回答,双特异性抗体分别能识别的抗原是癌胚抗原、长春碱。(4)据图说明该双特异性单克隆抗体能够准确抗肿瘤的作用机理:双特异性单克隆抗体能将长春碱定向带到肿瘤细胞所在位置,发挥抗癌作用。角度三基因工程5.★★★★(基因表达载体的构建)人的血清白蛋白(HSA)具有重要的医用价值,研究人员欲用乳腺生物反应器来大量生产HSA。图1为HSA基因片段和人工构建的大肠杆菌质粒pBR322,其中Ampr表示氨苄青霉素抗性基因,Neor表示新霉素抗性基因,箭头表示切割形成末端完全不同的4种限制酶的切割位点。HSA只能从血浆中提取,以基因工程技术获取重组HSA(rHSA)的三条途径如图2所示。请回答下列问题:(1)人工构建pBR322质粒除含特定限制酶切割位点、标记基因、复制原点外,还必须有启动子、终止子(答出两点)等。(2)据图1分析,在构建基因表达载体时,选择限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割质粒和目的基因,可提高目的基因和载体的正确连接率。双酶切法的优点之一是避免质粒与目的基因之间的反向连接。(3)将农杆菌与水稻受体细胞混合后共同培养,旨在让Ti质粒的T-DNA进入水稻受体细胞。常用荧光标记的目的基因片段作为探针检测目的基因是否整合到受体细胞的染色体DNA上。为检测目的基因的表