高中生物选修二综合能力测试题

为全面考查对《生物技术与工程》核心知识的掌握程度，提升知识应用与问题分析能力，特设计本综合测试题。试题涵盖发酵工程、细胞工程、基因工程、蛋白质工程四大模块，题型包含单项选择与非选择题，注重基础概念辨析、技术原理分析及实际场景应用，供同学们自我检测或复习巩固使用。一、单项选择题（每题3分，共45分）每题仅有一个正确选项，请结合知识点分析作答：1.发酵工程中，培养基灭菌采用高压蒸汽灭菌法，其灭菌效果的关键在于（）A.高温环境维持的时长B.灭菌装置内的高压状态C.蒸汽的持续流通性D.彻底杀灭微生物的芽孢和孢子答案与解析：选D。芽孢和孢子是微生物的休眠体，对不良环境抵抗力极强，只有彻底杀灭它们，才能确保培养基无菌。高温、高压、蒸汽是灭菌的条件，但核心是杀灭抗性强的芽孢和孢子。2.植物组织培养中，脱分化形成愈伤组织的过程，对光照的需求是（）A.持续光照促进细胞分化B.全程黑暗避免维管组织形成C.光照与黑暗交替刺激D.光照强度需严格控制在弱光答案与解析：选B。脱分化阶段若有光照，细胞易分化出维管组织（如导管、筛管），不利于愈伤组织（未分化细胞团）的形成，因此需在黑暗条件下进行。3.基因工程中，构建重组DNA分子（重组质粒）必需的工具酶是（）A.限制酶和DNA连接酶B.限制酶和RNA聚合酶C.DNA连接酶和DNA聚合酶D.解旋酶和限制酶答案与解析：选A。限制酶负责切割目的基因和载体的DNA，产生相同的黏性末端或平末端；DNA连接酶则将目的基因与载体的末端连接，形成重组质粒。RNA聚合酶用于转录，DNA聚合酶用于DNA复制，解旋酶用于DNA解旋，均非重组质粒构建的核心工具酶。4.动物细胞培养时，培养液中需添加血清，其主要作用是（）A.提供无机盐与维生素B.维持培养液的渗透压平衡C.补充未知的生长调节因子D.抑制杂菌污染答案与解析：选C。血清中含有多种动物细胞生长所需的未知生长因子（如激素、酶等），这些因子难以人工完全模拟，因此需添加血清促进细胞生长。无机盐、维生素可通过合成培养基补充，渗透压由无机盐（如NaCl）调节，血清无明显抑菌作用。5.发酵工程生产柠檬酸时，常用的菌种是黑曲霉，其发酵过程需控制的关键条件是（）A.无氧环境促进产酸B.持续通入无菌空气C.温度维持在10℃以下D.pH调至强碱性答案与解析：选B。黑曲霉是好氧真菌，发酵柠檬酸时需充足的氧气供应，以保证其有氧呼吸和代谢产酸；温度一般控制在30℃左右，pH偏酸性（如pH4~6），无氧环境会抑制其生长和产酸。（后续10道选择题需覆盖细胞融合、单克隆抗体、蛋白质工程、基因工程载体、动物细胞培养条件等知识点，示例如下：6.单克隆抗体制备中，B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的基础是（）A.细胞膜的流动性B.细胞的全能性C.细胞的增殖能力D.基因的选择性表达答案与解析：选A。细胞融合依赖细胞膜的流动性，使两个细胞的膜结构融合为一个；细胞全能性是植物组织培养的理论基础，与细胞融合无关。7.蛋白质工程的基本流程是（）①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A.①→②→③→④B.④→②→①→③C.③→①→④→②D.③→④→①→②答案与解析：选C。蛋白质工程从“预期功能”出发，设计“分子结构”，再推导“氨基酸序列”，最终合成对应的DNA（基因）。8.基因工程中，作为载体的质粒必需具备的条件是（）A.含抗生素抗性基因B.能自我复制且具标记基因C.含限制酶的识别序列D.能启动目的基因的转录答案与解析：选B。载体需能在宿主细胞中自我复制（保证目的基因稳定遗传），且含标记基因（便于筛选）；抗生素抗性基因是标记基因的一种，但不是必需（也可用荧光蛋白基因）；限制酶识别序列是载体的“切割位点”，启动子（非载体必需序列）启动转录。9.动物细胞融合与植物原生质体融合的主要区别是（）A.需用诱导剂促进融合B.融合前需去除细胞壁C.可用于制备单克隆抗体D.融合细胞的全能性不同答案与解析：选D。动物细胞融合后一般无法发育为完整个体（全能性低），植物原生质体融合后可通过组织培养发育为完整植株（全能性高）；两者均需诱导剂，植物融合前需去壁，动物细胞无壁；单克隆抗体仅动物细胞融合的应用之一。10.发酵工程中，“连续培养”的优势是（）A.提高菌种的纯度B.延长稳定期，增加产物积累C.缩短发酵周期D.降低杂菌污染风险答案与解析：选B。连续培养通过不断补充营养、排出代谢废物，使微生物长期处于稳定期（或对数期），延长产物合成时间；菌种纯度需通过分离纯化保证，连续培养周期不一定短，杂菌污染风险可能因操作增加。二、非选择题（共55分）请结合所学知识，分析技术流程、解决实践问题：1.发酵工程生产谷氨酸的实践分析（15分）某工厂利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，流程为：菌种选育→培养基配制→灭菌→接种→发酵→提取。请回答：（1）谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为________，发酵过程中需严格控制的环境条件有________（写出2点即可）。（4分）（2）培养基灭菌后需冷却至50℃左右才能接种，原因是________。（3分）（3）发酵后期，谷氨酸积累过多会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，导致产酸量下降。请提出1种解决该反馈抑制问题的措施：________。（4分）（4）若要从发酵液中提取谷氨酸，可采用的方法是________（写出1种原理即可）。（4分）答案与解析：（1）异养需氧型；需控制的条件：温度（30~37℃）、pH（中性偏碱）、溶解氧（通入无菌空气）、搅拌速度（促进溶氧）等（任写2点）。解析：谷氨酸棒状杆菌需利用有机物（如葡萄糖）供能，且依赖氧气进行有氧呼吸，因此代谢类型为异养需氧型；发酵条件直接影响微生物的生长速率和代谢方向，需精准控制。（2）防止高温杀死菌种（或避免培养基中的营养成分因高温变性失活）。解析：高温会使菌种蛋白质变性失活，同时培养基中的有机物（如氨基酸、维生素）也可能因高温分解，因此需冷却后接种。（3）及时提取谷氨酸（或改变细胞膜通透性，使谷氨酸分泌到细胞外，降低胞内浓度）。解析：反馈抑制的本质是产物积累抑制关键酶活性，因此可通过“减少产物浓度”解决：提取产物可降低发酵液中谷氨酸浓度；改变细胞膜通透性（如加入表面活性剂），使谷氨酸分泌到胞外，减少胞内抑制作用。（4）离子交换法（利用谷氨酸的两性解离特性，通过离子交换树脂吸附；或等电点沉淀法，调节pH至谷氨酸的等电点，使其溶解度最低而沉淀）。解析：谷氨酸是氨基酸，具有两性解离性质，可通过离子交换树脂的静电吸附分离；或利用等电点（pH3.22）时溶解度最小的特点，调节pH后沉淀提取。2.基因工程培育抗虫棉的技术流程（20分）下图为抗虫棉培育的核心流程（图中①为基因切割与连接，②为农杆菌转化，③为植物组织培养），请结合流程分析：（1）过程①中，切割含Bt毒蛋白基因的DNA和载体（质粒）所需的工具酶是________；若切割后产生的末端为“—GATC—”，则该末端属于________（填“黏性末端”或“平末端”）？（4分）（2）过程②中，农杆菌的作用是________；转化后需筛选含重组质粒的棉花细胞，筛选依据的是质粒上的________。（6分）（3）过程③采用的技术是________，该过程中脱分化形成的愈伤组织细胞，在结构和功能上的特点是________。（6分）（4）若要检测抗虫棉是否成功表达Bt毒蛋白，可采用的方法是________。（4分）答案与解析：（1）限制性核酸内切酶（限制酶）；黏性末端（解析：限制酶识别特定的核苷酸序列并切割，若切割后产生的单链末端为“—GATC—”，则属于黏性末端，可与互补的“—CTAG—”末端连接）。（2）将重组质粒（含Bt基因）导入棉花细胞（受体细胞）；标记基因（如抗生素抗性基因、荧光蛋白基因）。解析：农杆菌的Ti质粒可将T-DNA转移至植物细胞并整合到染色体DNA上，因此利用农杆菌可将重组质粒导入棉花细胞；质粒上的标记基因（如抗氨苄青霉素基因）可用于筛选成功导入重组质粒的细胞（未导入的细胞在含抗生素的培养基中无法存活）。（3）植物组织培养；结构上：细胞壁薄、无定形；功能上：具有很强的分裂和分化能力（或未分化的薄壁细胞团）。解析：植物组织培养包括脱分化（形成愈伤组织）和再分化（形成幼苗）；愈伤组织细胞是未分化的薄壁细胞，细胞壁薄、排列疏松，能持续分裂并在适宜条件下分化为各种组织。（4）抗原—抗体杂交法（解析：提取抗虫棉的蛋白质，与Bt毒蛋白的特异性抗体杂交，若出现杂交带，说明成功表达）。3.单克隆抗体制备的流程分析（20分）某团队利用动物细胞工程生产单克隆抗体，流程为：免疫小鼠（注射抗原）→获取B淋巴细胞→与骨髓瘤细胞融合→筛选杂交瘤细胞→克隆培养→抗体检测→大规模培养。请回答：（1）细胞融合时，常用的诱导剂有________（写出2种）；融合后需用________培养基筛选杂交瘤细胞，该培养基的作用是________。（8分）（2）杂交瘤细胞的核心特点是________；克隆培养（如有限稀释法）的目的是________。（6分）（3）若要在体外大规模培养杂交瘤细胞，需提供的环境条件有________（写出3点），培养液中还需添加________以满足细胞对未知因子的需求。（6分）答案与解析：（1）聚乙二醇（PEG）、灭活的病毒（如仙台病毒）、电融合法（任写2种）；选择（或HAT）；筛选出杂交瘤细胞，淘汰未融合的B细胞、骨髓瘤细胞，以及B细胞自身融合、骨髓瘤细胞自身融合的细胞。解析：细胞融合的诱导剂分为化学法（PEG）、生物法（灭活病毒）、物理法（电融合）；HAT培养基（含次黄嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶）可筛选杂交瘤细胞：骨髓瘤细胞缺乏HGPRT酶，无法利用次黄嘌呤合成DNA，会死亡；B细胞自身融合的细胞寿命短，会死亡；只有杂交瘤细胞（含B细胞的HGPRT酶和骨髓瘤细胞的无限增殖能力）能存活。（2）既能无限增殖，又能产生特异性抗体；获得能稳定分泌特定抗体的单克隆细胞群（或避免杂交瘤细胞的遗传物质变异，保证抗体的一致性）。解析：杂交瘤细胞融合了B细胞（产特异性抗体）和骨髓瘤细胞（无限增殖）的遗传信息，因此兼具两者特性；克隆培养可获得遗传背景一致的细胞群，确保抗体的纯度和特异性。（3）无菌、无毒的环境（如定期更换培养液）、适宜的温度（36.5±0.5℃）、适宜的pH（7.2~7.4）、充足的氧气和二氧化碳（CO₂维持pH）（任写3点）；血清（或血浆）。解析：动物细胞培养需模拟体内环境，无菌无毒防止污染，温度、pH与体温、血液pH一致，CO₂维持培养液的pH稳定；血清含多种生长因子，补充人工培养基的不足。三、答案与评分参考单项选择题（1-15题）1.D2.B3.A4.C5.B6.A7.C8.B9.D10.B（后续5题需结合知识点设计，确保覆盖四大工程核心内容）非选择题1.发酵工程生产谷氨酸（1）异养需氧型；温度、pH、溶解氧（任写2点，各2分）（2）防止高温杀死菌种（或破坏营养成分，3分）（3）及时提取谷氨酸（或改变细胞膜通透性，4分）（4）离子交换法（或等电点沉淀法，原理合理即可，4分）2.基因工程培育抗虫棉（1）限制酶；黏性末端（各2分）（2）导入重组质粒；标记基因（各3分）（3）植物组织培养；细胞壁薄、未分化、分裂能力强（结构+功能，各3分）（4）抗原—抗体杂交法（4分）3.单克隆抗体制备（1）PEG、灭活病毒（任写2种，各2分）；HAT；筛选杂交瘤细胞（各2分）（2）无限增殖+产特异性抗体；获得单克