2026届高三生物二轮复习训练：简答题规范练　5.生物技术与工程

5.生物技术与工程[分值：50分]1．(14分)科研团队为了研究番茄抗虫基因(SlJA2)的功能，进行了相关实验。图1为SlJA2基因过表达番茄(OE)构建的过程，图2为SlJA2基因敲除突变番茄(KO)构建的部分过程。(1)图1中，为保证过程①获得的SlJA2基因与载体正确连接形成重组质粒，需在SlJA2基因上游添加限制酶________的识别序列；在过程__________用钙离子可以提高SlJA2基因导入受体细胞的概率。在过程⑤中需通过调整__________(填激素名称)的比例获得SlJA2基因过表达番茄(OE)。(2)图2中，要准确敲除SlJA2基因，需设计正确的向导RNA(sgRNA)，才能准确引导Cas9蛋白切割SlJA2基因。设计sgRNA需要的信息及运用的原理是______________________。(3)科研人员将OE、KO以及未处理(WT)三组番茄进行一系列实验，定期测量相关数据，记录如表(注：“＋”的数目代表程度或数量变化)：组别SlJA2基因表达量抗虫性生长速率产量OE＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋KO－＋＋＋WT＋＋＋＋＋＋＋与WT组相比，实验组OE组和KO组的设置分别采用了自变量控制中__________、__________(填科学方法)。据表分析SlJA2基因的表达量及性状的变化，可以得出结论：________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答2点)。答案(1)BamHⅠ③生长素和细胞分裂素(2)SlJA2基因的碱基序列、碱基互补配对原则(3)加法原理减法原理基因的数量影响基因的表达量；一种基因可以控制多种性状解析(1)分析题图，图1中，过程①获得的SlJA2基因为逆转录。由于目的基因必须添加在T－DNA区段，并且位于启动子和终止子之间，不能用NdeⅠ酶切，会把终止子切掉，不能用XhoⅠ酶切，因为下游添加相应限制酶后，会把潮霉素抗性基因切掉。因此为保证获得的SlJA2基因与载体正确连接形成重组质粒，需在目的基因上游添加限制酶BamHⅠ的识别序列，下游添加SmaⅠ限制酶的识别序列；在过程③将重组质粒导入农杆菌，需要用钙离子以提高SlJA2基因导入受体细胞的概率。在过程⑤再分化过程中需通过调整生长素和细胞分裂素的比例获得SlJA2基因过表达番茄(OE)。(2)sgRNA需要与目标基因(SlJA2基因)的特定序列互补配对，以确保精准识别和结合；sgRNA通过碱基互补配对原则识别目标DNA序列，并引导Cas9蛋白切割SlJA2基因。(3)实验组OE组通过增加SlJA2基因的表达量来观察其功能，采用了自变量控制中的加法原理；实验组KO组通过完全抑制SlJA2基因的表达来观察其功能缺失的影响，采用了自变量控制中的减法原理。据表分析，SlJA2基因的表达量与抗虫性、生长速率和产量呈正相关：OE组中SlJA2基因表达量最高，抗虫性、生长速率和产量也最高；KO组中SlJA2基因表达缺失，这些性状均显著下降。由此可知，基因的数量影响基因的表达量；一种基因可以控制多种性状。2．(12分)酵母细胞表达系统是一种利用酵母菌作为宿主来生产重组蛋白的技术平台。土壤中存在产PG酶(增大蛋白质的溶解性)的金黄杆菌，研究人员设计了利用基因工程高效生产PG酶的方案，流程如图1所示，相关限制性内切核酸酶的识别和切割位点如图2所示。回答下列问题：(1)过程①应用了PCR技术，利用PCR技术扩增时，需要________种引物，引物的作用是__________________________________________________。一般还需要往PCR反应缓冲液中加入Mg2＋，其原因是__________________________。PCR反应过程可在PCR扩增仪中自动完成，而后常用__________________来鉴定PCR的产物。(2)完成过程②需要先将PG酶基因与pPIC9K质粒重组，据图分析，该过程中最好选择限制酶__________________________切割。(3)结合图中过程③分析，将重组质粒导入大肠杆菌内的目的是________________________。过程④中将重组质粒酶切后，整合在酵母菌染色体上。答案(1)2使DNA聚合酶能从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸DNA聚合酶需要Mg2＋激活琼脂糖凝胶电泳(2)BglⅡ和NotⅠ(3)利用大肠杆菌繁殖速度快的特点，短时间内可获取大量的重组质粒解析(1)利用PCR技术扩增时，DNA聚合酶不能从DNA链的一端直接开始合成子链，需要在反应体系中添加2种引物，分别与两条模板链结合，使DNA聚合酶能从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸。DNA聚合酶需要Mg2＋激活，故一般还需要往PCR反应缓冲液中加入适量的Mg2＋。PCR反应过程可以在PCR扩增仪中自动完成，PCR的产物的分子量大小等不同，常用琼脂糖凝胶电泳来鉴定PCR的产物。(2)过程②是将目的基因导入受体细胞的过程，在此之前需要先构建基因表达载体，即将PG酶基因与pPIC9K质粒重组。在构建基因表达载体时，需要用同一种限制酶或能产生相同末端的限制酶分别切割质粒和目的基因，根据图1和图2分析，PG酶基因两端序列分别含有BglⅡ和NotⅠ识别序列，故最好选择限制酶BglⅡ和NotⅠ切割能产生和目的基因相同的末端。(3)大肠杆菌繁殖速度快，将重组质粒导入大肠杆菌内，短时间内可获取大量的重组质粒。3．(12分)重叠延伸PCR技术是采用具有互补末端的引物，使PCR产物形成了重叠链，从而在随后的扩增反应中通过重叠链的延伸，将不同来源的扩增片段重叠拼接起来的技术，可通过定点诱变在体外改造DNA分子(图中黑色正方形代表替换的碱基)，并将改造后的目的基因导入质粒构建目的基因表达载体。回答下列问题：(1)图中所示的重叠延伸PCR技术中，PCR1的引物是__________。PCR4可获得大量定点诱变目的基因，此时的引物为__________________。PCR3时模板DNA不能选择DNA分子③的原因是________________________________________________。(2)为使重叠延伸PCR技术改造后的目的基因(该基因序列不含图中限制酶的识别序列)能与载体正确连接，PCR4时，应在基因上、下游引物的__________端分别添加限制酶__________的识别序列。(3)将目的基因、质粒及大肠杆菌混合，温育一段时间后涂在含四环素的平板上培养，一段时间后平板上长出菌落。这些菌落的菌体内不一定含有目的基因，理由是___________________________________________________________________________________。答案(1)引物A、引物C引物C、引物D子链的延伸方向只能从5′端→3′端，以DNA分子③作模板时子链不能延伸(2)5′KpnⅠ、EcoRⅠ(3)含有空白质粒的大肠杆菌也能在该培养基上生长解析(1)由于DNA合成的方向是从子链的5′端到3′端，根据PCR1的产物，可知引物是引物A、引物C，根据PCR2的产物，可知PCR2的引物为引物B、引物D，将DNA分子②④混合后加热变性、复性可得到③⑤，PCR3获得DNA分子⑥，DNA分子⑥为改造后的DNA分子，所以PCR4的引物为引物C、引物D；PCR3为了延伸重叠链，模板DNA不能选择DNA分子③的原因是子链的延伸方向只能从5′端→3′端，以DNA分子③作模板时子链不能延伸。(2)为使重叠延伸PCR技术改造后的目的基因能与载体正确连接，PCR4时，应在基因上、下游引物的5′端分别添加限制酶KpnⅠ、EocRⅠ的识别序列。(3)目的基因、质粒及大肠杆菌混合，可能有一些质粒与目的基因成功连接，也有些质粒没有与目的基因连接，即空质粒，这些质粒若成功导入大肠杆菌，由于这些质粒上都有四环素抗性基因，所以都能在含四环素的平板上长出菌落，但这些菌落的菌体内不一定含有目的基因。4．(12分)(2025·常德二模)金黄色葡萄球菌(Sa)可引起败血症、细菌性肺炎等疾病。不规范使用抗生素易出现多重抗药性Sa，推测Sa产生头孢霉素抗性与其质粒上的R基因有关。为验证该推测，以图1中R基因的上、下游片段和质粒1构建质粒2，然后通过同源重组(质粒2中的上、下游片段分别与Sa基因组中R基因上、下游片段配对，并发生交换)敲除Sa的R基因。回答下列问题：(1)利用PCR技术扩增出较多的R基因及其上、下游序列，应在引物的________(填“3′端”或“5′端”)添加相应的限制酶识别序列。若要扩增出较多DNA单链序列，在添加引物时需做怎样的处理？_____________________________________________________。(2)质粒2的构建过程中需选择__________(填限制酶)对PCR扩增产物进行酶切。(3)用质粒2转化临床分离的具有头孢霉素抗性、对氯霉素敏感的Sa，涂布在含有氯霉素的平板上，经培养获得含质粒2的Sa单菌落，再经多次传代增加同源重组敲除R基因的概率，随后稀释涂布在含_________