高中生物选修3练习题

高中生物选修3（现代生物科技专题）练习题精编与解析引言高中生物选修3模块——《现代生物科技专题》，是对必修知识的延伸与深化，更是连接课堂理论与前沿科技的桥梁。本模块内容抽象，技术性强，涉及基因工程、细胞工程、胚胎工程、生态工程等多个领域，对学生的理解能力、综合应用能力提出了较高要求。为帮助同学们更好地掌握核心知识，突破重点难点，提升解题技巧，本文精心编制了一系列练习题，并辅以详尽解析，希望能为大家的学习之路添砖加瓦。请注意，生物学习不仅在于记忆，更在于理解其内在逻辑与应用场景。第一部分：基因工程基因工程，又称DNA重组技术，是现代生物技术的核心。其基本工具的作用机理、操作的基本步骤以及在生产实践中的应用，是本部分的重中之重。核心知识回顾与易错点提示*限制性核酸内切酶（限制酶）：识别特定核苷酸序列，并在特定切点切割磷酸二酯键。强调“特定”二字，以及切割后产生的黏性末端或平末端。*DNA连接酶：连接两个DNA片段的磷酸二酯键，注意与DNA聚合酶的区别。*运载体：需具备的条件（复制原点、标记基因、多个限制酶切点等），常用运载体如质粒、噬菌体、动植物病毒。*操作步骤：目的基因的获取、基因表达载体的构建（核心步骤）、将目的基因导入受体细胞（不同受体细胞方法不同）、目的基因的检测与鉴定（分子水平与个体水平）。*PCR技术：原理（DNA半保留复制）、条件（模板、引物、Taq酶、dNTP等）、过程（变性、复性、延伸）及其与体内DNA复制的区别。典型例题解析例题1：（多选）下列关于基因工程中工具酶的说法，正确的有（）A.一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B.限制酶切割DNA后一定会产生黏性末端C.DNA连接酶能将单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上D.反转录酶可以以mRNA为模板合成cDNA解析：本题主要考查基因工程中相关酶的特性。A选项正确，限制酶具有专一性，一种限制酶通常只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点进行切割。B选项错误，限制酶切割后可能产生黏性末端，也可能产生平末端，这取决于酶的种类。C选项错误，DNA连接酶的作用是连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键，而将单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上的是DNA聚合酶或逆转录酶。D选项正确，反转录酶（逆转录酶）的功能就是以RNA为模板合成互补的DNA（cDNA）。答案：AD例题2：下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图回答：（示意图描述：包含获取目的基因、构建基因表达载体、导入受体细胞、筛选与表达等步骤的简化流程图，涉及人胰岛B细胞、大肠杆菌、质粒等元素）（1）图中①过程需要的酶是_________。通过①过程获得的“目的基因”是否含有启动子？_________。（2）图中②过程使用的“工具酶”主要是_________和_________。（3）图中③过程常用_________处理大肠杆菌，使其处于_________态，以便吸收重组质粒。（4）若要检测人胰岛素基因是否导入大肠杆菌，可采用_________技术。若要检测人胰岛素基因是否成功表达，可采用_________方法（至少答一种）。解析：本题结合图示综合考查基因工程的基本操作步骤。（1）图中①过程是从人胰岛B细胞中获取胰岛素mRNA，通过反转录法合成cDNA（目的基因），此过程需要逆转录酶。通过反转录法获得的目的基因，通常只包含编码区（外显子），不含有原基因的启动子和内含子，因为启动子在转录起始时被RNA聚合酶识别，但mRNA中不含启动子序列。（2）②过程是构建基因表达载体，需要用限制酶切割质粒和目的基因，再用DNA连接酶将两者连接起来。（3）将目的基因导入大肠杆菌（原核细胞）常用Ca²⁺（或氯化钙）处理，使其处于感受态，易于吸收周围环境中的DNA分子。（4）检测目的基因是否导入受体细胞，常用DNA分子杂交技术（或核酸分子杂交技术）。检测目的基因是否成功表达，可从分子水平检测是否产生相应的mRNA（分子杂交）或蛋白质（抗原-抗体杂交），也可以从个体水平进行活性鉴定（若表达产物有相应功能）。答案：（1）逆转录酶否（2）限制性核酸内切酶（限制酶）DNA连接酶（3）Ca²⁺（或氯化钙）感受（4）DNA分子杂交（或核酸分子杂交）抗原-抗体杂交（或检测培养液中是否有人胰岛素活性）第二部分：细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。包括植物细胞工程和动物细胞工程。核心知识回顾与易错点提示*植物组织培养：原理（植物细胞的全能性）、过程（脱分化、再分化）、条件（无菌、营养、激素、适宜环境）、应用（微型繁殖、作物脱毒、人工种子、单倍体育种、细胞产物工厂化生产）。*植物体细胞杂交：原理（细胞膜的流动性、细胞全能性）、过程（去壁、原生质体融合、杂种细胞筛选与培养、杂种植株再生与鉴定）、意义（克服远缘杂交不亲和的障碍）。*动物细胞培养：过程（原代培养、传代培养）、条件（无菌无毒环境、营养、温度pH、气体环境）、应用（生产生物制品、检测有毒物质、医学研究）。*动物细胞核移植：原理（动物细胞核的全能性）、过程（供体细胞准备、去核卵母细胞准备、细胞核移植、重组细胞激活与培养、胚胎移植）、应用（克隆动物、保护濒危物种、生物反应器等）。*动物细胞融合（单克隆抗体制备）：原理（细胞膜的流动性）、诱导方法、单克隆抗体制备过程（免疫小鼠、融合、筛选杂交瘤细胞、克隆化培养和抗体检测、大规模培养）、单克隆抗体的特点（特异性强、灵敏度高、可大量制备）。典型例题解析例题3：下列关于植物组织培养和动物细胞培养的比较，错误的是（）A.两者都需要在无菌条件下进行B.两者都可以体现细胞的全能性C.前者培养基中通常需要添加植物激素，后者通常需要添加动物血清D.前者的培养结果可以是完整植株，后者的培养结果一般是细胞群体或细胞产物解析：本题考查植物组织培养与动物细胞培养的异同点。A选项正确，两者均需要避免微生物污染，因此都需要在无菌条件下进行。B选项错误，植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，最终可以培育成完整的植株；而动物细胞培养的原理是细胞增殖，其培养结果是细胞群体或细胞产物，不能体现细胞的全能性（动物细胞核移植技术可以体现动物细胞核的全能性）。C选项正确，植物组织培养中生长素和细胞分裂素的比例调控脱分化和再分化过程；动物细胞培养中，由于对营养物质要求复杂，通常需要添加动物血清、血浆等天然成分。D选项正确，这是两者在培养结果上的显著区别。答案：B例题4：单克隆抗体技术在疾病诊断和治疗以及生命科学研究中具有广泛的应用。下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是（）A.从小鼠脾脏中获取的B淋巴细胞都能产生针对特定抗原的抗体B.融合后的杂交瘤细胞都能既无限增殖又产生专一抗体C.灭活的病毒可以诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合D.经选择性培养基筛选出来的杂交瘤细胞即可用于单克隆抗体的生产解析：本题考查单克隆抗体制备的关键步骤和原理。A选项错误，从小鼠脾脏中获取的B淋巴细胞是一个混合群体，只有受到特定抗原刺激的B淋巴细胞才能产生针对该抗原的特异性抗体。B选项错误，融合后的细胞类型多样，有未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、B淋巴细胞自身融合细胞、骨髓瘤细胞自身融合细胞以及杂交瘤细胞。其中，只有少数杂交瘤细胞既能无限增殖又能产生专一抗体。C选项正确，灭活的病毒（如仙台病毒）是动物细胞融合常用的诱导剂之一，它可以使细胞膜发生一定的变化，促进细胞融合。D选项错误，经选择性培养基（如HAT培养基）筛选出来的杂交瘤细胞，还需要进行克隆化培养和专一抗体检测（如抗体阳性检测），经过多次筛选，才能获得能稳定分泌特定抗体的杂交瘤细胞株，用于单克隆抗体的生产。答案：C第三部分：胚胎工程胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如体外受精、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。核心知识回顾与易错点提示*精子的发生与获能：精子在睾丸中形成，需要经过变形，并且只有在雌性生殖道内（或人工获能液中）才能获得受精能力。*卵子的发生与成熟：卵子在卵巢中形成，减数第一次分裂在排卵前后完成，减数第二次分裂在受精过程中完成。*体外受精：主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精等步骤。*早期胚胎培养：在人工配制的培养液中进行，培养液成分复杂，需模拟体内环境。*胚胎移植：胚胎工程的最后一道“工序”，是将早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体。其生理学基础是关键。*胚胎分割：采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。要注意将内细胞团均等分割。*胚胎干细胞（ES/EK细胞）：来源于早期胚胎或原始性腺，具有体积小、细胞核大、核仁明显等特点，具有发育的全能性。典型例题解析例题4：（多选）下列关于胚胎工程的叙述，正确的是（）A.胚胎移植中，供体和受体母畜都必须具备优秀的遗传性能B.体外受精时，采集的卵母细胞需在体外培养至减数第二次分裂中期C.胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚D.胚胎干细胞在饲养层细胞上培养可维持不分化状态解析：本题考查胚胎工程相关技术的细节。A选项错误，胚胎移植中，供体母畜需具备优秀的遗传性能，以提供优质胚胎；而受体母畜只需具有健康的体质和正常的繁殖能力即可，其主要作用是孕育胚胎，遗传性能并非关键。B选项正确，体外受精时，从卵巢中采集的卵母细胞通常不成熟，需要在体外适宜条件下培养至减数第二次分裂中期（MⅡ中期），才具备受精能力。C选项正确，胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚。若分割囊胚，需注意将内细胞团均等分割，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。D选项正确，胚胎干细胞在体外培养时，在添加抑制因子的培养液中或在饲养层细胞上培养，可以维持其不分化的状态；而在特定的诱导条件下，可以分化形成不同类型的组织细胞。答案：BCD例题5：下图为牛胚胎移植的基本程序，请据图回答：（示意图描述：包含供体母牛超数排卵、配种或人工授精、冲卵、胚胎质量检查、胚胎移植、受体母牛妊娠检查、分娩等步骤）（1）图中①过程通常用_________激素处理供体母牛，使其_________，以获得更多的卵母细胞。（2）图中②过程的生理基础是早期胚胎形成后，在一定时间内处于_________状态，这为胚胎的收集提供了可能。（3）对图中③所示胚胎进行分割时，要注意将_________均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。若要对早期胚胎进行长期保存，可以采用_________的方法。（4）胚胎移植技术在生产实践中具有重要意义，例如：_________（至少答一点）。解析：本题结合胚胎移植流程图考查相关知识。（1）①过程是对供体母牛进行超数排卵处理，通常使用促性腺激素，以促使其一次排出多个卵细胞。（2）②过程是冲卵，其生理基础是哺乳动物的早期胚胎在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态，这使得胚胎可以被从输卵管或子宫中冲洗出来。（3）对③所示胚胎（若为囊胚）进行分割时，内细胞团将来发育成胎儿的各种组织，因此必须均等分割。早期胚胎的长期保存一般采用冷冻（或液氮冷冻）保存的方法。（4）胚胎移植技术的意义包括：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力；加速育种工作和品种改良；节省购买种畜的费用；实现一胎多产；保存珍稀物种等。答案：（1）促性腺超数排卵（2）游离（3）内细胞团冷冻（或液氮冷冻）保存（4）充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力（或加速育种进程、提高繁殖效率等，合理即可）第四部分：生态工程与生物技术的安全性和伦理问题本部分内容强调生物技术在宏观层面的应用以及其带来的社会伦理思考，具有较强的综合性和现实意义。核心知识回顾与易错点提示*生态工程的基本原理：物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理、整体性原理、系统学和工程学原理（包括系统的结构决定功能原理、系统整体性原理）。能结合实例分析所体现的原理是关键。*生态工程的实例：农村综合发展型生态工程、小流域综合治理生态工程、大区域生态系统恢复工程、湿地生态恢复工程、矿区废弃地的生态恢复工程、城市环境生态工程等。了解其主要问题、设计思路和案例。*生物技术的安全性：转基因生物的安全性（食物安全、生物安全、环境安全）、生物武器的危害。*生物技术的伦理问题：克隆人（生殖性克隆与治疗性克隆的区别）、设计试管婴儿、基因身份证等。典型例题解析例题6：“无废弃物农业”是我国古代传统农业的辉煌成就之一，其遵循的主要生态工程原理是（）A.物种多样性原理B.整体性原理C.协调与平衡原理D.物质循环再生原理解析：本题考查生态工程的基本原理。“无废弃物农业”的模式是“原料—产品—原料—产品”，通过积极种植能够固氮的豆科植物，以及收集一切可能的有机物质，采用堆肥和沤肥等多种方式，把它们转变为有机肥料，施用到农田中，实现了物质的循环利用，避免了废弃物的积累和环境污染。这最直接体现了物质循环再生原理。答案：D例题7：下列关于生物技术安全性和伦理问题的叙述，错误的是（）A.对待生物武器的态度应明确而坚定，即坚决禁止生物武器B.设计试管婴儿技术可以用于疾病的预防，如为需要骨髓移植的白血病患者设计配型相合的试管