高考生物考纲解读与热点难点突破专题16《现代生物科技专题》（含详解）

现代生物科技专题

1．干扰素是动物和人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖及抗肿瘤作用。利用基因工程技术培育能生产干扰素的植物，流程如图所示。请回答下列问题：

(1)获取的动物干扰素基因称为__________________。利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是________________________________。

(2)过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是________和________。酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列__________(填“相同”或“不同”)。

(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌中，常用__________处理根瘤农杆菌，其目的是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)在培育愈伤组织的固体培养基中，除了无机盐、有机营养物质、琼脂、植物激素外，还需添加卡那霉素。卡那霉素的作用是______________________________________________。

在分子水平上通常采用________技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。

答案　(1)目的基因　干扰素基因两端的部分核苷酸序列　(2)BamHⅠ　EcoRⅠ　不相同　(3)Ca2＋　使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的 DNA上　(4)筛选出导入重组质粒的植物细胞　DNA分子杂交

解析　(1) 在基因工程中，获取的动物干扰素基因称为目的基因。利用PCR技术扩增干扰素基因时，需要依据干扰素基因两端的部分核苷酸序列设计引物序列。

(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用Ca2＋处理根瘤农杆菌，使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上。

(4)重组质粒中含有的抗卡那霉素基因属于标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因，便于筛选。可见，在培育愈伤组织的固体培养基中添加卡那霉素的作用是筛选出导入重组质粒的植物细胞。在分子水平上检测干扰素基因是否导入受体细胞，通常采用DNA分子杂交技术。

8．个别国家已通过法案允许以医学手段培育“三亲婴儿”，其培育过程如下图所示。请分析回答下列问题：

(1)培育“三亲婴儿”可以有效避免母亲的________(填细胞结构)中携带的致病基因遗传给后代；捐献者如果携带红绿色盲基因，________(填“能”或“不能”)遗传给“三亲婴儿”。

(2)“三亲婴儿”的染色体来自________________。

(3)从生殖方式的角度考虑，“三亲婴儿”与克隆动物最大的不同在于_______________。

(4)上图中得到的受精卵要发育成婴儿，还需要________和__________等技术。受精卵在体外培养时，为保证无毒无菌环境，往往需要在培养液中加入__________，还应定期______________以便及时清除代谢废物。

答案　(1)线粒体　不能　(2)母亲的卵母细胞核和父亲的精子细胞核　(3)三亲婴儿是有性生殖形成的，而克隆动物是无性生殖形成的　(4)早期胚胎培养　胚胎移植　抗生素　更换培养液

解析　据图分析，将母亲的卵母细胞核移植到捐献者的去核卵母细胞中，形成重组卵母细胞，再与父亲的精子结合形成受精卵，进而发育为三亲婴儿，可见三亲婴儿的细胞核遗传物质一半来自于父亲、一半来自于母亲，而细胞质遗传物质则来自于捐献者。

(3)克隆动物属于无性繁殖，而三亲婴儿涉及卵细胞与精子的结合过程，属于有性生殖。

(4)体外受精形成的受精卵，需要先培养成早期胚胎，再移植到母亲的子宫中去，最后发育为婴儿，因此还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术。在受精卵的培养液中加入抗生素，可以保证无菌无毒的环境，还应定期更换培养液以便及时清除代谢废物。

9．中美研究人员发现了PYL9蛋白(一种提高植物抗旱性的蛋白)，利用转基因技术让水稻自身产生大量PYL9蛋白，可显著提高其抗旱性。请回答下列问题：

(1)已知PYL9蛋白的氨基酸序列，培育转基因抗旱水稻可用________的方法来获得目的基因。构建基因表达载体用到的工具酶是________________。

(2)导入目的基因的重组细胞可通过________________技术培育成完整植株，这一过程体现了______________。

(3)目的基因若在水稻细胞中表达，遗传信息流向是__________________；检测水稻细胞中是否存在PYL9蛋白，在分子水平上采用的方法是____________。

(4)经研究发现PYL9蛋白是位于细胞膜上的一种脱落酸受体。干旱环境中水稻老叶内脱落酸的含量增加，能加速________________，将节省的水分和养料转移到幼叶和芽中，增强了幼叶和芽的存活率。PYL9蛋白的作用能体现细胞膜____________________的功能。

【解析】　(1)已知氨基酸序列，所以可以用人工合成的方法来获得目的基因。构建基因表达载体用到限制酶和DNA连接酶，限制酶用来切割目的基因和运载体，DNA连接酶将其连接。

(2)导入目的基因后，重组细胞是通过植物组织培养技术经过脱分化和再分化培育成完整植株，这一过程体现了植物细胞的全能性。

(3)目的基因在水稻细胞中表达时，遗传信息流向是：从目的基因转录形成 mRNA，再经过翻译流向蛋白质。要检测蛋白质是否表达应采用抗原—抗体杂交，如果出现杂交带，说明表达成功。

(4)脱落酸含量增加能促进衰老叶片的衰老与脱落，将节省的水分和养料转移到幼叶和芽中，增强了幼叶和芽的存活率。该蛋白是受体，能识别信息，所以体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能。

【答案】　(1)人工合成　限制性核酸内切酶(限制酶)和DNA连接酶　(2)植物组织培养　植物细胞的全能性　(3)目的基因→mRNA→蛋白质　抗原—抗体杂交　(4)老叶的衰老与脱落　进行细胞间的信息交流

10．苦荞是一种有名的经济植物，其含有的黄酮类化合物具有降血糖、血脂等功效。CHS是合成黄酮类化合物的关键酶。有人把经修饰的CHS基因导入苦荞细胞中，培育高产黄酮苦荞品系。按图示回答：

(1)过程①中将修饰后的CHS基因与Ti质粒连接成重组Ti质粒的酶称为________。这种酶主要有两类，一类是从T4噬菌体中分离得到的，另一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为________。这两类酶都能恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的________键。

(2)图中将修饰后的CHS基因导入苦荞体细胞的方法称为________，除此外还可以利用的方法有____________________。对过程②操作前，需先用Ca2＋处理农杆菌，使其成为________细胞。

(3)检测转基因苦荞培育是否成功，不能用抗原—抗体杂交技术进行检测的原因是________________________________________________，  可以比较转基因苦荞与普通苦荞的________含量或测定细胞中CHS含量进行鉴定。

【答案】　(1)DNA 连接酶　E．coliDNA连接酶　磷酸二酯　(2)农杆菌转化法　基因枪法、花粉管通道法　感受态　(3)转基因苦荞植株与普通苦荞植株都含有黄酮类化合物　黄酮类化合物

11．RT－PCR是将RNA逆转录(RT)和cDNA的聚合酶链式扩增反应相结合的技术，具体过程如图所示：

(1)过程Ⅰ需要加入缓冲液、原料、________、________和引物A等。

(2)过程Ⅱ首先要将反应体系的温度升高到95 ℃，其目的是__________________________，该反应体系中所用的Taq酶至少应能耐受________ ℃。

(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，理论上至少需要________个引物B。

(4)利用RT－PCR技术获取的目的基因________(填“能”或“不能”)在物种之间交流；该技术还可用于对某些微量RNA病毒的检测，可提高检测的灵敏度，原因是__________________________________

_____________________________________________________________。

(5)RT－PCR过程中主要借助对________的控制，影响酶的活性，从而使得化学反应有序高效地进行。

【解析】　本题考查PCR技术的相关内容。(1)过程Ⅰ是由mRNA形成cDNA的过程，表示逆转录，需要加入缓冲液、原料、RNA提取物、逆转录酶和引物A等。(2)过程Ⅱ首先要将反应体系的温度升高到95 ℃，其目的是让逆转录酶变性失活、使mRNA－cDNA杂合双链解开，该反应体系中所用的Taq酶至少应能耐受95 ℃。(3)过程Ⅱ拟对单链cDNA进行n次循环的扩增，理论上至少需要2n－1个引物B。因为PCR扩增DNA片段过程最高经过n次扩增，形成的DNA分子数是2n个，其中只有2条单链不含有引物。

【答案】　(1)RNA提取物　逆转录酶　(2)让逆转录酶变性失活、使mRNA－cDNA杂合双链解开　95　(3)2n－1　(4)能　增加了待测RNA逆转录产生的DNA的数量(或浓度)，便于检测　(5)温度

12.为增加油菜种子的含油量，研究人员尝试将酶D基因与位于叶绿体膜上的转运肽基因相连，导入油菜细胞并获得了转基因油菜品种。

(1)研究人员依据基因的已知序列设计引物，采用________法从陆地棉基因文库中获取酶D基因，从拟南芥基因文库中获取转运肽基因。在上述引物设计时，分别在引物中加入如图甲所示酶的识别序列，这样可以用________酶处理两个基因后，得到________端(填图中字母)相连的融合基因。

(2)将上述融合基因插入图乙所示Ti质粒的T－DNA中，构建________并导入农杆菌中。将获得的农杆菌接种在含____________的固体平板上培养得到单菌落，再利用______________培养基震荡培养，可以得到用于转化的浸染液。

(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是_______________，

进一步筛选后获得转基因油菜。

(4)提取上述转基因油菜的mRNA，在________酶的作用下获得cDNA，再依据________的DNA片段设计引物进行扩增，对扩增结果进行检测，可判断融合基因是否完成________。

解析　(1)研究人员依据基因的已知序列设计引物，采用PCR法从陆地棉基因文库中获取酶D基因，从拟南芥基因文库中获取转运肽基因。在上述引物设计时，分别在引物中加入如图甲所示酶的识别序列，这样可以用ClaⅠ限制酶和DNA连接酶处理两个基因后，得到A、D端相连的融合基因。

(3)剪取油菜的叶片放入侵染液中一段时间，此过程的目的是利用农杆菌将融合基因导入油菜细胞，进一步筛选后获得转基因油菜。

(4)提取上述转基因油菜的mRNA，在逆转录酶的作用下获得cDNA，再依据融合基因的DNA片段设计引物进行扩增，对扩增结果进行检测，可判断融合基因是否完成转录。

答案　(1)转基因技术　动物细胞培养　动物细胞融合(其他合理答案亦可)　

(2)限制酶、DNA连接酶　标记基因　(3)脾脏　聚乙二醇或灭活的病毒　

(4)杂交瘤细胞  血浆或血清　不会

18.科学家以番茄(2N)和马铃薯(4N)为材料利用下图技术得到“番茄—马铃薯”植株。请回答下列问题：

(1)获得a、b所选用的酶为________，c和d的名称依次是________、________。

(2)图示技术名称是________；由d培育成植株的过程运用的技术手段是________，其依据的原理是__________________________________________。

(3)过程②称为________，所用的化学诱导剂一般是________，③过程成功的标志是______________________________________________________________。

(4)过程④是________，⑤过程增殖的方式为________，诱导f中植株生根过程中培养基中生长素与细胞分裂素的比值较④过程________(高/低)；最终获得的“番茄—马铃薯”属于________倍体植株。

答案　(1)纤维素酶和果胶酶　(正在融合的)原生质体　杂种细胞

(2)植物体细胞杂交技术　植物组织培养　植物细胞全能性

(3)原生质体融合　PEG(聚乙二醇)　杂种细胞再生出细胞壁(形成新的细胞壁)

(4)脱分化　有丝分裂　高　六

19.如图所示为获得转基因鼠和单克隆抗体的制备过程，据图回答下列问题：

 (1)过程Ⅰ将目的基因导入受体细胞的方法是________。在分子水平上检测该过程是否成功的程序是______________________________________________。

(2)过程Ⅱ表示受精卵经过体外培养，形成早期胚胎，再移植到受体母鼠体内。培养过程中，培养液中添加一定量的________，以防止杂菌污染，此外，应____________以便清除代谢产物，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。

(3)过程Ⅳ可以形成________种融合细胞，为了获得所需要的抗体，我们还需要的操作是________。

答案　(1)显微注射法　带有放射性同位素等标记的含有目的基因的DNA片段与提取的DNA或RNA混合，如果出现杂交带则说明导入成功

(2)抗生素　定期更换培养液

(3)3　筛选

20.红豆杉，又名紫杉，可从其树皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇。下面是某同学设计的有关紫杉醇抗肿瘤实验的研究流程，请分析回答：

(1)酶X是________酶，其主要作用是________。

(2)物质Y是________，乙组起________作用。

(3)细胞体外培养所需营养物质与体内基本相同，例如，需要有________、________、促生长因子、无机盐、微量元素等，通常还需要加入血清、血浆。

(4)为清除代谢产物，防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害，应采取的措施是________。

(5)实验结果：若甲组____________________________，说明紫杉醇有抗肿瘤作用。

(6)为了解决紫杉醇的药源问题，理论上可用________技术，把离体的红豆杉细胞经过________培养成愈伤组织，从中提取紫杉醇，进行加工生产。

答案　(1)胰蛋白(胶原蛋白)　使肿瘤细胞分散开

(2)生理盐水　对照(与紫杉醇形成对照)

(3)糖(葡萄糖)　氨基酸

(4)(定期)更换培养液

(5)肿瘤细胞的数目少于乙组

(6)植物组织培养　脱分化

21．我国研究人员创造出一种新型干细胞—异种杂合二倍体胚胎干细胞，具体研究过程如下图所示，请据图回答问题：

(1)图中的单倍体囊胚1最可能是由小鼠的________发育而来，所采用的技术应为________________，培养过程中使用的培养液除含有一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、________________等营养成分以及血清等物质。

(2)图中的单倍体ES应取自囊胚的________细胞，ES在形态上表现为________________________。

(3)由于物种间存在________，因此自然情况下哺乳动物远亲物种间的配子往往无法完成________作用，或者即便能完成也不能发育。但是人们为了生物学研究的便利，创造出了各类远亲物种间的杂合细胞，如小鼠－大鼠、人－鼠等杂交细胞，由于这些细胞都是由体细胞融合产生，因此杂交细胞中通常含有________个染色体组。

【答案】　(1)卵子(卵细胞)　早期胚胎培养技术　氨基酸、核苷酸　(2)内细胞团　体积小、细胞核大、核仁明显　(3)生殖隔离　受精　4

22．日本的一个研究小组将Aequorea  victoria水母中编码绿色荧光蛋白(GFP)的基因导入长尾猕猴的卵母细胞中，最终获得在紫外线照射下能发绿光的“绿光猴”。请回答下列相关问题：

 (1)从水母中获取GFP基因后，可利用________技术获得大量该基因，该过程所利用的酶必须具有________的特点。

(2)导入目的基因的卵母细胞需培养至________，才能与获能的精子受精。精子和卵细胞间的信息交流是通过________方式实现的。

(3)受精卵培养至____________时期可进行胚胎移植，移植的胚胎在受体内存活的生理学基础是____________________________________________。

(4)GFP基因能在猕猴细胞中表达，是因为不同生物共用______________，若“绿光猴”只是部分细胞合成了绿色荧光蛋白，这是________________的结果。

【解析】　(1)要获取大量的GFP基因可利用PCR技术进行扩增，该过程需高温解旋，因此所利用的酶必须具有耐高温的特点。

(2)导入目的基因的卵母细胞需培养至减数第二次分裂中期，才能与获能的精子受精。精子和卵细胞通过细胞膜接触完成细胞间的信息交流。

(3)胚胎移植前的早期胚胎一般培育至分化全能性较高的囊胚或桑椹胚阶段，移植的胚胎在受体内存活的生理学基础是受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应。

(4)GFP基因能在猕猴细胞中表达，是因为不同生物共用一套遗传密码子，若“绿光猴”只是部分细胞，而不是全部细胞合成了绿色荧光蛋白，这是基因选择性表达的结果。

【答案】　(1)PCR　耐高温　(2)减数第二次分裂中期(MⅡ中期)　细胞膜接触　(3)囊胚或桑椹胚　受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥反应　(4)一套遗传密码子　基因选择性表达

23．(1)在“试管牛”的培育过程中，要使精子和卵母细胞在体外成功结合，需要对精子进行________处理。卵子受精的重要标志是________________。

(2)若要使获得的转基因牛分泌的乳汁中含有人干扰素，要将干扰素基因与____________________连接在一起构建基因表达载体，并将基因表达载体导入牛的________(填“受精卵”或“乳腺细胞”)。

(3)通常奶牛每次排出一枚卵母细胞，采用________激素处理可使其超数排卵。在核移植过程中，作为受体的成熟卵母细胞在核移植前需要进行________处理。

(4)在胚胎移植前，通过________技术可获得较多胚胎，进行该项技术时，应选用发育良好的、形态正常的________。

【答案】　(1)获能　在卵细胞膜和透明带之间观察到两个极体　(2)乳腺蛋白基因的启动子　受精卵　(3)促性腺　去核　(4)胚胎分割　桑椹胚或囊胚

24．如图是培养生产人生长激素的转基因动物的过程，请据图回答下列问题。

(1)①是含有人生长激素基因的质粒，为了使人生长激素基因在羊乳腺细胞中表达，需要将目的基因与乳腺蛋白基因的________等调控组件重组在一起。②中是根据________基因表达的性状筛选出的细胞⑤。

(2)从白脸羊体内分离出的组织要经过酶处理变为单个细胞再培养，实验中使用的细胞通常在10代以内，以保持细胞正常的____________。

(3)为了使产药动物种群迅速扩大，现对⑥阶段的胚胎进行分割，一次给受体母羊移入多个胚胎，胚胎分割时应注意___________________。

(4)细胞④和细胞⑤融合所利用的原理是____________。产药动物的产生涉及__________(填“胚胎细胞核移植”或“体细胞核移植”)技术，该技术的成功率较______。

(5)移植后的胚胎能在受体子宫中存活的生理基础为___________________ __________________________。

【答案】　(1)启动子　标记　(2)二倍体核型　(3)将内细胞团均等分割　(4)细胞膜的流动性　体细胞核移植　低　(5)受体子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

25．内蒙古农业大学生命科学院成功培育出了转肠乳糖酶基因的“低乳糖奶牛”。这头奶牛所产牛奶中不含乳糖或含量很低。请回答下列问题：

(1)构建基因表达载体时，需要获取仅在________细胞中特异性表达的基因的启动子，以使乳汁中的乳糖含量降低。构成启动子的基本单位是____________。

(2)将基因表达载体导入奶牛受精卵细胞常用的方法是________，与早期胚胎细胞和体细胞相比较，受精卵细胞的优势是_____________________。

(3)受精卵经过体外培养，形成________，再移植到受体母牛体内，移植到受体母牛子宫内的胚胎能够存活的原因是____________________。

(4)进行胚胎移植操作前，需要对取自早期胚胎的滋养层细胞利用________技术进行DNA分析，以鉴定其性别。人的肠乳糖酶基因在奶牛中是否成功表达，可以采用抗原—抗体杂交进行检测，其中的抗原是指____________。

【解析】　(1)因转肠乳糖酶基因特异性表达后，奶牛产的牛奶中不含乳糖或含量很低，由此可知构建基因表达载体时，需要获取仅在奶牛乳腺细胞中特异性表达的基因的启动子。启动子位于基因的上游，因此其基本单位是脱氧核苷酸。

(2)将基因表达载体导入奶牛受精卵细胞常用的方法是显微注射法，与体细胞相比，以受精卵细胞为受体细胞的优势是具有的全能性高，能直接发育成个体。

(3)移植到受体母牛体的早期胚胎一般为桑椹胚或囊胚，移植到受体母牛子宫内的胚胎能够存活的原因是受体母畜对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。

(4)进行胚胎移植操作前，需要对取自早期胚胎的滋养层细胞利用DNA分子杂交以鉴定其性别。人的肠乳糖酶基因在奶牛中是否成功表达，可以采用抗原—抗体杂交进行检测，其中的抗原是指人的肠乳糖酶。

【答案】　(1)(优良)奶牛乳腺　脱氧核苷酸

(2)显微注射法　具有的全能性高，能直接发育成新个体

(3)桑椹胚或囊胚　受体母畜对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应

(4)DNA分子杂交(或DNA探针)　人的肠乳糖酶

26．目前，精子载体法逐渐成为具有诱惑力的制备转基因动物的方法之一，该方法以精子作为外源基因的载体，使精子携带外源基因进入卵细胞受精。如图表示利用该方法制备转基因鼠的基本流程。请据图回答：

(1)精子载体法过程中外源基因能够整合到精子的________上是提高转化率的关键，因为受精时只有精子的________才能进入卵细胞中。

(2)过程②采用的是________技术，该过程中应对已经导入外源基因的精子进行________处理。

(3)利用转基因动物分泌的乳汁来生产药物的________反应器是科学家将药用蛋白基因与____________的启动子等调控组件重组在一起，然后导入哺乳动物的受精卵中，最终培养出转基因动物。

(4)过程③需要在________________(至少写出两点)等条件下进行。由于人们对动物细胞所需营养物质还没有完全搞清楚，因此在培养细胞时需在培养基中加入________。

【答案】(1)染色体　头部(细胞核)

(2)体外受精　获能

(3)乳腺生物(乳房生物) 　乳腺蛋白基因

(4)无菌无毒、适宜的温度和pH、营养充足、一定气体环境(答出2点即可)　动物血清(或血浆)

27．治疗性克隆是指把患者体细胞的细胞核移植到去核卵母细胞中，构建形成重组胚胎，体外培养到一定时期分离出ES细胞，获得的ES细胞定向分化为所需的特定类型细胞(如神经细胞、肌肉细胞和血细胞)，用于治疗。请回答下列问题：

(1)ES细胞是胚胎干细胞的简称，在形态上，表现为_________；在功能上，具有发育的全能性。将重组胚胎在体外培养到________时期，从该时期的________中进行分离，从而获得ES细胞。

(2)在培养液中加入____________可诱导ES细胞定向分化成所需的各种特定类型细胞或器官，该过程研究的意义在于解决____________________________问题。

(3)科学家将患者的体细胞核植入去核的卵母细胞中，而不是直接用体细胞进行细胞培养的原因是________________________。

(4)科学家将体外培养的ES细胞进行诱导使其定向分化为胰岛B细胞，并进行了胰岛素释放实验：控制培养液中________    的浓度，检测细胞分泌的胰岛素的量，如图为实验结果，据此分析确认ES细胞诱导成功，得到此结论的依据是____________________________________。

(3)已经分化的动物体细胞的全能性受到限制，体细胞核在体细胞中不能表现全能性，而卵细胞的细胞质可以给它提供表达全能性的环境，所以科学家将患者的体细胞核植入去核的卵细胞中，而不是直接用体细胞进行细胞培养。

(4)在正常机体内，胰岛B细胞分泌胰岛素的量受血糖(血液中的葡萄糖)浓度的影响，因此，欲在体外进行由ES细胞定向诱导分化形成的胰岛B细胞释放胰岛素的实验：要控制培养液中葡萄糖的浓度。实验结果显示：在糖浓度高时，胰岛素分泌量多；在糖浓度低时，胰岛素分泌量减少，据此分析确认ES细胞诱导成功。

【答案】　(1)(体细胞)核移植　(早期)胚胎培养　(2)pH(或：酸碱度)　(3)限制性(核酸)内切酶(或：限制酶)　DNA连接酶(注：两空可颠倒)　标记　(4)内细胞团　B