高考生物 考前專項(xiàng)拔高提分練 二　必考題型五　生物工程

必考題型五生物工程【真題示例】(2024·廣東高考T21·13分)駒形桿菌可合成細(xì)菌纖維素(BC)并將其分泌到胞外組裝成膜。作為一種性能優(yōu)異的生物材料,BC膜應(yīng)用廣泛。研究者設(shè)計(jì)了酪氨酸酶(可催化酪氨酸形成黑色素)的光控表達(dá)載體,將其轉(zhuǎn)入駒形桿菌后構(gòu)建出一株能合成BC膜并可實(shí)現(xiàn)光控染色的工程菌株,為新型紡織原料的綠色制造及印染工藝升級(jí)提供了新思路(圖一)??；卮鹣铝袉栴}:(1)研究者優(yōu)化了培養(yǎng)基的碳源、氮源(答兩點(diǎn))等營(yíng)養(yǎng)條件?,并控制環(huán)境條件,大規(guī)模培養(yǎng)工程菌株后可在氣液界面處獲得BC菌膜(菌體和BC膜的復(fù)合物)。(2)研究者利用T7噬菌體來(lái)源的RNA聚合酶(T7RNAP)及藍(lán)光光敏蛋白標(biāo)簽,構(gòu)建了一種可被藍(lán)光調(diào)控的基因表達(dá)載體(光控原理見圖二a,載體的部分結(jié)構(gòu)見圖二b)。構(gòu)建載體時(shí),選用了通用型啟動(dòng)子PBAD(被工程菌RNA聚合酶識(shí)別)和特異型啟動(dòng)子PT7(僅被T7RNAP識(shí)別)?。為實(shí)現(xiàn)藍(lán)光控制染色,啟動(dòng)子①②及③依次為PT7、PBAD和PBAD,理由是基因2和3正常表達(dá)無(wú)活性產(chǎn)物,被藍(lán)光激活后再啟動(dòng)基因1表達(dá)。(3)光控表達(dá)載體攜帶大觀霉素(抗生素)抗性基因。長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)時(shí)在培養(yǎng)液中加入大觀霉素?,其作用為抑制雜菌;去除丟失質(zhì)粒的菌株(答兩點(diǎn))。(4)根據(jù)預(yù)設(shè)的圖案用藍(lán)光照射已長(zhǎng)出的BC菌膜并繼續(xù)培養(yǎng)一段時(shí)間,隨后將其轉(zhuǎn)至染色池處理,發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)藍(lán)光照射的區(qū)域被染成黑色?,其原因是該處細(xì)胞中T7RNAP激活,酪氨酸酶表達(dá)并合成黑色素。(5)有企業(yè)希望生產(chǎn)其他顏色圖案的BC膜?。按照上述菌株的構(gòu)建模式提出一個(gè)簡(jiǎn)單思路:將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶(或?qū)⒗野彼崦柑鎿Q成不同顏色蛋白)。【審答思維】關(guān)鍵信息信息轉(zhuǎn)化?在微生物培養(yǎng)中,碳源和氮源是培養(yǎng)基中至關(guān)重要的成分,它們?yōu)槲⑸锏纳L(zhǎng)和代謝提供必要的碳和氮元素。通過優(yōu)化這些營(yíng)養(yǎng)條件,可以促進(jìn)工程菌株的更好生長(zhǎng)和BC膜的高效合成?+圖二啟動(dòng)子是基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵元件,可以控制基因轉(zhuǎn)錄的起始。PT7啟動(dòng)子特異性被T7RNAP識(shí)別,而PBAD啟動(dòng)子被工程菌自身的RNA聚合酶識(shí)別。利用這兩種啟動(dòng)子的組合,可以實(shí)現(xiàn)在藍(lán)光照射下特異性激活基因表達(dá),從而實(shí)現(xiàn)光控染色?抗生素抗性基因常被用作篩選標(biāo)記,在基因工程中用于篩選已成功轉(zhuǎn)入基因的細(xì)胞或菌株。在這里,大觀霉素抗性基因的作用是篩選出成功整合了光控表達(dá)載體的工程菌株,并在后續(xù)培養(yǎng)過程中抑制雜菌生長(zhǎng),確保菌株的純凈性?+?+圖一這一現(xiàn)象說(shuō)明藍(lán)光能夠激活T7RNAP,進(jìn)而啟動(dòng)特定基因(酪氨酸酶基因)的表達(dá)。酪氨酸酶催化酪氨酸生成黑色素,導(dǎo)致被藍(lán)光照射的區(qū)域呈現(xiàn)黑色。這一結(jié)果表明光控表達(dá)系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)菌纖維素膜的可控染色?這一信息提示我們可以通過修改或替換表達(dá)載體中的特定基因(如酪氨酸酶基因),來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)BC膜顏色的調(diào)控。例如,通過替換為能夠催化紅色素或藍(lán)色素等合成的酶基因,就可以獲得具有不同顏色圖案的BC膜,滿足不同的生產(chǎn)需求【閱卷現(xiàn)場(chǎng)】【評(píng)分細(xì)則】(1)碳源、氮源(2分,順序可顛倒)(2)PT7、PBAD和PBAD(3分,順序不可顛倒)基因2和3正常表達(dá)無(wú)活性產(chǎn)物,被藍(lán)光激活后再啟動(dòng)基因1表達(dá)(2分)(3)抑制雜菌;去除丟失質(zhì)粒的菌株(2分,順序可顛倒)(4)該處細(xì)胞中T7RNAP激活,酪氨酸酶表達(dá)并合成黑色素(2分)(5)將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶(或?qū)⒗野彼崦柑鎿Q成不同顏色蛋白)(2分)【失分警示】1.在解答這類題目時(shí),首先要深入理解題干中提到的技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹＠?對(duì)于光控表達(dá)載體的構(gòu)建和功能,需要清楚理解其背后的基因調(diào)控機(jī)制。若對(duì)基因工程或生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢,可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)題目理解不透,進(jìn)而失分。2.在答題過程中,要注意題目中的每一個(gè)細(xì)節(jié),如啟動(dòng)子的選擇、基因的功能等。這些看似微小的細(xì)節(jié)往往是解題的關(guān)鍵。若忽略這些細(xì)節(jié),可能會(huì)使答案偏離正確的方向。3.在書寫答案時(shí),要使用專業(yè)術(shù)語(yǔ),表述清晰準(zhǔn)確。同時(shí),要注意邏輯性和條理性,使答案易于理解和評(píng)分。若答案表述混亂或缺乏邏輯性,可能會(huì)使閱卷老師難以把握答題要點(diǎn),導(dǎo)致失分?！敬痤}規(guī)則】規(guī)則1:專業(yè)術(shù)語(yǔ)表述準(zhǔn)確無(wú)誤。在涉及特定技術(shù)、基因、蛋白質(zhì)等生物學(xué)名詞時(shí),應(yīng)確保使用專業(yè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行準(zhǔn)確描述。這不僅體現(xiàn)了答題者對(duì)于專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用,也有助于提升答案的權(quán)威性和可信度。規(guī)則2:根據(jù)題干中的關(guān)鍵信息提示答題。首先要仔細(xì)閱讀題干,找出其中的關(guān)鍵信息。這些關(guān)鍵信息往往直接指向了答案的方向或內(nèi)容。通過準(zhǔn)確理解和分析這些信息,可以幫助我們更加快速、準(zhǔn)確地找到答案。規(guī)則3:識(shí)圖時(shí)需找出各個(gè)組分之間的聯(lián)系與區(qū)別。在涉及圖表、示意圖等圖形信息的題目時(shí),要特別注意觀察和分析圖形中的各個(gè)組分。不僅要理解每個(gè)組分的含義和作用,還要找出它們之間的聯(lián)系和區(qū)別。角度一發(fā)酵工程1.★★(傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)及應(yīng)用、微生物的純培養(yǎng))我國(guó)傳統(tǒng)的果蔬發(fā)酵制作工藝歷史悠久、品類繁多,如四川泡菜、東北酸菜、西北漿水和南方腌菜等。科學(xué)工作者將益生菌發(fā)酵技術(shù)引入果蔬食品精深加工領(lǐng)域,利用乳酸菌發(fā)酵果蔬的基本流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}:選育菌種→擴(kuò)大培養(yǎng)→接種發(fā)酵→分離提純→獲得產(chǎn)品(1)傳統(tǒng)果酒發(fā)酵過程中,果漿糖類為酵母菌的生長(zhǎng)提供了碳源。發(fā)酵過程中,若要檢測(cè)發(fā)酵液中酵母菌的數(shù)量,可采用顯微鏡直接計(jì)數(shù)的方法。(2)傳統(tǒng)泡菜發(fā)酵過程中,要注意控制腌制的時(shí)間、溫度和食鹽的用量。運(yùn)用生物技術(shù)發(fā)酵時(shí),除了給乳酸菌提供主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),還需要在培養(yǎng)液中添加維生素,以滿足其對(duì)特殊營(yíng)養(yǎng)的需求。(3)選育出合格的菌種是果蔬發(fā)酵研究的前提,獲得純培養(yǎng)物的關(guān)鍵是防止雜菌污染。從陳年泡菜液中分離純化乳酸菌時(shí),首先要對(duì)泡菜液進(jìn)行梯度稀釋,原因是陳年泡菜液中乳酸菌濃度高,直接培養(yǎng)很難分離得到單菌落。(4)分離純化乳酸菌所用的固體培養(yǎng)基中因含有碳酸鈣而不透明,乳酸能溶解碳酸鈣?？筛鶕?jù)透明圈直徑與菌落直徑的比值大小來(lái)篩選產(chǎn)乳酸能力強(qiáng)的菌株進(jìn)行果蔬發(fā)酵。2.★★★(培養(yǎng)基的成分及其功能以及微生物的接種方法)研究人員欲從土壤中篩選高淀粉酶活性的細(xì)菌(目標(biāo)菌),并對(duì)其進(jìn)行研究?；卮鹣铝袉栴}:(1)在細(xì)菌篩選過程中,將土壤樣品稀釋液接種至以淀粉為唯一碳源的固體培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng),除碳源外,該培養(yǎng)基還含有氮源、水、無(wú)機(jī)鹽和瓊脂(凝固劑)。為防止雜菌污染,要對(duì)培養(yǎng)基和培養(yǎng)皿等進(jìn)行滅菌,調(diào)pH應(yīng)在滅菌前(填“前”或“后”)。(2)進(jìn)行微生物菌種純化時(shí),為得到單菌落,最常用的兩種接種方法是稀釋涂布平板法和平板劃線法。(3)從土壤中篩選目標(biāo)菌時(shí),加碘液染色后,平板上出現(xiàn)了A、B和C三種菌落(如圖1所示)。如果要得到淀粉酶活性最高的菌株,應(yīng)該選擇B(填“A”“B”或“C”)菌落進(jìn)一步純化。A菌落經(jīng)檢測(cè)其為硝化細(xì)菌,據(jù)此說(shuō)明A菌落能在此培養(yǎng)基上生長(zhǎng)且沒有形成透明圈的原因是硝化細(xì)菌為自養(yǎng)型細(xì)菌,不能產(chǎn)生淀粉酶,但能夠利用空氣中的二氧化碳合成有機(jī)物。(4)在研究過程中獲得了3種淀粉酶,其酶活性與反應(yīng)溫度和pH有關(guān)(如圖2和圖3所示),假如要選擇一種耐酸耐高溫的淀粉酶進(jìn)行后續(xù)研究,應(yīng)該選擇淀粉酶丙(填“甲”“乙”或“丙”),理由是淀粉酶丙的最適溫度最高、最適pH最低,且為酸性。角度二細(xì)胞工程3.★★★(植物組織培養(yǎng)及作物脫毒)杜仲是一種名貴的中藥,某科研人員以杜仲莖尖為材料,通過組織培養(yǎng)快速繁殖脫毒杜仲,并進(jìn)一步研究了植物組織培養(yǎng)的基本培養(yǎng)基中不同瓊脂濃度對(duì)杜仲莖尖誘導(dǎo)的影響,獲得了如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:瓊脂濃度/(g·L-1)接種數(shù)杜仲的莖尖誘導(dǎo)率/%620407207082050請(qǐng)回答下列問題:(1)科研人員先將采來(lái)的莖尖用清水沖洗表面,然后用體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精消毒30s,體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精能夠消毒的原理是使細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)變性;利用莖尖細(xì)胞培養(yǎng)得到的植株病毒含量低的原因是莖尖含病毒極少,甚至不含病毒。(2)植物組織培養(yǎng)的基本培養(yǎng)基的成分一般有水分、無(wú)機(jī)鹽、蔗糖、維生素、植物激素、瓊脂等,其中瓊脂和蔗糖的作用依次是使培養(yǎng)基呈固體狀態(tài),有利于外植體的生長(zhǎng)、提供碳源(和能源)、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的滲透壓。(3)依據(jù)表格信息,瓊脂濃度在7g·L-1時(shí),莖尖誘導(dǎo)率最高。經(jīng)植物組織培養(yǎng)可再生出新的植株,在此過程中需要換瓶培養(yǎng),換瓶的主要原因是更換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),改變激素的濃度比例。(4)目前還不能用類似植物組織培養(yǎng)的方法獲得完整的動(dòng)物個(gè)體,用動(dòng)物體細(xì)胞克隆的動(dòng)物,實(shí)際是通過核移植來(lái)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)時(shí),所需氣體主要有CO2和O2,其中CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。4.★★★(動(dòng)物細(xì)胞融合與單克隆抗體的制備)雙特異性抗體(BsAb)是指一個(gè)抗體分子可以與兩個(gè)不同抗原或同一抗原的兩個(gè)不同抗原表位相結(jié)合,雙特異性抗體在自然狀態(tài)下并不存在,可以通過重組DNA或細(xì)胞融合技術(shù)人工制備實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)春花所含的長(zhǎng)春堿具有良好的抗腫瘤作用。圖1是科研人員通過免疫的B淋巴細(xì)胞和骨髓瘤細(xì)胞雜交技術(shù)生產(chǎn)雙特異性抗體的部分過程。圖2是某雙特異性抗體作用圖示。回答下列問題。(1)早期人們獲得抗體的方法是反復(fù)注射某種抗原,從動(dòng)物血清中分離所需要的抗體。這種方法制備的抗體的特點(diǎn)是產(chǎn)量低,純度低,特異性差。(2)過程④中將雜交瘤細(xì)胞進(jìn)行多倍稀釋,接種在多孔細(xì)胞培養(yǎng)板上,使每孔細(xì)胞不超過1個(gè),通過培養(yǎng)讓其增殖,然后利用抗原—抗體特異性結(jié)合原理檢測(cè)各孔上清液中細(xì)胞分泌的抗體,篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細(xì)胞。(3)據(jù)圖回答,雙特異性抗體分別能識(shí)別的抗原是癌胚抗原、長(zhǎng)春堿。(4)據(jù)圖說(shuō)明該雙特異性單克隆抗體能夠準(zhǔn)確抗腫瘤的作用機(jī)理:雙特異性單克隆抗體能將長(zhǎng)春堿定向帶到腫瘤細(xì)胞所在位置,發(fā)揮抗癌作用。角度三基因工程5.★★★★(基因表達(dá)載體的構(gòu)建)人的血清白蛋白(HSA)具有重要的醫(yī)用價(jià)值,研究人員欲用乳腺生物反應(yīng)器來(lái)大量生產(chǎn)HSA。圖1為HSA基因片段和人工構(gòu)建的大腸桿菌質(zhì)粒pBR322,其中Ampr表示氨芐青霉素抗性基因,Neor表示新霉素抗性基因,箭頭表示切割形成末端完全不同的4種限制酶的切割位點(diǎn)。HSA只能從血漿中提取,以基因工程技術(shù)獲取重組HSA(rHSA)的三條途徑如圖2所示。請(qǐng)回答下列問題:(1)人工構(gòu)建pBR322質(zhì)粒除含特定限制酶切割位點(diǎn)、標(biāo)記基因、復(fù)制原點(diǎn)外,還必須有啟動(dòng)子、終止子(答出兩點(diǎn))等。(2)據(jù)圖1分析,在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),選擇限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割質(zhì)粒和目的基因,可提高目的基因和載體的正確連接率。雙酶切法的優(yōu)點(diǎn)之一是避免質(zhì)粒與目的基因之間的反向連接。(3)將農(nóng)桿菌與水稻受體細(xì)胞混合后共同培養(yǎng),旨在讓Ti質(zhì)粒的T-DNA進(jìn)入水稻受體細(xì)胞。常用熒光標(biāo)記的目的基因片段作為探針檢測(cè)目的基因是否整合到受體細(xì)胞的染色體DNA上。為檢測(cè)目的基因的表