大题专练5 生物技术与工程-【创新教程】2025年高考生物总复习大一轮教师用书word（人教版 单选）

考向　基因工程技术的应用 [例](2023·北京高考)变胖过程中，胰岛B细胞会增加。增加的B细胞可能源于自身分裂(途径Ⅰ)，也可能来自胰岛中干细胞的增殖、分化(途径Ⅱ)　　[1]。科学家采用胸腺嘧啶类似物标记的方法，研究了L基因缺失导致肥胖的模型小鼠IK中新增B细胞的来源。 (1)EdU和BrdU都是胸腺嘧啶类似物，能很快进入细胞并掺入正在复制的DNA中，掺入DNA的EdU和BrdU均能与__________互补配对，并可以被分别检测。未掺入的EdU和BrdU短时间内即被降解。 (2)将处于细胞周期不同阶段的细胞混合培养于多孔培养板中，各孔同时加入EdU，随后每隔一定时间向一组培养孔加入BrdU，再培养十几分钟后收集该组孔内全部细胞，检测双标记细胞占EdU标记细胞的百分比(如图)。图中反映DNA复制所需时长的是从__________　　点到__________点。 (3)为研究变胖过程中B细胞的增殖，需使用一批同时变胖的小鼠。为此，本实验使用诱导型基因敲除小鼠，即饲喂诱导物后小鼠的L基因才会被敲除，形成小鼠IK　　[2]。科学家利用以下实验材料制备小鼠IK： ①纯合小鼠Lx：小鼠L基因两侧已插入特异DNA序列(x)，但L的功能正常；②Ce酶基因：源自噬菌体，其编码的酶进入细胞核后作用于x，导致两个x间的DNA片段丢失；③Er基因：编码的Er蛋白位于细胞质，与Er蛋白相连的物质的定位由Er蛋白决定；④口服药T：小分子化合物，可诱导Er蛋白进入细胞核。请完善制备小鼠IK的技术路线： ______________________→连接到表达载体→转入小鼠Lx→筛选目标小鼠→　　____________→获得小鼠IK。 (4)各种细胞DNA复制所需时间基本相同，但途径Ⅰ的细胞周期时长(t1)是途径Ⅱ细胞周期时长(t2)的三倍以上。据此，科学家先用EdU饲喂小鼠IK，t2时间后换用BrdU饲喂，再过t2时间后检测B细胞被标记的情况。研究表明，变胖过程中增加的B细胞大多数来源于自身分裂，与之相应的检测结果应是________________________。 ◆[教材知识迁移与运用] 设问 教材知识 关键信息 迁移与运用 (3) 诱导型基因敲除：即饲喂诱导物后小鼠的L基因才会被敲除，形成小鼠IK。 [1]胰岛B细胞增加的途径有两条。 [2]诱导型基因敲除小鼠，即饲喂诱导物后小鼠的L基因才会被敲除。 制备小鼠IK：将Ce酶基因和Er基因连接→连接到表达载体→转入小鼠Lx→筛选目标小鼠→饲喂口服药T(诱导Er蛋白进入细胞核)→获得小鼠IK。 解析：(1)分析题意可知，EdU和BrdU都是胸腺嘧啶(T)类似物，根据碱基互补配对的原则可知，掺入DNA的EdU和BrdU均能与A(腺嘌呤)互补配对，并可以被分别检测。 (2)DNA分子复制时会发生模板链与子链的碱基互补配对，据题可知，将处于细胞周期不同阶段的细胞混合培养于多孔培养板中，各孔同时加入EdU，则EdU会与A结合，导致子链出现放射性，随后每隔一定时间向一组培养孔加入BrdU，则BrdU也会与A结合，使放射性增强，最终实现双标记，随复制完成达到峰值，故结合题图可知，图中反映DNA复制所需时长的是从Q点到R点。 (3)分析题意，要制备IK小鼠，需要用诱导型基因敲除小鼠，而饲喂诱导物后小鼠的L基因才会被敲除，结合所给实验材料及药物可知，制备小鼠IK的技术路线为：将Ce酶基因和Er基因连接(Ce酶可作用于x，导致两个x间的DNA片段丢失)→连接到表达载体→转入小鼠Lx→筛选目标小鼠→饲喂口服药T(诱导Er蛋白进入细胞核)→获得小鼠IK。 (4)据题可知，变胖过程中增加的B细胞可能源于自身分裂(途径I)，也可能来自胰岛中干细胞的增殖、分化(途径Ⅱ)，由于但途径Ⅰ的细胞周期时长(t1)是途径Ⅱ细胞周期时长(t2)的三倍以上，若先用EdU饲喂小鼠IK，各种细胞DNA复制所需时间基本相同，t2时间已经经过一个细胞周期，所有的细胞应都含有EdU标记，实验假设是变胖过程中增加的B细胞大多数来源于自身分裂，即来源于途径Ⅰ，该过程已经复制的B细胞直接分裂，不会再有DNA复制过程，故t2时间后用BrdU饲喂则不起作用，即大多数B细胞没有被BrdU标记。 答案：(1)A/腺嘌呤 (2)Q　R (3)将Ce酶基因和Er基因连接　饲喂口服药T (4)大多数B细胞没有被BrdU标记 1．PCR技术中引物的相关问题 (1)PCR技术与RT－PCR技术的比较 ①起点不同：PCR技术起点是DNA；RT－PCR技术起点是RNA。 ②酶不同：PCR技术需要热稳定的DNA聚合酶；RT－PCR技术需要逆转录酶和热稳定的DNA聚合酶。 ③产物不同：PCR技术产物是DNA片段(可能含内含子)；RT－PCR技术产物DNA片段不含内含子。 (2)PCR技术与DNA复制的比较 项目 PCR技术 DNA复制 场所 体外(PCR扩增仪中) 细胞内(主要是细胞核内) 解旋 方式 DNA在高温下变性解旋 解旋酶催化 酶 热稳定性DNA聚合酶 解旋酶、DNA聚合酶 温度 条件 在较高温度下进行需控制温度 细胞内温和条件 合成 对象 DNA片段 DNA分子 相同点 均需要模板(DNA双链)、原料(四种脱氧核苷酸)、能量 (3)PCR技术需要引物的原因 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链，因此DNA的复制需要引物。当引物与DNA母链通过碱基互补配对结合后，DNA聚合酶就能从引物的3′端开始延伸DNA链，因此DNA的合成方向总是从子链的5′端向3′端延伸。 (4)PCR扩增过程中所需引物的计算 若一个DNA分子在PCR中经过n轮循环，理论上需要消耗引物数为2n＋1－2，第n轮循环需要消耗的引物数为2n个。 2．基因工程中限制酶的选择 (1)根据目的基因两端的限制酶切点确定 如图，可选择的限制酶有：PstⅠ或者PstⅠ和EcoRⅠ (2)根据质粒的特点确定 (3)根据Ti质粒的T－DNA片段确定(设切割目的基因的限制酶为XbaⅠ和SacⅠ) 1．白叶枯病是造成我国重要粮食作物——水稻严重减产的重要原因之一。某科研团队将白叶枯病抗性基因Xa21与质粒重组(图1)，利用人工破损处理的水稻幼苗细胞借助根癌农杆菌转化法获得抗白叶枯病的水稻品种，其中根癌农杆菌侵染植物细胞过程如图2所示，已知不同种限制酶识别序列不同。请回答： (1)构建图1基因表达载体时，最佳方案是使用_____________分别处理含Xa21基因的DNA片段和Ti质粒，该方案不仅可以避免处理后的白叶枯病抗性基因Xa21和Ti质粒发生___________，也能确保Xa21基因定点插入Ti质粒的_____________。 (2)基因表达载体上M抗生素抗性基因的作用是_____________, Ti质粒中除图中包含的构件外还应必备的构件有_____________________________。 (3)由图2可知，水稻幼苗细胞受损后会产生某些信号分子，用于吸引农杆菌移向受损水稻，信号传导到根癌农杆菌细胞内激活了Ti质粒上的Vir区中的多个基因表达，其表达的蛋白质的功能有_________________________________________ (至少写两个)。农杆菌细胞内形成的成熟T复合体借助细胞膜上的通道复合体定向进入水稻幼苗细胞，最终目标是_______________________。 (4)将含白叶枯病抗性基因Xa21的水稻幼苗细胞经过_____________技术可发育成幼苗。经检测，科研人员发现部分获得Xa21基因的水稻幼苗不具有抗白叶枯病的能力，原因可能是______________________________。 解析：(1)用两种不同的限制酶切割目的基因和质粒，能保证目的基因和质粒的正确连接，避免处理后的白叶枯病抗性基因Xa21和Ti质粒自身环化及反向连接，故构建图1基因表达载体时，最佳方案是使用BamHⅠ和Hind Ⅲ分别处理含Xa21基因的DNA片段和Ti质粒，在不破坏M抗生素抗性基因的同时，也能确保Xa21基因定点插入Ti质粒的T－DNA片段。 (2)基因表达载体上的M抗生素抗性基因属于标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因并将含有目的基因的细胞筛选出来。Ti质粒中除图中的目的基因外，还应有复制原点、启动子、终止子等构件。 (3)当植物体受损伤时，伤口处的细胞会分泌大量的酚类化合物，吸引农杆菌移向这些细胞转移，故这些信号分子可能是酚类化合物。由图2可知：信号传导到根癌农杆菌细胞内激活了Ti质粒上的Vir区中的多个基因表达，其表达的蛋白质的功能有：组装形成通道复合体、催化产生单链T－DNA片段、与单链T－DNA片段结合形成成熟T复合体。农杆菌细胞内形成的成熟T复合体借助细胞膜上的通道复合体定向进入水稻幼苗细胞，最终目标是将含有Xa21基因的T－DNA整合到水稻细胞染色体DNA上。 (4)将含白叶枯病抗性基因Xa21的水稻幼苗细胞，经过植物组织培养技术可发育成幼苗。经检测，科研人员发现部分获得Xa21基因的水稻幼苗不具有抗白叶枯病的能力，原因可能是Xa21基因转录和翻译异常，没有表达出相应的蛋白质。 答案：(1)BamHⅠ、Hind Ⅲ　自身环化和反向连接　T－DNA片段　(2)有利于重组Ti质粒的筛选　复制原点、启动子、终止子　(3)组装形成通道复合体、催化产生单链T－DNA片段、与单链T－DNA片段结合形成成熟T复合体　将含有Xa21基因的T－DNA整合到水稻细胞染色体DNA上 (4)植物组织培养　Xa21基因转录和翻译异常 2．(2024·江苏泰州模拟)CRISPER/Cas9基因编辑系统是由Cas9核酸酶与单链向导RNA(sgRNA)形成的稳定核糖核蛋白复合物，能识别和切割特定的核苷酸片段，该系统可用于基因的敲除、编辑、表达调控等诸多领域。图为酿脓链球菌Cas9 核酸酶(SpyCas9)在sgRNA指导下，对靶位点进行切割产生DNA双链断裂的过程示意图。请回答下列问题： (1)CRISPER/Cas9系统所含有的化学组分与细胞内细胞器_____相似，研究发现该系统仅存在于细菌和古菌中，是这些原核生物经过长期进化形成的抵御_____、_____等入侵的免疫机制。 (2)早期CRISPER/Cas9基因编辑技术的应用有一些限制条件：首先，待编辑的区域附近需要存在相对保守的PAM 序列( NGG，N为任意碱基)；其次，sgRNA的_____端要与PAM上游的序列碱基互补配对。sgRNA双链区和识别序列的杂合区相比较，后者特有的碱基配对方式是_____。对PAM序列的依赖妨碍了CRISPR/Cas9的应用，研究人员尝试通过突变的方法拓宽PAM序列的范围，研制出的SpG突变体需要的PAM序列为NGN，该突变将PAM序列的范围扩大到原来的_____倍。 (3)CRISPER/Cas9基因编辑技术可用于外源基因导入，与传统的基因工程相比，其明显的优点是_____________________________________________________________；该技术还可用于基因敲除，但可能会造成巨大风险如脱靶效应，且基因敲除本身还可能因_____________________________________________________________导致意想不到的后果，故该技术应慎用于人类的基因编辑。 (4)镰状细胞贫血是由血红蛋白的β亚基基因突变引起的，有缺陷的血红蛋白导致变形红细胞无法很好地携带O2。请根据相关信息提出利用CRISPER/Cas9基因编辑技术治疗镰状细胞贫血的方案。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)CRISPER/Cas9系统是由一条单链向导RNA和Cas9核酸酶组成的核糖核蛋白复合物，核糖体也是由RNA和蛋白质组成的，故细胞中与CRISPR－Cas9系统在物质组成上最相似的结构是核糖体。由于该基因编辑系统能识别和切割特定的核苷酸片段，即能将外源DNA切断，使其不能表达，所以若该系统仅存在于细菌和古菌中，是这些原核生物经过长期进化形成的抵御噬菌体、质粒等含外源基因的结构入侵的免疫机制。 (2)根据图示可知，sgRNA的5′端要与PAM上游的序列碱基互补配对。sgRNA双链区是由RNA和DNA互补形成的(碱基配对方式为A－U，T－A、G－C、C－G)，而其识别序列的杂合区是DNA两条链中碱基配对(碱基配对方式为A－T，T－A、G－C、C－G)，所以后者特有的碱基配对方式是A－T。早期CRISPER/Cas9基因编辑技术的应用时，首先待编辑的区域附近需要存在相对保守的PAM 序列( NGG，N为任意碱基)；若SpG突变体需要的PAM序列为NGN，即识别并结合的序列由NGG变为NGA、NGC、NGG、NGT，所以该突变将PAM序列的范围扩大到原来的4倍。 (3)CRISPER/Cas9基因编辑技术可用于外源基因导入，与传统的基因工程相比，其明显的优点是该技术目的性强，靶向准确，避免了因目的基因随机插入宿主细胞DNA引起的生物安全性问题；该技术还可用于基因敲除，由于向导RNA序列短，特异性不够高，其他DNA序列也可能含有与向导RNA互补配对的序列，所以容易造成向导RNA错误结合而脱靶，产生脱靶效应，且基因敲除本身还可能因一个基因可能与多种性状有关导致意想不到的后果，故该技术应慎用于人类的基因编辑。 (4)镰状细胞贫血是由血红蛋白的β亚基基因突变引起的，有缺陷的血红蛋白导致变形红细胞无法很好地携带O2，可利用该技术将突变的β亚基基因修复，从而达到治疗的目的。 答案：(1)核糖体　噬菌体　质粒　(2)5′　A－T　4　(3)降低了因目的基因随机插入宿主细胞 DNA 引起的生物安全性问题　一个基因可能与多种性状有关　(4)将突变的β亚基基因修复 3．核酸疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因(DNA或RNA片段)导入动物体细胞内，通过宿主细胞的表达系统合成抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答，以达到预防或治疗相应疾病的一类新型疫苗。研究表明核酸疫苗不仅具有良好的免疫活性与安全性，且由于核酸更易于修饰与改造，较以往蛋白疫苗具有更大的灵活性和更广阔的应用前景。请回答： (1)研发DNA疫苗时，构建含有病原体抗原基因表达载体的过程中需要用到的工具酶有_____________。 (2)图中所用的载体是_____，构建基因表达载体的目的是__________________________________，基因表达载体中，驱动病原体抗原基因转录的结构为____________。 (3)mRNA疫苗可以由计算机设计、制造并通过高速机器大批量生产。目前用于制造疫苗的RNA有两种，非复制型mRNA和自我扩增型mRNA，从图中可以看出自我扩增型mRNA的优点是可在细胞内_____________________________________________。mRNA常被包裹在脂质体颗粒中注射到相关人员的手臂肌肉，脂质体颗粒的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)病毒核酸检测试剂盒通常以病毒独特的基因序列为检测靶标。PCR扩增时每一个循环分为_____三步，使靶标DNA序列呈指数增加。每一个扩增出来的DNA序列都与预先加入的一段荧光标记_____结合，产生荧光信号，扩增出来的靶标DNA序列越多，累积的荧光信号就越强。在没有病毒的样本中，因为没有靶标DNA序列扩增，所以就检测不到荧光信号增强。 解析：(1)构建基因表达载体的过程中需要用到的工具酶有限制性内切核酸酶(限制酶)、DNA连接酶。 (2)图中所用的质粒可以充当运载体的作用，构建基因表达载体可以使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。基因表达载体中的启动子可以驱动目的基因的转录。将该DNA疫苗导入受体细胞的方法是肌肉注射法或基因枪法(微弹轰击法)。 (3)从图中可以看出自我扩增型mRNA可在细胞内大量复制，提高蛋白质合成效率。mRNA常被包裹在脂质体颗粒中注射到相关人员的手臂肌肉，其中的脂质体颗粒可以保护mRNA，防止被酶降解。 (4)PCR扩增时每一个循环分为变性、复性、延伸三步，使靶标DNA序列呈指数增加。每一个扩增出来的DNA序列都与预先加入的一段荧光标记探针结合，产生荧光信号，扩增出来的靶标DNA序列越多，累积的荧光信号就越强。 答案：(1)限制性内切核酸酶(限制酶)、DNA连接酶　(2)质粒　使目的基因在受体细胞中稳定存在并遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用　启动子　(3)大量复制，提高蛋白质合成效率　保护mRNA，防止被酶降解　(4)变性、复性、延伸　探针 学科网（北京）股份有限公司 $$