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第十单元 生物技术与工程
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知识联系
01
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随着科学技术的发展,人们可以根据人类的需求来改造生物的性状,在许多领域取得了可喜的成果。图中是利用产奶量极高的荷斯坦奶牛的乳汁生产血清白蛋白的图解,据下图回答:
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(1)在图示过程中涉及的细胞水平的现代生物技术主要有___________________ __________________(填2种)。
(2)图中①一般经________________________处理可以得到③,能实现②进入③的常用方法是_____________。
(3)⑦是⑥生出的后代,而⑦的遗传性状和荷斯坦奶牛最相似,原因是_______ _________________________________________________________。
答案
动物细胞培养、
胰蛋白酶或胶原蛋白酶
动物细胞核移植
显微注射法
个体⑦的遗传物质主要来自荷斯坦奶牛,遗传物质控制生物性状
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(4)要实现⑦批量生产血清白蛋白,需确保③为雌性,可对早期胚胎进行性别鉴定。LAMP法是利用可特异性识别牛胚胎细胞中存在的雄性特异核酸序列的引物及可特异性识别雌雄共同核酸序列的引物进行核酸的扩增反应,根据扩增产物的有无进行性别鉴定的方法。
表 LAMP法胚胎性别鉴定结果判定
“+”表示有扩增产物,“-”表示无扩增产物。
类别 反应液Ⅰ管 反应液Ⅱ管 结果判定
样品1 + + 雄性
样品2 - + 雌性
样品3 + - 需重做
样品4 - - 需重做
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根据LAMP法性别鉴定的原理,在反应液Ⅰ管中加入的是__________________ ________________的引物,反应液Ⅱ管中加入的是____________________________的引物,样品3、4需要重做的原因是________________________________________ __________________________________________________________。
(5)请设计利用少量胚胎快速、批量繁育转基因荷斯坦奶牛的方案(用文字、流程图表示均可):________________________________________________________。
答案
特异性识别雄性
特异性识别雌雄共同核酸序列
反应液Ⅱ中加入的是特异性识别雌雄共同核酸序列的引物,理论上无论雌雄,反应液Ⅱ管都能扩增出产物
早期胚胎→囊胚或桑葚胚→胚胎分割→胚胎移植(合理即可)
特异核酸序列
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题号 侧重的核心素养 具体的核心素养表现 对应的学习目标
(1) 科学思维 水平Ⅱ,能够以特定的生物学事实为基础形成简单的生物学概念,并用文字正确表达 反映对工程技术的应用的理解
(2) 科学思维 水平Ⅱ,能够以特定的生物学事实为基础形成简单的生物学概念,并用文字正确表达 反映对动物细胞培养基本操作的理解,反映对基因工程基本操作程序的理解
(3) 生命观念 水平Ⅲ,具有结构与功能相适应的观念和生物进化观念,并能运用这些观念分析和解释较为复杂情境中的生命现象 反映对体细胞核移植技术原理的理解和应用
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(4) 科学思维 水平Ⅲ,在某一给定情境中,运用生物学规律和原理,对结果作出解释,并能够选择文字阐明其内涵
水平Ⅳ,能够在新的问题情境中,基于事实和证据,采用适当的科学思维方法揭示生物学机制,并选用恰当的方式表达、阐明其内涵 反映根据PCR结果分析使用的PCR引物,并评价实验的合理性以及解释是否需要重做的原因
(5) 科学探究 水平Ⅲ,基于给定的条件,设计胚胎工程实践方案 反映对胚胎工程中技术手段在生产、生活中应用的能力
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02
知识联系
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基因工程是细胞工程和发酵工程的上游技术,在实际生产生活中,多种工程技术并不孤立,往往是联合使用的。
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1.(2024·南京市高三学情调研)研究人员制备一种膀胱生物反应器,用其制备获得人体特殊功能蛋白A的基本过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.步骤①和②所代表的操作分别是显微注射、体外受精
B.诱导雌性动物超数排卵所饲喂的激素能作用于特定细胞
C.从卵巢采集的卵子通常需要培养成熟后与获能的精子进行体外受精
D.早期胚胎培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2刺激细胞呼吸
答案
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解析 图中①表示将目的基因导入受体细胞,该过程是导入动物受精卵,常用显微注射法,而②表示早期胚胎培养,A错误;诱导雌性动物超数排卵的激素是促性腺激素,该激素属于蛋白质类激素,饲喂会被分解而失去作用,B错误;从卵巢采集的卵子通常需要培养成熟后(培养到MⅡ期)才可与获能的精子进行体外受精,C正确;早期胚胎培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2的目的是维持培养液的pH,D错误。
解析
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2.地钱是一种苔藓植物(图1),性染色体为XY,其生活史有世代交替现象(图2,2n和n代表染色体数),会经历孢子体和配子体两种不同的植物体形态。
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(1)地钱具有重要的药用价值,若要快速人工繁育,可用的方法及原理是________。
A.植物组织培养、植物细胞全能性
B.植物组织培养、植物细胞核全能性
C.植物体细胞杂交、植物细胞全能性
D.植物体细胞杂交、植物细胞核全能性
答案
A
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(2)地钱的孢子体可以分为孢蒴、蒴柄、蒴足三部分,若比较这三部分结构细胞中的核酸,分析合理的是________。
A.DNA完全相同,RNA也完全相同
B.DNA完全相同,RNA不完全相同
C.DNA不完全相同,RNA完全相同
D.DNA不完全相同,RNA也不完全相同
答案
B
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(3)生理过程Ⅰ、Ⅱ共同维持地钱染色体数目的恒定,其中生理过程Ⅰ称为_____________;从受精卵到孢子体的发育过程所进行的细胞分裂与生理过程Ⅱ相比,共同特征是________。
①需进行DNA复制 ②细胞分裂次数等于DNA复制次数 ③可发生基因突变 ④可发生基因重组
A.①③
B.①④
C.②③
D.②④
答案
受精作用
A
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(4)齐齐哈尔大学生命科学与工程学院的科学家曾对中国东北地钱进行了染色体核型分析,结果如图3所示,1~8均为常染色体,而X代表性染色体。
染色体核型分析的取材应选用______________________(选填“分裂旺盛的生长点”或“不分裂的成熟组织”);取材后的制片过程应遵循正确的步骤,请完成排序:____________。(用数字编号表示)
①用清水漂洗 ②用拇指垂直向下压片 ③用0.2%龙胆紫溶液染色 ④用解离液解离
答案
分裂旺盛的生长点
④①③②
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(5)根据图2、图3分析,科学家在进行此次染色体核型分析时,所用细胞取自________(选填“孢子体”或“配子体”),写出你的判断依据:______________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案
配子体
由图2可知,孢子体为
二倍体植物(2n),而配子体为单倍体植物(n),图3中染色体总数共9条,为奇数,且性染色体只有1条X,说明细胞中不含同源染色体,只有1个染色体组,为单倍体
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3.在培育转基因植物的研究中,卡那霉素抗性基因常作为标记基因,只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程。
请据图回答:
(1)A过程需要的酶有________________________________________。
答案
限制性内切核酸酶(限制酶)和DNA连接酶
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(2)B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是____________ ______________________________________。
(3)C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外,还必须加入_______。
(4)如果利用PCR技术对再生植株进行检测,D过程应该根据_________________ ________设计引物。
答案
具有标记基因、能在宿主细胞中复制并稳定保存
卡那霉素
抗虫基因的特异性
序列
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(5)科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。
①将转基因植株与________________杂交,其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1∶1。
②若该转基因植株自交,则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为________。
③若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养,则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占________%。
答案
非转基因植株
3∶1
100
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解析 (5)卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律,说明基因位于染色体上。①转基因植株细胞的一条染色体上含有卡那霉素抗性基因(相当于杂合子),与非转基因植株(相当于隐性纯合子)杂交(相当于测交),其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为1∶1。②该转基因植株自交,相当于杂合子自交,则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为3∶1。按照基因分离定律,该转基因植株的花药一半含卡那霉素抗性基因,另一半不含,在卡那霉素培养基上离体培养,不含卡那霉素抗性基因的再生植株死亡,则获得的再生植株群体全部具有卡那霉素抗性。
解析
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25
4.(2024·四川绵阳模拟)金秋时节,桂花飘香,桂花让“梅定妒,菊应羞”。某校生物兴趣小组欲用桂花酿酒,他们的制作流程如下:采集桂花→清洗→晾干→装瓶→加冷水→加冰糖→接种酵母菌→密封→发酵→检测。回答下列问题:
(1)为了让酵母菌先大量增殖再无氧呼吸产生酒精,他们应采取的操作是__________________________________________________。
(2)桂花酒酿制过程中的发酵瓶可以看作一个培养基,从培养基的成分角度看,加冰糖的目的是________________;从培养基的功能看,是________培养基,原因是在缺氧、呈酸性的发酵液中,____________________________________________ ________________________________。
答案
先给装置适当通气再密封(或发酵瓶留有1/3的空间)
增加碳源含量
选择
酵母菌可以生长繁殖,而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制
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(3)酒精发酵一定时间后,当观察到发酵瓶内_______________,说明发酵完毕。
(4)为检验桂花酒是否制作成功,该小组同学们设计了以下两个检测方法:
①发酵结束时,用酸性重铬酸钾来检验发酵液中是否有酒精生成,若发酵液样液颜色变化为____________________,则证明有酒精产生。
②通过比较发酵前后酵母菌数量变化进行鉴定:甲、乙同学分别采用了不同的计数方法进行了检测并作了比较,发酵前后的数据记录如下表所示。
答案
由橙色变为灰绿色
计数方法 发酵前样液测量值(个/mL) 发酵结束时样液测量值(个/mL)
甲 显微镜直接计数法 N1 N2
乙 稀释涂布平板法 M1 M2
不再有气泡产生
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若这两个同学计数过程中操作完全正确,各种影响因素也忽略不计,一般情况下N2、M2分别大于N1、M1,也可以说明发酵成功。同时数据显示N2>M2,请分析原因:____________________________________________________________________ __________________________________________________________________。
答案
稀释涂布平板法只能计数活菌,且当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的是一个菌落;而显微镜直接计数法是活菌、死菌都计数
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R
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