小进阶 课时微练41&课时微练42&课时微练43-（教师用书）【赢在微点·顶层设计】2027年高中生物学高考一轮总复习（多选版）

课时微练(四十一)　胚胎工程　生物技术的安全性与伦理问题 LNS综合征是先天性代谢病,患者表现为智力低下,手和脚不自主动作等。已知LNS是由次黄鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HPRT)基因缺失引起的,男性患者多幼年夭折。目前LNS致病机制尚未被完全阐明,因此构建LNS动物模型在疾病致病机理研究和治疗方式探索中发挥了重要作用。请回答下列有关问题: (1)经观察发现,患者均为男性,且其双亲均表现正常,据此可以判断LNS的遗传方式为伴X隐性遗传病,患者均为男性的原因是因为女性患者应为隐性纯合子,必然有一个致病基因来自其父亲,但男性患者多早年夭折,无法生育后代,因此患者均为男性。 (2)科研人员利用基因编辑技术对新西兰兔早期胚胎的HPRT基因3号外显子进行定点敲除,经胚胎移植后得到患病仔兔R1、R2,该过程发生的变异类型是基因突变。 现准备提取仔兔耳组织细胞进行表型分析,过程如图1所示,请完善实验步骤:①无菌生理盐水清洗;②胰蛋白酶处理(3~5 h)。 (3)研究发现对动物早期胚胎进行基因编辑可能会因为不同细胞突变程度不同从而出现嵌合状态,称为嵌合体,因此需对仔兔R1、R2进行进一步鉴定。经研究发现表达HPRT蛋白的细胞暴露于6⁃TG时,细胞生长会受到抑制,不表达该蛋白的细胞则能够正常生长。现采用细胞计数的方式评估6⁃TG对仔兔R1、R2的耳组织细胞增长率的影响,结果如图2所示。与此同时,科研人员提取两只仔兔的耳组织基因组,对HPRT基因3号外显子附近序列进行PCR,产物经测序结果如图3所示。 结合题干信息和图3,试分析图2的实验现象及原因。 实验现象:仔兔R1的细胞增长率几乎不受6⁃TG影响,仔兔R2的细胞增长率被6⁃TG显著抑制。 原因:仔兔R1所有细胞中的HPRT基因均发生了突变,不能表达HPRT蛋白,因此细胞增长率不被6⁃TG影响。仔兔R2部分细胞中的HPRT基因发生突变,因此仔兔个体表现为患病;但仍有部分细胞中的HPRT基因未发生突变,能表达HPRT蛋白,因此细胞增长率被6⁃TG显著抑制。 解析　(1)患者均为男性,且其双亲均表现正常,表明此病为隐性遗传病,同时与性别明显相关,应为伴X染色体隐性遗传病。结合题干男性患者多幼年夭折可知,无法生育出隐性纯合子的患病女性。(2)在基因内部发生碱基对的缺失为基因突变。75%酒精处理是为了消毒,又因为这里是动物细胞,因此消毒完后需用无菌生理盐水清洗。根据动物细胞培养的基本过程,我们不难得出步骤②为胰蛋白酶处理。(3)仔兔R1、R2是通过对早期胚胎进行基因编辑所得,因此不同细胞受到的影响程度不同,即是否发生突变与发生突变程度是有差异的,因此即使R1和R2均为患病兔,但会出现题图2与题图3所示差异。 课时微练(四十二)　基因工程的基本工具和基本操作程序 1.源于细菌的纤维素酶是一种复合酶,能降解纤维素。为了提高纤维素酶的降解效率,某课题组通过筛选高产纤维素酶菌株,克隆表达降解纤维素的三种酶(如图),研究了三种酶混合的协同降解作用,以提高生物质资源的利用效率。回答下列问题。 (1)过程①②采用以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的培养基筛选菌株X,能起到筛选作用的原因是只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖。高产纤维素酶菌株筛选时,刚果红培养基上的菌落周围透明圈大小反映了菌落产生的纤维素酶的活性和量。 (2)过程④扩增不同目的基因片段需要的关键酶是耐高温的DNA聚合酶。 (3)过程⑤在基因工程中称为基因表达载体的构建,该过程需要的主要酶有限制酶、DNA连接酶。 (4)过程⑥大肠杆菌作为受体细胞的优点有繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、对环境因素敏感、容易进行遗传操作等。该过程用Ca2+处理细胞,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。 (5)课题组用三种酶及酶混合物对不同生物质原料进行降解处理,结果如表。表中协同系数存在差异的原因是降解时的温度不同、降解时的pH不同(答出两点)。 生物质 原料 降解率(%) 协同系数 酶A 酶B 酶C 混1 混2 混1 混2 小麦秸秆 7.08 6.03 8.19 8.61 26.98 74.33 114.64 玉米秸秆 2.62 1.48 3.76 3.92 9.88 24.98 77.02 玉米芯 0.62 0.48 0.86 0.98 6.79 1.82 11.34 [注]　混1和混2表示三种酶的混合物。 解析　(1)选择培养基是指一类根据特定微生物的特殊营养要求或其对某理化因素抗性的原理而设计的培养基。具有只允许特定的微生物生长,而同时抑制或阻止其他微生物生长的功能。在以羧甲基纤维素钠为唯一碳源的选择培养基中,只有能利用羧甲基纤维素钠的微生物才能生长繁殖。刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物,使得含有纤维素的培养基呈现红色。当纤维素被纤维素酶分解时,刚果红与纤维素的复合物无法形成,培养基中就会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。这个透明圈的大小直接反映了纤维素分解菌分解纤维素的能力。透明圈越大,说明纤维素分解菌分解纤维素的能力越强,即菌落产生的纤维素酶的活性强、量多。(2)扩增目的基因片段在PCR仪中进行,因此需要耐高温的DNA聚合酶。(3)根据图示中酶基因与质粒载体经过过程⑤构成重组质粒,推导出过程⑤为基因表达载体的构建,该过程需要限制酶和DNA连接酶。(4)大肠杆菌作为受体细胞的优点有繁殖能力强、生理结构和遗传物质简单、对环境因素敏感、容易进行遗传操作等。该过程用Ca2+处理细胞,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态。(5)不同酶的最适温度、最适pH不同,当温度和pH改变时,酶促反应速率也会受到影响。 2.PHB2蛋白具有抑制细胞增殖的作用。为初步探究某动物PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖的原因,研究者从基因数据库中获取了该蛋白的基因编码序列(简称phb2基因),大小为0.9 kb(1 kb=1 000碱基对),利用大肠杆菌表达该蛋白。回答下列问题: (1)为获取phb2基因,提取该动物肝脏组织的总RNA,再经逆转录过程得到cDNA,将其作为PCR反应的模板,并设计一对特异性引物来扩增目的基因。 (2)图1为所用载体图谱示意图,图中限制酶的识别序列及切割位点见表。为使phb2基因(该基因序列不含图1中限制酶的识别序列)与载体正确连接,在扩增的phb2基因两端分别引入PvuⅡ和EcoRⅠ两种不同限制酶的识别序列。经过这两种酶酶切的phb2基因和载体进行连接时,可选用T4 DNA连接酶(填“E.coli DNA连接酶”或“T4 DNA连接酶”)。  相关限制酶的识别序列及切割位点 名称 识别序列 及切割位点 名称 识别序列 及切割位点 HindⅢ EcoRⅠ PvuⅡ PstⅠ KpnⅠ BamHⅠ [注]　箭头表示切割位点。 (3)转化前需用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,以提高转化效率。 (4)将转化后的大肠杆菌接种在含氨苄青霉素的培养基上进行培养,随机挑取单菌落(分别编号为1、2、3、4)培养并提取质粒,用(2)中选用的两种限制酶进行酶切,酶切产物经电泳分离,结果如图2,3号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。 [注]　M为指示分子大小的标准参照物;小于0.2 kb的DNA分子条带未出现在图中。 (5)将纯化得到的PHB2蛋白以一定浓度添加到人宫颈癌细胞培养液中,培养24小时后,检测处于细胞周期(示意图见图3)不同时期的细胞数量,统计结果如图4。分析该蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的G2/M(填“G1”或“S”或“G2/M”)期。 解析　(1)提取该动物肝脏组织的总RNA,可经逆转录过程得到cDNA。(2)phb2基因应插入质粒的启动子与终止子之间,在质粒的启动子与终止子之间有PvuⅡ、KpnⅠ、EcoRⅠ3个限制酶的切割位点,但KpnⅠ在终止子之外还有一个切割位点,据此推理,不能选用KpnⅠ进行切割,应选用PvuⅡ、EcoRⅠ两种限制酶进行切割,所以在扩增的phb2基因两端应分别引入PvuⅡ、EcoRⅠ两种不同限制酶的识别序列。用PvuⅡ切割质粒和目的基因后产生平末端,用EcoRⅠ切割质粒和目的基因后产生黏性末端,T4 DNA连接酶既能连接平末端,也能连接黏性末端,T4 DNA连接酶连接具有平末端的DNA片段的效率要高于E.coli DNA连接酶,所以应选用T4 DNA连接酶对目的基因和载体进行连接。(3)在将重组质粒导入大肠杆菌细胞之前,可用CaCl2处理大肠杆菌细胞,使其处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态,以提高转化效率。(4)含phb2基因的重组质粒被PvuⅡ、EcoRⅠ切割后会产生2个片段,即质粒片段和phb2基因片段,这两个片段经电泳分离后会出现两个条带,已知phb2基因大小为0.9 kb,据此推理3号菌落的质粒很可能是含目的基因的重组质粒。(5)观察题图4,经PHB2蛋白处理后,G1期和S期的细胞百分比下降,而G2/M期的细胞百分比增加,据此推测PHB2蛋白抑制人宫颈癌细胞增殖可能的原因是将细胞阻滞在细胞周期的G2/M期。 课时微练(四十三)　基因工程的应用和蛋白质工程 1.几丁质是许多真菌细胞壁的重要成分,几丁质酶可催化几丁质水解。通过基因工程将几丁质酶基因转入植物体内,可增强其抗真菌病的能力。回答下列问题: (1)在进行基因工程操作时,若要从植物体中提取几丁质酶的mRNA,常选用嫩叶而不选用老叶作为实验材料,原因是嫩叶组织细胞易破碎。提取RNA时,提取液中需添加RNA酶抑制剂,其目的是防止RNA降解。 (2)以mRNA为材料可以获得cDNA,其原理是在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板按照碱基互补配对的原则可以合成cDNA。 (3)若要使目的基因在受体细胞中表达,需要通过质粒载体而不能直接将目的基因导入受体细胞,原因是目的基因无复制原点;目的基因无表达所需的启动子和终止子(答出两点即可)。 (4)当几丁质酶基因和质粒载体连接时,DNA连接酶催化形成的化学键是磷酸二酯键。 (5)若获得的转基因植株(几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中)抗真菌病的能力没有提高,根据中心法则分析,其可能的原因是目的基因的转录或翻译异常。 解析　(1)从植物体中提取mRNA需要破碎组织细胞,嫩叶比老叶的组织细胞易破碎,mRNA提取效率高。由于植物组织中存在的RNA酶能将RNA分解,所以实验过程中要添加RNA酶抑制剂以降低RNA酶的活性,保护提取的RNA不被分解。(2)cDNA是在逆转录酶的作用下,以mRNA为模板,按照碱基互补配对的原则合成的。(3)由于目的基因无复制原点,也无基因表达所需的启动子和终止子,所以需与质粒构建重组质粒后再导入受体细胞。(4)DNA连接酶可以催化两个DNA片段的黏性末端或平末端连接形成磷酸二酯键。(5)几丁质酶基因已经整合到植物的基因组中,但是转基因植株抗真菌病的能力没有提高,说明转基因植株体内不存在抗菌活性蛋白,即几丁质酶基因的转录或翻译过程出现异常,从而导致几丁质酶基因没有正常表达合成抗菌活性蛋白。 2.赖氨酸是人体不能合成的必需氨基酸,而人类主要食物中的赖氨酸含量很低,利用生物技术可提高食物中赖氨酸含量。回答下列问题: (1)植物细胞合成的赖氨酸达到一定浓度时,能抑制合成过程中两种关键酶的活性,导致赖氨酸含量维持在一定浓度水平,这种调节方式属于(负)反馈调节。根据这种调节方式,在培养基中添加一定浓度的赖氨酸类似物,用于筛选经人工诱变的植物悬浮细胞,可得到抗赖氨酸类似物的细胞突变体,通过培养获得再生植株。 (2)随着转基因技术与动物细胞工程结合和发展,2011年我国首次利用转基因和体细胞核移植技术成功培育了高产赖氨酸转基因克隆奶牛。其基本流程为: ①构建乳腺专一表达载体。随着测序技术的发展,为获取富含赖氨酸的酪蛋白基因(目的基因),可通过检索基因(序列)数据库获取其编码序列,用化学合成法制备得到。再将获得的目的基因与含有乳腺特异性启动子的相应载体连接,构建出乳腺专一表达载体。 ②表达载体转入牛胚胎成纤维细胞(BEF)。将表达载体包裹到磷脂等构成的脂质体内,与BEF膜发生融合,表达载体最终进入细胞核,发生转化。 ③核移植。将转基因的BEF作为核供体细胞,从牛卵巢获取卵母细胞,经体外培养及去核后作为受体细胞。将两种细胞进行电融合,电融合的作用除了促进细胞融合,同时起到了激活重组细胞发育的作用。 ④重组细胞的体外培养及胚胎移植。重组细胞体外培养至桑葚胚或囊胚,植入代孕母牛子宫角,直至小牛出生。 ⑤检测。DNA水平检测:利用PCR技术,以非转基因牛耳组织细胞作为阴性对照,以含酪蛋白基因的牛耳组织细胞为阳性对照,检测到转基因牛耳组织细胞中存在目的基因。RNA水平检测:从非转基因牛乳汁中的脱落细胞、转基因牛乳汁中的脱落细胞和转基因牛耳组织细胞,提取总RNA,对总RNA进行DNA酶处理,以去除DNA污染,再经逆转录形成cDNA,并以此为PCR的模板,利用特定引物扩增目的基因片段。结果显示目的基因在转基因牛乳汁中的脱落细胞内表达,而不在牛耳组织细胞内表达,原因是构建的表达载体只含有乳腺特异性启动子,只能在乳腺细胞中启动转录,而在牛耳组织细胞中不能表达。 解析　(1)一个系统工作的效果反过来抑制该系统的工作称为负反馈调节,基于此原理,若在培养基中加入一定浓度的赖氨酸类似物作为选择培养基,就可筛选获得抗赖氨酸类似物的细胞突变体。(2)①用化学方法合成目的基因时,需要已知其全部序列,所以可以通过基因(序列)数据库检索查询该序列。②利用膜融合的方式可将脂质体包裹的表达载体转入特定受体细胞。③核移植时常用的受体细胞为去核卵母细胞,携带转基因的BEF(核供体细胞)与受体细胞通过电融合法诱导融合,使供体核进入卵母细胞,形成重组细胞,同时电刺激还可激活重组细胞,使其完成细胞分裂和发育进程。④当重组细胞发育至桑葚胚或囊胚时进行胚胎移植。⑤阳性对照是指含有目的基因的细胞,所以用含酪蛋白基因的牛耳组织细胞作为阳性对照,通过对比判断目的基因是否导入转基因牛组织细胞中。可从非转基因牛乳汁中的脱落细胞、转基因牛乳汁中的脱落细胞和转基因牛耳组织细胞中提取总RNA,对总RNA进行DNA酶处理,以去除DNA污染,再通过逆转录形成cDNA,并以此为模板利用PCR技术扩增DNA检验基因是否表达。不同种类细胞中遗传信息的表达情况不同,含乳腺特异性启动子的表达载体只在乳腺细胞中表达。 学科网（北京）股份有限公司 $$