精品解析：北京市西城区北京师范大学附属中学2026-2027学年高三上学期10月阶段检测生物试题

2027届高三生物统练3 生物教学班___________ 行政班___________ 姓名___________ 一、单项选择题（每题2分，共30分） 1. 下列关于原核细胞结构与功能的叙述，正确的是（　　） A. 无叶绿体不能进行光合作用 B. 遗传信息主要储存在RNA中 C. 在细胞核中进行转录和翻译 D. 碳链为其生物大分子的基本骨架 2. 为探究甜品“木瓜炖牛奶”的最适宜制作温度，某兴趣小组测定了一段时间内不同温度条件下，混合液中水解产生的氨基酸含量相对值，结果如图。下列叙述正确的是（ ） A. 木瓜蛋白酶能够为牛奶蛋白质水解提供能量 B. 实验时应先将木瓜与牛奶充分混合后再加热 C. 增加木瓜用量，有利于氨基酸含量持续增加 D. 温度过高导致酶活性降低，使反应速率下降 3. 将火龙果植株置于密闭、恒温的透明容器内进行实验，测得容器内O2含量变化如图，据图分析不能得出的是（　　） A. LM段曲线下降是因细胞呼吸消耗氧气 B. MN段曲线上升说明光合速率不断增加 C. MN段平均净光合速率为8×10-7mol/h D. N点后有机物合成速率等于分解速率 4. 下图是厚轴茶花粉母细胞减数分裂显微照片，其中①～④为正常分裂图像，⑤中姐妹染色单体连接在一起形成了“染色体桥”结构。下列叙述错误的是（ ） A. 细胞正常减数分裂过程的排序是③→④→①→② B. 图①、③和④的细胞中均含有姐妹染色单体 C. 图①细胞通过非姐妹染色单体互换发生基因重组 D. 图⑤中“染色体桥”随机断裂将导致染色体结构变异 5. 四倍体水稻（4n=48）有丝分裂后期细胞中（　　） A. 有8个染色体组 B. 非同源染色体自由组合 C. 配对的同源染色体彼此分离 D. 有96条染色单体 6. 5S rDNA是玉米2号染色体特异性标记，联会时同源染色体的两个标记紧密相邻。观察玉米野生型与M基因突变体花粉母细胞减数分裂同一时期5S rDNA的分布（如图）。 下列分析错误的是（ ） A. 图示细胞处于减数第二次分裂前期 B. 图示时期未发生同源染色体分离 C. M基因可影响同源染色体联会 D. 图示过程中可能发生基因重组 7. 部分肺纤维化患者的肺泡上皮细胞容易受损衰老。患者衰老的肺泡上皮细胞不会出现（　　） A. DNA损伤积累 B. 染色体端粒异常加长 C. 自由基增加 D. 线粒体功能减弱 8. LMNA基因编码的蛋白可维持细胞核的结构稳定。研究者利用CRISPR/Cas9技术获得LMNA突变基因被修复的iPSC细胞系。该细胞系作为对照在研究中的价值是（　　） A. 验证CRISPR/Cas9系统对LMNA基因的编辑效率 B. 排除遗传背景差异以确定LMNA基因突变与表型关系 C. 制备可供异体移植的通用型干细胞治疗产品 D. 比较LMNA基因不同突变类型对细胞功能的影响 9. miRNA是一种非编码单链RNA，参与基因表达调控（如图），在细胞分化、个体发育及疾病发生发展中发挥巨大作用。相关叙述错误的是（ ） A. miRNA通过碱基互补配对来识别目标mRNA B. 途径①中miRNA通过抑制翻译来抑制目标基因表达 C. 途径②中miRNA抑制目标基因的转录 D. miRNA可能作为治疗疾病的药物的靶点 10. 玉米B基因决定性状的遗传机制如图所示。其中只有RNA聚合酶Ⅱ的转录产物能指导正常蛋白质合成，RNA依赖的甲基化酶能使DNA特定位置甲基化。相关叙述错误的是（ ） A. B′可使B表达被抑制 B. 该机制属于表观遗传现象 C. BB′玉米表现为B决定的性状 D. RNA聚合酶的底物为核糖核苷酸 11. 报春花的花色由两对基因控制。将纯合紫红色报春花与纯合白色报春花杂交，F1全为粉色，F1自交得到F2，F2表型及比例为白色∶浅粉色∶粉色∶深粉色∶紫红色=1∶4∶6∶4∶1。下列叙述错误的是（ ） A. 控制花色的两对基因的遗传是独立的 B. 花色深浅与显性或隐性基因的数量有关 C. F2中白色和紫红色性状均可稳定遗传 D. F1测交后代会出现四种花色 12. 利用线粒体突变体可检测植物线粒体父系渗漏现象：携带缺陷型线粒体（会导致种子萌发缺陷）的母本，与携带正常线粒体的父本杂交，发现极少数种子萌发。下列关于萌发种子的推断一定成立的是（ ） A. 获得父本线粒体，发生父系渗漏 B. 仅继承母本线粒体，未发生父系渗漏 C. 同时继承双亲线粒体，发生基因重组 D. 线粒体功能未受影响，未发生父系渗漏 13. D1蛋白参与光反应，强光下易损伤，D1的合成及修复效率是维持光合速率的关键。下列叙述正确的是（　　） A. D1受损降低光反应ATP生成速率 B. 新合成的D1在叶绿体基质中发挥作用 C. D1修复速率直接影响CO2与C5的结合过程 D. 抑制D1基因的表达有利于植物对强光的适应 14. 将目的基因导入空载体（载体中含启动子和终止子），构建重组表达载体并导入受体细胞，载体中的插入序列随机整合至植物基因组。利用PCR技术进行检测时，可以采用不同的引物设计策略，如下图。下列叙述错误的是（ ） A. 引物对中的两个引物分别与不同的模板链结合 B. 引物对a可区分目的基因插入位置不同的转基因植株 C. 引物对b可用于检测插入序列是否成功导入植物细胞 D. 引物对c可用于检测植物细胞中是否含有空载体 15. 下列科学方法与实验目的不匹配的是（ ） 选项 科学研究方法 实验目的 A 显微观察法 检测生物组织中的脂肪 B 纸层析法 提取绿叶中的光合色素 C 同位素标记法 研究分泌蛋白的合成和运输过程 D 模型构建法 探究细胞大小与物质交换的关系 A. A B. B C. C D. D 二、非选择题（共70分） 16. 线粒体是ATP合成和某些氨基酸（如脯氨酸、鸟氨酸等）生产的场所。科研人员以体外培养的小鼠成纤维细胞（MEF）为材料，对线粒体调控这两个相互竞争的代谢途径（图1）的机制进行了研究。 （1）由图1可知，在线粒体内，谷氨酸可在P5CS催化下合成脯氨酸和鸟氨酸，也可通过氧化磷酸化（有氧呼吸第三阶段）等过程氧化供能。线粒体_______上含有ATP合酶等多种蛋白，是氧化磷酸化反应进行的场所。 （2）体外培养MEF时，培养液中应含有水、无机盐、糖类、_______等营养物质。 （3）用含10mM葡萄糖或缺乏葡萄糖的培养液培养MEF，一段时间后检测细胞耗氧量和脯氨酸水平，结果如图2、图3所示。由结果可知，与含葡萄糖培养基中生长的细胞相比，在缺乏葡萄糖培养基中生长的细胞更多地依赖线粒体中的_______过程来合成ATP，但脯氨酸合成_______。 （4）电镜观察在缺乏葡萄糖培养基中生长的细胞，发现线粒体分化为两个亚群（I、Ⅱ）。检测表明，I型线粒体缺乏ATP合酶但富含P5CS，其中P5CS以活性更高的细丝形态存在，Ⅱ型富含ATP合酶但缺乏P5CS。阻止线粒体分化，会使氧化磷酸化或脯氨酸合成能力受损。葡萄糖培养基中生长的细胞，线粒体没有分化。请分析说明线粒体分化的意义_______。 17. 水稻是我国重要的粮食作物，稻黄单胞菌引起的白叶枯病严重影响水稻产量。利用抗病基因是控制该病害更为安全、有效的措施。 （1）水稻的感病和抗病是一对____。将纯合感病植株与纯合抗病植株杂交，F1表现为____，说明抗病为隐性性状。 （2）对F2中不同植株的感病与抗病基因进行PCR扩增（结果如图1），具有抗性的植株是____。 （3）为研究水稻感病与抗病机理，科研人员构建了不同启动子-报告基因表达载体（图2),并分别与含有稻瘟病菌T或A蛋白的基因表达载体共转化到烟草叶片中，随后将上述烟草叶片培养于含X-Gluc 的培养基中，结果如图3。 ①已知特定蛋白与启动子结合后能激活相应基因的表达。该实验设计用以探究S、s基因启动子与何种蛋白结合，图3结果表明____。 ②依据实验结果，推测水稻感病或抗病机理____（任选其一）。 ③基于上述结果，分析水稻的感病与抗病情况：I____,Ⅱ____ 稻黄单胞菌 基因型 被侵染 水稻基因型 TT/Tt tt SS 感病 I___ ss Ⅱ_____ 抗病 （4）为培育水稻抗病植株，以下方案可行的是____（多选）。 A. 利用转基因技术，将s基因导入水稻感病植株 B. 利用基因编辑技术，改造水稻S基因的启动子序列 C. 敲除感病水稻的S基因 18. 学习以下材料，回答（1）～（4）题。 亲代印记 科学家进行了一项有趣的实验。选DNA序列几乎相同的雌、雄小鼠，体外受精获得多个受精卵。通过显微操作将受精卵中来自精子（卵细胞）的细胞核置换成来自另外一个卵细胞（精子）的细胞核，获得具有两套母本基因组或两套父本基因组的“受精卵”。经培养，这种“单亲”胚胎不能正常发育，只有同时具有双亲细胞核的胚胎才能正常发育。 位于小鼠7号染色体某区域的H19基因和Igf2基因控制着胚胎大小及细胞生长，它们的异常表达会导致胚胎发育异常。下图为正常胚胎中H19基因和Igf2基因转录的调控机制，印记控制区（ICR）是否甲基化决定该区域能否结合阻遏蛋白（CTCF）。在胚胎发育过程中，来自母本7号染色体上的ICR与CTCF结合，阻止增强子（E）和Igf2基因的启动子结合，但不能阻止E和H19基因的启动子结合，从而使得Igf2基因不表达，H19基因顺利表达。来自父本7号染色体的上述2个基因的表达与之相反。 研究发现，正常胚胎中存在着在几百个类似H19基因和Igf2基因的调控机制。这种由双亲性别决定的基因功能上的差异被称为亲代印记。亲本在形成下一代卵细胞或精子的过程中，原始生殖细胞经过减数分裂形成配子，父母的染色体会随机分配到配子中。例如某女性形成的卵细胞中染色体上的亲代印记就会有两种可能，一种是“母源”的，而另一种是“父源”的。这样卵细胞部分染色体上就会载有“错误”的亲代印记，男性产生精子时也会出现相同的问题。那么生物体是如何保证卵细胞或精子能保持印记的正确和稳定呢？ 这里面的秘密其实在于亲代印记经历了一次重建的过程。在原始生殖细胞（PGCs）形成时期，细胞发生DNA去甲基化，以擦除亲本印记“记忆”。进一步，PGCs发育至成熟配子，重新建立起DNA甲基化印记。受精后，DNA甲基化印记会在整个胚胎发育时期和生命后期得以维持。然而，在发育胚胎的PGCs中，先前建立的DNA甲基化印记再次被擦除，以在配子形成的阶段重新建立新的印记，从而完成印记周期。这种循环的甲基化和去甲基化过程，将有助于细胞特性的建立、维持和动态变化，以保证所形成的印记在体细胞分裂过程中能稳定遗传。 （1）“单亲”胚胎和正常胚胎DNA序列相同，基因表达不同，造成胚胎发育情况不同，这种遗传现象称为__________。 （2）在正常发育的胚胎中，来自父本和母本H19基因和Igf2基因的印记控制区的__________存在差异，导致表达水平不同。以H19基因和Igf2基因为例，解释“单亲”胚胎不能正常发育的原因_____________。 （3）关于亲代印记的说法正确的是 A. 原始生殖细胞形成过程中亲代印记被擦除 B. 在形成成熟生殖细胞的过程中重建新的印记 C. 胚胎发育过程中大部分细胞维持原有的印记 D. 男性个体中会出现祖母的亲代印记 （4）请简述亲代印记擦除、重建和维持的意义_________。 19. 研究者设计基因编辑系统X，将其导入某大肠杆菌菌株中，可以实现对多个基因的同步激活与抑制，以提高该菌抗肿瘤化合物Z的产量。 （1）系统X中dCas蛋白和P蛋白相连，gRNA可以与dCas自动组装到一起。系统X中可以含有多种序列不同的gRNA，gRNA依据_______原则与目标序列特异性结合，引导dCas结合到DNA上，P蛋白是转录激活因子。 （2）研究者检测了系统X对基因的激活效果，当gRNA靶向R基因（核糖体生物合成相关基因）时，Z产量提升约2.9倍。推测当gRNA与R基因的特定区域结合，P蛋白可募集_______启动R基因转录，有利于Z的合成。 （3）研究者检测了系统X对基因的抑制效果，设计了能靶向结合F基因（与细胞分裂相关）不同区域Q1和Q2的gRNA1、gRNA2，分别转入不同的大肠杆菌中，细胞数量相对值如图1。 实验表明：_____________________________。 （4）研究者以绿色和红色荧光蛋白（分别记为GFP和RFP）的荧光强度为检测指标，验证系统X对不同基因的同步激活与抑制功能，系统X中gRNA3、gRNA4的最佳结合区域分别为_______（从Q3～Q8中选择填入）。 若结果显示：_______，可证实系统X在同一细胞中能同时实现激活与抑制。 （5）实验室条件下，利用系统X促进R基因表达且抑制F基因表达时，Z含量最高。但在工厂扩大培养时，外界条件均适宜，系统X能正常运转，Z产量并未达到最大值。请结合发酵工程的基本环节，写出对系统X表达载体的进一步改进措施。_______________________。 20. 籼稻和粳稻的杂交种有杂种优势但会出现部分花粉不育。水稻基因组中Sa区段（简称Sa）与花粉育性相关。 （1）籼稻和粳稻的Sa不同，二者杂交所得F1的Sa类型均为籼—粳杂合型。常温（23℃）下F1花粉50%可育，F1自交所得F2的Sa类型及比例为籼稻型∶籼—粳杂合型＝1∶1，推测F1中含________Sa的花粉不育。高温（32℃）下F1花粉育性完全恢复。 （2）Sa包含连锁不发生交换的3个基因——F、M和L，籼稻为F+、M+、L+的纯合子，粳稻为F-、M-、L-的纯合子。F+蛋白与M+蛋白在减数分裂Ⅰ过程中结合形成复合物C，导致花粉败育。研究者推测“L+蛋白在花粉中完全解除复合物C的作用”，为验证该推测，将L+基因转入F1获得转基因植株（L+基因单拷贝插入非Sa所在的染色体）。若该推测成立，则该转基因植株在常温下自交，后代Sa类型及比例为籼稻型∶籼—粳杂合型∶粳稻型＝________。 （3）L-蛋白也具有恢复育性的功能，但其氨基酸序列与L+蛋白有差异。研究者分别敲除F1植株中的L+基因或L-基因，获得突变植株甲和乙。植株甲和乙在不同温度下分别自交，后代的Sa类型所占比例如图1。 综合上述信息，阐述L+蛋白和L-蛋白与不同温度下F1花粉育性的关系____________________。 （4）研究者进一步提出假说：“L+蛋白可通过竞争性结合M+蛋白，抑制复合物C的作用”，证实该假说的实验设计如下。 步骤1：GST蛋白和MBP蛋白为常用的分子标签。研究者分别制备了GST-M+、MBP-F+、MBP-L+三种融合蛋白，这三种蛋白分子量不同。 步骤2：将不同蛋白按照表中1～5组所示组合混匀后保温（“＋”代表加入，“－”代表未加入），请写出表中“？”处的处理________；________；________；________。 组别 蛋白质 1组 2组 3组 4组 5组 MBP-L+ ？ ？ ？ ？ － MBP － － － － ＋ GST-M⁺ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ MBP-F+ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 步骤3：捕获GST-M+及其结合蛋白，分离与GST-M+结合的蛋白并进行电泳，用抗MBP抗体检测，依据电泳条带的位置和深浅判断_____________。 （5）籼稻主要分布于热带、亚热带，粳稻主要分布于温带。图2为籼稻和粳稻的演化路径，依据现代生物进化理论分析，形成现今的籼稻和粳稻的两个关键环节是__________________。 21. 玉米是我国栽培面积最大的农作物，籽粒大小是决定玉米产量的重要因素之一，研究籽粒的发育机制，对保障粮食安全有重要意义。 （1）研究者获得矮秆玉米突变株，该突变株与野生型杂交，F1表型与___________相同，说明矮秆是隐性性状。突变株基因型记作rr。 （2）观察发现，突变株所结籽粒变小。籽粒中的胚和胚乳经受精发育而成，籽粒大小主要取决于胚乳体积。研究发现，R基因编码DNA去甲基化酶，亲本的该酶在本株玉米所结籽粒的发育中发挥作用。突变株的R基因失活，导致所结籽粒胚乳中大量基因表达异常，籽粒变小。野生型及突变株分别自交，检测授粉后14天胚乳中DNA甲基化水平，预期实验结果为__________________。 （3）已知Q基因在玉米胚乳中特异表达，为进一步探究R基因编码的DNA去甲基化酶对Q基因的调控作用，进行如下杂交实验，检测授粉后14天胚乳中Q基因的表达情况，结果如表1。 表1 组别 杂交组合 Q基因表达情况 1 RRQQ（♀）×RRqq（♂） 表达 2 RRqq（♀）×RRQQ（♂） 不表达 3 rrQQ（♀）×RRqq（♂） 不表达 4 RRqq（♀）×rrQQ（♂） 不表达 综合已有研究和表1结果，阐述R基因对胚乳中Q基因表达的调控机制____。 （4）实验中还发现另外一个籽粒变小的突变株甲，经证实，突变基因不是R或Q。将甲与野生型杂交，F1表型正常，F1配子的功能及受精卵活力均正常。利用F1进行下列杂交实验，统计正常籽粒与小籽粒的数量，结果如表2。 表2 组别 杂交组合 正常籽粒：小籽粒 5 F1（♂）×甲（♀） 3：1 6 F1（♀）×甲（♂） 1：1 已知玉米子代中，某些来自父本或母本的基因，即使是显性也无功能。 ①根据这些信息，如何解释基因与表2中小籽粒性状的对应关系？请提出你的假设________。 ②若F1自交，所结籽粒的表型及比例为____________，则支持上述假设。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2027届高三生物统练3 生物教学班___________ 行政班___________ 姓名___________ 一、单项选择题（每题2分，共30分） 1. 下列关于原核细胞结构与功能的叙述，正确的是（　　） A. 无叶绿体不能进行光合作用 B. 遗传信息主要储存在RNA中 C. 在细胞核中进行转录和翻译 D. 碳链为其生物大分子的基本骨架 【答案】D 【解析】 【详解】A、原核细胞虽无叶绿体，但部分种类（如蓝细菌）含有光合色素和酶，可在细胞膜或类囊体上进行光合作用，A错误； B、原核细胞的遗传物质为DNA，遗传信息主要储存在DNA中，RNA仅作为遗传信息传递的媒介，B错误； C、原核细胞无核膜包被的细胞核，其转录在拟核区进行，翻译在细胞质核糖体中进行，二者可同时发生，C错误； D、碳链是构成多糖、蛋白质、核酸等生物大分子的基本骨架，该特征在原核细胞和真核细胞中均成立，D正确。 故选D。 2. 为探究甜品“木瓜炖牛奶”的最适宜制作温度，某兴趣小组测定了一段时间内不同温度条件下，混合液中水解产生的氨基酸含量相对值，结果如图。下列叙述正确的是（ ） A. 木瓜蛋白酶能够为牛奶蛋白质水解提供能量 B. 实验时应先将木瓜与牛奶充分混合后再加热 C. 增加木瓜用量，有利于氨基酸含量持续增加 D. 温度过高导致酶活性降低，使反应速率下降 【答案】D 【解析】 【详解】A、酶的作用机理是降低化学反应的活化能，不能为反应提供能量，A错误； B、本实验探究温度对酶活性的影响，若先将木瓜与牛奶混合再加热，在达到设定温度前酶已经催化反应，会干扰实验结果，应先将两者分别调至对应实验温度后再混合，B错误； C、牛奶中的蛋白质（反应底物）含量是有限的，增加木瓜用量（增加酶量）只能加快反应速率，待底物完全水解后，氨基酸含量不再增加，无法持续升高，C错误； D、酶的活性受温度影响，温度过高会破坏酶的空间结构使酶活性降低，催化反应速率下降，产生的氨基酸含量减少，D正确。 3. 将火龙果植株置于密闭、恒温的透明容器内进行实验，测得容器内O2含量变化如图，据图分析不能得出的是（　　） A. LM段曲线下降是因细胞呼吸消耗氧气 B. MN段曲线上升说明光合速率不断增加 C. MN段平均净光合速率为8×10-7mol/h D. N点后有机物合成速率等于分解速率 【答案】B 【解析】 【详解】A、LM段处于黑暗环境中，火龙果植株无法进行光合作用，只能进行细胞呼吸，细胞呼吸会消耗容器内的氧气，所以容器内O₂含量下降，A正确； B、MN段给予光照，植株开始进行光合作用，曲线上升是因为光合速率大于呼吸速率，容器内氧气积累。但曲线上升的斜率逐渐变小，说明光合速率是在逐渐降低的，而不是不断增加，B错误； C、MN段从第15分钟到第45分钟，时长是30分钟也就是0.5小时，氧气含量从4×10⁻⁷mol上升到8×10⁻⁷mol，氧气增加量是4×10⁻⁷mol，净光合速率=氧气增加量/时间=4×10⁻⁷mol÷0.5h=8×10⁻⁷mol/h，C正确； D、N点之后容器内氧气含量不再变化，说明光合速率等于呼吸速率，光合作用合成有机物，呼吸作用分解有机物，此时有机物合成速率等于分解速率，D正确。 4. 下图是厚轴茶花粉母细胞减数分裂显微照片，其中①～④为正常分裂图像，⑤中姐妹染色单体连接在一起形成了“染色体桥”结构。下列叙述错误的是（ ） A. 细胞正常减数分裂过程的排序是③→④→①→② B. 图①、③和④的细胞中均含有姐妹染色单体 C. 图①细胞通过非姐妹染色单体互换发生基因重组 D. 图⑤中“染色体桥”随机断裂将导致染色体结构变异 【答案】C 【解析】 【详解】A、先判断各正常分裂的时期：③为减数分裂Ⅰ前期，④为减数分裂Ⅰ中期，①为减数分裂Ⅰ后期，②为减数分裂完成后形成的子细胞，因此正常减数分裂过程的排序为③→④→①→②，A正确； B、减数分裂Ⅰ全过程着丝粒未分裂，③（减Ⅰ前）、④（减Ⅰ中）、①（减Ⅰ后）的细胞中均存在姐妹染色单体，B正确； C、同源染色体非姐妹染色单体互换导致的基因重组发生在减数分裂Ⅰ前期（对应图③），图①为减数分裂Ⅰ后期，该时期发生的是非同源染色体自由组合类型的基因重组，不发生交叉互换，C错误； D、“染色体桥”随机断裂会导致染色体片段的缺失、重复等改变，属于染色体结构变异，D正确。 5. 四倍体水稻（4n=48）有丝分裂后期细胞中（　　） A. 有8个染色体组 B. 非同源染色体自由组合 C. 配对的同源染色体彼此分离 D. 有96条染色单体 【答案】A 【解析】 【详解】A、四倍体水稻体细胞含有4个染色体组，有丝分裂后期着丝粒分裂，染色体数目加倍，染色体组数目也加倍为8个，A正确； B、非同源染色体自由组合是减数第一次分裂后期的特有特征，有丝分裂过程中不发生该现象，B错误； C、同源染色体配对后彼此分离是减数第一次分裂后期的特有特征，有丝分裂过程中无同源染色体的配对和分离行为，C错误； D、有丝分裂后期着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为独立的染色体，此时细胞中不存在染色单体，染色单体数为0，D错误。 6. 5S rDNA是玉米2号染色体特异性标记，联会时同源染色体的两个标记紧密相邻。观察玉米野生型与M基因突变体花粉母细胞减数分裂同一时期5S rDNA的分布（如图）。 下列分析错误的是（ ） A. 图示细胞处于减数第二次分裂前期 B. 图示时期未发生同源染色体分离 C. M基因可影响同源染色体联会 D. 图示过程中可能发生基因重组 【答案】A 【解析】 【详解】A、5S rDNA 是同源染色体特异性标记，图中能看到同源染色体仍配对联会，减数第一次分裂前期才会联会，减 Ⅱ 无同源染色体联会。所以细胞应处于减数第一次分裂前期，不是减 Ⅱ 前期，A错误； B、同源染色体分离发生在减 Ⅰ 后期，图示为减 Ⅰ 前期，还未发生分离，B正确； C、野生型标记紧密相邻、联会正常；M 突变体标记排布异常，说明M 基因影响同源染色体联会，C正确； D、减 Ⅰ 前期同源染色体联会时可发生交叉互换，属于基因重组，D正确。 7. 部分肺纤维化患者的肺泡上皮细胞容易受损衰老。患者衰老的肺泡上皮细胞不会出现（　　） A. DNA损伤积累 B. 染色体端粒异常加长 C. 自由基增加 D. 线粒体功能减弱 【答案】B 【解析】 【详解】细胞衰老时，DNA修复能力下降，导致DNA损伤积累；染色体端粒在细胞分裂过程中逐渐缩短；自由基产生增加，加速细胞损伤；线粒体功能减弱，导致能量供应不足。B错误，ACD正确。 故选B。 8. LMNA基因编码的蛋白可维持细胞核的结构稳定。研究者利用CRISPR/Cas9技术获得LMNA突变基因被修复的iPSC细胞系。该细胞系作为对照在研究中的价值是（　　） A. 验证CRISPR/Cas9系统对LMNA基因的编辑效率 B. 排除遗传背景差异以确定LMNA基因突变与表型关系 C. 制备可供异体移植的通用型干细胞治疗产品 D. 比较LMNA基因不同突变类型对细胞功能的影响 【答案】B 【解析】 【详解】A、验证CRISPR/Cas9系统的基因编辑效率，需要统计处理后成功发生基因编辑的细胞占总处理细胞的比例，题中仅仅指出已经获得的修复成功的细胞系，A错误； B、修复后的细胞系与原突变细胞系的遗传背景几乎完全相同，唯一变量为LMNA基因是否发生突变，作为对照可以排除其他遗传背景差异的干扰，准确确定LMNA基因突变与表型的对应关系，B正确； C、通用型异体移植干细胞需要进行基因修饰以消除免疫排斥相关的抗原，本题仅修复了LMNA突变，C错误； D、该细胞系仅将突变的LMNA基因修复为正常类型，没有多种不同突变类型的LMNA基因，无法比较不同突变类型对细胞功能的影响，D错误。 9. miRNA是一种非编码单链RNA，参与基因表达调控（如图），在细胞分化、个体发育及疾病发生发展中发挥巨大作用。相关叙述错误的是（ ） A. miRNA通过碱基互补配对来识别目标mRNA B. 途径①中miRNA通过抑制翻译来抑制目标基因表达 C. 途径②中miRNA抑制目标基因的转录 D. miRNA可能作为治疗疾病的药物的靶点 【答案】C 【解析】 【详解】A、从图中可以看出，miRNA能与目标mRNA进行碱基互补配对来识别目标mRNA，A正确； B、途径①中，miRNA与mRNA结合后，抑制了核糖体与mRNA的结合，也就抑制了翻译过程，从而抑制目标基因表达，B正确； C、途径②中，miRNA与mRNA结合后，导致mRNA降解，这是对翻译过程的影响，而不是抑制目标基因的转录，C错误； D、由于miRNA在细胞分化、个体发育及疾病发生发展中发挥巨大作用，所以它可能作为治疗疾病的药物的靶点，D正确。 故选C。 10. 玉米B基因决定性状的遗传机制如图所示。其中只有RNA聚合酶Ⅱ的转录产物能指导正常蛋白质合成，RNA依赖的甲基化酶能使DNA特定位置甲基化。相关叙述错误的是（ ） A. B′可使B表达被抑制 B. 该机制属于表观遗传现象 C. BB′玉米表现为B决定的性状 D. RNA聚合酶的底物为核糖核苷酸 【答案】C 【解析】 【详解】A、从图中可以看出，基因B'（被甲基化抑制表达）转录出的siRNA，会在RNA依赖的甲基化酶作用下，使正常的B基因发生DNA甲基化，从而抑制 B基因的表达。因此B'可使B表达被抑制，A正确； B、该机制是DNA甲基化修饰导致基因表达改变，不改变基因的碱基序列，属于表观遗传现象，B正确； C、在基因型为BB'的玉米中，B'会抑制B的表达，因此B基因无法正常合成蛋白质，玉米不能表现为B决定的性状，C错误； D、RNA聚合酶催化RNA的合成，RNA的基本单位是核糖核苷酸，因此RNA聚合酶的底物是核糖核苷酸，D正确。 11. 报春花的花色由两对基因控制。将纯合紫红色报春花与纯合白色报春花杂交，F1全为粉色，F1自交得到F2，F2表型及比例为白色∶浅粉色∶粉色∶深粉色∶紫红色=1∶4∶6∶4∶1。下列叙述错误的是（ ） A. 控制花色的两对基因的遗传是独立的 B. 花色深浅与显性或隐性基因的数量有关 C. F2中白色和紫红色性状均可稳定遗传 D. F1测交后代会出现四种花色 【答案】D 【解析】 【详解】A、F₂表型比例和为16，属于9:3:3:1的自由组合比例变形，说明两对基因遵循自由组合定律，遗传是独立的，A正确； B、F₂中花色从白色到紫红色，对应显性基因数量依次为0、1、2、3、4，说明花色深浅与显性基因的数量有关，B正确； C、F₂中白色个体基因型为aabb（隐性纯合），紫红色个体基因型为AABB（显性纯合），均为纯合子，性状可稳定遗传，C正确； D、F₁基因型为AaBb，测交是与aabb杂交，后代基因型为AaBb（粉色）、Aabb（浅粉色）、aaBb（浅粉色）、aabb（白色），仅出现3种花色，D错误。 12. 利用线粒体突变体可检测植物线粒体父系渗漏现象：携带缺陷型线粒体（会导致种子萌发缺陷）的母本，与携带正常线粒体的父本杂交，发现极少数种子萌发。下列关于萌发种子的推断一定成立的是（ ） A. 获得父本线粒体，发生父系渗漏 B. 仅继承母本线粒体，未发生父系渗漏 C. 同时继承双亲线粒体，发生基因重组 D. 线粒体功能未受影响，未发生父系渗漏 【答案】A 【解析】 【详解】A、正常情况下子代线粒体全部来自缺陷型母本，种子应无法萌发，现在种子可萌发说明获得了父本的正常线粒体，即发生了父系渗漏，A正确； B、若仅继承母本线粒体，母本线粒体为缺陷型，会导致种子萌发缺陷，无法萌发，B错误； C、萌发种子只要获得父本的正常线粒体即可正常萌发，不一定需要同时继承双亲线粒体，且题意未支持发生线粒体基因重组的论断，C错误； D、若未发生父系渗漏，子代仅含有母本的缺陷型线粒体，线粒体功能会受影响，种子无法萌发，不符合题意，D错误。 13. D1蛋白参与光反应，强光下易损伤，D1的合成及修复效率是维持光合速率的关键。下列叙述正确的是（　　） A. D1受损降低光反应ATP生成速率 B. 新合成的D1在叶绿体基质中发挥作用 C. D1修复速率直接影响CO2与C5的结合过程 D. 抑制D1基因的表达有利于植物对强光的适应 【答案】A 【解析】 【详解】A、D1蛋白参与光反应，光反应的产物包括ATP，D1受损会导致光反应效率下降，因此会降低光反应ATP的生成速率，A正确； B、光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，因此参与光反应的D1蛋白应在类囊体薄膜上发挥作用，而非叶绿体基质（暗反应场所），B错误； C、CO2与C5的结合属于暗反应的CO2固定阶段，该过程本身不需要光反应产物的参与，D1修复速率通过影响光反应产生的ATP和NADPH的量，进而影响C3还原和C5再生，间接影响CO2固定过程，C错误； D、抑制D1基因的表达会导致D1蛋白合成量减少，强光下D1受损后无法及时修复，会抑制光反应、降低光合速率，不利于植物适应强光环境，D错误。 14. 将目的基因导入空载体（载体中含启动子和终止子），构建重组表达载体并导入受体细胞，载体中的插入序列随机整合至植物基因组。利用PCR技术进行检测时，可以采用不同的引物设计策略，如下图。下列叙述错误的是（ ） A. 引物对中的两个引物分别与不同的模板链结合 B. 引物对a可区分目的基因插入位置不同的转基因植株 C. 引物对b可用于检测插入序列是否成功导入植物细胞 D. 引物对c可用于检测植物细胞中是否含有空载体 【答案】D 【解析】 【详解】A、引物对中的两个引物分别与不同的模板链结合，为DNA聚合酶提供3'端起点，从而沿5'→3'方向分别延伸，A正确； B、 引物对a的一条引物位于植物基因组，另一条位于插入序列的启动子区。不同植株中插入序列的位置不同，扩增出的片段长度也会不同，因此可以区分插入位置，B正确； C、引物对b位于插入序列内部（启动子和目的基因之间），只要插入序列成功导入，就能扩增出对应的片段，因此可以检测导入是否成功，C正确； D、引物对c位于目的基因内部，空载体不含目的基因，因此无法用引物对c扩增出片段，不能检测空载体，D错误。 15. 下列科学方法与实验目的不匹配的是（ ） 选项 科学研究方法 实验目的 A 显微观察法 检测生物组织中的脂肪 B 纸层析法 提取绿叶中的光合色素 C 同位素标记法 研究分泌蛋白的合成和运输过程 D 模型构建法 探究细胞大小与物质交换的关系 A. A B. B C. C D. D 【答案】B 【解析】 【详解】A、检测生物组织中的脂肪时，若采用花生子叶切片制作装片，经苏丹Ⅲ（或苏丹Ⅳ）染色后需要用显微镜观察着色的脂肪颗粒，用到显微观察法，A正确； B、纸层析法的作用是分离绿叶中的光合色素，提取光合色素用无水乙醇等有机溶剂，二者不匹配，B错误； C、研究分泌蛋白的合成和运输过程时，用同位素标记的氨基酸作为原料，追踪放射性出现的先后位置可明确分泌蛋白的运输路径，用到同位素标记法，C正确； D、探究细胞大小与物质交换的关系时，用不同大小的琼脂块模拟不同体积的细胞，属于物理模型构建，用到模型构建法，D正确。 二、非选择题（共70分） 16. 线粒体是ATP合成和某些氨基酸（如脯氨酸、鸟氨酸等）生产的场所。科研人员以体外培养的小鼠成纤维细胞（MEF）为材料，对线粒体调控这两个相互竞争的代谢途径（图1）的机制进行了研究。 （1）由图1可知，在线粒体内，谷氨酸可在P5CS催化下合成脯氨酸和鸟氨酸，也可通过氧化磷酸化（有氧呼吸第三阶段）等过程氧化供能。线粒体_______上含有ATP合酶等多种蛋白，是氧化磷酸化反应进行的场所。 （2）体外培养MEF时，培养液中应含有水、无机盐、糖类、_______等营养物质。 （3）用含10mM葡萄糖或缺乏葡萄糖的培养液培养MEF，一段时间后检测细胞耗氧量和脯氨酸水平，结果如图2、图3所示。由结果可知，与含葡萄糖培养基中生长的细胞相比，在缺乏葡萄糖培养基中生长的细胞更多地依赖线粒体中的_______过程来合成ATP，但脯氨酸合成_______。 （4）电镜观察在缺乏葡萄糖培养基中生长的细胞，发现线粒体分化为两个亚群（I、Ⅱ）。检测表明，I型线粒体缺乏ATP合酶但富含P5CS，其中P5CS以活性更高的细丝形态存在，Ⅱ型富含ATP合酶但缺乏P5CS。阻止线粒体分化，会使氧化磷酸化或脯氨酸合成能力受损。葡萄糖培养基中生长的细胞，线粒体没有分化。请分析说明线粒体分化的意义_______。 【答案】（1）内膜 （2）氨基酸、维生素 （3） ①. 氧化磷酸化（或有氧呼吸第三阶段） ②. 不受影响 （4） 线粒体分化导致代谢分工，I 型专注于脯氨酸等物质的合成，II型专注于 ATP合成。代谢分工提高了线粒体合成 ATP 和氨基酸的能力，使细胞能更好地应对营养缺乏环境，满足能量和营养需求。 【解析】 【分析】本题围绕线粒体的代谢功能展开，具体考查以下知识点：1.氧化磷酸化（有氧呼吸第三阶段）发生在线粒体内膜，内膜含 ATP 合酶、细胞色素复合物等蛋白。2.体外培养 动物细胞需含水、无机盐、糖类、氨基酸、维生素、血清等。 【小问1详解】 氧化磷酸化是有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜，内膜上含 ATP 合酶、电子传递链相关蛋白，可将 NADH中的化学能转化为ATP中的化学能。 【小问2详解】 体外培养动物细胞（MEF）的培养液，除水、无机盐、糖类外，还需含氨基酸、维生素等营养物质。 【小问3详解】 图 2 显示缺乏葡萄糖时细胞耗氧量升高，说明细胞更多依赖线粒体的三羧酸循环（有氧呼吸第二阶段） 产生 NADH，再通过氧化磷酸化（有氧呼吸第三阶段）合成 ATP。 图 3 显示缺乏葡萄糖时脯氨酸水平与含葡萄糖组基本相同，故脯氨酸合成不变。 【小问4详解】 线粒体分化为两个亚群：I 型富含活性 P5CS，高效合成脯氨酸；II 型富含 ATP 合酶，高效合成 ATP。这种分化可避免谷氨酸在 “氧化供能” 和 “氨基酸合成” 之间的代谢竞争，使细胞在葡萄糖缺乏时，既能通过 II 型线粒体满足能量需求，又能通过 I 型线粒体合成必需氨基酸（脯氨酸），适应营养缺乏环境。 17. 水稻是我国重要的粮食作物，稻黄单胞菌引起的白叶枯病严重影响水稻产量。利用抗病基因是控制该病害更为安全、有效的措施。 （1）水稻的感病和抗病是一对____。将纯合感病植株与纯合抗病植株杂交，F1表现为____，说明抗病为隐性性状。 （2）对F2中不同植株的感病与抗病基因进行PCR扩增（结果如图1），具有抗性的植株是____。 （3）为研究水稻感病与抗病机理，科研人员构建了不同启动子-报告基因表达载体（图2),并分别与含有稻瘟病菌T或A蛋白的基因表达载体共转化到烟草叶片中，随后将上述烟草叶片培养于含X-Gluc 的培养基中，结果如图3。 ①已知特定蛋白与启动子结合后能激活相应基因的表达。该实验设计用以探究S、s基因启动子与何种蛋白结合，图3结果表明____。 ②依据实验结果，推测水稻感病或抗病机理____（任选其一）。 ③基于上述结果，分析水稻的感病与抗病情况：I____,Ⅱ____ 稻黄单胞菌 基因型 被侵染 水稻基因型 TT/Tt tt SS 感病 I___ ss Ⅱ_____ 抗病 （4）为培育水稻抗病植株，以下方案可行的是____（多选）。 A. 利用转基因技术，将s基因导入水稻感病植株 B. 利用基因编辑技术，改造水稻S基因的启动子序列 C. 敲除感病水稻的S基因 【答案】（1） ①. 相对性状 ②. 感病 （2）植株2 （3） ①. S基因启动子只能与T蛋白结合，不能与A蛋白结合s基因启动子既不能与A蛋白结合，也不能与T蛋白结合 ②. 感病机理：病菌T蛋白与S基因启动子结合后，激活S基因表达，从而使水稻感病 ③. 抗病 ④. 抗病 （4）BC 【解析】 【分析】基因工程技术的基本步骤：（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成。（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等。（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样。（4）目的基因的检测与鉴定。 【小问1详解】 相对性状是指位于同源染色体相同位置控制相对性状的基因，水稻的感病和抗病是一对相对性状；具有相对性状的纯合子杂交，子一代表现出的是显性性状，故将纯合感病植株与纯合抗病植株杂交，F1表现为感病，说明抗病为隐性性状。 【小问2详解】 设相关基因是S/s，亲代基因型是SS×ss，子一代是Ss，F2中不同植株的感病植株基因型有SS、Ss，与抗病基因s进行扩增，其中含有抗病基因的只有s隐性基因，只有一个条带，对应植株2。 【小问3详解】 ①分析题意，报告基因编码β-葡萄糖醛酸酶，该酶可 催化X-Gluc生成蓝色产物(图3中深色部分)，特定蛋白与启动子结合后能激活相应基因的表达，该实验用以探究S、s基因启动子与何种蛋白结合，结合图3可知，S基因启动子可使病菌T蛋白变蓝，而不能使病菌A蛋白变蓝，s基因启动子不能使两种蛋白变蓝，说明S基因启动子只能与T蛋白结合，不能与A蛋白结合，s基因启动子既不能与A蛋白结合，也不能与T蛋白结合。 ②依据实验结果，推测水稻感病或抗病机理是：病菌T蛋白与S基因启动子结合后，激活S基因表达，从而使水稻感病。 ③由于病菌T蛋白与S基因启动子结合后，激活S基因表达，从而使水稻感病，故含有tt的表现为抗病，且由（1）可知ss类型也是抗病， 故表中的I和II都是抗病。 【小问4详解】 A、由于S对s是显性，将s基因导入水稻感病植株后s不能表达，不可行，A错误； B、启动子是RNA聚合酶识别与结合的位点，用于启动基因转录，利用基因编辑技术，改造水稻S基因的启动子序列会导致S基因不能表达，可行，B正确； C、敲除感病水稻的S基因会导致S基因不能表达，可行，C正确。 故选BC。 18. 学习以下材料，回答（1）～（4）题。 亲代印记 科学家进行了一项有趣的实验。选DNA序列几乎相同的雌、雄小鼠，体外受精获得多个受精卵。通过显微操作将受精卵中来自精子（卵细胞）的细胞核置换成来自另外一个卵细胞（精子）的细胞核，获得具有两套母本基因组或两套父本基因组的“受精卵”。经培养，这种“单亲”胚胎不能正常发育，只有同时具有双亲细胞核的胚胎才能正常发育。 位于小鼠7号染色体某区域的H19基因和Igf2基因控制着胚胎大小及细胞生长，它们的异常表达会导致胚胎发育异常。下图为正常胚胎中H19基因和Igf2基因转录的调控机制，印记控制区（ICR）是否甲基化决定该区域能否结合阻遏蛋白（CTCF）。在胚胎发育过程中，来自母本7号染色体上的ICR与CTCF结合，阻止增强子（E）和Igf2基因的启动子结合，但不能阻止E和H19基因的启动子结合，从而使得Igf2基因不表达，H19基因顺利表达。来自父本7号染色体的上述2个基因的表达与之相反。 研究发现，正常胚胎中存在着在几百个类似H19基因和Igf2基因的调控机制。这种由双亲性别决定的基因功能上的差异被称为亲代印记。亲本在形成下一代卵细胞或精子的过程中，原始生殖细胞经过减数分裂形成配子，父母的染色体会随机分配到配子中。例如某女性形成的卵细胞中染色体上的亲代印记就会有两种可能，一种是“母源”的，而另一种是“父源”的。这样卵细胞部分染色体上就会载有“错误”的亲代印记，男性产生精子时也会出现相同的问题。那么生物体是如何保证卵细胞或精子能保持印记的正确和稳定呢？ 这里面的秘密其实在于亲代印记经历了一次重建的过程。在原始生殖细胞（PGCs）形成时期，细胞发生DNA去甲基化，以擦除亲本印记“记忆”。进一步，PGCs发育至成熟配子，重新建立起DNA甲基化印记。受精后，DNA甲基化印记会在整个胚胎发育时期和生命后期得以维持。然而，在发育胚胎的PGCs中，先前建立的DNA甲基化印记再次被擦除，以在配子形成的阶段重新建立新的印记，从而完成印记周期。这种循环的甲基化和去甲基化过程，将有助于细胞特性的建立、维持和动态变化，以保证所形成的印记在体细胞分裂过程中能稳定遗传。 （1）“单亲”胚胎和正常胚胎DNA序列相同，基因表达不同，造成胚胎发育情况不同，这种遗传现象称为__________。 （2）在正常发育的胚胎中，来自父本和母本H19基因和Igf2基因的印记控制区的__________存在差异，导致表达水平不同。以H19基因和Igf2基因为例，解释“单亲”胚胎不能正常发育的原因_____________。 （3）关于亲代印记的说法正确的是 A. 原始生殖细胞形成过程中亲代印记被擦除 B. 在形成成熟生殖细胞的过程中重建新的印记 C. 胚胎发育过程中大部分细胞维持原有的印记 D. 男性个体中会出现祖母的亲代印记 （4）请简述亲代印记擦除、重建和维持的意义_________。 【答案】（1）表观遗传 （2） ①. 甲基化（水平） ②. 如果H19和Igf2两个基因均来自母本，H19基因就会过量表达，Igf2基因印记不表达或表达量低；而如果两个基因均来父本，H19基因表达量太低，Igf2基因过量表达，导致胚胎发育异常 （3）ABC （4）亲代印记的擦除和重建保证卵细胞只具有“母源”的印记，精子只具有“父源”的印记，亲代印记的维持保证由受精卵分裂而来的体细胞都具有“母源”和“父源”的印记，进而保证相关基因表达水平正常，促进胚胎（个体）正常发育 。 【解析】 【小问1详解】 生物的表观遗传是指生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表现型发生可遗传变化的现象。题中DNA序列相同，基因表达不同，造成胚胎发育情况不同，是表观遗传。 【小问2详解】 由题知，“印记控制区（ICR）是否甲基化决定该区域能否结合增强子阻遏蛋白(CTCF)”，所以在正常发育的胚胎中，来自父本和母本H19基因和Igf2基因的印记控制区的甲基化程度存在差异，导致表达水平不同。正常胚胎，H19基因和Igf2基因正常表达，但是 “单亲”胚胎，如果H19和Igf2两个基因均来自母本，H19基因就会过量表达，Igf2基因不表达或表达量低；而如果两个基因均来自父本，H19基因表达量太低，Igf2基因过量表达，导致胚胎发育异常，所以不能正常发育。 【小问3详解】 A、在原始生殖细胞形成时期，细胞发生DNA去甲基化，以擦除亲本印记“记忆”，A正确； B、原始生殖细胞发育至成熟配子，重新建立起DNA甲基化印记，B正确； C、受精后，DNA甲基化印记会在整个胚胎发育时期和生命后期得以维持，C正确； D、祖母的卵原细胞形成和成熟过程中亲代印记会被擦除，形成卵细胞在发育过程中重新建立新的亲代印记，所以父亲得到的亲代印记已经与祖母不同了，D错误。 【小问4详解】 亲代印记可以稳定遗传给下一代，可以维持某些基因的正常表达水平，使受精卵正常发育，物种得以延续。 19. 研究者设计基因编辑系统X，将其导入某大肠杆菌菌株中，可以实现对多个基因的同步激活与抑制，以提高该菌抗肿瘤化合物Z的产量。 （1）系统X中dCas蛋白和P蛋白相连，gRNA可以与dCas自动组装到一起。系统X中可以含有多种序列不同的gRNA，gRNA依据_______原则与目标序列特异性结合，引导dCas结合到DNA上，P蛋白是转录激活因子。 （2）研究者检测了系统X对基因的激活效果，当gRNA靶向R基因（核糖体生物合成相关基因）时，Z产量提升约2.9倍。推测当gRNA与R基因的特定区域结合，P蛋白可募集_______启动R基因转录，有利于Z的合成。 （3）研究者检测了系统X对基因的抑制效果，设计了能靶向结合F基因（与细胞分裂相关）不同区域Q1和Q2的gRNA1、gRNA2，分别转入不同的大肠杆菌中，细胞数量相对值如图1。 实验表明：_____________________________。 （4）研究者以绿色和红色荧光蛋白（分别记为GFP和RFP）的荧光强度为检测指标，验证系统X对不同基因的同步激活与抑制功能，系统X中gRNA3、gRNA4的最佳结合区域分别为_______（从Q3～Q8中选择填入）。 若结果显示：_______，可证实系统X在同一细胞中能同时实现激活与抑制。 （5）实验室条件下，利用系统X促进R基因表达且抑制F基因表达时，Z含量最高。但在工厂扩大培养时，外界条件均适宜，系统X能正常运转，Z产量并未达到最大值。请结合发酵工程的基本环节，写出对系统X表达载体的进一步改进措施。_______________________。 【答案】（1）碱基互补配对 （2）RNA 聚合酶 （3）系统X能抑制基因表达，靶向Q1时效果更好；P蛋白不影响系统X的抑制功能 （4） ①. Q4、Q6 ②. 绿色荧光减弱，红色荧光增强 （5）将靶向F基因的gRNA基因启动子替换为诱导型启动子，使其在大肠杆菌数量增殖到一定阶段才开始表达 【解析】 【分析】基因编辑系统 X 作用机制流程图 1、系统组装：dCas 蛋白与 P 蛋白相连，gRNA 通过碱基互补配对原则识别并结合到目标 DNA 序列上，同时与 dCas 蛋白结合形成复合物。 2、靶向结合：复合物通过 gRNA 与目标 DNA 的配对，精准定位到基因的特定区域（如启动子附近的 Q1/Q2 或 Q3/Q8 位点）。 3、功能执行（激活 / 抑制）：激活模式：当复合物结合到目标基因（如 R 基因）的启动子区域时，P 蛋白作为转录激活因子募集 RNA 聚合酶，启动基因转录，促进产物（如 Z 物质）合成。 抑制模式：当复合物结合到目标基因（如 F 基因）的启动子区域时，会阻碍 RNA 聚合酶与启动子的结合，抑制基因转录，从而降低细胞增殖速率。 【小问1详解】 gRNA 依据碱基互补配对原则与目标序列特异性结合，引导 dCas 结合到 DNA 上。 【小问2详解】 P 蛋白是转录激活因子，可募集RNA 聚合酶启动 R 基因转录，从而有利于 Z 的合成。 【小问3详解】 对照组不含 gRNA（无靶向结合），细胞数量相对值为 1；实验组转入 gRNA1（靶向 Q1）或 gRNA2（靶向 Q2），均含 dCas（系统 X 的核心组件），部分组含 P 蛋白。 结果分析： 与对照组相比，靶向 Q1 和 Q2 的实验组细胞数量均低于 1，说明 dCas 结合到 F 基因（细胞分裂相关基因）后，抑制了 F 基因的表达（F 基因表达受抑会导致细胞分裂减慢，数量减少）。 靶向 Q1 的实验组细胞数量比靶向 Q2 的更低，说明 靶向 F 基因的 Q1 区域时，抑制效果更显著。 含 P 蛋白与不含 P 蛋白的组（对比同一靶向区域）细胞数量无明显差异，说明 P 蛋白（转录激活因子）不影响系统 X 的抑制功能（抑制功能由 dCas 结合目标基因阻断转录实现，与 P 蛋白无关）。 【小问4详解】 目标：验证 “同步激活与抑制”—— 需激活一个基因（如低表达的 RFP），抑制另一个基因（如高表达的 GFP）。 抑制基因的原理：dCas 结合到基因的 启动子区域或转录起始区，阻断 RNA 聚合酶结合，从而抑制转录。图 2 中 GFP 为高表达启动子，需抑制其表达，应选择启动子附近的 Q4区域（gRNA4 靶向 Q4，抑制 GFP）。 激活基因的原理：P 蛋白（转录激活因子）需结合到基因的 启动子上游或增强子区域，募集 RNA 聚合酶促进转录。RFP 为低表达启动子，需激活其表达，应选择启动子上游的 Q6 区域（gRNA3 靶向 Q6，结合 dCas-P 复合物，激活 RFP）。 第二步：验证结果： 若系统 X 发挥作用：被抑制的 GFP（绿色荧光）表达减弱，荧光强度降低；被激活的 RFP（红色荧光）表达增强，荧光强度升高。因此结果为 绿色荧光减弱，红色荧光增强。 【小问5详解】 F 基因与细胞分裂相关，若全程抑制 F 基因，会导致大肠杆菌增殖缓慢，总菌体数量少 —— 即使单个菌体 Z 产量高，整体产量（总菌体数 × 单个菌体 Z 产量）仍较低。 改进逻辑：发酵工程中，需先让菌体 “大量增殖”（获得足够生物量），再诱导合成目标产物（Z）。因此需 调控 F 基因的抑制时机： 将靶向 F 基因的 gRNA 的启动子替换为 诱导型启动子（如乳糖诱导型、温度诱导型）。 发酵初期：诱导型启动子不启动，gRNA 不表达，F 基因正常表达，大肠杆菌快速增殖（积累生物量）。 发酵后期：加入诱导剂，启动 gRNA 表达，抑制 F 基因，同时 R 基因持续高表达，单个菌体大量合成 Z，最终总产量最大化。 20. 籼稻和粳稻的杂交种有杂种优势但会出现部分花粉不育。水稻基因组中Sa区段（简称Sa）与花粉育性相关。 （1）籼稻和粳稻的Sa不同，二者杂交所得F1的Sa类型均为籼—粳杂合型。常温（23℃）下F1花粉50%可育，F1自交所得F2的Sa类型及比例为籼稻型∶籼—粳杂合型＝1∶1，推测F1中含________Sa的花粉不育。高温（32℃）下F1花粉育性完全恢复。 （2）Sa包含连锁不发生交换的3个基因——F、M和L，籼稻为F+、M+、L+的纯合子，粳稻为F-、M-、L-的纯合子。F+蛋白与M+蛋白在减数分裂Ⅰ过程中结合形成复合物C，导致花粉败育。研究者推测“L+蛋白在花粉中完全解除复合物C的作用”，为验证该推测，将L+基因转入F1获得转基因植株（L+基因单拷贝插入非Sa所在的染色体）。若该推测成立，则该转基因植株在常温下自交，后代Sa类型及比例为籼稻型∶籼—粳杂合型∶粳稻型＝________。 （3）L-蛋白也具有恢复育性的功能，但其氨基酸序列与L+蛋白有差异。研究者分别敲除F1植株中的L+基因或L-基因，获得突变植株甲和乙。植株甲和乙在不同温度下分别自交，后代的Sa类型所占比例如图1。 综合上述信息，阐述L+蛋白和L-蛋白与不同温度下F1花粉育性的关系____________________。 （4）研究者进一步提出假说：“L+蛋白可通过竞争性结合M+蛋白，抑制复合物C的作用”，证实该假说的实验设计如下。 步骤1：GST蛋白和MBP蛋白为常用的分子标签。研究者分别制备了GST-M+、MBP-F+、MBP-L+三种融合蛋白，这三种蛋白分子量不同。 步骤2：将不同蛋白按照表中1～5组所示组合混匀后保温（“＋”代表加入，“－”代表未加入），请写出表中“？”处的处理________；________；________；________。 组别 蛋白质 1组 2组 3组 4组 5组 MBP-L+ ？ ？ ？ ？ － MBP － － － － ＋ GST-M⁺ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ MBP-F+ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 步骤3：捕获GST-M+及其结合蛋白，分离与GST-M+结合的蛋白并进行电泳，用抗MBP抗体检测，依据电泳条带的位置和深浅判断_____________。 （5）籼稻主要分布于热带、亚热带，粳稻主要分布于温带。图2为籼稻和粳稻的演化路径，依据现代生物进化理论分析，形成现今的籼稻和粳稻的两个关键环节是__________________。 【答案】（1）粳稻 （2）2:3:1 （3）L+ 蛋白在常温和高温下均可恢复含籼稻Sa的花粉育性；L- 蛋白在常温下不能恢复含粳稻Sa的花粉育性，高温下可以恢复含粳稻Sa的花粉育性 （4） ①. - ②. + ③. ++ ④. +++ ⑤. 结合到M⁺ 上的MBP-F⁺ 或MBP-L⁺ 的含量 （5）变异和选择 【解析】 【小问1详解】 籼稻和粳稻杂交所得F1的Sa类型为籼—粳杂合型（设为S1S2，S1代表籼稻型Sa，S2代表粳稻型Sa）。常温下F1花粉50%可育，F1自交所得F2的Sa类型及比例为籼稻型（S1S1）:籼—粳杂合型（S1S2）=1:1，所以推测F1中含粳稻型Sa的花粉不育。 【小问2详解】 Sa包含连锁不发生交换的3个基因——F、M和L，籼稻为F+、M+、L+的纯合子，粳稻为F−、M−、L−的纯合子，F+蛋白与M+蛋白在减数分裂过程中结合形成复合物C，导致花粉败育，研究者推测L+蛋白在花粉中完全解除复合物C的作用。将L+基因转入F1获得转基因植株（L+基因单拷贝插入非Sa所在的染色体），F1产生的花粉有F+M+L+、F−M−L−L+、F+M+L+L+、F−M−L−（败育），则F1产生的花粉及比例为F+M+L+：F−M−L−L+：F+M+L+L+=1：1：1，F1产生的卵细胞及比例为F+M+L+：F−M−L−L+：F+M+L+L+：F−M−L−=1：1：1：1，F1自交时，产生的后代Sa类型及比例为：含两个籼稻Sa基因（F+M+L+）的个体（籼稻型）占2/3×2/4=1/3，含一个籼稻Sa基因（F+M+L+）和一个粳稻Sa基因（F−M−L−）的个体（籼-粳杂合型）占2/3×2/4+1/3×2/4=1/2，含两个粳稻Sa基因（F−M−L−）的个体（粳稻型）占1/3×2/4=1/6，所以籼稻型：籼-粳杂合型：粳稻型=2:3:1。 【小问3详解】 植株甲：由于敲除L+基因，所以含籼稻型Sa的花粉不育，只有L-基因，但常温下，L-蛋白不能解除复合物C的作用，含粳稻型Sa的花粉也不育，所以无后代；高温下，L-蛋白能解除复合物C的作用，含粳稻型Sa的花粉可育，所以后代中籼-粳杂合型：粳稻型=1:1。植株乙：由于敲除L-基因，所以含粳稻型Sa的花粉不育，只有L+基因，常温和高温下，L+蛋白都能解除复合物C的作用，含籼稻型Sa的花粉在常温和高温下均可育，所以后代中籼稻型和籼—粳杂合型=1:1。 综上，L+ 蛋白在常温和高温下均可恢复含籼稻Sa的花粉育性；L- 蛋白在常温下不能恢复含粳稻Sa的花粉育性，高温下可以恢复含粳稻Sa的花粉育性。 【小问4详解】 步骤2中，1组的MBP-L+处理：－（作为对照，没有MBP-L+蛋白，用于验证F+蛋白与M+蛋白结合情况）；2组-4组，逐渐增加加入的MBP-L+的量，以检测L+蛋白是否可通过竞争性结合M+蛋白，抑制F+和M+结合，所以2组的MBP-L+处理：＋；3组的MBP-L+处理：＋＋；4组的MBP-L+处理：＋＋＋。步骤3中，因为MBP-F+和MBP-L+都带有MBP标签，所以用抗MBP抗体可以检测它们的存在，依据电泳条带的位置和深浅判断结合到M⁺上的MBP-F⁺或MBP-L⁺的含量，以识别GST-M+与MBP-F+和MBP-L+的结合情况。 【小问5详解】 根据现代生物进化理论，热带祖先通过变异产生了F+M+L-和F+M+L+的变异类型。自然选择作用于这些变异，使分布在温带的种群保留了F-M-L-的基因型（现今的粳稻），分布在热带、亚热带的种群保留了F+M+L+的基因型（现今的籼稻），所以形成现今的籼稻和粳稻的两个关键环节是变异和选择。 21. 玉米是我国栽培面积最大的农作物，籽粒大小是决定玉米产量的重要因素之一，研究籽粒的发育机制，对保障粮食安全有重要意义。 （1）研究者获得矮秆玉米突变株，该突变株与野生型杂交，F1表型与___________相同，说明矮秆是隐性性状。突变株基因型记作rr。 （2）观察发现，突变株所结籽粒变小。籽粒中的胚和胚乳经受精发育而成，籽粒大小主要取决于胚乳体积。研究发现，R基因编码DNA去甲基化酶，亲本的该酶在本株玉米所结籽粒的发育中发挥作用。突变株的R基因失活，导致所结籽粒胚乳中大量基因表达异常，籽粒变小。野生型及突变株分别自交，检测授粉后14天胚乳中DNA甲基化水平，预期实验结果为__________________。 （3）已知Q基因在玉米胚乳中特异表达，为进一步探究R基因编码的DNA去甲基化酶对Q基因的调控作用，进行如下杂交实验，检测授粉后14天胚乳中Q基因的表达情况，结果如表1。 表1 组别 杂交组合 Q基因表达情况 1 RRQQ（♀）×RRqq（♂） 表达 2 RRqq（♀）×RRQQ（♂） 不表达 3 rrQQ（♀）×RRqq（♂） 不表达 4 RRqq（♀）×rrQQ（♂） 不表达 综合已有研究和表1结果，阐述R基因对胚乳中Q基因表达的调控机制____。 （4）实验中还发现另外一个籽粒变小的突变株甲，经证实，突变基因不是R或Q。将甲与野生型杂交，F1表型正常，F1配子的功能及受精卵活力均正常。利用F1进行下列杂交实验，统计正常籽粒与小籽粒的数量，结果如表2。 表2 组别 杂交组合 正常籽粒：小籽粒 5 F1（♂）×甲（♀） 3：1 6 F1（♀）×甲（♂） 1：1 已知玉米子代中，某些来自父本或母本的基因，即使是显性也无功能。 ①根据这些信息，如何解释基因与表2中小籽粒性状的对应关系？请提出你的假设________。 ②若F1自交，所结籽粒的表型及比例为____________，则支持上述假设。 【答案】（1）野生型 （2）野生型所结籽粒胚乳中DNA甲基化水平低于突变株 （3）母本R基因编码的DNA去甲基化酶只能降低母本Q基因的甲基化水平，使母本Q 基因在胚乳中表达：对父本的Q基因不起激活作用。父本R基因对Q基因不起激活 作用 （4） ①. 突变性状受两对独立遗传的基因控制，两对基因同时无活性才表现为小籽粒，其中一对等位基因在子代中，来自母本的不表达，来自父本的表达 ②. 正常籽粒：小籽粒=7：1 【解析】 【分析】【关键能力】 （1）信息获取与加工 题干关键信息 所学知识 信息加工 矮秆是隐性性状 显隐性性状的植株杂交，子一代全为显性性状 矮秆玉米突变株与野生型杂交，子代表型与野生型相同 R基因编码DNA去甲基化酶，突变株的R基因失活 DNA甲基化影响植株的表观遗传 野生型R基因正常，能编码DNA去甲基化酶，催化DNA去甲基化，野生型及突变株分别自交，野生型植株所结籽粒胚乳中DNA甲基化水平更低 （2）逻辑推理与论证 【小问1详解】 若矮秆是隐性性状，矮秆玉米突变株与野生型杂交，子代表型与野生型相同。 【小问2详解】 野生型R基因正常，能编码DNA去甲基化酶，催化DNA去甲基化，所以野生型及突变株分别自交，野生型植株所结籽粒胚乳中DNA甲基化水平更低。 【小问3详解】 由组别2、4可知，母本中的R基因编码的DNA去甲基化酶无法为父本提供的Q基因去甲基化，由组别3可知父本中R基因编码的DNA去甲基化酶不能对母本上所结籽粒的胚乳中的Q基因发挥功能。结合前面的研究成果：亲本的该酶在本株玉米所结籽粒的发育中发挥作用，可得母本R基因编码的DNA去甲基化酶只能降低母本Q基因的甲基化水平，使母本Q 基因在胚乳中表达：对父本的Q基因不起激活作用。父本R基因对Q基因不起激活 作用。 【小问4详解】 ①甲与野生型杂交得到的子代为正常个体，说明小籽粒为隐性性状。F1与甲杂交属于测交，F1作父本时，结果出现正常籽粒：小籽粒=3：1，推测该性状受到两对等位基因的控制，且只有不含显性基因的个体表现为小籽粒。F1作母本时，与甲杂交，后代正常籽粒：小籽粒=1：1，结合题目中“已知玉米子代中，某些来自父本或母本的基因，即使是显性也无功能”推测，母本产生配子时有一对等位基因是不发挥功能的。因此提出的假设为：籽粒变小受到两对等位基因的控制，任意一对等位基因中的显性基因正常发挥功能的个体表现为正常籽粒，没有显性基因或显性基因均无法正常发挥功能的个体表现为小籽粒，其中有一对等位基因的显性基因来自母本的时候无法发挥功能。②F1自交，F1产生的精子中含显性基因正常发挥功能的配子：不含显性基因的配子=3：1，F1产生的卵细胞中含显性基因正常发挥功能的配子：不含显性基因的配子和含显性基因不发挥功能的配子=1：1，所以F1自交所结籽粒的表型及比例为正常籽粒：小籽粒=（1-1/4×1/2）：（1/4×1/2）=7：1。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $