（20）现代生物科技——2023届高考生物二轮复习热点题型限时练（含解析）

（20）现代生物科技——2023届高考生物二轮复习热点题型限时练
答题时间：25分钟
1.基因定点整合可替换特定基因，该技术可用于单基因遗传病的治疗。苯丙酮尿症是由PKU基因突变引起的，将正常PKU基因定点整合到PKU基因突变的小鼠胚胎干细胞的染色体DNA上，替换突变基因，可用来研究该病的治疗过程。定点整合的过程是：从染色体DNA的突变PKU基因两侧各选择一段DNA序列HB1和HB2，根据其碱基序列分别合成HB1和HB2，再将两者分别与基因K1、K2连接，中间插入正常PKU基因和标记基因neor，构建出如图所示的重组载体。重组载体和染色体DNA中的HB1和HB2序列发生交换，导致两者之间区域发生互换，如图所示。回答下列问题：
（1）构建重组载体，常用的工具酶有_____。构建重组载体时，需要大量PKU基因，常用_____技术合成PKU基因，利用该方法合成PKU基因时需要设计并合成_____种引物。
（2）题干中所用胚胎干细胞可以来自_____。培养过程中大部分细胞会贴附在培养瓶壁生长，当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂，这种现象称为_____。
（3）实验过程中，为了提高胚胎的利用率，可采用胚胎分割技术，若选用囊胚期的胚胎，操作过程中要特别注意将内细胞团均等分割，原因是_____。
（4）用图中重组载体转化胚胎干细胞时，会出现PKU基因错误整合。错误整合时，载体的两个K基因中至少会有一个与neor一起整合到染色体DNA上。已知含有neor的细胞具有G418的抗性。Kl、K2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。转化后的胚胎干细胞依次在含有G418及同时含有G418和DHPG的培养液中进行培养，在双重选择下存活下来的是_____（填“正确整合”或“错误整合”）的胚胎干细胞，理由是_____。
2.维生素A在体内转化为11-顺式视黄醛后，与视网膜特定细胞中的视蛋白结合成视紫红质。视紫红质接受光信号后,11-顺式视黄醛转变为全反式视黄醛，视紫红质构象发生变化，激活细胞内的信号通路,最终产生视觉。全反式视黄醛与视蛋白脱离，经复杂的转运和酶促反应，再度转变为11-顺式视黄醛而被重复利用。最新研究表明，一种G蛋白偶联受体RGR可能参与了视觉产生的某些过程。为研究RGR的作用机理,某研究小组利用基因工程培育出含RGR反义基因（反义基因是通过原基因反向连接在载体的启动子和终止子之间，其转录出的mRNA与原基因转录出的mRNA互补配对）的转基因小鼠（rgr）,研究该基因的功能。回答下列问题：
（1）为构建RGR反义基因重组载体，需先设计引物，通过PCR技术特异性扩增RGR基因。为使PCR产物能被限制酶切割，需在引物上添加相应的限制酶识别序列，即在引物A的___（填“3‘端”或“5‘端”）添加___限制酶识别序列,在引物B添加___限制酶识别序列。
（2）培养转基因小鼠过程中，将基因表达载体导入受体细胞常用的方法是___，常用的受体细胞是____，选择培养基中除有动物细胞培养的必需成分，还需要添加___起筛选作用。
（3）研究人员将正常小鼠（WT）和转基因小鼠（rgr）都平均分成两组，一组在黑暗中饲养12h,另一组在光照下饲养12h；随后测定小鼠眼睛中11-顺式视黄醛、全反式视黄醛和视紫红质的含量，结果如图所示。
据图分析，光照条件下RGR的作用机理可能是___。
3.番茄的果实营养丰富，具特殊风味，是深受人们喜爱的蔬果，但番茄不抗冻，在我国冬季无法栽培。现有科研人员利用转基因技术，将北极海鱼中的抗冻基因转入到了番茄细胞中，从而培育成功抗冻番茄。导入目的基因的方法是农杆菌转化法，图1为培育过程使用的Ti质粒，已知Vir区的基因活化能促进T-DNA的加工和转移。回答下列问题：
（1）若经过诱变，北极海鱼的一条染色体上的抗冻基因发生了碱基对的替换，导致抗冻能力大大增强，通过琼脂糖凝胶电泳，能否区分突变前后的两个抗冻基因？__________，请说明理由____________________。
（2）对于目的基因的获取，研究人员提取了抗冻蛋白，根据氨基酸序列分析了mRNA的碱基序列，继而合成了抗冻基因，通过这种方法得到的目的基因不含_____、_____，故无法扩增和表达。选择图示Ti质粒构建基因表达载体，应选择限制酶____________（填“I”或“II”或“III”），不选其它限制酶的理由是__________。
（3）为筛选成功导入抗冻基因的番茄细胞，在培养基中添加___________。将筛选后获得的番茄细胞经_________过程形成愈伤组织后，经器官发生途径或_______途径发育形成植株，再在___________条件下筛选出具有抗冻性状的番茄植株。
（4）研究人员想比较不同转基因番茄中抗冻蛋白的合成量，制备相应的单克隆抗体，利用图2所示原理进行检测。
①检测前，先将抗冻蛋白的单克隆抗体固定在支持物上，然后向该检测体系中加入一定量的番茄植株中提取的蛋白质（待测抗原）和等量酶标记抗冻蛋白（酶标记抗原），目的是让待测抗原、酶标记抗原与抗体__________结合。
②保温一段时间后洗涤，再向检测体系中加入一定量的白色底物，若检测体系蓝色越________，则说明番茄提取物中抗冻蛋白的含量越高。
③本检测方法中的单克隆抗体可经杂交瘤细胞体外培养或注射到小鼠腹腔克隆化培养后，分别从__________、____________中提取。
4.某抗膜蛋白治疗性抗体药物研发过程中，需 要 表 达 N 蛋白胞外段，制备相应的单克隆抗体，增加其对N 蛋白胞外段特异性结合的能力。N 蛋白胞外段单克隆抗体制备流程如下图：
（1）用N蛋白胞外段作为抗原对小鼠进行免疫后，取小鼠脾组织用___方法或___酶处理制成细胞悬液，置于含有___气体的CO2培养箱中培养，离心收集小鼠的B淋巴细胞、与骨髓痛细胞进行融合。
（2）用选择性培养基对融合后的细胞进行筛选，获得杂交瘤细胞，将共接种到96孔板，进行___培养。用___技术检测每孔中的抗体，筛选既能产生N蛋白胞外段抗体，又能大量增殖的单克隆杂交瘤细胞株，经体外扩大培养，收集___，提取单克隆抗体。
（3）利用上述流程制备的N蛋白胞外段抗体能准确识别___的细微差异，与之发生特异性结合，并可___，因此被广泛用作诊断试剂。
（4）利用小鼠制备的抗体是鼠源抗体，鼠源抗体具有外源性，会被人体免疫系统当作抗原而清除（称为人抗鼠抗体反应即HAMA反应）。抗体结构示意图如下，引起HAMA反应的主要是“C区”，通过制备人鼠嵌合抗体可以解决HAMA反应。现利用重组DNA技术可以制备人鼠嵌合抗体，请写出简要制备思路：___。
(5)为了进一步减少免疫排斥反应，科学家利用噬菌体展示库技术生产出全人源化单抗(单抗成分全部由人的基因编码)。具体操作如下：用 PCR技术从生物体内扩增出整套编码人抗体的基因序列，克隆到噬菌体载体上，并以融合蛋白的形式表达到噬菌体表面，从而可以方便地对抗体进行筛选、扩增。但是利用这种方法制备的抗体结构准确程度下降，原因是_____ 。
答案以及解析
1.答案： （1）①. 限制酶、DNA连接酶
②. PCR
③. 2
（2）①. 早期胚胎或原始性腺
②. 接触抑制
（3）保证分割后的每一个胚胎的恢复和正常发育
（4）①. 正确整合
②. 能在含有G418的培养液中存活说明转化后的胚胎干细胞中含有neor，能在同时含G418和DHPG的培养液中存活说明转化后的胚胎干细胞中含有neor且不含K基因
解析：（1）构建重组载体时，要用到基因的“剪刀”限制酶和基因的“针线”DNA连接酶； PCR扩增DNA的技术，可以获得大量的DNA（基因）；引物是与模板链一端互补配对的一小段核苷酸序列，由于DNA的两条链都充当模板链，因此引物需2种。
（2）题干中所用胚胎干细胞可以来自早期胚胎或原始性腺，该时期的细胞可以分化成胚胎干细胞；接触抑制是将多细胞生物的细胞进行体外培养时，分散贴壁生长的细胞一旦相互汇合接触，即停止移动和生长的现象。
（3）对囊胚时期的胚胎进行分割时，应注意将内细胞团均等分割，保证分割后的每一个胚胎的恢复和正常发育，分割不均匀，会影响分割后胚胎的进一步发育。
（4）含有neor的细胞具有G418的抗性，Kl、 K2的产物都能把DHPG转化成有毒物质而使细胞死亡。能在含有G418的培养液中存活说明转化后的胚胎干细胞中含有neor，能在同时含G418和DHPG的培养液中存活说明转化后的胚胎干细胞中含有neor'且不含K基因，因此在双重选择下存活下来的是正确整合的胚胎干细胞。
2.答案：（1）5’端；BamHI；EcoRI
（2）显微注射法；受精卵；四环素
（3）RGR通过促进全反式视黄醛转化为11-顺式视黄醛，进而增加视紫红质的形成
解析：本题主要考查基因工程，考查学生的理解能力和综合运用能力。（1）若通过PCR技术增加限制酶序列，需要引物的5'端添加相关序列;利用基因工程构建RGR反义基因表达载体时，需要将目的基因RGR反向连接在基因表达载体上，因此在引物A添加BamHI限制酶识别序列,在引物B添加EcoRI限制酶识别序列。
（2）转基因动物常用的受体细胞是受精卵，将基因表达载体导入受体细胞常用的方法是显微注射法。据图可知,基因表达载体含有四环素抗性基因，因此选择培养基中需要添加四环素。
（3）根据题干信息可知,11-顺式视黄醛与视蛋白结合成视紫红质,视紫红质接受光信号后,11-顺式视黄醛转变为全反式视黄醛,全反式视黄醛与视蛋白脱离转变为11-顺式视黄醛;依据图示信息可知，光照条件下，与WT相比，rgr的11-顺式视黄醛量少，全反式视黄醛增加，视紫红质减少，说明全反式视黄醛转化为11-顺式视黄醛受阻，导致视紫红质形成减少，因为rgr含RGR反义基因，不能表达RGR,可见RGR通过促进全反式视黄醛转化为11-顺式视黄醛,进而增加视紫红质的形成。
3.答案：（1）不能；因为碱基对的替换，突变前后基因长度相同，无法通过琼脂糖凝胶电泳区分
（2）复制起点；启动子和终止子（顺序可换） Ⅲ 限制酶Ⅰ会破坏四环素抗性基因，影响后续含目的基因的受体细胞的筛选；限制酶Ⅱ会破坏Vir区基因，影响目的基因的转移
（3）四环素；脱分化；体细胞胚发生；低温/寒冷
（4）竞争性；浅；细胞培养液；小鼠腹水（顺序不可换）
解析：（1）因为碱基对的替换，突变前后基因长度相同，无法通过琼脂糖凝胶电泳区分。
（2）对于目的基因的获取，研究人员提取了抗冻蛋白，根据氨基酸序列分析了mRNA的碱基序列，继而合成了抗冻基因，通过这种方法得到的目的基因因不含复制起点、启动子和终止子，故无法扩增和表达。构建重组DNA分子时，限制酶Ⅰ会破坏四环素抗性基因影响后续的筛选，限制酶Ⅱ会破坏Vir区基因影响目的基因的转移，因此构建重组DNA分子时，选择的限制酶最好是限制酶Ⅲ。
（3）在培养基中添加四环素，可以筛选成功导入抗冻基因的甘薯细胞；在低温条件下培养植物细胞，也可以筛选成功导入抗冻基因的甘薯细胞。若是通过胚胎发生途径实现植株培养，须将愈伤组织经液体悬浮培养得到大量的单细胞，再转移到含有适当配比的营养物质和生长调节剂的培养基中继续分化成胚状体，最后形成相应的植株。所以，将含有抗冻基因的甘薯细胞脱分化形成愈伤组织后，要通过液体悬浮培养成胚性细胞，进而启动胚胎发生途径得到抗冻甘薯植株。
（4）根据图示反应原理，待测抗原中的目标抗原和酶标记抗原竞争结合固相抗体，标记抗原的酶可催化白色底物变为蓝色产物，所以如果待测抗原中目标抗原越多，则酶标记抗原和抗体结合得越少，催化生成的蓝色产物就越少，检测体系蓝色就越浅。本检测方法中的单克隆抗体可经杂交瘤细胞体外培养或注射到小鼠腹腔克隆化培养后，分别从细胞培养液、小鼠腹水中提取。
4.答案：(1)机械；胰蛋白、胶原蛋白；95%空气和5%的CO2
(2)克隆化；抗原—抗体杂交；细胞培养液
(3)抗原；大量制备
(4)将异源单抗的轻、重链可变区基因插入含有人抗体恒定区的基因中，并构建基因表达载体,利用显微注射技术将表达载体导入哺乳动物细胞中，表达出嵌合抗体
(5)抗体是在原核细胞内表达，原核生物不能对真核生物的复杂蛋白进行准确加工
解析：(1)进行动物细胞培养时，需要取小鼠脾组织用机械方法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理，制成细胞悬液，置于含有95%空气和5%的CO2混合气体的CO2培养箱中培养。
(2)用选择性培养基对融合后的细胞进行筛选，获得杂交瘤细胞，将其接种到96孔板，进行克隆化培养和抗体检测。用抗原—抗体杂交技术检测每孔中的抗体，筛选既能产生N蛋白胞外段抗体，又能大量增殖的单克隆杂交瘤细胞株，经体外扩大培养，收集细胞培养液，提取单克隆抗体。
(3)利用上述流程制备的N蛋白胞外段抗体能准确识别抗原的细微差异，与之发生特异性结合，并可大量制备，因此被广泛用作诊断试剂。
(4)重组DNA技术操作流程是将目的基因插入表达载体，并导入受体细胞后表达，所以制备人鼠嵌合抗体的思路是将异源单抗的轻、重链可变区基因插入含有人抗体恒定区的基因中，并构建基因表达载体，利用显微注射技术将表达载体导入哺乳动物细胞中，表达出嵌合抗体。
(5)噬菌体是侵染细菌的病毒，细菌是原核生物，不能对真核生物的复杂蛋白进行准确加工。
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