专题十现代生物科技专题专题突破练1．干扰素是动物和人体细胞受到病毒感染后产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抑制细胞增殖及抗肿瘤作用。利用基因工程技术培育能生产干扰素的植物，流程如图所示。请回答下列问题：限制酶识别序列和切割位点EcoRⅠG↓ATTCBamHⅠG↓ATCCSmaⅠCCC↓GGGApaⅠGGGCC↓C(1)获取的动物干扰素基因称为__________________。利用PCR技术扩增干扰素基因时，设计引物序列的主要依据是________________________________。(2)过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是________和________。酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列__________(填“相同”或“不同”)。(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌中，常用__________处理根瘤农杆菌，其目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在培育愈伤组织的固体培养基中，除了无机盐、有机营养物质、琼脂、植物激素外，还需添加卡那霉素。卡那霉素的作用是______________________________________________。在分子水平上通常采用________技术检测干扰素基因是否导入受体细胞。答案 (1)目的基因 干扰素基因两端的部分核苷酸序列 (2)BamHⅠ EcoRⅠ 不相同 (3)Ca2＋ 使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上 (4)筛选出导入重组质粒的植物细胞 DNA分子杂交解析 (1)8\n在基因工程中，获取的动物干扰素基因称为目的基因。利用PCR技术扩增干扰素基因时，需要依据干扰素基因两端的部分核苷酸序列设计引物序列。(2)干扰素基因中存在SmaⅠ的识别位点，若使用SmaⅠ切割质粒和外源DNA，则会破坏干扰素基因，因此过程①所示的构建重组质粒时不能使用SmaⅠ切割。BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点位于目的基因的两侧，质粒上也有BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点，因此，过程①中剪切质粒和目的基因时所需要的工具酶是BamHⅠ和EcoRⅠ。因BamHⅠ和EcoRⅠ的识别位点不同，所以酶切后，目的基因形成的两个黏性末端序列不同。(3)过程②中将重组质粒导入根瘤农杆菌时，常用Ca2＋处理根瘤农杆菌，使其成为感受态细胞，最终使干扰素基因插入马铃薯细胞的DNA上。(4)重组质粒中含有的抗卡那霉素基因属于标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因，便于筛选。可见，在培育愈伤组织的固体培养基中添加卡那霉素的作用是筛选出导入重组质粒的植物细胞。在分子水平上检测干扰素基因是否导入受体细胞，通常采用DNA分子杂交技术。2．下图表示的是基因工程、细胞工程和胚胎工程的操作流程模式简图。请回答下列问题：(1)若图示为基因工程的部分操作流程，则甲、乙→丙(重组质粒)操作过程需用到的工具酶是________________。丙中除目的基因外，还必须有启动子、___________________、标记基因等。丙→丁(动物细胞)所用的方法是____________________________。(2)若图示为植物体细胞杂交，则过程中所用的酶是__________________________，该过程中体现出生物膜具有________________(特点)，丙→丁(杂种植株)过程的原理是________________________________________________________________________。(3)若图示为试管牛的工厂化生产的技术流程，甲为精子，则在与乙结合前需________________；最后将由丙发育而来的丁(胚胎)移植到受体母牛体内发育，在胚胎移植前受体母牛应做________________处理。答案 (1)限制酶和DNA连接酶 终止子 显微注射法(2)纤维素酶和果胶酶 一定的流动性 植物细胞的全能性 (3)体外获能 同期发情解析 (1)构建重组质粒需用到限制酶和DNA连接酶。重组质粒中除目的基因外，还必须有启动子、终止子、标记基因等。把目的基因导入动物细胞常用显微注射法。(2)进行植物体细胞杂交时，首先需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。原生质体融合过程中体现细胞膜具有一定的流动性，杂种细胞能培育为杂种植株，是因为杂种细胞具有全能性。(3)精子在与卵子结合前需经过获能处理；胚胎移植前受体母牛应做同期发情处理，以使供体和受体处于相同的生理状态。8\n3．科学家通过转基因技术获得了含有人生长激素基因的奶牛，如果要加速转基因奶牛的繁育，可以对此转基因奶牛进行克隆(如图所示)。请结合图示回答下列问题：(1)在进行细胞培养时，要对取自转基因奶牛的组织细胞进行分散处理，形成单个细胞，这个过程中用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶处理的理由：_______________________。(2)用于核移植的供体细胞，一般选用10代以内的细胞，原因是________________________________________________________________________。(3)将重组细胞在培养液中培养成的重组胚胎移入受体母牛后，该母牛就会生出与供体奶牛遗传物质相同的犊牛，但也不是100%的复制，原因最可能是________________________________________________________________________________________________。答案 (1)培养液中的酸碱度不利于胃蛋白酶发挥作用(2)该种细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变 (3)生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；生物的性状还受环境因素的影响解析 (1)动物细胞培养时，常用胰蛋白酶处理动物组织，以分散成单个细胞。这个过程中需要的适宜pH一般为7.2～7.4，而胃蛋白酶的最适pH约为1.5，培养液中的酸碱度不利于胃蛋白酶发挥作用，所以动物细胞培养过程中用来分散组织细胞的酶常用胰蛋白酶而不用胃蛋白酶。(2)一般10代以后的细胞可能发生基因突变，而10代以内的细胞代谢旺盛、分裂能力强，且遗传物质没有发生改变，所以一般选用10代以内的细胞作为核移植的供体细胞。(3)图中犊牛并非是对体细胞核供体母牛100%的复制，其主要原因是犊牛的细胞质来自卵母细胞，生物的性状受细胞核基因和细胞质基因共同控制；其次是生物的性状还受环境因素的影响。4．埃博拉病毒是一种强致病性RNA病毒，以埃博拉病毒外壳某蛋白为主要抗原制备疫苗和抗体是预防和诊疗埃博拉出血热的一种有效策略。其疫苗生产和抗体制备的流程之一如图：(1)过程①需要在________酶的催化下合成DNA，将获得的DNA与载体连接后导入受体菌群建立病毒的________文库，再从中筛选出A基因。8\n(2)过程②利用PCR技术扩增A某因时，需在______________酶的作用下进行，PCR技术的原理是____________________。(3)过程③采用的技术手段是________________，获得的X是________________。(4)可选用图中基因工程生产的__________制备疫苗，注射到健康人体内对埃博拉病毒进行免疫预防，对该传染病疑似患者确诊时，可从疑似患者体内分离病毒，与图中的________________进行特异性结合检测。答案 (1)逆转录 基因组 (2)热稳定DNA聚合(Taq)DNA双链复制 (3)动物细胞融合 杂交瘤细胞 (4)A蛋白 抗A蛋白的单克隆抗体解析 图示过程中，①表示逆转录形成DNA的过程；②表示获取A(目的)基因的过程；③表示细胞融合的过程，X为杂交瘤细胞。PCR技术的过程：高温变性、低温复性、中温延伸。条件：模板DNA、四种脱氧核苷酸、一对引物、热稳定DNA聚合(Taq)酶。(1)埃博拉病毒的遗传物质是RNA，过程①代表的是逆转录的过程，需要在逆转录酶的催化下合成DNA。基因文库是指将含有某种生物不同基因的许多DNA片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。基因组文库包含某种生物所有的基因；部分基因文库包含某种生物的部分基因。将获得的DNA与载体连接后导入受体菌群建立病毒的基因组文库，再从中筛选出A基因。(2)利用PCR技术扩增A基因时，根据A基因两端的部分核苷酸序列设计引物序列，加入引物的作用是与A基因单链相应互补序列结合，然后在热稳定DNA聚合(Taq)酶作用下进行延伸。PCR技术所依据的原理是DNA双链复制。(3)③过程需要采用动物细胞融合技术，根据图中信息可知X为杂交瘤细胞。(4)图中的A蛋白相当于抗原，因此可选用图中基因工程生产的A蛋白制备疫苗，对健康人进行该传染病的免疫预防。对该传染病疑似患者确诊时，可以从疑似患者体内分离出病毒，与图中的抗A蛋白的单克隆抗体进行特异性结合检测。5．(2022·淄博二模)水稻是我国重要的粮食作物，植物组织培养技术在水稻育种和繁殖中有重要作用。请回答：(1)以水稻的花药作外植体，经脱分化后可形成愈伤组织。与外植体相比，愈伤组织细胞的特点是____________________。比较脱分化培养基和再分化培养基，二者的基本成分相同，但用于诱导细胞分化的________________不完全相同。(2)水稻的单倍体育种过程包括______________和____________________，与杂交育种相比，单倍体育种的优点是________________。(3)杂种优良稻所结籽粒不宜做种子，故人们常用人工种子解决此类植物的繁殖问题：以植物组织培养得到的__________为材料，外面包上人工种皮。人工种皮的成分中除有机碳、无机盐外，还可添加________________等物质，用以促进人工种子的生长发育、提高抵抗病菌的能力。与天然种子相比，人工种子的优点是__________________________________。答案 (1)细胞壁薄，具有分裂能力 激素的种类和比例8\n(2)花药离体培养 秋水仙素诱导染色体加倍 明显缩短育种时间 (3)胚状体(或不定芽、顶芽和腋芽) 植物生长调节剂(或植物激素) 保持亲本的优良性状、不受季节限制、大量快速生产解析 (1)愈伤组织细胞的特点是细胞壁薄，具有分裂能力。在进行植物组织培养时，需要在培养基中添加适当比例的生长素和细胞分裂素，以诱导细胞的脱分化和再分化。但两者的比例变化后，诱导的结果是不同的；当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成(即有利于根的发生)；当细胞分裂素含量高于生长素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成(即有利于芽的发生)。(2)单倍体育种的过程包括两个阶段：首先是花药离体培养获取单倍体，然后利用秋水仙素处理单倍体幼苗诱导染色体数目加倍，单倍体育种与杂交育种相比，可以明显缩短育种的年限。(3)所谓人工种子，就是以植物组织培养的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，通过人工薄膜包装得到的种子。人工种皮的成分中除有机碳、无机盐外，还可添加植物生长调节剂等物质。人工种子是通过植物组织培养获得的，属于无性繁殖，其优点是可以保持亲本的优良性状、不受季节限制、大量快速生产。6．科研人员利用基因工程、细胞工程、胚胎工程等培育出了乳汁中含有人凝血因子IX医用蛋白的二倍体转基因绵羊，简易流程如图所示。请回答下列问题：(1)图中①过程为基因工程的核心步骤，该步骤用到的工具有________________________。该步骤得到的“A”中应具有一些特殊的DNA片段，其中____________用于②过程。(2)进行图中③过程前，卵母细胞要进行去核处理的原因是___________________。(3)为了获得绵羊胎儿的单个成纤维细胞，________(填“能”或“不能”)使用胃蛋白酶处理绵羊组织块，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________。(4)图中④过程所用培养液的成分比较复杂，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加______________________________(答出三种即可)。(5)在进行图中⑤过程前____________(填“需要”或“不需要”)进行性别鉴定，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)限制酶、DNA连接酶、载体 标记基因8\n(2)保证二倍体转基因绵羊的核遗传物质全部来自含有目的基因的成纤维细胞 (3)不能 胃蛋白酶的最适pH为1.5左右，在接近中性的环境中胃蛋白酶基本没有活性 (4)维生素、激素、氨基酸、核苷酸、动物血清 (5)不需要 胎儿成纤维细胞来自雌绵羊，最终获得的转基因绵羊均为雌性解析 根据图中能分泌人凝血因子IX医用蛋白的二倍体转基因绵羊的培育流程分析，①为目的基因(人凝血因子IX基因)构建的基因表达载体，②为鉴定筛选含目的基因的成纤维细胞，③为含目的基因的细胞(核)与去核卵母细胞形成重组细胞，④表示利用早期胚胎培养技术培养重组胚胎，⑤是通过胚胎移植技术完成对早期胚胎的移植。据此分析各小题：(1)图中①过程为基因表达载体的构建，涉及对载体的切割和目的基因与载体的连接，所以该步骤用到的工具有限制酶、DNA连接酶、载体。该步骤得到的“A”即构建的基因表达载体，为了便于鉴定并筛选受体细胞(成纤维细胞)是否含有目的基因，需要在构建的重组载体中含有标记基因。(2)为了保证③过程得到的重组细胞中含有的核遗传物质全部来自含有目的基因的成纤维细胞，所以对移植用的卵母细胞要进行去核处理。(3)为了获得绵羊胎儿的单个成纤维细胞，应该用胰蛋白酶或胶原蛋白酶对绵羊组织块进行处理，而不能使用胃蛋白酶处理，因为胃蛋白酶的最适pH为1.5左右，它在接近中性的环境中基本没有活性；如果将处理环境的pH变为1.5，则获得的成纤维细胞的生理活性又会受到严重影响。(4)图中④过程是早期胚胎的培养过程，除一些无机盐和有机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸和动物血清等。(5)根据子代个体的性别由重组细胞核内性染色体决定，由于该重组细胞的细胞核来自于雌性绵羊的体细胞，所以细胞内含有XX性染色体组成，最终发育的转基因绵羊一定是雌性，所以在进行图中⑤胚胎移植前不需要进行性别鉴定。7．2022年1月25日，我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物食蟹猴，可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。下图为体细胞核移植技术培育食蟹猴的操作过程，请据图回答下列问题：(1)2022年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴。获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是_____________________________________。(2)进行过程①时，要定期更换培养液，其目的是__________________________________。8\n(3)过程③是利用__________法将成纤维细胞注入猴去核的MⅡ中期卵母细胞中。(4)图中过程⑤的实质是早期胚胎在________条件下空间位置的转移。(5)上述实验的突破之处是使用了去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，在确定其作用时，研究人员用正常培养液培养融合细胞得到A组实验数据，用正常培养液培养向融合细胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的融合细胞得到B组实验数据。下图中X为融合细胞发育成的胚胎数、Y为囊胚数、Z为内细胞团数。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是既能提高____________________，又能提高______________________。答案 (1)体细胞分化程度高，恢复其全能性较难(2)防止成纤维细胞代谢产物的积累对细胞自身造成危害 (3)显微注射 (4)相同生理 (5)融合细胞发育成囊胚的成功率 囊胚中内细胞团的形成率解析 (1)由于体细胞分化程度高，恢复其全能性较难，所以获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植。(2)过程①表示动物细胞培养，该过程中定期更换培养液，以防止成纤维细胞代谢产物的积累对细胞自身造成危害。(3)过程③表示利用显微注射法将成纤维细胞注入猴去核的MⅡ中期卵母细胞中。(4)过程⑤表示胚胎移植，其实质是早期胚胎在相同生理条件下空间位置的转移。(5)据图分析，B组的囊胚形成率、内细胞团形成率都明显高于A组，说明Kd4d的mRNA既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中内细胞团的形成率。8．个别国家已通过法案允许以医学手段培育“三亲婴儿”，其培育过程如下图所示。请分析回答下列问题：8\n(1)培育“三亲婴儿”可以有效避免母亲的________(填细胞结构)中携带的致病基因遗传给后代；捐献者如果携带红绿色盲基因，________(填“能”或“不能”)遗传给“三亲婴儿”。(2)“三亲婴儿”的染色体来自________________。(3)从生殖方式的角度考虑，“三亲婴儿”与克隆动物最大的不同在于_______________。(4)上图中得到的受精卵要发育成婴儿，还需要________和__________等技术。受精卵在体外培养时，为保证无毒无菌环境，往往需要在培养液中加入__________，还应定期______________以便及时清除代谢废物。答案 (1)线粒体 不能 (2)母亲的卵母细胞核和父亲的精子细胞核 (3)三亲婴儿是有性生殖形成的，而克隆动物是无性生殖形成的 (4)早期胚胎培养 胚胎移植 抗生素 更换培养液解析 据图分析，将母亲的卵母细胞核移植到捐献者的去核卵母细胞中，形成重组卵母细胞，再与父亲的精子结合形成受精卵，进而发育为三亲婴儿，可见三亲婴儿的细胞核遗传物质一半来自于父亲、一半来自于母亲，而细胞质遗传物质则来自于捐献者。(1)根据图示可知，重组卵母细胞的细胞质来自于捐献者，可避免母亲的线粒体遗传基因传递给后代。红绿色盲是细胞核遗传，而三亲婴儿的细胞核遗传物质来自于父亲和母亲，因此捐献者的红绿色盲基因不会遗传给三亲婴儿。(2)三亲婴儿的染色体来自母亲的卵母细胞核和父亲的精子细胞核。(3)克隆动物属于无性繁殖，而三亲婴儿涉及卵细胞与精子的结合过程，属于有性生殖。(4)体外受精形成的受精卵，需要先培养成早期胚胎，再移植到母亲的子宫中去，最后发育为婴儿，因此还需要早期胚胎培养和胚胎移植等技术。在受精卵的培养液中加入抗生素，可以保证无菌无毒的环境，还应定期更换培养液以便及时清除代谢废物。8
