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專題十 現(xiàn)代生物科技 專題強化練 1．(2018興化模擬)干擾素是動物和人體細胞受到病毒感染后產(chǎn)生的一種糖蛋白，具有抗病毒、抑制細胞增殖及抗腫瘤作用。利用基因工程技術(shù)培育能生產(chǎn)干擾素的植物，流程如圖所示。請回答下列問題： 限制酶 識別序列和切割位點 EcoRⅠ G↓ATTC BamHⅠ G↓ATCC SmaⅠ CCC↓GGG ApaⅠ GGGCC↓C (1)獲取的動物干擾素基因稱為__________________。利用PCR技術(shù)擴增干擾素基因時，設(shè)計引物序列的主要依據(jù)是________________________________。 (2)過程①中剪切質(zhì)粒和目的基因時所需要的工具酶是________和________。酶切后，目的基因形成的兩個黏性末端序列__________(填“相同”或“不同”)。 (3)過程②中將重組質(zhì)粒導(dǎo)入根瘤農(nóng)桿菌中，常用__________處理根瘤農(nóng)桿菌，其目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)在培育愈傷組織的固體培養(yǎng)基中，除了無機鹽、有機營養(yǎng)物質(zhì)、瓊脂、植物激素外，還需添加卡那霉素?？敲顾氐淖饔檬莀__________________________________________。 在分子水平上通常采用__________________技術(shù)檢測干擾素基因是否導(dǎo)入受體細胞。 答案　(1)目的基因　干擾素基因兩端的部分核苷酸序列　(2)BamHⅠ　EcoRⅠ　不相同　(3)Ca2＋　使其成為感受態(tài)細胞，最終使干擾素基因插入馬鈴薯細胞的 DNA上　(4)篩選出導(dǎo)入重組質(zhì)粒的植物細胞　DNA分子雜交 解析　(1) 在基因工程中，獲取的動物干擾素基因稱為目的基因。利用PCR技術(shù)擴增干擾素基因時，需要依據(jù)干擾素基因兩端的部分核苷酸序列設(shè)計引物序列。 (2)干擾素基因中存在SmaⅠ的識別位點，若使用SmaⅠ切割質(zhì)粒和外源DNA，則會破壞干擾素基因，因此過程①所示的構(gòu)建重組質(zhì)粒時不能使用SmaⅠ切割。BamHⅠ和EcoRⅠ的識別位點位于目的基因的兩側(cè)，質(zhì)粒上也有BamHⅠ和EcoRⅠ的識別位點，因此，過程①中剪切質(zhì)粒和目的基因時所需要的工具酶是BamHⅠ和EcoRⅠ。因BamHⅠ和EcoRⅠ的識別位點不同，所以酶切后，目的基因形成的兩個黏性末端序列不同。 (3)過程②中將重組質(zhì)粒導(dǎo)入根瘤農(nóng)桿菌時，常用Ca2＋處理根瘤農(nóng)桿菌，使其成為感受態(tài)細胞，最終使干擾素基因插入馬鈴薯細胞的DNA上。 (4)重組質(zhì)粒中含有的抗卡那霉素基因?qū)儆跇?biāo)記基因，其作用是鑒別受體細胞是否含有目的基因，便于篩選?？梢姡谂嘤鷤M織的固體培養(yǎng)基中添加卡那霉素的作用是篩選出導(dǎo)入重組質(zhì)粒的植物細胞。在分子水平上檢測干擾素基因是否導(dǎo)入受體細胞，通常采用DNA分子雜交技術(shù)。 2．下圖表示的是基因工程、細胞工程和胚胎工程的操作流程模式簡圖。請回答下列問題： (1)若圖示為基因工程的部分操作流程，則甲、乙→丙(重組質(zhì)粒)操作過程需用到的工具酶是________________。丙中除目的基因外，還必須有啟動子、_______________________、 標(biāo)記基因等。丙→丁(動物細胞)所用的方法是______________________________。 (2)若圖示為植物體細胞雜交，則過程中所用的酶是__________________________，該過程中體現(xiàn)出生物膜具有________________(特點)，丙→丁(雜種植株)過程的原理是________________________________________________________________________。 (3)若圖示為試管牛的工廠化生產(chǎn)的技術(shù)流程，甲為精子，則在與乙結(jié)合前需_________；最后將由丙發(fā)育而來的丁(胚胎)移植到受體母牛體內(nèi)發(fā)育，在胚胎移植前受體母牛應(yīng)做________________處理。 答案　(1)限制酶和DNA連接酶　終止子　顯微注射技術(shù)　(2)纖維素酶和果膠酶　一定的流動性　植物細胞的全能性　(3)體外獲能　同期發(fā)情 解析　(1)構(gòu)建重組質(zhì)粒需用到限制酶和DNA連接酶。重組質(zhì)粒中除目的基因外，還必須有啟動子、終止子、標(biāo)記基因等。把目的基因?qū)雱游锛毎Ｓ蔑@微注射技術(shù)。 (2)進行植物體細胞雜交時，首先需要用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。原生質(zhì)體融合過程中體現(xiàn)細胞膜具有一定的流動性，雜種細胞能培育為雜種植株，是因為雜種細胞具有全能性。 (3)精子在與卵子結(jié)合前需經(jīng)過獲能處理；胚胎移植前受體母牛應(yīng)做同期發(fā)情處理，以使供體和受體處于相同的生理狀態(tài)。 3．(2018南通考前卷三)研究發(fā)現(xiàn)，人的防御素對結(jié)核桿菌有一定的抑制作用。研究人員將人的防御素基因(HBD3)導(dǎo)入牛細胞，培育出對結(jié)核桿菌有一定的抗性的轉(zhuǎn)HBD3基因的轉(zhuǎn)基因牛，培育過程如圖所示，請分析回答下列問題： (1)人防御素基因HBD3導(dǎo)入牛乳腺上皮細胞前還需在基因前加上牛乳蛋白啟動子序列，目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)該奶牛培育過程中涉及的技術(shù)有________________________________________ _____________________________________________________________(答出3點即可)。 (3)通常選用______________________(填時期)的卵母細胞作受體細胞，這個時期的卵母細胞可以從________中直接獲取。 (4)①過程常使用電脈沖等方法激活重組細胞使其完成____________________。 (5)②過程中培養(yǎng)液成分除無機鹽、有機鹽、維生素、激素等營養(yǎng)物質(zhì)外，還需特別添加________等物質(zhì)。③過程的早期胚胎一般要發(fā)育到________________階段才進行移植。 答案　(1)使目的基因(人防御素基因HBD3)在牛乳腺細胞中表達　(2)轉(zhuǎn)基因技術(shù)、細胞核移植技術(shù)、早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)、胚胎移植技術(shù)等　(3)減數(shù)第二次分裂中期　輸卵管　(4)細胞分裂和發(fā)育進程　(5)血清　桑椹胚或囊胚 解析　(1)啟動子位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位，驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA，而基因表達的過程包括轉(zhuǎn)錄和翻譯。可見，人防御素基因HBD3導(dǎo)入牛乳腺上皮細胞前，還需在基因前加上牛乳蛋白啟動子序列，目的是使目的基因(人防御素基因HBD3)在牛乳腺細胞中表達。(2)將HBD3基因?qū)肱Ｈ橄偕掀ぜ毎?，是通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)實現(xiàn)的；過程①是將牛乳腺上皮細胞的細胞核與去核的卵母細胞重組，進而得到重組細胞，采用的是細胞核移植技術(shù)；過程②是將重組細胞培育成重組胚胎，采用的是早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)；過程③是將重組胚胎培育成轉(zhuǎn)基因奶牛需要借助胚胎移植技術(shù)。(3)在核移植過程中，通常選用減數(shù)第二次分裂中期的卵母細胞作為受體細胞，這個時期的卵母細胞可以從輸卵管中直接獲取。(4)①過程常使用電脈沖等方法激活重組細胞使其完成細胞分裂和發(fā)育進程。(5)②過程中培養(yǎng)液成分除無機鹽、有機鹽、維生素、激素等營養(yǎng)物質(zhì)外，還需特別添加血清等物質(zhì)。③過程的早期胚胎一般要發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段才進行移植。 4．埃博拉病毒是一種強致病性RNA病毒，以埃博拉病毒外殼某蛋白為主要抗原制備疫苗和抗體是預(yù)防和診療埃博拉出血熱的一種有效策略。其疫苗生產(chǎn)和抗體制備的流程之一如圖： (1)過程①需要在__________酶的催化下合成DNA，將獲得的DNA與載體連接后導(dǎo)入受體菌群建立病毒的________文庫，再從中篩選出A基因。 (2)過程②利用PCR技術(shù)擴增A某因時，需在______________酶的作用下進行，PCR技術(shù)的原理是____________________。 (3)過程③采用的技術(shù)手段是________________，獲得的X是________________。 (4)可選用圖中基因工程生產(chǎn)的__________制備疫苗，注射到健康人體內(nèi)對埃博拉病毒進行免疫預(yù)防，對該傳染病疑似患者確診時，可從疑似患者體內(nèi)分離病毒，與圖中的________________進行特異性結(jié)合檢測。 答案　(1)逆轉(zhuǎn)錄　基因組　(2)熱穩(wěn)定DNA聚合(Taq) DNA雙鏈復(fù)制　(3)動物細胞融合　雜交瘤細胞 (4)A蛋白　抗A蛋白的單克隆抗體 解析　圖示過程中，①表示逆轉(zhuǎn)錄形成DNA的過程；②表示獲取A(目的)基因的過程；③表示細胞融合的過程，X為雜交瘤細胞。PCR技術(shù)的過程：高溫變性、低溫復(fù)性、中溫延伸。條件：模板DNA、四種脫氧核苷酸、一對引物、熱穩(wěn)定DNA聚合(Taq)酶。 (1)埃博拉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，過程①代表的是逆轉(zhuǎn)錄的過程，需要在逆轉(zhuǎn)錄酶的催化下合成DNA。基因文庫是指將含有某種生物不同基因的許多DNA片段，導(dǎo)入受體菌的群體中儲存，各個受體菌分別含有這種生物的不同基因?；蚪M文庫包含某種生物所有的基因；部分基因文庫包含某種生物的部分基因。將獲得的DNA與載體連接后導(dǎo)入受體菌群建立病毒的基因組文庫，再從中篩選出A基因。 (2)利用PCR技術(shù)擴增A基因時，根據(jù)A基因兩端的部分核苷酸序列設(shè)計引物序列，加入引物的作用是與A基因單鏈相應(yīng)互補序列結(jié)合，然后在熱穩(wěn)定DNA聚合(Taq)酶作用下進行延伸。PCR技術(shù)所依據(jù)的原理是DNA雙鏈復(fù)制。 (3)③過程需要采用動物細胞融合技術(shù)，根據(jù)圖中信息可知X為雜交瘤細胞。 (4)圖中的A蛋白相當(dāng)于抗原，因此可選用圖中基因工程生產(chǎn)的A蛋白制備疫苗，對健康人進行該傳染病的免疫預(yù)防。對該傳染病疑似患者確診時，可以從疑似患者體內(nèi)分離出病毒，與圖中的抗A蛋白的單克隆抗體進行特異性結(jié)合檢測。 5．(2018連云港質(zhì)檢)水稻是我國重要的糧食作物，植物組織培養(yǎng)技術(shù)在水稻育種和繁殖中有重要作用。請回答： (1)以水稻的花藥作外植體，經(jīng)脫分化后可形成愈傷組織。與外植體相比，愈傷組織細胞的特點是____________________。比較脫分化培養(yǎng)基和再分化培養(yǎng)基，二者的基本成分相同，但用于誘導(dǎo)細胞分化的____________不完全相同。 (2)水稻的單倍體育種過程包括______________和____________________，與雜交育種相比，單倍體育種的優(yōu)點是________________。 (3)雜種優(yōu)良稻所結(jié)籽粒不宜做種子，故人們常用人工種子解決此類植物的繁殖問題：以植物組織培養(yǎng)得到的__________為材料，外面包上人工種皮。人工種皮的成分中除有機碳、無機鹽外，還可添加________________等物質(zhì)，用以促進人工種子的生長發(fā)育、提高抵抗病菌的能力。與天然種子相比，人工種子的優(yōu)點是_________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)細胞壁薄，具有分裂能力　激素的種類和比例 (2)花藥離體培養(yǎng)　秋水仙素誘導(dǎo)染色體加倍　明顯縮短育種時間　(3)胚狀體(或不定芽、頂芽和腋芽)　植物生長調(diào)節(jié)劑(或植物激素)　保持親本的優(yōu)良性狀、不受季節(jié)限制、大量快速生產(chǎn) 解析　(1)愈傷組織細胞的特點是細胞壁薄，具有分裂能力。在進行植物組織培養(yǎng)時，需要在培養(yǎng)基中添加適當(dāng)比例的生長素和細胞分裂素，以誘導(dǎo)細胞的脫分化和再分化。但兩者的比例變化后，誘導(dǎo)的結(jié)果是不同的；當(dāng)生長素含量高于細胞分裂素時，主要誘導(dǎo)植物組織脫分化和根原基的形成(即有利于根的發(fā)生)；當(dāng)細胞分裂素含量高于生長素時，則主要誘導(dǎo)植物組織再分化和芽原基的形成(即有利于芽的發(fā)生)。 (2)單倍體育種的過程包括兩個階段：首先是花藥離體培養(yǎng)獲取單倍體，然后利用秋水仙素處理單倍體幼苗誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍，單倍體育種與雜交育種相比，可以明顯縮短育種的年限。 (3)所謂人工種子，就是以植物組織培養(yǎng)的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，通過人工薄膜包裝得到的種子。人工種皮的成分中除有機碳、無機鹽外，還可添加植物生長調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)。人工種子是通過植物組織培養(yǎng)獲得的，屬于無性繁殖，其優(yōu)點是可以保持親本的優(yōu)良性狀、不受季節(jié)限制、大量快速生產(chǎn)。 6．科研人員利用基因工程、細胞工程、胚胎工程等培育出了乳汁中含有人凝血因子IX醫(yī)用蛋白的二倍體轉(zhuǎn)基因綿羊，簡易流程如圖所示。請回答下列問題： (1)圖中①過程為基因工程的核心步驟，該步驟用到的工具有________________________。該步驟得到的“A”中應(yīng)具有一些特殊的DNA片段，其中____________用于②過程。 (2)進行圖中③過程前，卵母細胞要進行去核處理的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)為了獲得綿羊胎兒的單個成纖維細胞，________(填“能”或“不能”)使用胃蛋白酶處理綿羊組織塊，理由是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)圖中④過程所用培養(yǎng)液的成分比較復(fù)雜，除一些無機鹽和有機鹽類外，還需添加______________________________(答出三種即可)。 (5)在進行圖中⑤過程前____________(填“需要”或“不需要”)進行性別鑒定，理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)限制酶、DNA連接酶、載體 　標(biāo)記基因 (2)保證二倍體轉(zhuǎn)基因綿羊的核遺傳物質(zhì)全部來自含有目的基因的成纖維細胞　(3)不能　胃蛋白酶的最適pH為1.5左右，在接近中性的環(huán)境中胃蛋白酶基本沒有活性　(4)維生素、激素、氨基酸、核苷酸、動物血清　(5)不需要　胎兒成纖維細胞來自雌綿羊，最終獲得的轉(zhuǎn)基因綿羊均為雌性 解析　根據(jù)圖中能分泌人凝血因子IX醫(yī)用蛋白的二倍體轉(zhuǎn)基因綿羊的培育流程分析，①為目的基因(人凝血因子IX基因)構(gòu)建的基因表達載體，②為鑒定篩選含目的基因的成纖維細胞，③為含目的基因的細胞(核)與去核卵母細胞形成重組細胞，④表示利用早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)重組胚胎，⑤是通過胚胎移植技術(shù)完成對早期胚胎的移植。據(jù)此分析各小題： (1)圖中①過程為基因表達載體的構(gòu)建，涉及對載體的切割和目的基因與載體的連接，所以該步驟用到的工具有限制酶、DNA連接酶、載體。該步驟得到的“A”即構(gòu)建的基因表達載體，為了便于鑒定并篩選受體細胞(成纖維細胞)是否含有目的基因，需要在構(gòu)建的重組載體中含有標(biāo)記基因。 (2)為了保證③過程得到的重組細胞中含有的核遺傳物質(zhì)全部來自含有目的基因的成纖維細胞，所以對移植用的卵母細胞要進行去核處理。 (3)為了獲得綿羊胎兒的單個成纖維細胞，應(yīng)該用胰蛋白酶或膠原蛋白酶對綿羊組織塊進行處理，而不能使用胃蛋白酶處理，因為胃蛋白酶的最適pH為1.5左右，它在接近中性的環(huán)境中基本沒有活性；如果將處理環(huán)境的pH變?yōu)?.5，則獲得的成纖維細胞的生理活性又會受到嚴(yán)重影響。 (4)圖中④過程是早期胚胎的培養(yǎng)過程，除一些無機鹽和有機鹽類外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸和動物血清等。 (5)根據(jù)子代個體的性別由重組細胞核內(nèi)性染色體決定，由于該重組細胞的細胞核來自于雌性綿羊的體細胞，所以細胞內(nèi)含有XX性染色體組成，最終發(fā)育的轉(zhuǎn)基因綿羊一定是雌性，所以在進行圖中⑤胚胎移植前不需要進行性別鑒定。 7．2018年1月25日，我國研究人員在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，經(jīng)體細胞核移植技術(shù)培育出第一批靈長類動物食蟹猴，可作為研究癌癥等人類疾病的動物模型。下圖為體細胞核移植技術(shù)培育食蟹猴的操作過程，請據(jù)圖回答下列問題： (1)2001年，美國科學(xué)家已經(jīng)培育出胚胎細胞核移植猴。獲得食蟹猴的體細胞核移植技術(shù)難度明顯高于胚胎細胞核移植，原因是____________________________。 (2)進行過程①時，要定期更換培養(yǎng)液，其目的是_________________________。 (3)過程③是利用__________法將成纖維細胞注入猴去核的MⅡ中期卵母細胞中。 (4)圖中過程⑤的實質(zhì)是早期胚胎在________條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。 (5)上述實驗的突破之處是使用了去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，在確定其作用時，研究人員用正常培養(yǎng)液培養(yǎng)融合細胞得到A組實驗數(shù)據(jù)，用正常培養(yǎng)液培養(yǎng)向融合細胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的融合細胞得到B組實驗數(shù)據(jù)。 下圖中X為融合細胞發(fā)育成的胚胎數(shù)、Y為囊胚數(shù)、Z為內(nèi)細胞團數(shù)。分析實驗數(shù)據(jù)可知，Kd4d的mRNA的作用是既能提高____________________________，又能提高______________________。 答案　(1)體細胞分化程度高，恢復(fù)其全能性較難 (2)防止成纖維細胞代謝產(chǎn)物的積累對細胞自身造成危害　(3)顯微注射　(4)相同生理　(5)融合細胞發(fā)育成囊胚的成功率　囊胚中內(nèi)細胞團的形成率 解析　(1)由于體細胞分化程度高，恢復(fù)其全能性較難，所以獲得食蟹猴的體細胞核移植技術(shù)難度明顯高于胚胎細胞核移植。 (2)過程①表示動物細胞培養(yǎng)，該過程中定期更換培養(yǎng)液，以防止成纖維細胞代謝產(chǎn)物的積累對細胞自身造成危害。 (3)過程③表示利用顯微注射法將成纖維細胞注入猴去核的MⅡ中期卵母細胞中。 (4)過程⑤表示胚胎移植，其實質(zhì)是早期胚胎在相同生理條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。 (5)據(jù)圖分析，B組的囊胚形成率、內(nèi)細胞團形成率都明顯高于A組，說明Kd4d的mRNA既能提高融合細胞發(fā)育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中內(nèi)細胞團的形成率。 8．個別國家已通過法案允許以醫(yī)學(xué)手段培育“三親嬰兒”，其培育過程如下圖所示。請分析回答下列問題： (1)培育“三親嬰兒”可以有效避免母親的________(填細胞結(jié)構(gòu))中攜帶的致病基因遺傳給后代；捐獻者如果攜帶紅綠色盲基因，________(填“能”或“不能”)遺傳給“三親嬰兒”。 (2)“三親嬰兒”的染色體來自________________。 (3)從生殖方式的角度考慮，“三親嬰兒”與克隆動物最大的不同在于____________。 (4)上圖中得到的受精卵要發(fā)育成嬰兒，還需要________和__________等技術(shù)。受精卵在體外培養(yǎng)時，為保證無毒無菌環(huán)境，往往需要在培養(yǎng)液中加入__________，還應(yīng)定期______________以便及時清除代謝廢物。 答案　(1)線粒體　不能　(2)母親的卵母細胞核和父親的精子細胞核　(3)三親嬰兒是有性生殖形成的，而克隆動物是無性生殖形成的　(4)早期胚胎培養(yǎng)　胚胎移植　抗生素　更換培養(yǎng)液 解析　據(jù)圖分析，將母親的卵母細胞核移植到捐獻者的去核卵母細胞中，形成重組卵母細胞，再與父親的精子結(jié)合形成受精卵，進而發(fā)育為三親嬰兒，可見三親嬰兒的細胞核遺傳物質(zhì)一半來自于父親、一半來自于母親，而細胞質(zhì)遺傳物質(zhì)則來自于捐獻者。 (1)根據(jù)圖示可知，重組卵母細胞的細胞質(zhì)來自于捐獻者，可避免母親的線粒體遺傳基因傳遞給后代。紅綠色盲是細胞核遺傳，而三親嬰兒的細胞核遺傳物質(zhì)來自于父親和母親，因此捐獻者的紅綠色盲基因不會遺傳給三親嬰兒。 (2)三親嬰兒的染色體來自母親的卵母細胞核和父親的精子細胞核。 (3)克隆動物屬于無性繁殖，而三親嬰兒涉及卵細胞與精子的結(jié)合過程，屬于有性生殖。 (4)體外受精形成的受精卵，需要先培養(yǎng)成早期胚胎，再移植到母親的子宮中去，最后發(fā)育為嬰兒，因此還需要早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植等技術(shù)。在受精卵的培養(yǎng)液中加入抗生素，可以保證無菌無毒的環(huán)境，還應(yīng)定期更換培養(yǎng)液以便及時清除代謝廢物。