資源簡介

(共66張PPT)
考向3　生態工程及其多樣性
(5年1考)
研磨真題·解高考密碼
(2020·全國Ⅱ卷)植樹造林、“無廢棄物農業”、污水凈化是建設美麗中國的重要措施?；卮鹣铝杏嘘P生態工程的問題:
(1)在植樹造林時,一般認為,全部種植一種植物的做法是不可取的。因為與混合種植方式所構建的生態系統相比,按照種植一種植物方式所構建的生態系統,其抵抗力穩定性______________。抵抗力穩定性的含義是_____________。?
(2)“無廢棄物農業”是我國利用生態工程的原理進行農業生產的一種模式,其做法是收集有機物質,包括人畜糞便、枯枝落葉等,采用堆肥和漚肥等多種方式,把它們轉變為有機肥料,再施用到農田中。施用有機肥料的優點是___________
(答出3點即可)。在有機肥料的形成過程中,微生物起到了重要作用,這些微生物屬于生態系統組分中的______________。?
(3)在污水凈化過程中,除發揮污水處理廠的作用外,若要利用生物來回收污水中的銅、鎘等金屬元素,請提供一個方案:___________________。?
【解析】本題主要考查生態工程的基本原理和實例。
(1)生態系統的生物種類少,其抵抗力穩定性低。生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀或不受損害的能力,叫做抵抗力穩定性。
(2)將有機肥料施用到農田中,改善了土壤結構;培育了土壤微生物;實現了土壤養分的循環利用。腐生的微生物屬于生態系統組分中的分解者。
(3)在浮床上種植特殊的水生植物吸收水中的金屬元素,再從植物中回收金屬。
答案:(1)低　生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀(不受損害)的能力
(2)改善了土壤結構;培育了土壤微生物;實現了土壤養分的循環利用　分解者
(3)種植能吸收這些金屬元素的水生植物,再從植物中回收金屬
【審答思維】
1.審要求:生態系統的抵抗力穩定性、有機肥的優點、生態系統的組成成分。
2.解題流程:
【命題陷阱】
陷阱1:生態系統抵抗力穩定性和恢復力穩定性不同:
(1)抵抗力穩定性:指抵抗干擾,保持原狀。
(2)恢復力穩定性:指受到干擾,恢復原狀。
陷阱2:土壤微生物的作用不唯一:最主要的作用是分解有機質,還可以形成土壤結構,降解土壤中的有害物質、固氮作用等。
生態農業是我國北方典型的生態農業模式,它以沼氣為紐帶,將養豬、養鴨、種植農作物、養蘑菇、沼氣工程等多個生產過程有機地結合起來,成為一種高效良性的循環,生態效益得到了良性發展。如圖是該系統物質循環的示意圖,請分析回答下列問題:
新題預測·技法演練場
(1)生態工程建設的目的就是遵循自然界________的規律,充分發揮資源的生產潛力,防止環境污染,達到經濟效益和生態效益的同步發展。與傳統工程相比較,生態工程是一類______________________的工程體系。?
(2)該生態農業模式的建立要考慮環境承載力,處理好生物與環境的協調與平衡,這體現了生態工程的________原理。該生態農業模式的建立不但要考慮自然生態系統的規律,還要考慮經濟與社會等系統的影響力,這體現了生態工程的________原理。??
(3)這種生產模式對環境的污染小,因為生產一種產品時產生的有機廢物變成了____________________________。與普通的農業生態系統相比,“四位一體”生態農業具有更大的產出投入比的原因主要是_____________________。?
【解析】(1)生態工程是指人類應用自然生態系統和系統學等學科的基本原理
和方法,通過系統設計和調控技術組裝,對已被破壞的生態環境進行修復、重建,
對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善,并提高生態系統的生產力,從
而促進人類社會和自然環境的和諧發展。生態工程建設的目的就是遵循自然界
物質循環的規律,充分發揮資源的生產潛力,防止環境污染,達到經濟效益和生
態效益的同步發展。與傳統工程相比較,生態工程是一類少消耗、多效益、可
持續的工程體系。(2)該生態農業模式的建立要考慮環境承載力,處理好生物與
環境的協調與平衡,這體現了生態工程的協調與平衡原理。該生態農業模式的
建立不但要考慮自然生態系統的規律,還要考慮經濟與社會等系統的影響力,這體現了生態工程的整體性原理。(3)這種生產模式對環境的污染小,因為生產一種產品時產生的有機廢物變成了生產另一種產品的原料(或另一種產品的投入)。與普通的農業生態系統相比,“四位一體”生態農業具有更大的產出投入比的原因主要是秸稈、人畜糞便中的能量被多級利用(或充分利用了廢棄物中的能量)。
答案:(1)物質循環　少消耗、多效益、可持續
(2)協調與平衡　整體性
(3)生產另一種產品的原料(或另一種產品的投入)　秸稈、人畜糞便中的能量被多級利用(或充分利用了廢棄物中的能量)
【高分必備點】
1.生態工程的概念:
(1)理論基礎:生態學和系統學。
(2)技術手段:通過系統設計和調控技術組裝。
(3)操作過程:對已破壞的生態環境進行修復、重建,對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善,并提高生態系統的生產力。
(4)終極目的:促進人類社會的可持續發展以及與自然的和諧發展。
2.生態工程的基本原理:
(1)物質循環再生原理:基礎是物質循環。
(2)物種多樣性原理:基礎是生態系統的抵抗力穩定性。
(3)整體性原理:基礎是社會—經濟—自然復合系統。
(4)協調與平衡原理:基礎是生物與環境的協調平衡。
(5)系統學和工程學原理;基礎是分布式結構可靠性優于集中式和環式結構。
【規避失分點】
1.畜牧養殖和過度放牧依據的原理不同:
(1)畜牧養殖:需要注意環境容納量,依據的是協調與平衡原理。
(2)過度放牧:一方面減少畜牧量,另一方面增加收入,依據的是整體性原理。
2.不同的生態系統建設遵循的基本原理可能有交叉:
(1)小流域綜合治理生態工程:應用了生態工程的整體性原理、協調與平衡原理以及工程學原理。
(2)農村綜合發展型生態工程:運用了物質循環再生原理、整體性原理、物種多樣性原理。
【深挖增分點】
對于四種“農業”的認識
(1)立體農業:運用群落的空間結構原理,為充分利用空間和資源而發展起來的一種農業生產模式,例如果樹——草菇結構、桉樹——菠蘿結構。
(2)無廢棄物農業:利用物質循環再生原理,積極種植固氮作物,收集一切有機質轉變為有機肥料,改善土壤結構,培育微生物,實現土壤養分的循環利用。
(3)石油農業:大量使用化肥、農藥和機械的農業生產方式,產生的廢棄物和有害物數量龐大,削弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力。
(4)傳統農業:不注重生態環境保護,沒有考慮生態成本,經濟發展以巨大的生態環境破壞為代價。
【高分必做題】
1.2020年3月16日,中國科學家陳薇院士團隊研制的重組新冠疫苗通過臨床研究注冊審評,獲批進入臨床試驗。重組新冠疫苗的制備流程如圖。
高考命題·猜押競技場
回答下列問題。
(1)接種新冠疫苗的目的是:__________________________。?
(2)步驟②需要____________作為原料。步驟③需要的工具酶是________________。步驟④是____________________________。?
(3)被用作載體的Ad5應具有的特點是________________________(答出2點即可),拼裝S蛋白基因重組載體所需的工具酶有:________________。?
(4)重組疫苗注入志愿者體內后,S蛋白基因指導合成的S蛋白作為__________,
刺激機體產生能與之相結合的抗體,抗體的分泌量可作為檢測疫苗對志愿者免
疫效果的指標。參加臨床試驗的志愿者需要滿足的條件之一是________(填
“有”或“無”)SARS-CoV-2感染史,理由是________________________。?
(5)為探究疫苗的注射劑量對志愿者產生的免疫效果,需進一步實驗,請寫出實
驗思路___________________________________________________________。?
【解析】(1)接種新冠疫苗的目的是使機體產生抗新冠病毒的特異性免疫。
(2)步驟②為逆轉錄過程,合成的產物是DNA,因此需要脫氧核苷酸作為原料。
步驟③為利用PCR技術擴增獲得S蛋白基因的過程,該過程需要的酶是Taq酶(耐
高溫的DNA聚合酶),同時還需要用限制酶對獲得的S蛋白基因進行修飾。步驟④
為構建目的基因表達載體的過程,即重組新冠疫苗的過程。
(3)Ad5作為載體應具有的特點是DNA分子上有一至多個限制酶切割位點、有標記
基因位點、在宿主細胞中可以存活表達、大小適中而且對宿主細胞無害等。構
建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶。
(4)重組疫苗注入志愿者體內后,S蛋白基因指導合成的S蛋白作為抗原,刺激機體產生特異性免疫過程,機體免疫系統產生能與之相結合的抗體,抗體的分泌量可作為檢測疫苗對志愿者免疫效果的指標。參加臨床試驗的志愿者需要滿足無SARS-CoV-2感染史,即未感染過新冠病毒,因為感染過新冠病毒的人體內含有對新冠病毒的記憶細胞,若注射疫苗會出現二次免疫的特征,即體內的記憶細胞會迅速增殖分化產生大量的漿細胞,漿細胞合成并分泌大量的抗體,從而導致無法檢測出該疫苗的真正效果。
(5)實驗目的為探究疫苗的注射劑量對志愿者產生的免疫效果,根據實驗目的可知,該實驗的自變量為疫苗的劑量,因變量為抗體產生量的變化,因此設計實驗如下:將同性別且年齡相當的志愿者隨機分成若干組,然后給不同組別的志愿者注射不同劑量梯度的疫苗,一段時間之后,檢測志愿者體內的抗體產生量,做好記錄并比較、分析得出結論。
答案:(1)使機體產生抗新冠病毒的特異性免疫
(2)脫氧核苷酸　Taq酶(和限制酶)　基因表達載體的構建
(3)能自我復制、有一個至多個切割位點(有標記基因位點、對受體細胞無害)　限制酶和DNA連接酶
(4)抗原　無　有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中會存在一定量的相應抗體,對試驗結果產生干擾
(5)給不同組同性別且年齡相當的志愿者分別注射不同劑量的疫苗,一段時間后采集血樣檢測相應抗體的水平
2.“黃金大米”是一種新型轉基因大米,其胡蘿卜素的含量是普通大米的23倍,因大米拋光后呈現黃色而得名。通過轉基因技術將胡蘿卜素轉化酶體系轉入到大米胚乳中獲得“黃金大米”的培育流程如圖所示。請回答下列問題:(已知酶Ⅰ的識別序列和切點是-G↓GATCC-,酶Ⅱ的識別序列和切點是-↓GATC-)
(1)圖中基因Ⅰ、Ⅱ的作用是________________________。?
(2)圖中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ主要是從________中分離純化出來的。據圖分析,在
構建基因表達載體c的過程中,質粒需用________(填“限制酶Ⅰ”或“限制酶
Ⅱ”)進行切割。?
(3)圖中通過過程a、b獲取目的基因的方法是______法,該方法獲得的目的基因
________(填“含”或“不含”)啟動子。若過程d用到了農桿菌轉化法,則目的
基因插入c的位置應該是__________。?
(4)過程e運用了細胞工程中的____________技術;該過程需要用到的植物激素
有:__________________。為檢測水稻細胞中是否表達出胡蘿卜素轉化酶,用到
的檢測方法是:__________________。?
【解析】(1)由圖可知,基因Ⅰ、Ⅱ均可作為標記基因,其作用是鑒別受體細胞是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。
(2)圖中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ為限制酶,主要是從原核生物中分離純化出來的。由于酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—,酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—,若用酶Ⅱ切割質粒會導致兩個標記基因均被破壞,因此在構建基因表達載體c的過程中,質粒需用限制酶Ⅰ進行切割。
(3)圖中通過過程a、b獲取目的基因的方法是逆轉錄法,該方法獲得的目的基因不含啟動子。農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體的DNA上。因此若過程d用到了農桿菌轉化法,則目的基因插入c的位置應該是Ti質粒的T-DNA上。
(4)過程e為植物組織培養過程,該過程中用到了生長素和細胞分裂素。為檢測水稻細胞中是否表達出胡蘿卜素轉化酶,可用抗原—抗體雜交法。
答案:(1)作為標記基因,供重組DNA的鑒定和選擇(作為標記基因,鑒別受體細胞是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來)
(2)原核生物　限制酶Ⅰ
(3)反轉錄(逆轉錄)　不含　Ti質粒的T-DNA上
(4)植物組織培養　生長素和細胞分裂素　抗原-抗體雜交法
3.鳳梨草莓是一種外形酷似草莓,口感酷似鳳梨的水果,被譽為“果中皇后”。如圖表示利用現代生物技術改良野生草莓品系的過程。請回答下列問題:
(1)將野生綠色草莓的葉片離體組織培養成四倍體試管苗的過程,應用了植物細胞工程中的________________技術,此技術的原理是_____________________,此過程中秋水仙素的作用機理是__?________________。
(2)①過程中欲將目的基因導入四倍體草莓試管苗,獲得抗蟲草莓,通常要用到農桿菌,該過程中首先要將目的基因插入____________________上,這是因為________________________________。除了該方法之外,將目的基因導入植物細胞的方法還有________________。?
(3)要想通過上述過程獲得具有鳳梨口味的抗蟲草莓新品種,____________(填“能”或“不能”)利用抗蟲草莓和鳳梨草莓進行雜交的方法獲得可以穩定遺傳的新品種,原因是________________________________。從細胞工程技術角度考慮,可行的方法是________________________________________。?
(4)幫助農民發展經濟時,要注意一些實際問題,如草莓新品系應種植在陽光充足,疏水性好的土壤里,這主要體現了生態工程的_______________________。?
【解析】(1)將野生綠色草莓的葉片離體組織培養成四倍體試管苗的過程,應用了植物組織培養技術,該技術的原理是植物細胞的全能性,該過程中秋水仙素的作用機理是抑制紡錘體的形成,導致染色體不能移向細胞兩極,使染色體數目加倍。
(2)農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體的DNA上,根據農桿菌的這一特點,如果將目的基因插入到Ti質粒的T-DNA上,通過農桿菌的轉化作用,就可以把目的基因整合到植物細胞中染色體的DNA上;除此之外,將目的基因導入植物細胞的方法還有基因槍法等。
(3)抗蟲草莓是四倍體,鳳梨草莓是八倍體,兩者雜交得到的六倍體新品種是可育的,可以穩定遺傳。從細胞工程技術角度考慮,利用植物體細胞雜交技術,先用花藥離體培養分別獲得抗蟲草莓和鳳梨草莓的單倍體,再用植物體細胞雜交技術獲得具有鳳梨口味的抗蟲草莓新品種。
(4)生物只有適應一定的環境才能正常生長,所以草莓新品系應種植在陽光充足,疏水性好的土壤里,這主要體現了生態工程的協調與平衡原理。
答案:(1)植物組織培養　植物細胞的全能性　抑制紡錘體的形成,導致染色體不能移向細胞兩極,使染色體數目加倍
(2)Ti質粒的T-DNA　農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體的DNA上　基因槍法等
(3)能　抗蟲草莓和鳳梨草莓雜交得到的六倍體新品種是可育的,可以穩定遺傳　先用花藥離體培養分別獲得抗蟲草莓和鳳梨草莓的單倍體,再用植物體細胞雜交技術獲得具有鳳梨口味的抗蟲草莓新品種
(4)協調與平衡原理
4.隨著生物技術的發展,現代的試管嬰兒技術不僅能解決部分人的生育問題,還能用于部分腫瘤疾病、遺傳性疾病的治療等,實現優生優育?；卮鹣铝袉栴}:
(1)培育試管嬰兒時,為了提高受孕率,需培植多個胚胎,因此需要用________處理,促進女性排出更多的卵子。?
(2)從受精卵到原腸胚需依次經歷哪些時期?卵裂期→________。?
(3)一對夫妻,妻子是血友病患者,而丈夫正常。為了生育一個健康的孩子,進行胚胎移植前需要進行________,目前最有效、最準確的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:從被檢測的囊胚中取出幾個__________(填“滋養層”或“內細胞團”)細胞,提取DNA進行擴增,用位于Y染色體上的性別決定基因(即SRY基因)制成的探針進行檢測,若未出現雜交鏈,胚胎性別為________,而基因工程中________也會用到DNA探針。?
(4)如圖是治療性克隆時獲取病人胚胎干細胞的兩種方法,其中方法一中③的獲得用到了________技術;方法二中獲得④運用的原理是__________________。?
【解析】(1)促性腺激素能促進超數排卵。
(2)從受精卵發育至原腸胚需要依次經歷的時期為卵裂期→桑椹胚期→囊胚期。
(3)血友病屬于伴X染色體隱性遺傳病(相關基因用B、b表示)。一對夫妻,妻子
是血友病患者(XbXb),而丈夫正常(XBY),則他們所生兒子均患病,女兒均正常,因
此為了生育一個健康的孩子,進行胚胎移植前需要進行性別鑒定。目前最有
效、最準確的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:從被檢測的囊胚中取出幾
個滋養層細胞,提取DNA進行擴增,用位于Y染色體上的性別決定基因(即SRY基因)
制成的探針進行檢測,若未出現雜交鏈,說明不含Y染色體,則胚胎性別為女性。
基因工程中目的基因的檢測和鑒定也會用到DNA探針。
(4)方法一中③的獲得用到了顯微注射技術;方法二中獲得④的方法是細胞融合,而細胞融合的原理是細胞膜具有一定的流動性。
答案:(1)促性腺激素　(2)桑椹胚期→囊胚期　(3)性別鑒定　滋養層　女性　目的基因的檢測和鑒定　(4)顯微注射　細胞膜具有一定的流動性
5.奶牛場每天排放大量的糞便、飼料殘渣,如不處理會嚴重影響周邊人、畜的飲水安全等。甲圖為某奶牛場將以上廢棄物置于水中制成廢水后進行處理的流程圖(出水口的水通過小河流入大河),乙圖為小河中的浮游植物在一年內的變化曲線圖,請回答:
(1)廢水流入厭氧池前,需經稀釋處理,是為了防止________。厭氧池中的微生物主要作用是________。?
(2)初期,氧化塘藻類大量繁殖,氧氣過度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸體被微生物分解加劇氧氣消耗并產生有毒物質,污染進一步加劇。上述污染進一步加劇的過程屬于________調節。?
A.負反饋　　　　　　　　　
B.正反饋
C.激素
D.負反饋和正反饋
(3)后來,氧化塘后部大量種植蓮等挺水植物,使出水口處水中的浮游藻類減少,原因是________________________________。氧化塘生態系統的主要成分是________,氧化塘后部的溶解氧含量比前部的______________。?
(4)控制廢水流入氧化塘的速率,除有利于氧化塘中有機物被充分分解外,還有利于________,使出水口處的水質達到排放要求。廢水不能過量流入氧化塘,說明生態系統的________。?
(5)根據乙圖推測,小河中的無機鹽1～2月大量下降的主要原因是______________,12月限制浮游植物繁殖的主要因素是________。?
【解析】(1)廢水中含有大量的污染物,流入厭氧池,造成厭氧池濃度增大,會導致微生物失水過多死亡,因此廢水流入厭氧池前,需經稀釋處理。厭氧池中的微生物主要是將廢水中的有機物分解為無機物。
(2)氧化塘藻類大量繁殖,氧氣過度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸體被微生物分解加劇氧氣消耗并產生有毒物質,污染進一步加劇,屬于正反饋調節。
(3)挺水植物可以遮擋陽光,影響下部的浮游藻類進行光合作用,從而影響其生長,所以氧化塘后部大量種植蓮等挺水植物,使出水口處水中的浮游藻類減少,此氧化塘的主要成分是生產者。沉水植物根部的厭氧環境有利于厭氧細菌的活動,分解水中的有機物,為氧化塘后部的植物提供營養,有利于它們進行光合作用,產生氧氣,因此經過處理后的氧化塘后部的溶解氧含量比前部的高。
(4)廢水中含有大量的有機物,如果快速地將廢水流入氧化塘,廢水中有機物不能在短時間內被微生物分解,而且無機物也不能被充分吸收,使出水口處的水質不能達到排放要求,因此需要控制廢水流入氧化塘的速率。生態系統的自我調節能力有一定的限度,當受到大規模干擾或外界壓力超過該生態系統自身更新和自我調節能力時,便可能導致生態系統穩定性的破壞,甚至引發系統崩潰,因此廢水不能過量流入氧化塘。
(5)小河中的無機鹽1～2月大量下降的主要原因是浮游植物大量繁殖消耗了無機鹽,12月光照強度弱而且溫度比較低,影響了植物的光合作用,所以12月限制浮游植物繁殖的主要因素是溫度和光照。
答案:(1)微生物失水過多而死亡　將廢水中的有機物分解為無機物　(2)B　(3)挺水植物起遮光作用,影響浮游藻類進行光合作用　生產者(植物)　高　(4)無機物被充分吸收　自我調節能力有限　(5)浮游植物大量繁殖消耗了無機鹽　　溫度和光照
【學霸制勝題】
1.回答有關基因工程與微生物的問題。
利用微生物分解廢紙是一種環保的方式,但廢紙中的纖維素分子量大,不能直接進入酵母菌,且酵母菌無法分解利用環境中的纖維素。為解決這一難題,科學家將纖維素酶基因通過重組質粒導入酵母菌。其所用質粒及其酶切位點如圖1,外源DNA上的纖維素酶基因及其酶切位點如圖2。
(1)圖2中的纖維素酶基因作為________,質粒作為________。?
(2)為使纖維素酶基因能夠與質粒有效組合,應選用最合適的限制酶是__________,原因是__。?
(3)若質粒被HindⅢ限制酶識別的序列是—AAGCTT—,并在A與A之間切割。請畫出被切割后所形成的黏性末端。
科學家進一步構建了含3種不同基因片段的重組質粒,進行了一系列的研究。
圖3是酵母菌轉化及纖維素酶在工程菌內合成與運輸的示意圖。
(4)圖3中已導入重組質粒的菌株有____________。?
(5)設置菌株Ⅰ作為對照,是為了驗證__________和________不攜帶纖維素酶基因。?
(6)將4株菌株分別置于以________為唯一碳源的培養基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活,請解釋菌株Ⅱ不能存活的原因:________________。?
【解析】(1)圖2中的纖維素酶基因作為目的基因,質粒作為運載體。
(2)為使纖維素酶基因能夠與質粒有效組合,可選用不同的限制酶組合HindⅢ和PstⅠ,使形成的黏性末端不同,以防止自身環化。
(3)若質粒被HindⅢ限制酶識別的序列是—AAGCTT—,并在A與A之間切割,則被切割后所形成的黏性末端為:
—AAGCTT—　　　—A　　AGCTT—
　　　　　　→　　　　+
—TTCGAA—　　　—TTCGA　　　A—
(4)由圖3分析可知,已導入重組質粒的菌株有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
(5)設置菌株Ⅰ作為對照,是為了驗證質粒DNA和酵母菌基因組不攜帶纖維素酶基因,即普通酵母菌不能夠利用環境中的纖維素。
(6)將菌株Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別置于以纖維素為唯一碳源的培養基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活。菌株Ⅱ不能存活的原因是缺少信號肽編碼序列,導致所產生的纖維素酶無法分泌到細胞外分解細胞外的纖維素,使得細胞無可利用的碳源。
答案:(1)目的基因　運載體
(2)HindⅢ和PstⅠ　形成的黏性末端不同,可防止自身環化
(3)—A
—TTCGA　　AGCTT—
　　　A—
(4)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
(5)質粒DNA　酵母菌基因組
(6)纖維素　缺少信號肽編碼序列,導致所產生的纖維素酶無法分泌到細胞外分解細胞外的纖維素,使得細胞無可利用的碳源
2.正常細胞不能合成干擾素,但含有干擾素基因。我國科學家采用基因工程技術生產干擾素a-2b已實現量產。具體做法是將人體內產生干擾素的白細胞的mRNA分離,反轉錄得到干擾素基因。將含有四環素、氨芐青霉素抗性基因的質粒pBR322和干擾素基因進行雙酶切,用連接酶連接。將重組載體DNA分子在一定條件下導入大腸桿菌,在培養基中篩選培養,檢測干擾素的表達量,選出高效表達的工程菌。請回答:
(1)在分化誘導因子作用下,正常細胞可以擺脫抑制、合成干擾素,該過程發生的實質是____________________________________________。?
(2)據題圖分析,構建重組載體DNA分子時,可以選用____________兩種限制酶對質粒pBR322和干擾素基因進行雙酶切,目的是既能保證目的基因和質粒正向連接,又能防止______________________________________________________(答兩點)。?
(3)將重組質粒導入大腸桿菌中,然后將細菌涂布到含____________的選擇培養基上培養,就可得到含質粒pBR322或重組質粒的細菌單菌落;再從每一個單菌落中挑取部分細菌轉涂到含有______________的培養基上,不能生長的絕大部分是含有重組質粒的細菌,原因是__?_____________________________。?
(4)干擾素在體外保存非常困難,如果將其分子中的一個半胱氨酸變成絲氨酸,在-70
℃條件下可以保存半年。實現這一轉變需要直接對____________進行修飾或改造,這屬于蛋白質工程的范疇。?
【解析】(1)細胞分化的實質是基因的選擇性表達,故在分化誘導因子作用下,
正常細胞可以擺脫抑制、合成干擾素,該過程發生的實質是基因的選擇性表
達。(2)標記基因可用于鑒定目的基因是否導入受體細胞,所以重組質粒上至少
要保留一個標記基因,由于兩個標記基因上均含有酶A的切點,所以不能用酶A切
割,為了防止連接時目的基因和質粒自身環化,故在構建重組載體DNA分子時,可
以選用酶B和酶C兩種限制酶對質粒pBR322和干擾素基因進行雙酶切。(3)由于
質粒和重組質粒上都含有氨芐青霉素抗性基因,而未導入質粒的細菌不含有該
抗性基因,所以將重組質粒導入大腸桿菌中,然后將細菌涂布到含氨芐青霉素的
選擇培養基上培養,就可得到含質粒pBR322或重組質粒的細菌單菌落;由于目的基因的插入破壞了四環素抗性基因,重組質粒上只含有氨芐青霉素抗性基因,而質粒上含有氨芐青霉素抗性基因和四環素抗性基因,因此再從前面培養基上獲得的每一個單菌落中挑取部分細菌轉涂到含有四環素的培養基上,不能生長的絕大部分是含有重組質粒的細菌。(4)蛋白質工程是通過基因修飾或基因合成,對現有蛋白質進行改造的一項技術。
答案:(1)基因的選擇性表達　(2)酶B、酶C　質粒與目的基因自身環化;防止同時破壞質粒中的兩個標記基因　(3)氨芐青霉素　四環素　目的基因的插入破壞了四環素抗性基因,重組質粒上只含有氨芐青霉素抗性基因,而質粒上含氨芐青霉素抗性基因和四環素抗性基因,在含有四環素的培養基上,導入重組質粒的細菌不能生長,而只導入質粒的細菌能生長　(4)基因
3.精子載體法是一種低成本、簡單快速制備轉基因動物的方法,外源基因主要通過兩種方式實現基因整合,一種是直接整合到精子的基因組中;另一種是通過精子攜帶進入卵細胞,然后整合到受精卵的基因組中。科學家利用這種方法將能催化植酸水解的植酸酶的基因導入小鼠體內,大大提高了小鼠對食物中的磷的分解和吸收能力,回答下列問題:
(1)圖示過程是將外源基因通過________的方式實現的基因整合。?
(2)上述培養含有植酸酶基因的小鼠的過程中,所涉及的現代生物技術手段主要有__________________________________(答三點),該轉基因小鼠的生殖方式屬于________。?
(3)體外擴增外源DNA可利用__________技術,該技術的基本原理是__________,若要將外源DNA擴增5次,需要消耗每種引物的數量為________個?？赏ㄟ^檢測小鼠的糞便中P元素的含量來檢測目的基因是否成功表達,若檢測的糞便中P元素的含量顯著________(填“高于”或“低于”)沒有導入外源基因的小鼠,說明目的基因成功表達。?
(4)若要獲得多個基因型完全相同的胚胎可采用胚胎分割技術,在對囊胚期的胚胎分割時,要將內細胞團均等分割,其目的是?_______________________。?
【解析】(1)圖示過程是將外源基因通過直接整合到精子基因組中的方式實現的基因整合。
(2)上述培養含有植酸酶基因的小鼠的過程中,所涉及的現代生物技術手段主要有體外受精、早期胚胎培養和胚胎移植,該轉基因小鼠的生殖方式屬于有性生殖。
(3)可以采用PCR技術對目的基因進行體外擴增,原理是DNA雙鏈復制,需要2種引物,每條子鏈延伸需要一個引物,外源DNA擴增5次,總的脫氧核苷酸鏈數為25×2=64,去掉原來的母鏈,新合成的子鏈有62條,共需要消耗62個引物,而引物有2種,故每種引物需要31個。植酸酶的基因導入小鼠體內成功表達后,可以大大提高小鼠對食物中的磷的分解和吸收能力,故轉基因小鼠的糞便中P元素的含量顯著低于沒有導入外源基因的小鼠。
(4)對囊胚期的胚胎分割時,要將內細胞團均等分割,其目的是避免影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。
答案:(1)直接整合到精子基因組中
(2)體外受精、早期胚胎培養和胚胎移植
有性生殖
(3)PCR　DNA雙鏈復制　31　低于
(4)避免影響分割后胚胎的恢復和進一步發育考向3　生態工程及其多樣性(5年1考)
(2020·全國Ⅱ卷)植樹造林、“無廢棄物農業”、污水凈化是建設美麗中國的重要措施?；卮鹣铝杏嘘P生態工程的問題:(1)在植樹造林時,一般認為,全部種植一種植物的做法是不可取的。因為與混合種植方式所構建的生態系統相比,按照種植一種植物方式所構建的生態系統,其抵抗力穩定性______________。抵抗力穩定性的含義是__?__。?(2)“無廢棄物農業”是我國利用生態工程的原理進行農業生產的一種模式,其做法是收集有機物質,包括人畜糞便、枯枝落葉等,采用堆肥和漚肥等多種方式,把它們轉變為有機肥料,再施用到農田中。施用有機肥料的優點是______________________________(答出3點即可)。在有機肥料的形成過程中,微生物起到了重要作用,這些微生物屬于生態系統組分中的______________。?(3)在污水凈化過程中,除發揮污水處理廠的作用外,若要利用生物來回收污水中的銅、鎘等金屬元素,請提供一個方案:?__。?
1.審要求:生態系統的抵抗力穩定性、有機肥的優點、生態系統的組成成分。2.解題流程:
陷阱1:生態系統抵抗力穩定性和恢復力穩定性不同:(1)抵抗力穩定性:指抵抗干擾,保持原狀。(2)恢復力穩定性:指受到干擾,恢復原狀。陷阱2:土壤微生物的作用不唯一:最主要的作用是分解有機質,還可以形成土壤結構,降解土壤中的有害物質、固氮作用等。
　生態農業是我國北方典型的生態農業模式,它以沼氣為紐帶,將養豬、養鴨、種植農作物、養蘑菇、沼氣工程等多個生產過程有機地結合起來,成為一種高效良性的循環,生態效益得到了良性發展。如圖是該系統物質循環的示意圖,請分析回答下列問題:
(1)生態工程建設的目的就是遵循自然界________的規律,充分發揮資源的生產潛力,防止環境污染,達到經濟效益和生態效益的同步?
　發展。與傳統工程相比較,生態工程是一類______________________的工程體系。?(2)該生態農業模式的建立要考慮環境承載力,處理好生物與環境的協調與平衡,這體現了生態工程的________原理。該生態農業模式的建立不但要考慮自然生態系統的規律,還要考慮經濟與社會等系統的影響力,這體現了生態工程的________原理。?(3)這種生產模式對環境的污染小,因為生產一種產品時產生的有機廢物變成了____________________________。與普通的農業生態系統相比,“四位一體”生態農業具有更大的產出投入比的原因主要是__?__。?
1.生態工程的概念:
(1)理論基礎:生態學和系統學。
(2)技術手段:通過系統設計和調控技術組裝。
(3)操作過程:對已破壞的生態環境進行修復、重建,對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善,并提高生態系統的生產力。
(4)終極目的:促進人類社會的可持續發展以及與自然的和諧發展。
2.生態工程的基本原理:
(1)物質循環再生原理:基礎是物質循環。
(2)物種多樣性原理:基礎是生態系統的抵抗力穩定性。
(3)整體性原理:基礎是社會—經濟—自然復合系統。
(4)協調與平衡原理:基礎是生物與環境的協調平衡。
(5)系統學和工程學原理;基礎是分布式結構可靠性優于集中式和環式結構。
1.畜牧養殖和過度放牧依據的原理不同:
(1)畜牧養殖:需要注意環境容納量,依據的是協調與平衡原理。
(2)過度放牧:一方面減少畜牧量,另一方面增加收入,依據的是整體性原理。
2.不同的生態系統建設遵循的基本原理可能有交叉:
(1)小流域綜合治理生態工程:應用了生態工程的整體性原理、協調與平衡原理以及工程學原理。
(2)農村綜合發展型生態工程:運用了物質循環再生原理、整體性原理、物種多樣性原理。
對于四種“農業”的認識
(1)立體農業:運用群落的空間結構原理,為充分利用空間和資源而發展起來的一種農業生產模式,例如果樹——草菇結構、桉樹——菠蘿結構。
(2)無廢棄物農業:利用物質循環再生原理,積極種植固氮作物,收集一切有機質轉變為有機肥料,改善土壤結構,培育微生物,實現土壤養分的循環利用。
(3)石油農業:大量使用化肥、農藥和機械的農業生產方式,產生的廢棄物和有害物數量龐大,削弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力。
(4)傳統農業:不注重生態環境保護,沒有考慮生態成本,經濟發展以巨大的生態環境破壞為代價。
1.2020年3月16日,中國科學家陳薇院士團隊研制的重組新冠疫苗通過臨床研究注冊審評,獲批進入臨床試驗。重組新冠疫苗的制備流程如圖。
回答下列問題。
(1)接種新冠疫苗的目的是:__________________________。?
(2)步驟②需要____________作為原料。步驟③需要的工具酶是________________。步驟④是____________________________。?
(3)被用作載體的Ad5應具有的特點是________________________(答出2點即可),拼裝S蛋白基因重組載體所需的工具酶有:__?_________________。?
(4)重組疫苗注入志愿者體內后,S蛋白基因指導合成的S蛋白作為________
________________,刺激機體產生能與之相結合的抗體,抗體的分泌量可作為檢測疫苗對志愿者免疫效果的指標。參加臨床試驗的志愿者需要滿足的條件之一是________(填“有”或“無”)SARS-CoV-2感染史,理由是_____________。?
(5)為探究疫苗的注射劑量對志愿者產生的免疫效果,需進一步實驗,請寫出實驗思路___________________________________________________________
___________。?
2.“黃金大米”是一種新型轉基因大米,其胡蘿卜素的含量是普通大米的23倍,因大米拋光后呈現黃色而得名。通過轉基因技術將胡蘿卜素轉化酶體系轉入到大米胚乳中獲得“黃金大米”的培育流程如圖所示。請回答下列問題:(已知酶Ⅰ的識別序列和切點是-G↓GATCC-,酶Ⅱ的識別序列和切點是-↓GATC-)
(1)圖中基因Ⅰ、Ⅱ的作用是________________________。?
(2)圖中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ主要是從________中分離純化出來的。據圖分析,在構建基因表達載體c的過程中,質粒需用________(填“限制酶Ⅰ”或“限制酶Ⅱ”)進行切割。?
(3)圖中通過過程a、b獲取目的基因的方法是______法,該方法獲得的目的基因________(填“含”或“不含”)啟動子。若過程d用到了農桿菌轉化法,則目的基因插入c的位置應該是__________。?
(4)過程e運用了細胞工程中的____________技術;該過程需要用到的植物激素有:__________________。為檢測水稻細胞中是否表達出胡蘿卜素轉化酶,用到的檢測方法是:__________________。?
3.鳳梨草莓是一種外形酷似草莓,口感酷似鳳梨的水果,被譽為“果中皇后”。如圖表示利用現代生物技術改良野生草莓品系的過程。請回答下列問題:
(1)將野生綠色草莓的葉片離體組織培養成四倍體試管苗的過程,應用了植物細胞工程中的________________技術,此技術的原理是______________________,
此過程中秋水仙素的作用機理是__?________________。?
(2)①過程中欲將目的基因導入四倍體草莓試管苗,獲得抗蟲草莓,通常要用到農桿菌,該過程中首先要將目的基因插入____________________上,這是因為________________________________。除了該方法之外,將目的基因導入植物細胞的方法還有________________。?
(3)要想通過上述過程獲得具有鳳梨口味的抗蟲草莓新品種,____________(填“能”或“不能”)利用抗蟲草莓和鳳梨草莓進行雜交的方法獲得可以穩定遺傳的新品種,原因是________________________________。從細胞工程技術角度考慮,可行的方法是________________________________________。?
(4)幫助農民發展經濟時,要注意一些實際問題,如草莓新品系應種植在陽光充足,疏水性好的土壤里,這主要體現了生態工程的________________________。?
4.隨著生物技術的發展,現代的試管嬰兒技術不僅能解決部分人的生育問題,還能用于部分腫瘤疾病、遺傳性疾病的治療等,實現優生優育?；卮鹣铝袉栴}:
(1)培育試管嬰兒時,為了提高受孕率,需培植多個胚胎,因此需要用________處理,促進女性排出更多的卵子。?
(2)從受精卵到原腸胚需依次經歷哪些時期?卵裂期→________。?
(3)一對夫妻,妻子是血友病患者,而丈夫正常。為了生育一個健康的孩子,進行胚胎移植前需要進行________,目前最有效、最準確的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:從被檢測的囊胚中取出幾個__________(填“滋養層”或“內細胞團”)細胞,提取DNA進行擴增,用位于Y染色體上的性別決定基因(即SRY基因)制成的探針進行檢測,若未出現雜交鏈,胚胎性別為________,而基因工程中________也會用到DNA探針。?
(4)如圖是治療性克隆時獲取病人胚胎干細胞的兩種方法,其中方法一中③的獲得用到了________技術;方法二中獲得④運用的原理是___________________。?
5.奶牛場每天排放大量的糞便、飼料殘渣,如不處理會嚴重影響周邊人、畜的飲水安全等。甲圖為某奶牛場將以上廢棄物置于水中制成廢水后進行處理的流程圖(出水口的水通過小河流入大河),乙圖為小河中的浮游植物在一年內的變化曲線圖,請回答:
(1)廢水流入厭氧池前,需經稀釋處理,是為了防止________。厭氧池中的微生物主要作用是________。?
(2)初期,氧化塘藻類大量繁殖,氧氣過度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸體被微生物分解加劇氧氣消耗并產生有毒物質,污染進一步加劇。上述污染進一步加劇的過程屬于________調節。?
A.負反饋　　　　　　　　　
B.正反饋
C.激素
D.負反饋和正反饋
(3)后來,氧化塘后部大量種植蓮等挺水植物,使出水口處水中的浮游藻類減少,原因是________________________________。氧化塘生態系統的主要成分是________,氧化塘后部的溶解氧含量比前部的______________。?
(4)控制廢水流入氧化塘的速率,除有利于氧化塘中有機物被充分分解外,還有利于________,使出水口處的水質達到排放要求。廢水不能過量流入氧化塘,說明生態系統的________。?
(5)根據乙圖推測,小河中的無機鹽1～2月大量下降的主要原因是______________,12月限制浮游植物繁殖的主要因素是________。?
1.回答有關基因工程與微生物的問題。
利用微生物分解廢紙是一種環保的方式,但廢紙中的纖維素分子量大,不能直接進入酵母菌,且酵母菌無法分解利用環境中的纖維素。為解決這一難題,科學家將纖維素酶基因通過重組質粒導入酵母菌。其所用質粒及其酶切位點如圖1,外源DNA上的纖維素酶基因及其酶切位點如圖2。
(1)圖2中的纖維素酶基因作為________,質粒作為________。?
(2)為使纖維素酶基因能夠與質粒有效組合,應選用最合適的限制酶是__________,原因是________________________________。?
(3)若質粒被HindⅢ限制酶識別的序列是—AAGCTT—,并在A與A之間切割。請畫出被切割后所形成的黏性末端。
科學家進一步構建了含3種不同基因片段的重組質粒,進行了一系列的研究。圖3是酵母菌轉化及纖維素酶在工程菌內合成與運輸的示意圖。
(4)圖3中已導入重組質粒的菌株有____________。?
(5)設置菌株Ⅰ作為對照,是為了驗證__________和________不攜帶纖維素酶基因。?
(6)將4株菌株分別置于以________為唯一碳源的培養基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活,請解釋菌株Ⅱ不能存活的原因:________________。?
2.正常細胞不能合成干擾素,但含有干擾素基因。我國科學家采用基因工程技術生產干擾素a-2b已實現量產。具體做法是將人體內產生干擾素的白細胞的mRNA分離,反轉錄得到干擾素基因。將含有四環素、氨芐青霉素抗性基因的質粒pBR322和干擾素基因進行雙酶切,用連接酶連接。將重組載體DNA分子在一定條件下導入大腸桿菌,在培養基中篩選培養,檢測干擾素的表達量,選出高效表達的工程菌。請回答:
(1)在分化誘導因子作用下,正常細胞可以擺脫抑制、合成干擾素,該過程發生的實質是____________________________________________。?
(2)據題圖分析,構建重組載體DNA分子時,可以選用____________兩種限制酶對質粒pBR322和干擾素基因進行雙酶切,目的是既能保證目的基因和質粒正向連接,又能防止______________________________________________________(答兩點)。?
(3)將重組質粒導入大腸桿菌中,然后將細菌涂布到含____________的選擇培養基上培養,就可得到含質粒pBR322或重組質粒的細菌單菌落;再從每一個單菌落中挑取部分細菌轉涂到含有______________的培養基上,不能生長的絕大部分是含有重組質粒的細菌,原因是__?__________________________。?
(4)干擾素在體外保存非常困難,如果將其分子中的一個半胱氨酸變成絲氨酸,在-70
℃條件下可以保存半年。實現這一轉變需要直接對____________進行修飾或改造,這屬于蛋白質工程的范疇。?
3.精子載體法是一種低成本、簡單快速制備轉基因動物的方法,外源基因主要通過兩種方式實現基因整合,一種是直接整合到精子的基因組中;另一種是通過精子攜帶進入卵細胞,然后整合到受精卵的基因組中?？茖W家利用這種方法將能催化植酸水解的植酸酶的基因導入小鼠體內,大大提高了小鼠對食物中的磷的分解和吸收能力,回答下列問題:
(1)圖示過程是將外源基因通過________的方式實現的基因整合。?
(2)上述培養含有植酸酶基因的小鼠的過程中,所涉及的現代生物技術手段主要有__________________________________(答三點),該轉基因小鼠的生殖方式屬于________。?
(3)體外擴增外源DNA可利用__________技術,該技術的基本原理是__________,若要將外源DNA擴增5次,需要消耗每種引物的數量為________個?？赏ㄟ^檢測小鼠的糞便中P元素的含量來檢測目的基因是否成功表達,若檢測的糞便中P元素的含量顯著________(填“高于”或“低于”)沒有導入外源基因的小鼠,說明目的基因成功表達。?
(4)若要獲得多個基因型完全相同的胚胎可采用胚胎分割技術,在對囊胚期的胚胎分割時,要將內細胞團均等分割,其目的是?___________________________。?
專題11　現代生物科技
考向3:
///研磨真題·解高考密碼///
　【解析】本題主要考查生態工程的基本原理和實例。
(1)生態系統的生物種類少,其抵抗力穩定性低。生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀或不受損害的能力,叫做抵抗力穩定性。
(2)將有機肥料施用到農田中,改善了土壤結構;培育了土壤微生物;實現了土壤養分的循環利用。腐生的微生物屬于生態系統組分中的分解者。
(3)在浮床上種植特殊的水生植物吸收水中的金屬元素,再從植物中回收金屬。
答案:(1)低　生態系統抵抗外界干擾并使自身的結構與功能保持原狀(不受損害)的能力
(2)改善了土壤結構;培育了土壤微生物;實現了土壤養分的循環利用　分解者
(3)種植能吸收這些金屬元素的水生植物,再從植物中回收金屬
///新題預測·技法演練場///
　【解析】(1)生態工程是指人類應用自然生態系統和系統學等學科的基本原理和方法,通過系統設計和調控技術組裝,對已被破壞的生態環境進行修復、重建,對造成環境污染和破壞的傳統生產方式進行改善,并提高生態系統的生產力,從而促進人類社會和自然環境的和諧發展。生態工程建設的目的就是遵循自然界物質循環的規律,充分發揮資源的生產潛力,防止環境污染,達到經濟效益和生態效益的同步發展。與傳統工程相比較,生態工程是一類少消耗、多效益、可持續的工程體系。(2)該生態農業模式的建立要考慮環境承載力,處理好生物與環境的協調與平衡,這體現了生態工程的協調與平衡原理。該生態農業模式的建立不但要考慮自然生態系統的規律,還要考慮經濟與社會等系統的影響力,這體現了生態工程的整體性原理。(3)這種生產模式對環境的污染小,因為生產一種產品時產生的有機廢物變成了生產另一種產品的原料(或另一種產品的投入)。與普通的農業生態系統相比,“四位一體”生態農業具有更大的產出投入比的原因主要是秸稈、人畜糞便中的能量被多級利用(或充分利用了廢棄物中的能量)。
答案:(1)物質循環　少消耗、多效益、可持續
(2)協調與平衡　整體性
(3)生產另一種產品的原料(或另一種產品的投入)　秸稈、人畜糞便中的能量被多級利用(或充分利用了廢棄物中的能量)
///高考命題猜押競技場///
【高分必做題】
1.【解析】(1)接種新冠疫苗的目的是使機體產生抗新冠病毒的特異性免疫。
(2)步驟②為逆轉錄過程,合成的產物是DNA,因此需要脫氧核苷酸作為原料。步驟③為利用PCR技術擴增獲得S蛋白基因的過程,該過程需要的酶是Taq酶(耐高溫的DNA聚合酶),同時還需要用限制酶對獲得的S蛋白基因進行修飾。步驟④為構建目的基因表達載體的過程,即重組新冠疫苗的過程。
(3)Ad5作為載體應具有的特點是DNA分子上有一至多個限制酶切割位點、有標記基因位點、在宿主細胞中可以存活表達、大小適中而且對宿主細胞無害等。構建基因表達載體需要限制酶和DNA連接酶。
(4)重組疫苗注入志愿者體內后,S蛋白基因指導合成的S蛋白作為抗原,刺激機體產生特異性免疫過程,機體免疫系統產生能與之相結合的抗體,抗體的分泌量可作為檢測疫苗對志愿者免疫效果的指標。參加臨床試驗的志愿者需要滿足無SARS-CoV-2感染史,即未感染過新冠病毒,因為感染過新冠病毒的人體內含有對新冠病毒的記憶細胞,若注射疫苗會出現二次免疫的特征,即體內的記憶細胞會迅速增殖分化產生大量的漿細胞,漿細胞合成并分泌大量的抗體,從而導致無法檢測出該疫苗的真正效果。
(5)實驗目的為探究疫苗的注射劑量對志愿者產生的免疫效果,根據實驗目的可知,該實驗的自變量為疫苗的劑量,因變量為抗體產生量的變化,因此設計實驗如下:將同性別且年齡相當的志愿者隨機分成若干組,然后給不同組別的志愿者注射不同劑量梯度的疫苗,一段時間之后,檢測志愿者體內的抗體產生量,做好記錄并比較、分析得出結論。
答案:(1)使機體產生抗新冠病毒的特異性免疫
(2)脫氧核苷酸　Taq酶(和限制酶)　基因表達載體的構建
(3)能自我復制、有一個至多個切割位點(有標記基因位點、對受體細胞無害)　限制酶和DNA連接酶
(4)抗原　無　有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中會存在一定量的相應抗體,對試驗結果產生干擾
(5)給不同組同性別且年齡相當的志愿者分別注射不同劑量的疫苗,一段時間后采集血樣檢測相應抗體的水平
2.【解析】(1)由圖可知,基因Ⅰ、Ⅱ均可作為標記基因,其作用是鑒別受體細胞是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。
(2)圖中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ為限制酶,主要是從原核生物中分離純化出來的。由于酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—,酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—,若用酶Ⅱ切割質粒會導致兩個標記基因均被破壞,因此在構建基因表達載體c的過程中,質粒需用限制酶Ⅰ進行切割。
(3)圖中通過過程a、b獲取目的基因的方法是逆轉錄法,該方法獲得的目的基因不含啟動子。農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體的DNA上。因此若過程d用到了農桿菌轉化法,則目的基因插入c的位置應該是Ti質粒的T-DNA上。
(4)過程e為植物組織培養過程,該過程中用到了生長素和細胞分裂素。為檢測水稻細胞中是否表達出胡蘿卜素轉化酶,可用抗原—抗體雜交法。
答案:(1)作為標記基因,供重組DNA的鑒定和選擇(作為標記基因,鑒別受體細胞是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來)
(2)原核生物　限制酶Ⅰ
(3)反轉錄(逆轉錄)　不含　Ti質粒的T-DNA上
(4)植物組織培養　生長素和細胞分裂素　抗原-抗體雜交法
3.【解析】(1)將野生綠色草莓的葉片離體組織培養成四倍體試管苗的過程,應用了植物組織培養技術,該技術的原理是植物細胞的全能性,該過程中秋水仙素的作用機理是抑制紡錘體的形成,導致染色體不能移向細胞兩極,使染色體數目加倍。
(2)農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體的DNA上,根據農桿菌的這一特點,如果將目的基因插入到Ti質粒的T-DNA上,通過農桿菌的轉化作用,就可以把目的基因整合到植物細胞中染色體的DNA上;除此之外,將目的基因導入植物細胞的方法還有基因槍法等。
(3)抗蟲草莓是四倍體,鳳梨草莓是八倍體,兩者雜交得到的六倍體新品種是可育的,可以穩定遺傳。從細胞工程技術角度考慮,利用植物體細胞雜交技術,先用花藥離體培養分別獲得抗蟲草莓和鳳梨草莓的單倍體,再用植物體細胞雜交技術獲得具有鳳梨口味的抗蟲草莓新品種。
(4)生物只有適應一定的環境才能正常生長,所以草莓新品系應種植在陽光充足,疏水性好的土壤里,這主要體現了生態工程的協調與平衡原理。
答案:(1)植物組織培養　植物細胞的全能性　抑制紡錘體的形成,導致染色體不能移向細胞兩極,使染色體數目加倍
(2)Ti質粒的T-DNA　農桿菌中的Ti質粒上的T-DNA可轉移至受體細胞,并且整合到受體細胞染色體的DNA上　基因槍法等
(3)能　抗蟲草莓和鳳梨草莓雜交得到的六倍體新品種是可育的,可以穩定遺傳　先用花藥離體培養分別獲得抗蟲草莓和鳳梨草莓的單倍體,再用植物體細胞雜交技術獲得具有鳳梨口味的抗蟲草莓新品種
(4)協調與平衡原理
4.【解析】(1)促性腺激素能促進超數排卵。
(2)從受精卵發育至原腸胚需要依次經歷的時期為卵裂期→桑椹胚期→囊胚期。
(3)血友病屬于伴X染色體隱性遺傳病(相關基因用B、b表示)。一對夫妻,妻子是血友病患者(XbXb),而丈夫正常(XBY),則他們所生兒子均患病,女兒均正常,因此為了生育一個健康的孩子,進行胚胎移植前需要進行性別鑒定。目前最有效、最準確的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:從被檢測的囊胚中取出幾個滋養層細胞,提取DNA進行擴增,用位于Y染色體上的性別決定基因(即SRY基因)制成的探針進行檢測,若未出現雜交鏈,說明不含Y染色體,則胚胎性別為女性?；蚬こ讨心康幕虻臋z測和鑒定也會用到DNA探針。
(4)方法一中③的獲得用到了顯微注射技術;方法二中獲得④的方法是細胞融合,而細胞融合的原理是細胞膜具有一定的流動性。
答案:(1)促性腺激素　(2)桑椹胚期→囊胚期　(3)性別鑒定　滋養層　女性　目的基因的檢測和鑒定　(4)顯微注射　細胞膜具有一定的流動性
5.【解析】(1)廢水中含有大量的污染物,流入厭氧池,造成厭氧池濃度增大,會導致微生物失水過多死亡,因此廢水流入厭氧池前,需經稀釋處理。厭氧池中的微生物主要是將廢水中的有機物分解為無機物。
(2)氧化塘藻類大量繁殖,氧氣過度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸體被微生物分解加劇氧氣消耗并產生有毒物質,污染進一步加劇,屬于正反饋調節。
(3)挺水植物可以遮擋陽光,影響下部的浮游藻類進行光合作用,從而影響其生長,所以氧化塘后部大量種植蓮等挺水植物,使出水口處水中的浮游藻類減少,此氧化塘的主要成分是生產者。沉水植物根部的厭氧環境有利于厭氧細菌的活動,分解水中的有機物,為氧化塘后部的植物提供營養,有利于它們進行光合作用,產生氧氣,因此經過處理后的氧化塘后部的溶解氧含量比前部的高。
(4)廢水中含有大量的有機物,如果快速地將廢水流入氧化塘,廢水中有機物不能在短時間內被微生物分解,而且無機物也不能被充分吸收,使出水口處的水質不能達到排放要求,因此需要控制廢水流入氧化塘的速率。生態系統的自我調節能力有一定的限度,當受到大規模干擾或外界壓力超過該生態系統自身更新和自我調節能力時,便可能導致生態系統穩定性的破壞,甚至引發系統崩潰,因此廢水不能過量流入氧化塘。
(5)小河中的無機鹽1～2月大量下降的主要原因是浮游植物大量繁殖消耗了無機鹽,12月光照強度弱而且溫度比較低,影響了植物的光合作用,所以12月限制浮游植物繁殖的主要因素是溫度和光照。
答案:(1)微生物失水過多而死亡　將廢水中的有機物分解為無機物　(2)B　(3)挺水植物起遮光作用,影響浮游藻類進行光合作用　生產者(植物)　高　(4)無機物被充分吸收　自我調節能力有限　(5)浮游植物大量繁殖消耗了無機鹽　　溫度和光照
【學霸制勝題】
1.【解析】(1)圖2中的纖維素酶基因作為目的基因,質粒作為運載體。
(2)為使纖維素酶基因能夠與質粒有效組合,可選用不同的限制酶組合HindⅢ和PstⅠ,使形成的黏性末端不同,以防止自身環化。
(3)若質粒被HindⅢ限制酶識別的序列是—AAGCTT—,并在A與A之間切割,則被切割后所形成的黏性末端為:
—AAGCTT—　　　—A　　AGCTT—
　　　　　　→　　　　+
—TTCGAA—　　　—TTCGA　　　A—
(4)由圖3分析可知,已導入重組質粒的菌株有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
(5)設置菌株Ⅰ作為對照,是為了驗證質粒DNA和酵母菌基因組不攜帶纖維素酶基因,即普通酵母菌不能夠利用環境中的纖維素。
(6)將菌株Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別置于以纖維素為唯一碳源的培養基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活。菌株Ⅱ不能存活的原因是缺少信號肽編碼序列,導致所產生的纖維素酶無法分泌到細胞外分解細胞外的纖維素,使得細胞無可利用的碳源。
答案:(1)目的基因　運載體
(2)HindⅢ和PstⅠ　形成的黏性末端不同,可防止自身環化
(3)—A
—TTCGA　　AGCTT—
　　　A—
(4)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
(5)質粒DNA　酵母菌基因組
(6)纖維素　缺少信號肽編碼序列,導致所產生的纖維素酶無法分泌到細胞外分解細胞外的纖維素,使得細胞無可利用的碳源
2.【解析】(1)細胞分化的實質是基因的選擇性表達,故在分化誘導因子作用下,正常細胞可以擺脫抑制、合成干擾素,該過程發生的實質是基因的選擇性表達。(2)標記基因可用于鑒定目的基因是否導入受體細胞,所以重組質粒上至少要保留一個標記基因,由于兩個標記基因上均含有酶A的切點,所以不能用酶A切割,為了防止連接時目的基因和質粒自身環化,故在構建重組載體DNA分子時,可以選用酶B和酶C兩種限制酶對質粒pBR322和干擾素基因進行雙酶切。(3)由于質粒和重組質粒上都含有氨芐青霉素抗性基因,而未導入質粒的細菌不含有該抗性基因,所以將重組質粒導入大腸桿菌中,然后將細菌涂布到含氨芐青霉素的選擇培養基上培養,就可得到含質粒pBR322或重組質粒的細菌單菌落;由于目的基因的插入破壞了四環素抗性基因,重組質粒上只含有氨芐青霉素抗性基因,而質粒上含有氨芐青霉素抗性基因和四環素抗性基因,因此再從前面培養基上獲得的每一個單菌落中挑取部分細菌轉涂到含有四環素的培養基上,不能生長的絕大部分是含有重組質粒的細菌。(4)蛋白質工程是通過基因修飾或基因合成,對現有蛋白質進行改造的一項技術。
答案:(1)基因的選擇性表達　(2)酶B、酶C　質粒與目的基因自身環化;防止同時破壞質粒中的兩個標記基因　(3)氨芐青霉素　四環素　目的基因的插入破壞了四環素抗性基因,重組質粒上只含有氨芐青霉素抗性基因,而質粒上含氨芐青霉素抗性基因和四環素抗性基因,在含有四環素的培養基上,導入重組質粒的細菌不能生長,而只導入質粒的細菌能生長　(4)基因
3.【解析】(1)圖示過程是將外源基因通過直接整合到精子基因組中的方式實現的基因整合。
(2)上述培養含有植酸酶基因的小鼠的過程中,所涉及的現代生物技術手段主要有體外受精、早期胚胎培養和胚胎移植,該轉基因小鼠的生殖方式屬于有性生殖。
(3)可以采用PCR技術對目的基因進行體外擴增,原理是DNA雙鏈復制,需要2種引物,每條子鏈延伸需要一個引物,外源DNA擴增5次,總的脫氧核苷酸鏈數為25×2=64,去掉原來的母鏈,新合成的子鏈有62條,共需要消耗62個引物,而引物有2種,故每種引物需要31個。植酸酶的基因導入小鼠體內成功表達后,可以大大提高小鼠對食物中的磷的分解和吸收能力,故轉基因小鼠的糞便中P元素的含量顯著低于沒有導入外源基因的小鼠。
(4)對囊胚期的胚胎分割時,要將內細胞團均等分割,其目的是避免影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。
答案:(1)直接整合到精子基因組中
(2)體外受精、早期胚胎培養和胚胎移植
有性生殖
(3)PCR　DNA雙鏈復制　31　低于
(4)避免影響分割后胚胎的恢復和進一步發育
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