專題07現(xiàn)代生物技術(shù)（原卷版）

專題07現(xiàn)代生物技術(shù)（2大高頻考點）考點1：通過調(diào)整培養(yǎng)基的配方可有目的地培養(yǎng)某種微生物考查方式：本部分的命題形式多樣，屬于高考必考內(nèi)容。試題情境主要來自生產(chǎn)生活實際，與現(xiàn)實聯(lián)系密切，核心素養(yǎng)側(cè)重對科學(xué)探究和科學(xué)思維的考查高考試題：1．（2023·山東卷，15）平板接種常用在微生物培養(yǎng)中。下列說法正確的是（）A．不含氮源的平板不能用于微生物培養(yǎng)B．平板涂布時涂布器使用前必須進行消毒C．接種后未長出菌落的培養(yǎng)基可以直接丟棄D．利用以尿素為唯一氮源的平板能分離出合成脲酶的微生物2．（2022·山東卷，14）青霉菌處在葡萄糖濃度不足的環(huán)境中時，會通過分泌青霉素殺死細菌，以保證自身生存所需的能量供應(yīng)。目前已實現(xiàn)青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，關(guān)于該生產(chǎn)過程，下列說法錯誤的是（）A．發(fā)酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B可用深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)提高產(chǎn)量C．選育出的高產(chǎn)菌株經(jīng)擴大培養(yǎng)后才可接種到發(fā)酵罐中D．青霉素具有殺菌作用，因此發(fā)酵罐不需嚴(yán)格滅菌3．(2023·湖南卷，21)某些植物根際促生菌具有生物固氮、分解淀粉和抑制病原菌等作用?；卮鹣铝袉栴}：（1）若從植物根際土壤中篩選分解淀粉的固氮細菌，培養(yǎng)基的主要營養(yǎng)物質(zhì)包括水和____。（2）現(xiàn)從植物根際土壤中篩選出一株解淀粉芽孢桿菌H，其產(chǎn)生的抗菌肽抑菌效果見表。據(jù)表推測該抗菌肽對_______________的抑制效果較好，若要確定其有抑菌效果的最低濃度，需在__________μg·mL1濃度區(qū)間進一步實驗。測試菌抗菌肽濃度/（μg?mL1）55．2027．6013．806．903．451．730．86金黃色葡萄球菌++枯草芽孢桿菌++禾谷鐮孢菌++++++假絲酵母++++++注：“+”表示長菌，“”表示未長菌。（3）研究人員利用解淀粉芽孢桿菌H的淀粉酶編碼基因M構(gòu)建高效表達質(zhì)粒載體，轉(zhuǎn)入大腸桿菌成功構(gòu)建基因工程菌A。在利用A菌株發(fā)酵生產(chǎn)淀粉酶M過程中，傳代多次后，生產(chǎn)條件未變，但某子代菌株不再產(chǎn)生淀粉酶M。分析可能的原因是______（答出兩點即可）。（4）研究人員通過肺上皮干細胞誘導(dǎo)生成肺類器官，可自組裝或與成熟細胞組裝成肺類裝配體，如圖所示。肺類裝配體培養(yǎng)需要滿足適宜的營養(yǎng)、溫度、滲透壓、pH以及_____（答出兩點）等基本條件。肺類裝配體形成過程中是否運用了動物細胞融合技術(shù)___（填“是”或“否”）。

（5）耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）是一種耐藥菌，嚴(yán)重危害人類健康?？蒲腥藛T擬用MRSA感染肺類裝配體建立感染模型，來探究解淀粉芽孢桿菌H抗菌肽是否對MRSA引起的肺炎有治療潛力。以下實驗材料中必備的是______。①金黃色葡萄球菌感染的肺類裝配體②MRSA感染的肺類裝配體③解淀粉芽孢桿菌H抗菌肽④生理鹽水⑤青霉素（抗金黃色葡萄球菌的藥物）⑥萬古霉素（抗MRSA的藥物）4．（2022·廣東卷，21）研究深海獨特的生態(tài)環(huán)境對于開發(fā)海洋資源具有重要意義。近期在“科學(xué)號”考察船對中國南海科考中，中國科學(xué)家采集了某海域1146米深海冷泉附近沉積物樣品，分離、鑒定得到新的微生物菌株并進一步研究了其生物學(xué)特性?；卮鹣铝袉栴}：（1）研究者先制備富集培養(yǎng)基，然后采用________________法滅菌，冷卻后再接入沉積物樣品，28℃厭氧培養(yǎng)一段時間后，獲得了含擬桿菌的混合培養(yǎng)物，為了獲得純種培養(yǎng)物，除了稀釋涂布平板法，還可采用________________法。據(jù)圖分析，擬桿菌新菌株在以________________為碳源時生長狀況最好。（2）研究發(fā)現(xiàn)，將采集的樣品置于各種培養(yǎng)基中培養(yǎng)，仍有很多微生物不能被分離篩選出來，推測其原因可能是________________。（答一點即可）（3）藻類細胞解體后的難降解多糖物質(zhì)，通常會聚集形成碎屑沉降到深海底部。從生態(tài)系統(tǒng)組成成分的角度考慮，擬桿菌對深海生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的作用可能是________________。（4）深海冷泉環(huán)境特殊，推測此環(huán)境下生存的擬桿菌所分泌的各種多糖降解酶，除具有酶的一般共性外，其特性可能還有________________。5．（2022·全國甲卷，37）某同學(xué)從被石油污染的土壤中分離得到A和B兩株可以降解石油的細菌，在此基礎(chǔ)上采用平板培養(yǎng)法比較二者降解石油的能力，并分析兩個菌株的其他生理功能。實驗所用的培養(yǎng)基成分如下。培養(yǎng)基Ⅰ：K2HPO4，MgSO4，NH4NO3，石油。培養(yǎng)基Ⅱ：K2HPO4，MgSO4，石油。操作步驟：①將A、B菌株分別接種在兩瓶液體培養(yǎng)基Ⅰ中培養(yǎng)，得到A、B菌液；②液體培養(yǎng)基Ⅰ、Ⅱ中添加瓊脂，分別制成平板Ⅰ、Ⅱ，并按圖中所示在平板上打甲、乙兩孔?；卮鹣铝袉栴}。（1）實驗所用培養(yǎng)基中作為碳源的成分是____________。培養(yǎng)基中NH4NO3的作用是為菌株的生長提供氮源，氮源在菌體內(nèi)可以參與合成____________（答出2種即可）等生物大分子。（2）步驟①中，在資源和空間不受限制的階段，若最初接種N0個A細菌，繁殖n代后細菌的數(shù)量是____________。（3）為了比較A、B降解石油的能力，某同學(xué)利用步驟②所得到的平板Ⅰ、Ⅱ進行實驗，結(jié)果如表所示（“+”表示有透明圈，“+”越多表示透明圈越大，“”表示無透明圈），推測該同學(xué)的實驗思路是__________。菌株透明圈大小平板Ⅰ平板ⅡA+++++B++（4）現(xiàn)有一貧氮且被石油污染的土壤，根據(jù)上表所示實驗結(jié)果，治理石油污染應(yīng)選用的菌株是____________，理由是___________。6．（2022·全國乙卷，37）化合物S被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化工工業(yè)、用菌株C可生產(chǎn)S，S的產(chǎn)量與菌株C培養(yǎng)所利用的碳源關(guān)系密切。為此，某小組通過實驗比較不同碳源對菌體生長和S產(chǎn)量的影響，結(jié)果見表。碳源細胞干重（g/L）S產(chǎn)量（g/L）葡萄糖3．120．15淀粉0．010．00制糖廢液2．300．18回答下列問題。（1）通常在實驗室培養(yǎng)微生物時，需要對所需的玻璃器皿進行滅菌，滅菌的方法有______（答出2點即可）。（2）由實驗結(jié)果可知，菌株C生長的最適碳源是______；用菌株C生產(chǎn)S的最適碳源是______。菌株C的生長除需要碳源外，還需要______（答出2點即可）等營養(yǎng)物質(zhì)。（3）由實驗結(jié)果可知，碳源為淀粉時菌株C不能生長，其原因是______。（4）若以制糖廢液作為碳源，為進一步確定生產(chǎn)S的最適碳源濃度，某同學(xué)進行了相關(guān)實驗。請簡要寫出實驗思路：______。（5）利用制糖廢液生產(chǎn)S可以實現(xiàn)廢物利用，其意義是______（答出1點即可）。考點2：基因工程的原理及基本操作程序考查方式：本部分的命題形式多樣，屬于高考必考內(nèi)容。試題情境主要來自生產(chǎn)生活實際，與現(xiàn)實聯(lián)系密切，核心素養(yǎng)側(cè)重對科學(xué)探究和科學(xué)思維的考查高考試題：1．（2023·山東卷，25）科研人員構(gòu)建了可表達JV5融合蛋白的重組質(zhì)粒并進行了檢測，該質(zhì)粒的部分結(jié)構(gòu)如圖甲所示，其中V5編碼序列表達標(biāo)簽短肽V5。（1）與圖甲中啟動子結(jié)合的酶是____________。除圖甲中標(biāo)出的結(jié)構(gòu)外，作為載體，質(zhì)粒還需具備的結(jié)構(gòu)有________________（答出2個結(jié)構(gòu)即可）。（2）構(gòu)建重組質(zhì)粒后，為了確定J基因連接到質(zhì)粒中且插入方向正確，需進行PCR檢測，若僅用一對引物，應(yīng)選擇圖甲中的引物___________。已知J基因轉(zhuǎn)錄的模板鏈位于b鏈，由此可知引物F1與圖甲中J基因的_____________（填“a鏈”或“b鏈”）相應(yīng)部分的序列相同。（3）重組質(zhì)粒在受體細胞內(nèi)正確表達后，用抗J蛋白抗體和抗V5抗體分別檢測相應(yīng)蛋白是否表達以及表達水平，結(jié)果如圖乙所示。其中，出現(xiàn)條帶1證明細胞內(nèi)表達了__________，條帶2所檢出的蛋白______________（填“是”或“不是”）由重組質(zhì)粒上的J基因表達的。2．（2023·全國乙卷，38）GFP是水母體內(nèi)存在的能發(fā)綠色熒光的一種蛋白。科研人員以GFP基因為材料，利用基因工程技術(shù)獲得了能發(fā)其他顏色熒光的蛋白，豐富了熒光蛋白的顏色種類。回答下列問題。（1）構(gòu)建突變基因文庫，科研人員將GFP基因的不同突變基因分別插入載體，并轉(zhuǎn)入大腸桿菌制備出GFP基因的突變基因文庫。通常，基因文庫是指_______。（2）構(gòu)建目的基因表達載體。科研人員從構(gòu)建的GFP突變基因文庫中提取目的基因（均為突變基因）構(gòu)建表達載體，其模式圖如下所示（箭頭為GFP突變基因的轉(zhuǎn)錄方向）。圖中①為_______；②為_______，其作用是_______；圖中氨芐青霉素抗性基因是一種標(biāo)記基因，其作用是_______。（3）目的基因的表達?？蒲腥藛T將構(gòu)建好的表達載體導(dǎo)入大腸桿菌中進行表達，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌有的發(fā)綠色熒光，有的發(fā)黃色熒光，有的不發(fā)熒光。請從密碼子特點的角度分析，發(fā)綠色熒光的可能原因是_______（答出1點即可）。（4）新蛋白與突變基因的關(guān)聯(lián)性分析。將上述發(fā)黃色熒光的大腸桿菌分離純化后，對其所含的GFP突變基因進行測序，發(fā)現(xiàn)其堿基序列與GFP基因的不同，將該GFP突變基因命名為YFP基因（黃色熒光蛋白基因）。若要通過基因工程的方法探究YFP基因能否在真核細胞中表達，實驗思路是_______。3．（2023·廣東卷，20）種子大小是作物重要的產(chǎn)量性狀。研究者對野生型擬南芥（2n=10）進行誘變篩選到一株種子增大的突變體。通過遺傳分析和測序，發(fā)現(xiàn)野生型DAI基因發(fā)生一個堿基G到A的替換，突變后的基因為隱性基因，據(jù)此推測突變體的表型與其有關(guān)，開展相關(guān)實驗?；卮鹣铝袉栴}：（1）擬采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將野生型DAI基因轉(zhuǎn)入突變體植株，若突變體表型確由該突變造成，則轉(zhuǎn)基因植株的種子大小應(yīng)與_________植株的種子大小相近。（2）用PCR反應(yīng)擴增DAI基因，用限制性核酸內(nèi)切酶對PCR產(chǎn)物和_________進行切割，用DNA連接酶將兩者連接。為確保插入的DAI基因可以正常表達，其上下游序列需具備_________。（3）轉(zhuǎn)化后，TDNA（其內(nèi)部基因在減數(shù)分裂時不發(fā)生交換）可在基因組單一位點插入也可以同時插入多個位點。在插入片段均遵循基因分離及自由組合定律的前提下，選出單一位點插入的植株，并進一步獲得目的基因穩(wěn)定遺傳的植株（如圖），用于后續(xù)驗證突變基因與表型的關(guān)系。①農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化T0代植株并自交，將T1代種子播種在選擇培養(yǎng)基上，能夠萌發(fā)并生長的陽性個體即表示其基因組中插入了_________。②T1代陽性植株自交所得的T2代種子按單株收種并播種于選擇培養(yǎng)基，選擇陽性率約_________%的培養(yǎng)基中幼苗繼續(xù)培養(yǎng)。③將②中選出的T2代陽性植株_________（填“自交”、“與野生型雜交”或“與突變體雜交”）所得的T3代種子按單株收種并播種于選擇培養(yǎng)基，陽性率達到_________%的培養(yǎng)基中的幼苗即為目標(biāo)轉(zhuǎn)基因植株。為便于在后續(xù)研究中檢測該突變，研究者利用PCR擴增野生型和突變型基因片段，再使用限制性核酸內(nèi)切酶X切割產(chǎn)物，通過核酸電泳即可進行突變檢測，相關(guān)信息見下，在電泳圖中將酶切結(jié)果對應(yīng)位置的條帶涂黑_________。4．（2023·江蘇卷，22）為了將某納米抗體和綠色熒光蛋白基因融合表達，運用重組酶技術(shù)構(gòu)建質(zhì)粒，如圖1所示。請回答下列問題：（1）分別進行PCR擴增片段F1與片段F2時，配制的兩個反應(yīng)體系中不同的有_________（2分），擴增程序中最主要的不同是_________。（2）有關(guān)基因序列如圖2。引物F2F、F1R應(yīng)在下列選項中選用_________（2分）。EGFP基因序列：5'ATGGTGAGCAAGGGCGACGAGCTGTACAAG3'AnB1基因序列：5'CATGTCCAGCTGCAGCCAAAACCACAACCA3'圖2A．ATGGTGCAACCAB．TGGTTGCACCATC．GACGAGCTGCAGD．CTGCAGCTCGTC（3）將PCR產(chǎn)物片段與線性質(zhì)粒載體混合后，在重組酶作用下可形成環(huán)化質(zhì)粒，直接用于轉(zhuǎn)化細菌。這一過程與傳統(tǒng)重組質(zhì)粒構(gòu)建過程相比，無需使用的酶主要有______（2分）。（4）轉(zhuǎn)化后的大腸桿菌需采用含有抗生素的培養(yǎng)基篩選，下列敘述錯誤的有_______（2分）。A．稀釋涂布平板需控制每個平板30~300個菌落B．抗性平板上未長出菌落的原因一般是培養(yǎng)基溫度太高C．抗性平板上常常會出現(xiàn)大量雜菌形成的菌落D．抗性平板上長出的單菌落無需進一步劃線純化（5）為了驗證平板上菌落中的質(zhì)粒是否符合設(shè)計，用不同菌落的質(zhì)粒為模板，用引物F1F和F2R進行了PCR擴增，質(zhì)粒P1~P4的擴增產(chǎn)物電泳結(jié)果如圖3。根據(jù)圖中結(jié)果判斷，可以舍棄的質(zhì)粒有_________。（6）對于PCR產(chǎn)物電泳結(jié)果符合預(yù)期的質(zhì)粒，通常需進一步通過基因測序確認(rèn)，原因是_________（2分）。5．（2023·全國甲卷，38）接種疫苗是預(yù)防傳染病的一項重要措施，乙肝疫苗的使用可有效阻止乙肝病毒的傳播，降低乙型肝炎發(fā)病率。乙肝病毒是一種DNA病毒。重組乙肝疫苗的主要成分是利用基因工程技術(shù)獲得的乙肝病毒表面抗原（一種病毒蛋白）?；卮鹣铝袉栴}。（1）接種上述重組乙肝疫苗不會在人體中產(chǎn)生乙肝病毒，原因是_____。（2）制備重組乙肝疫苗時，需要利用重組表達載體將乙肝病毒表面抗原基因（目的基因）導(dǎo)入酵母細胞中表達。重組表達載體中通常含有抗生素抗性基因，抗生素抗性基因的作用是_____。能識別載體中的啟動子并驅(qū)動目的基因轉(zhuǎn)錄的酶是_____。（3）目的基因?qū)虢湍讣毎?，若要檢測目的基因是否插入染色體中，需要從酵母細胞中提取_____進行DNA分子雜交，DNA分子雜交時應(yīng)使用的探針是_____。（4）若要通過實驗檢測目的基因在酵母細胞中是否表達出目的蛋白，請簡要寫出實驗思路。_____6．（2022·山東卷，25）某種類型的白血病由蛋白P引發(fā)，蛋白UBC可使P被蛋白酶識別并降解，藥物A可通過影響這一過程對該病起到治療作用。為探索藥物A治療該病的機理，需構(gòu)建重組載體以獲得融合蛋白FLAGP和FLAGP△。P△是缺失特定氨基酸序列的P，F(xiàn)LAG是一種短肽，連接在P或P△的氨基端，使融合蛋白能與含有FLAG抗體的介質(zhì)結(jié)合，但不影響P或P△的功能。（1）為構(gòu)建重組載體，需先設(shè)計引物，通過PCR特異性擴增P基因。用于擴增P基因的引物需滿足的條件是_______、為使PCR產(chǎn)物能被限制酶切割，需在引物上添加相應(yīng)的限制酶識別序列，該限制酶識別序列應(yīng)添加在引物的______（填“3'端”或“5'端”）。（2）PCR擴增得到的P基因經(jīng)酶切連接插入載體后，與編碼FLAG的序列形成一個融合基因，如圖甲所示，其中“ATGTGCA”為P基因編碼鏈起始序列。將該重組載體導(dǎo)入細胞后，融合基因轉(zhuǎn)錄出的mRNA序列正確，翻譯出的融合蛋白中FLAG的氨基酸序列正確，但P基因?qū)?yīng)的氨基酸序列與P不同。據(jù)圖甲分析，出現(xiàn)該問題的原因是______。修改擴增P基因時使用的帶有EcoRⅠ識別序列的引物來解決該問題，具體修改方案是______。（3）融合蛋白表達成功后，將FLAGP、FLAGP△、藥物A和UBC按照圖乙中的組合方式分成5組。各組樣品混勻后分別流經(jīng)含F(xiàn)LAG抗體的介質(zhì)，分離出與介質(zhì)結(jié)合的物質(zhì)并用UBC抗體檢測，檢測結(jié)果如圖丙所示。已知FLAGP和FLAGP△不能降解UBC，由①②③組結(jié)果的差異推測，藥物A的作用是______；由②④組或③⑤組的差異推測，P△中缺失的特定序列的作用是______。（4）根據(jù)以上結(jié)果推測，藥物A治療該病的機理是______。7．（2022·廣東卷，22）“綠水逶迤去，青山相向開”大力發(fā)展低碳經(jīng)濟已成為全社會的共識?；谀承┧缶奶厥獯x能力，有研究者以某些工業(yè)廢氣（含CO2等一碳溫室氣體，多來自高污染排放企業(yè)）為原料，通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)丙酮，構(gòu)建一種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)?；卮鹣铝袉栴}：（1）研究者針對每個需要擴增的酶基因（如圖）設(shè)計一對________________，利用PCR技術(shù)，在優(yōu)化反應(yīng)條件后擴增得到目標(biāo)酶基因。（2）研究者構(gòu)建了一種表達載體pMTL80k，用于在梭菌中建立多基因組合表達庫，經(jīng)篩選后提高丙酮的合成量。該載體包括了啟動子、終止子及抗生素抗性基因等，其中抗生素抗性基因的作用是________________，終止子的作用是________________。（3）培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)重組梭菌大量表達上述酶蛋白時，出現(xiàn)了生長遲緩的現(xiàn)象，推測其原因可能是________________，此外丙酮的積累會傷害細胞，需要進一步優(yōu)化菌株和工藝才能擴大應(yīng)用規(guī)模。（4）這種生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品的新技術(shù)，實現(xiàn)了________________，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟特點。從“碳中和”的角度看，該技術(shù)的優(yōu)勢在于________________，具有廣泛的應(yīng)用前景和良好的社會效益。8．（2021·山東卷，25）人類γ基因啟動子上游的調(diào)控序列中含有BCL11A蛋白結(jié)合位點，該位點結(jié)合BCL11A蛋白后，γ基因的表達被抑制。通過改變該結(jié)合位點的序列，解除對γ基因表達的抑制，可對某種地中海貧血癥進行基因治療。科研人員擴增了γ基因上游不同長度的片段，將這些片段分別插入表達載體中進行轉(zhuǎn)化和熒光檢測，以確定BCL11A蛋白結(jié)合位點的具體位置。相關(guān)信息如圖所示。（1）為將擴增后的產(chǎn)物定向插入載體指導(dǎo)熒光蛋白基因表達，需在引物末端添加限制酶識別序列。據(jù)圖可知，在F1～F7末端添加的序列所對應(yīng)的限制酶是____，在R末端添加的序列所對應(yīng)的限制酶是_____。本實驗中，從產(chǎn)物擴增到載體構(gòu)建完成的整個過程共需要____種酶。（2）將構(gòu)建的載體導(dǎo)入除去BCL11A基因的受體細胞，成功轉(zhuǎn)化后，含F(xiàn)1～F6與R擴增產(chǎn)物的載體表達熒光蛋白，受體細胞有熒光，含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細胞無熒光。含F(xiàn)7與R擴增產(chǎn)物的受體細胞無熒光的原因是____。（3）向培養(yǎng)液中添加適量的雌激素，含F(xiàn)1～F4與R擴增產(chǎn)物的受體細胞不再有熒光，而含F(xiàn)5～F6與R擴增產(chǎn)物的受體細胞仍有熒光。若γ基因上游調(diào)控序列上與引物序列所對應(yīng)的位置不含有BCL11A蛋白的結(jié)合位點序列，據(jù)此結(jié)果可推測，BCL11A蛋白結(jié)合位點位于_____，理由是___。9．（2021·廣東卷，22）非細胞合成技術(shù)是一種運用合成生物學(xué)方法，在細胞外構(gòu)建多酶催化體系，獲得目標(biāo)產(chǎn)物新技術(shù)，其核心是各種酶基因的挖掘、表達等。中國科學(xué)家設(shè)計了4步酶促反應(yīng)的非細胞合成路線（如圖），可直接用淀粉生產(chǎn)肌醇（重要的醫(yī)藥食品原料），以期解決高溫強酸水解方法造成的嚴(yán)重污染問題，并可以提高產(chǎn)率?；卮鹣铝袉栴}：（1）研