高考生物专题06 现代生物科技专题-高考生物大题提分攻略（解析版）

专题06现代生物科技专题高考频度：★★★★☆难易程度：★★★☆☆从近几年的新课标卷的考查知识点来看，第38题主要考查基因工程、细胞工程、胚胎工程知识。基因工程的流程和应用是高考的必考点，且常考常新，依然会对其进行考查，有可能与新的科研实事结合，综合考查基因工程的流程和应用，比如新冠病毒疫苗的研发，还可能与细胞工程、胚胎工程等综合起来考查。1．（2021·全国乙卷高考真题）用DNA重组技术可以赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人类需要的生物产品。在此过程中需要使用多种工具酶，其中4种限制性核酸内切酶的切割位点如图所示。回答下列问题：（1）常用的DNA连接酶有E.coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。上图中__________酶切割后的DNA片段可以用E.coliDNA连接酶连接。上图中___________酶切割后的DNA片段可以用T4DNA连接酶连接。（2）DNA连接酶催化目的基因片段与质粒载体片段之间形成的化学键是____________。（3）DNA重组技术中所用的质粒载体具有一些特征，如质粒DNA分子上有复制原点，可以保证质粒在受体细胞中能___________；质粒DNA分子上有______________，便于外源DNA插入；质粒DNA分子上有标记基因（如某种抗生素抗性基因），利用抗生素可筛选出含质粒载体的宿主细胞，方法是______________。（4）表达载体含有启动子，启动子是指__________________。【答案】EcoRI、PstIEcoRI、PstI、SmaI和EcoRV磷酸二酯键自我复制一至多个限制酶切位点用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞位于基因首端的一段特殊DNA序列，是RNA聚合酶识别及结合的部位，能驱动转录过程【分析】基因工程至少需要三种工具：限制性核酸内切酶（限制酶）、DNA连接酶、运载体。【详解】（1）限制酶EcoRI和PstI切割形成的是黏性末端，限制酶SmaI和EcoRV切割形成的是平末端，E.coliDNA连接酶来源于大肠杆菌，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来，而T4DNA连接酶来源于T4噬菌体，可用于连接黏性末端和平末端，但连接效率较低。因此图中EcoRI和PstI切割后的DNA片段（黏性末端）可以用E.coliDNA连接酶连接，除了这两种限制酶切割的DNA片段，限制酶SmaI和EcoRV切割后的DNA片段（平末端）也可以用T4DNA连接酶连接。（2）DNA连接酶将两个DNA片段连接形成磷酸二酯键。（3）质粒是小型环状的DNA分子，常作为基因表达的载体，首先质粒上含有复制原点，能保证质粒在受体细胞中自我复制。质粒DNA分子上有一个至多个限制性核酸内切酶的酶切位点，便于目的基因的导入。质粒上的标记基因是为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因，具体做法是用含有该抗生素的培养基培养宿主细胞，能够存活的即为含有质粒载体的宿主细胞。（4）启动子是一段特殊结构的DNA片段，位于基因的首端，它是RNA聚合酶识别和结合的部位，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得需要的蛋白质。【点睛】本题考查基因工程的相关知识，要求考生识记基因工程的概念、原理及操作步骤，掌握各操作步骤中需要注意的细节，能结合所学的知识准确答题。2．（2021·全国甲卷高考真题）PCR技术可用于临床的病原菌检测。为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。回答下列问题：（1）若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是_________（用数字序号表示）。（2）操作③中使用的酶是_________，PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、________三步，其中复性的结果是_______。（3）为了做出正确的诊断，PCR反应所用的引物应该能与_______特异性结合。（4）PCR（多聚酶链式反应）技术是指_______。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。【答案】④②③①Taq酶（热稳定DNA聚合酶）延伸Taq酶从引物起始进行互补链的合成两条单链DNA一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术【分析】PCR是一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。通过这一技术，可以在短时间内大量扩增目的基因。利用PCR技术扩增目的基因的前提，是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。【详解】（1）PCR技术可用于临床的病原菌检测，若要得到正确的检测结果，正确的操作顺序应该是④采集病人组织样本→②从病人组织样本中提取DNA→③利用PCR扩增DNA片段→①分析PCR扩增结果。（2）在用PCR技术扩增DNA时，DNA的复制过程与细胞内DNA的复制类似，操作③中使用的酶是Taq酶（热稳定DNA聚合酶），PCR反应中的每次循环可分为变性、复性、延伸三步，其中复性的结果是Taq酶从引物起始进行互补链的合成。（3）DNA复制需要引物，为了做出正确的诊断，PCR反应所用的引物应该能与两条单链DNA特异性结合。（4）据分析可知，PCR（多聚酶链式反应）技术是指一项在生物体外复制特定DNA片段的核酸合成技术。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。【点睛】本题考查PCR技术及应用，难度较小，解答本题的关键是明确PCR技术的原理，具体反应过程，以及在临床病原菌检测中的应用。3.（2020新课标2卷）为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。回答下列问题：（1）上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_________________。（2）写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：_________________。（3）为了得到能产生抗病毒A单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于_________________，使用该培养基进行细胞培养的结果是_________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是_________________。（4）若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有________________（答出2点即可）。【答案】(1).诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞(2).取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液(3).选择培养基(4).只有杂交瘤细胞能够生存(5).抗原与抗体的反应具有特异性(6).将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养【解析】【分析】由图可知，筛选1指用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，筛选2指进行克隆化培养和专一抗体检测，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。【详解】（1）实验前给小鼠甲注射病毒A，是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。（2）取小鼠的脾脏，剪碎组织，用胰蛋白酶处理获得单个细胞，加入培养液可以制成单细胞悬液。（3）图中筛选1需要用到选择培养基，只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，该过程要用到抗原抗体杂交，故筛选所依据的原理是抗原-抗体反应具有特异性。（4）获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后，可以在体外培养液中进行培养，或在小鼠的腹腔中进行培养，使杂交瘤细胞大量增殖。【点睛】制备单克隆抗体的过程中，需要用到动物细胞融合和动物细胞培养，需要用到两次筛选，第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞，第二次筛选的目的是获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞。4.（2020新课标3卷）W是一种具有特定功能的人体蛋白质。某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路，制备一种膀胱生物反应器来获得W，基本过程如图所示。（1）步骤①中需要使用的工具酶有________________。步骤②和③所代表的操作分别是________________和________________。步骤④称为________________。（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W的优势在于不受转基因动物的______________（答出2点即可）的限制。（3）一般来说，在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞的细胞核中染色体DNA所含的遗传信息________________（填相同或不同），原因是_________。（4）从上述流程可知，制备生物反应器涉及胚胎工程，胚胎工程中所用到的主要技术有_____________（答出2点即可）。【答案】(1).限制性核酸内切酶、DNA连接酶(2).显微注射(3).体外培养(4).胚胎移植(5).性别、年龄(6).相同(7).两种上皮细胞都是体细胞，且来源于同一个受精卵(8).体外受精、胚胎移植【解析】【分析】1、膀胱反应器有着和乳腺反应器一样的优点：收集产物蛋白比较容易,不会对动物造成伤害。此外,该系统可从动物一出生就收集产物,不论动物的性别和是否正处于生殖期。膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿中提取蛋白质比在乳汁中提取简便、高效。2、基因工程技术的基本步骤包括：目的基因的获取；基因表达载体的构建，是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。3、分析题图可知，步骤①为将W基因与运载体结合，构建基因表达载体；步骤②为将重组表达载体导入受精卵，常用显微注射法；步骤③为体外培养；步骤④为胚胎移植。【详解】（1）由分析可知，步骤①为构建基因表达载体，需使用同种限制酶切割目的基因和运载体，再由DNA连接酶连接粘性末端，形成重组表达载体；步骤②为显微注射；步骤③为体外培养；步骤④为胚胎移植。（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产W，可从动物一出生就收集产物,不受动物的性别和年龄的限制。（3）在同一动物个体中，乳腺上皮细胞与膀胱上皮细胞是由同一个受精卵有丝分裂产生的体细胞，其细胞核中染色体DNA所含的遗传信息相同。（4）由分析可知，步骤③为体外培养，步骤④为胚胎移植，均属于胚胎工程。【点睛】本题考查基因工程和胚胎工程的相关知识，要求考生识记基因工程的基本工具和操作步骤，掌握胚胎工程各项技术的相关细节，能结合所学的知识准确答题，属于考纲识记和理解层次的考查。猪瘟病毒能与猪细胞膜上的LamR受体蛋白结合，进而侵入细胞引起猪瘟。利用基因编辑技术改变LamR受体蛋白基因，使LamR受体蛋白不能与猪瘟病毒正常结合，但不影响生理功能，从而培育出抗猪瘟病毒猪。基因编辑原理是由一条人为设计的单链向导RNA（sgRNA）引导Cas9蛋白到特定的DNA位点进行切割，从而完成对目的基因的编辑。基因编辑过程如下图所示。（1）据上图，Cas9蛋白功能是________；向导RNA依靠___________与特定的DNA位点结合，其碱基序列具有高度特异性，这可以避免_____________，Cas9蛋白与向导RNA的复合物在功能上类似于___________。（2）通过基因编辑技术改造前后的两种LamR基因之间的关系是___________。（3）培育抗猪瘟病毒猪，一般选择______________作为基因编辑的受体细胞；改造后的受体细胞经培养发育到适宜阶段时，可将其进行冷冻保存或____________。为保证胚胎成活率，接受胚胎的母猪应进行___________处理。获得的抗猪瘟病毒猪最后还要进行___________，以判断改造是否成功。【答案】切割DNA碱基互补配对识别非目标位点限制性核酸内切酶等位基因受精卵胚胎移植同期发情基因测序【分析】1、通过分析基因编辑的原理，可以发现是sgRNA的作用是引导Cas9蛋白到达特定的DNA位点，所以sgRNA与特定位点的DNA序列能够按照碱基互补配对原则准确配对。再结合图画，可以发现Cas9蛋白的作用可以切割DNA。2、等位基因是指同源染色体上相同的位置，控制相对性状的一对基因。3、基因工程的基本操作流程：获取目的基因→构建表达载体→导入受体