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专题八 生物技术与工程
A 组 基础对点练
考点1 发酵工程
1.(2023·河北沧州模拟)传统发酵技术是指直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用
前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵,制作食品的技术。通常是家庭式或
作坊式的,可以用于腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等的加工。下列有关叙述正确的
是( )
A.在制作酸奶过程中需先通气培养,后密封发酵
B.传统发酵技术制作果酒、果醋和腐乳通常都不是纯种发酵
C.在一段时间内,果醋制作过程中发酵液pH 逐渐降低,果酒制作过程中pH 升高
D.泡菜坛内有时会长一层白膜,这层白膜是产膜乳酸菌繁殖形成的
2.(2023·重庆模拟)人类很早就能制作果酒,并用果酒进一步发酵生产果醋,用果酒发酵生
产果醋时,果酒中的酒精含量对果醋的醋酸产率会产生一定的影响。某技术组配制发酵
液研究了初始酒精浓度对醋酸含量的影响,结果如图,下列分析错误的是( )
A.果酒发酵生产果醋过程中,酒精为醋酸菌提供碳源
B.用果酒发酵果醋需要接种醋酸菌,并将发酵温度升至30~35 ℃即可
C.据图可知较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的生长,使产酸量下降
D.醋酸发酵过程中会释放少量能量
3.(2023·福建南平三模)聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料的聚合物。与聚丙烯等材料相
比,具有更好的生物可降解性,但在自然条件下降解还是较缓慢。某科研机构拟从黄粉虫
肠道中筛选PLA 降解菌,按照如图流程进行培养鉴定。下列叙述错误的是( )
A.实验过程中需要设置适宜的温度和pH 环境,并保证严格的无菌操作
B.PLA 既可为PLA 降解菌提供碳源,又对培养基中微生物起选择作用
C.体外培养可采用平板划线接种,同时将接种和未接种的平板倒置培养
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D.纯化培养后,可根据菌落形状、大小、颜色及DNA 检测等进行菌种鉴定
4.(2023·福建漳州模拟)某学者用“影印培养法”研究大肠杆菌抗药性形成与环境的关
系:将原始敏感菌种接种在1 号培养基上,培养出菌落后,将灭菌绒布在1 号上印模,绒布
沾上菌落并进行转印,使绒布上的菌落按照原位接种到2 号和3 号培养基上。待3 号上
长出菌落后,在2 号上找到对应的菌落,然后接种到不含链霉素的4 号培养基中,培养后再
接种到5 号培养基上,重复以上步骤。实验过程如图所示。下列相关叙述错误的是(
)
A.大肠杆菌抗链霉素的变异可能是由基因突变引起的
B.1 号和5 号采用稀释涂布平板法将菌种接种在相应的培养基上
C.4 号、8 号、12 号培养基中抗性菌落(株)的比例最大的是4 号
D.大肠杆菌抗药性的形成是在施加链霉素之前,而发生选择作用是在施加链霉素之后
考点2 细胞工程和胚胎工程
5.(2023·河北张家口一模)种植型茄子是夏季主要蔬菜之一,容易受到线虫侵染,产量降低。
野生型茄子具有抗线虫特性。由于种植型茄子和野生型茄子很难采用杂交育种,某科研
小组采用植物体细胞杂交技术培育出了具有两个品种优良性状的新品种。下列相关叙
述正确的是( )
A.利用胰蛋白酶或胶原蛋白酶去除细胞壁,获得原生质体
B.种植型茄子和野生型茄子的原生质体融合可用PEG 或灭活病毒等诱导
C.杂种细胞经外源植物激素诱导脱分化后,可直接形成杂种植物
D.与种植型茄子的染色体组数目相比,该新品种的染色体组数目增加
6.(2023·浙江模拟)β-hcg(人绒毛膜促性腺激素)是由滋养层细胞分泌的一种糖蛋白。利
用细胞工程方法以β-hcg 为抗原制备单克隆抗体。下列叙述错误的是( )
A.制备抗β-hcg 单克隆抗体可以应用于医学诊断
B.聚乙二醇可以诱导B 淋巴细胞和B 淋巴细胞融合
C.小鼠注射β-hcg 后,产生的血清抗体为单克隆抗体
D.制备抗β-hcg 单克隆抗体,可以将杂交瘤细胞注射到动物体内
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7.(2023·辽宁模拟预测)为了高效分离高质量的椪柑原生质体,科研人员采用组合酶液
Ⅰ(2%纤维素酶R+2%离析酶)与组合酶液Ⅱ(2%纤维素酶W+2%离析酶)进行椪柑原生
质体的分离,实验过程中加入适量的甘露醇,其结果如下图,其中活性氧会影响原生质体
的再生。下列相关叙述错误的是( )
A.加入纤维素酶和离析酶是为了水解纤维素和果胶
B.两实验中酶的用量、温度、pH、酶解时间必须相同
C.实验中加入的甘露醇具有维持溶液渗透压的作用
D.实验结果表明使用组合酶液Ⅱ获取原生质体的效果较好
考点3 基因工程
8.(2023·湖北模拟)为了示踪衰老细胞在机体中的分布,科研人员综合利用基因工程和细
胞工程的技术手段,将绿色荧光蛋白基因gfp 插入了小鼠p16 基因的下游,使两个基因
“融合”。转基因小鼠的衰老细胞中,p16 和gfp 会特异性表达,从而使其在紫外光下呈
绿色。下列分析错误的是( )
A.可用PCR 技术特异性地快速扩增绿色荧光蛋白基因gfp
B.转基因小鼠的p16 基因和gfp 基因具有各自独立的启动子
C.常用显微注射法将改造好的融合基因注入小鼠的受精卵中
D.可选择发育到桑葚胚期的转基因小鼠胚胎移植到受体母鼠子宫内
9.(2023·浙江绍兴二模)埃博拉病毒是一种引起人类产生埃博拉出血热的单链RNA 病毒,
腺病毒是一类侵染动物细胞的DNA 病毒,某研究团队利用埃博拉病毒跨膜表面糖蛋白
(GP),以人复制缺陷腺病毒为载体研发了埃博拉病毒疫苗。下图为部分研制流程示意图,
下列叙述正确的是( )
A.埃博拉病毒中分离的GP 基因经限制酶切割后,通过DNA 连接酶与质粒相连接
B.病毒的扩大培养过程中需要使用CO2培养箱调节pH
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C.疫苗在人体内发挥作用的过程中,腺病毒不断增殖
D.在重组腺病毒中,GP 基因上游必须有启动子以驱动其复制和表达
10.(2023·天津南开二模)PCR 技术可用于遗传多样性的研究。下图是对两个跳虫(A 和
B)DNA 分析的实验过程,有关叙述错误的是( )
A.蛋白酶可以分解组织中的蛋白质,在提取DNA 时加入蛋白酶有助于释放出DNA
B.Taq 酶能够耐高温,高温下不会变性,常在PCR 中用于DNA 链的合成
C.将已知长度的DNA 片段装到凝胶上作参照,可用于估测样本DNA 片段的大小
D.阴性对照是已知DNA 模板及PCR 扩增过程所需的物质,以监测试剂是否污染
11.(2023·安徽蚌埠模拟)最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白,科学家通过一定的技术
手段获得了黄色荧光蛋白。下列有关研究思路不正确的是( )
A.需要设计发出黄色荧光的蛋白质的三维结构
B.需要推测出发出黄色荧光蛋白的氨基酸序列
C.需要根据其氨基酸序列合成出相应的mRNA
D.需要根据推测的氨基酸序列合成相应的DNA
B 组 能力提升练
1.(2023·河北唐山三模改编)结核分枝杆菌可以引起结核病,主要感染肺部,其细胞壁厚、
脂质含量高,能抵御不利自然环境。为探究不同抗生素对结核分枝杆菌的抑菌效果,将患
者体内的病原菌进行分离培养,实验结果如图所示。培养基成分主要含有天冬氨酸、甘
油、鸡蛋黄、KH2PO4、MgSO4等。下列分析不正确的是( )
A.结核分枝杆菌会引起人体发生体液免疫和细胞免疫
B.此培养基成分中提供氮源的是天冬氨酸
C.接种过程所用实验器材有酒精灯、涂布器、微量移液器
D.图中D 为含有无菌水的滤纸片作为对照
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2.(2023·广东汕头金山中学模拟)科学家在研究基因定位时,将人的不能利用次黄嘌呤的
突变细胞株(HGPRT-)和小鼠不能利用胸腺脱氧核苷的突变细胞株(TK-)进行融合,然后利
用选择培养基进行筛选,得到3 株能在选择培养基上增殖的稳定的细胞株(如下表)。据
此分析下列说法错误的是( )
细胞株编号
1
2
3
所含人染
色体编号
11,14,17,22
7,11,14,17
5,7,17,21
A.可用PEG 诱导人和小鼠细胞融合
B.在选择培养基上增殖的细胞株1 中最多有4 条人的染色体
C.该选择培养基中应该添加次黄嘌呤和胸腺脱氧核苷
D.由表中信息可推测人的TK 基因可能位于17 号染色体上
3.(2023·湖南模拟改编)研究人员欲采用“异源囊胚补全法”将人源iPS 细胞培育出的肾
元祖细胞导入囊胚,然后移植到去除生肾区既存的肾元祖细胞的仔猪体内,培育出100%
人源iPS 细胞来源的肾单位并实际应用于移植医疗(如下图所示)。下列说法不正确的是
( )
A.培育人源肾元祖细胞需向iPS 细胞培养液中加入定向诱导分化剂
B.过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的内细胞团
C.过程③操作之前不需要对代孕母猪进行超数排卵和同期发情处理
D.该技术培育的人源肾脏需要考虑肾移植个体之间的遗传差异
4.(2023·山东临沂二模改编)转基因植物中标记基因的剔除可有效防止基因污染,剔除常
用分离剔除法和重组剔除法。分离剔除法是在转基因时将目的基因和标记基因分别构
建在两个Ti 质粒上,通过共转化得到转基因植物后让其自交得到不含标记基因的转基因
个体;重组剔除法利用Cre/LoxP 重组酶系统,Cre 酶能有效剔除重组载体中含有标记基因
的序列,只留下一个LoxP 位点,具体原理如下图。
下列说法不正确的是( )
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A.利用分离剔除法时,目的基因和标记基因都应插到Ti 质粒的T-DNA 序列内部
B.分离剔除时目的基因和标记基因插到植物细胞的同源染色体或非同源染色体上均可
成功
C.上述重组载体中启动子1 在农杆菌中可发挥作用,而在植物细胞中不能发挥作用
D.经重组剔除后的标记基因,因没有启动子而无法启动基因的转录
5.(2023·湖南二模)癌症的免疫疗法通过重新激活抗肿瘤的免疫细胞,克服肿瘤的免疫逃
逸,在癌症治疗方法中取得越来越突出的地位,科研人员在不断研究中发现多种免疫治疗
方法的结合是提高治疗效果的途径之一。
(1)癌细胞由于 基因突变导致其表面物质发生改变,如某些种类癌细胞表面
高表达膜蛋白PSMA 和PD-L1,如图1 PD-L1 能抑制T 细胞的活化,使癌细胞发生免疫逃
逸。临床上可利用PD-1 的单克隆抗体进行癌症治疗,据图1 推测,其原因是PD-1 的单克
隆抗体与 结合,阻断了 的结合,避免抑制T 细胞活化。
(2)CD28 是T 细胞表面受体,T 细胞的有效激活依赖于CD28 在癌细胞与T 细胞结合部
位的聚集。因此,科研人员尝试构建既能结合PSMA 还能结合CD28 的双特异性抗体
PSMA×CD28,诱导T 细胞定向杀伤癌细胞,如图2。
图1
图2
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制备过程:先将 分别注射到小鼠体内,分离出B 淋巴细胞,诱导其与小鼠的
细胞融合,筛选得到两种杂交瘤细胞,再诱导两种细胞融合。成功融合的细胞会表达两种
L 链和两种H 链,由于 而产生多种抗体,因此还需进行筛选才能获
得所需的双特异性抗体PSMA×CD28。
(3)科研人员将癌细胞和T 细胞共同培养,加入不同抗体,比较不同抗体对T 细胞活化的
作用。实验各组由活化T 细胞产生的细胞因子IL-2 含量如图3 所示,其结果说明
(言之有理即可)。
6.(2023·湖南岳阳模拟)为研究干旱胁迫基因LEA 和VOC 对甘蓝型油菜油脂的积累机制,
科研人员构建了两个基因表达载体。其中基因LEA 与荧光素酶基因(Luc)构建成基因表
达载体甲,基因VOC 和标记基因构建成基因表达载体乙,相关序列及酶切位点如图所示。
箭头表示转录方向。
(1)利用PCR 扩增LEA 基因时,需要在引物的 (填“3'端”或“5'端”)添加限制
酶识别序列,添加序列对应的限制酶是 ,选择上述酶的依据是
。
(2)为了构建基因表达载体甲,依据图中已知碱基序列,在PCR 扩增仪中加入的引物的碱
基序列为 。
(3)乙酰-CoA 羧化酶基因(AC)是油脂合成过程的关键酶基因,甘油三酯酯酶基因(ATGL)
是油脂分解过程的关键酶基因。将基因表达载体甲、乙分别导入植物细胞培养成转基
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因植物A、B,在干旱胁迫的环境下培养两种转基因植物和正常植物,分别检测植物体内
AC 和ATGL 基因的表达水平,结果如下图。
①在分子水平上,用 方法检测AC 酶和ATGL 酶的含量可得到上述结果。
②基于以上研究,干旱胁迫基因LEA 和VOC 在甘蓝型油菜油脂积累中的机制是
。
C 组 专项命题培优练
1.[单克隆抗体的应用](2023·河南三模)双特异性抗体可同时与癌细胞和免疫细胞特异性
结合,它一端与癌细胞结合,一端与T 细胞结合,将T 细胞拉近癌细胞,大大提高了杀灭癌
细胞的效率。CD19 是癌细胞表面的抗原蛋白,CD3 蛋白受体位于T 细胞表面,与抗体结
合后,其免疫功能得到激活。下图是研究人员通过杂交瘤细胞技术生产双特异性单克隆
抗体的部分过程。回答下列问题。
(1)给小鼠注射CD19 蛋白,是为了从小鼠的脾脏中分离得到 ;注射的抗原A 是指
。
(2)过程②和④所用诱导方法与诱导植物细胞融合所用方法的不同之处是 。过
程③培养杂交瘤细胞时需提供的气体条件是95%空气和5%CO2的混合气体,其中CO2的
主要作用是 。过程⑤筛选获得的细胞具有的特点是
。
(3)与从血清中提取的CD19 抗体、抗A 抗原的抗体相比,通过双杂交瘤细胞得到双特异
性单克隆抗体的优点是 。双特异性单克隆抗体
治疗癌症的效果往往优于抗体CD19 和A 抗体的联合使用,原因是
。
2.[PCR 技术及其应用](2023·山东烟台一模)IKK 激酶由IKKα、IKKβ 和IKKγ 三种亚基
组成,该酶参与动物体内免疫细胞的分化。临床上发现某重症联合免疫缺陷(SCID)患儿
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的IKKβ 基因编码区第1 183 位碱基T 突变为C。为研究该患儿发病机制,研究人员应用
大引物PCR 定点诱变技术获得突变基因,并培育出SCID 模型小鼠。图1 为定点诱变获
得突变基因的过程。
图1
图2
(1)在定点诱变获取突变基因时,PCR1中使用的引物有 ,PCR2中使用的引物有
。PCR1和PCR2不能在同一个反应体系中进行,原因是
。
(2)PCR 在第一个循环之前通常将DNA 样品加热至95 ℃数分钟进行预变性处理,其目的
是 。由于大引物较长,含C 与G 的碱
基较多,为减少非目标基因的获得,在PCR2复性过程中应采取的措施是
。
(3)培育模型鼠的过程中,需用限制酶Sac Ⅰ、Hind Ⅲ对突变基因和载体进行双酶切,双
酶切的优点是 。研究人员经鉴定、筛选
10
获得一只转基因杂合鼠HE,让HE 与野生鼠杂交得F1,F1雌雄鼠随机交配得F2。对F2中
纯合野生鼠WT、纯合突变鼠HO、杂合鼠HE 三种小鼠胸腺淋巴细胞中组成IKK 激酶
的三种亚基进行提纯和电泳,结果如图2。据此结果推测SCID 患者免疫缺陷产生的机
制是 。
3.[基因编辑技术及其应用](2023·天津红桥二模)CRISPR/Cas9 系统可对基因组进行定点
编辑,其工作原理如图1 所示。该系统主要包含单链向导RNA 和Cas9 酶两个部分,能特
异性识别并结合特定的DNA 序列,从而引导Cas9 酶到相应位置并剪切DNA,最终实现
对靶基因序列的编辑。请回答下列问题。
图1
图2
图3
(1)图1 为CRISPR/Cas9 系统作用示意图,该系统能精准识别相关基因的原理是sgRNA
与目标DNA 发生 ,Cas9 酶可催化 (化学键名称)水解,剪切特
定DNA 片段。
(2)LMNA 基因编码的核纤层蛋白与维持细胞核正常形态有关。科研人员利用
CRISPR/Cas9 技术对体外培养HepG2(人源肺癌细胞)细胞株进行基因编辑,获得了
LMNA 基因敲除的稳定细胞系。
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①体外培养HepG2 时需要一定比例的O2和CO2,其中CO2的主要作用是 ;
培养基除灭菌外还需要通过 来保证无菌无毒环境。
②HepG2 细胞中没有编码Cas9 的基因,需将Cas9 基因及sgRNA 基因拼接形成拼接基
因并与质粒结合导入HepG2 细胞,用图2 中的质粒以及含Cas9-sgRNA 拼接基因的DNA
片段构建表达载体时,应选用 进行酶切。
③将构建好的表达载体与用 处理的细菌置于适宜反应体系中培养。然后将培
养的细菌涂布于含 的平板培养基上,37 ℃培养,24 h 后挑取菌落,提取质粒作为
模板,选择图3 中引物组合 和 ,通过PCR 和电泳技术鉴定是否重组成
功。
④用鉴定成功的工程菌对HepG2 细胞进行转染,培养三天后收集HepG2 细胞,提取基因
组,对其 序列进行检测,判断Cas9-sgRNA 拼接基因是否导入成功。若从细胞水
平进行检测,可以检测HepG2 细胞数目增长量或 。
答案：
【A 组 基础对点练】
1.B 解析 乳酸菌是厌氧微生物,不能通入空气,A 项错误;家庭制作果酒、果醋和腐乳
利用的都是自然界的菌种,通常都不是纯种发酵,B 项正确;果醋制作利用的是醋酸菌,醋
酸菌能够产生醋酸,使溶液的pH 逐渐降低,果酒制作过程中,酵母菌无氧呼吸产生二氧化
碳与酒精,二氧化碳溶于水形成碳酸,随着二氧化碳浓度的增加,溶液的pH 逐渐降低,因
此果酒、果醋制作过程中溶液的pH 都是逐渐降低,C 项错误;泡菜坛内有时会长一层白
膜,这层白膜是由于产膜酵母的繁殖形成的,D 项错误。
2.B 解析 微生物生长需要营养物质(氮源、碳源、水、无机盐等),果酒发酵生产果醋
过程中,酒精作为碳源,A 项正确;醋酸菌是好氧菌,酒变醋的过程中除了接种醋酸菌、提
高发酵温度外,还应通入氧气,B 项错误;据图可知,初始酒精浓度为6%时,醋酸含量最高,
是发酵的最适浓度,酒精浓度为10%时醋酸含量最低,则较高浓度的酒精会抑制醋酸菌的
生长,使产酸量下降,C 项正确;醋酸发酵过程中会释放少量能量,大部分能量储存在醋酸
中,D 项正确。
3.C 解析 微生物培养需要有一定的营养、适宜的温度和pH 等条件,故实验过程中需
要设置适宜的温度和pH 环境,并保证严格的无菌操作,A 项正确;聚乳酸(PLA)是以乳酸
为主要原料的聚合物,故可为PLA 降解菌提供碳源,不能利用PLA 的微生物无法在该培
养基上生存,故PLA 又对培养基中微生物起选择作用,B 项正确;根据图示可知,体外培养
可采用稀释涂布平板法进行接种,同时将接种和未接种的平板倒置培养,C 项错误;菌落
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形状、大小、颜色及DNA 检测等是进行菌种鉴定的重要依据,故纯化培养后,可根据菌
落形状、大小、颜色及DNA 检测等进行菌种鉴定,D 项正确。
4.C 解析 大肠杆菌是原核生物,大肠杆菌抗链霉素的性状可能是由基因突变引起的,A
项正确;由图可知,1 号和5 号采用稀释涂布平板法将菌种接种在相应选择培养基上,B 项
正确;4 号、8 号、12 号培养基中,大肠杆菌抗链霉素菌株的比例逐渐增大,因此抗性菌落
(株)的比例最大的是12 号,C 项错误;微生物的抗药性突变是自发产生的,环境只能对抗
药性突变进行选择,因此大肠杆菌抗药性的形成是在施加链霉素之前,而发生选择作用是
在施加链霉素之后,D 项正确。
5.D 解析 在进行体细胞杂交之前,必须先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得具有
活力的原生质体,A 项错误;进行原生质体间的融合,人工诱导的方法分为物理法和化学
法,灭活的病毒适用于动物细胞融合,B 项错误;杂种细胞经植物组织培养(即脱分化和再
分化)获得杂种植物,C 项错误;新品种是通过植物体细胞杂交技术培育而成,因此,与种植
型茄子的染色体组数目相比,该新品种的染色体组数目增加,D 项正确。
6.C 解析 制备抗β-hcg 单克隆抗体可以应用于医学诊断,广泛运用于早孕的诊断,快速
方便,A 项正确;聚乙二醇诱导B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的同时,也可以诱导B 淋巴
细胞与B 淋巴细胞融合,B 项正确;单克隆抗体是指由单个B 淋巴细胞进行无性繁殖形成
的细胞系所产生出的化学性质单一、特异性强的抗体,C 项错误;制备抗β-hcg 单克隆抗
体,可以将杂交瘤细胞注射到动物体内,属于体内培养,成本低,D 项正确。
7.B 解析 酶具有专一性,加入纤维素酶和离析酶是为了水解纤维素和果胶,进而获得原
生质体,A 项正确;两实验中酶的种类不同,为保证单一变量,应控制好无关变量,即应在各
自酶的最适温度和pH 下进行实验,酶的用量和时间必须相同,B 项错误;实验中加入的甘
露醇具有维持溶液渗透压的作用,保证细胞具有正常形态,行使正常功能,C 项正确;实验
结果表明使用组合酶液Ⅱ获取原生质体的产量高,活性氧含量差别不大,故效果较好,D
项正确。
8.B 解析 绿色荧光蛋白基因gfp 为DNA 片段,可用PCR 技术特异性地快速扩增,A 项
正确;将绿色荧光蛋白基因gfp 插入了小鼠p16 基因的下游,使两个基因“融合”,因此
p16 基因和gfp 基因共用了一个启动子,它们之间关联表达,B 项错误;将目的基因导入动
物细胞最有效的方法是显微注射法,C 项正确;胚胎移植时,应选择处于桑葚胚或囊胚期
的胚胎,D 项正确。
9.B 解析 埃博拉病毒是RNA 病毒,GP 基因的本质是RNA,而质粒的本质是DNA,故
GP 基因不能被限制酶切割,A 项错误;培养过程中CO2的作用是调节pH,B 项正确;腺病
13
毒为复制缺陷腺病毒,故疫苗在人体内发挥作用的过程中,腺病毒不会增殖,C 项错误;启
动子是转录的起点,故在重组腺病毒中,GP 基因上游必须有启动子以驱动转录,D 项错误。
10.D 解析 跳虫细胞中大量DNA 和蛋白质构成染色体,所以在提取DNA 时加入蛋白
酶有助于释放出DNA,A 项正确;Taq 酶是具有热稳定性的DNA 聚合酶,耐高温,可以催
化DNA 链的合成,B 项正确;双链DNA 分子通过凝胶的速率与其分子量的常用对数成反
比。据此用已知分子量的标准物质和待测分子量的DNA 片段同时电泳,比较其电泳速
率,即可求出待测片段的分子大小,C 项正确;阴性对照是在PCR 试剂中不加模板DNA 或
RNA,进行PCR 扩增,以监测试剂是否污染,D 项错误。
11.C 解析 对绿色荧光蛋白进行改造获得黄色荧光蛋白的过程需要利用蛋白质工程,
蛋白质工程首先要从预期的蛋白质功能出发,设计黄色荧光蛋白的三维结构,A 项正确;
根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列,预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结
构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因),故设计得到黄色荧光蛋
白的三维结构之后,进一步推测其应有的氨基酸序列,B 项正确;推测出黄色荧光蛋白应
有的氨基酸序列之后,应对绿色荧光蛋白的脱氧核苷酸序列进行改造或合成相应的
DNA(基因),不需要合成相应的mRNA,C 项错误,D 项正确。
【B 组 能力提升练】
1.B 解析 结核分枝杆菌主要感染肺部,属于寄生细菌,会引起体液免疫和细胞免疫,A 项
正确;培养基中的天冬氨酸和鸡蛋黄都含有N,故此培养基成分中提供氮源的是天冬氨酸
和鸡蛋黄,B 项错误;结合图示,本探究实验采用的是稀释涂布平板法,故接种过程所用实
验器材有酒精灯、涂布器、微量移液器,C 项正确;实验中圆纸片D(不含有抗生素)用作
实验对照,为了保证单一变量,对圆纸片D 的处理方法是浸过无菌水,D 项正确。
2.B 解析 诱导动物细胞融合的方法有物理法、化学法(PEG,又称聚乙二醇)、灭活的
病毒诱导,A 项正确;在选择培养基上增殖的细胞株1 中,如果细胞处于有丝分裂后期,则
一个细胞中含有8 条人的染色体,B 项错误;结合题干“将人的不能利用次黄嘌呤的突变
细胞株(HGPRT-)和小鼠不能利用胸腺脱氧核苷的突变细胞株(TK-)进行融合,然后利用选
择培养基进行筛选,得到3 株能在选择培养基上增殖的稳定的细胞株”可知,该选择培养
基上应添加次黄嘌呤和胸腺脱氧核苷以筛选出成功融合的细胞,C 项正确;分析表格数据
可知,细胞株1、2、3 均含有人的17 号染色体,结合题干“和小鼠不能利用胸腺脱氧核
苷的突变细胞株(TK-)进行融合”可推测人的TK 基因可能位于17 号染色体上,D 项正确。
3.C 解析 培育人源肾元祖细胞需向iPS 细胞培养液中加入定向诱导分化剂从而获得
肾元祖细胞,A 项正确;过程②需要将荧光蛋白标记的人源肾元祖细胞植入囊胚的内细胞
团,从而保证人源肾细胞的正常发育,因为内细胞团会发育成完整胚胎,B 项正确;过程③
14
操作之前需对代孕母猪进行同期发情处理,但不需要进行超数排卵处理,因为不需要代孕
母猪提供卵母细胞,C 项错误;该技术培育的人源肾脏依然需要考虑肾移植个体之间的遗
传差异,因为该方法获得的肾脏在不同个体中的排斥反应可能不同,D 项错误正确。
4.C 解析 Ti 质粒的T-DNA 序列可转移至受体细胞,并且转移到受体细胞染色体DNA
上,所以利用分离剔除法时,目的基因和标记基因都应插到Ti 质粒的T-DNA 序列内部,进
而成功整合到受体细胞染色体上,A 项正确;分离剔除时目的基因和标记基因插到植物细
胞的同源染色体(这种情况下,目的基因和标记基因需要分别位于一条染色体上)或非同
源染色体上均可最终获得不含标记基因的转基因个体,即均可成功,B 项正确;启动子1 具
有物种特异性,故上述重组载体中启动子1 在农杆菌中不能发挥作用,而在植物细胞中能
发挥作用,C 项错误;由图可知,经重组剔除后的标记基因没有启动子,而启动子的作用是
驱动转录,故经重组剔除后的标记基因无法启动基因的转录,D 项正确。
5.答案 (1)原癌基因和抑癌 PD-1 PD-1 和PD-L1
(2)PSMA、CD28 骨髓瘤 L 链和H 链的随机组合
(3)PSMA×CD28 和PD-1 单抗联合使用能够显著激活T 细胞,且随PSMA×CD28 浓度增
加激活作用增强;单独使用PSMA×CD28 或PD-1 单抗,都不能显著激活T 细胞
解析 (1)癌细胞是由于原癌基因和抑癌基因发生突变导致遗传物质改变。图1 中癌细胞
表面的PD-L1 和T 细胞表面的PD-1 结合,抑制T 细胞的活化。PD-1 的单克隆抗体与
PD-1 特异性结合,阻断了PD-L1 和PD-1 的结合,避免抑制T 细胞活化。(2)制备双特异性
抗体PSMA×CD28,则抗原是PSMA 和CD28,将两种物质分别注射到小鼠体内,刺激B 细
胞增殖分化出相应的浆细胞,将两类浆细胞分别和小鼠的骨髓瘤细胞融合,形成杂交瘤细
胞,再诱导杂交瘤细胞融合。成功融合的细胞会表达两种L 链和两种H 链,所需的双特
异性抗体PSMA×CD28 是特定的L 链和H 链结合,由于L 链和H 链的随机组合,需要进
行筛选。(3)自变量是抗体种类,其中PSMA×CD28 和PD-1 单抗联合使用能够显著激活
T 细胞,且随PSMA×CD28 浓度增加激活作用增强;单独使用PSMA×CD28 或PD-1 单抗,
都不能显著激活T 细胞。
6.答案 (1)5'端 EcoRⅤ和Xba Ⅰ Luc 中存在BamH Ⅰ识别序列,BamH Ⅰ会将Luc 切
断;一种酶切会导致载体、LEA 自身环化及LEA 反向连接
(2)5'-GATATCATGGGC-3'和5'-TCTAGACTAGTG-3'
(3)①抗原—抗体杂交 ②在干旱胁迫的环境下,LEA 通过促进AC 的表达使植物油脂增
加;VOC 通过抑制ATGL 的表达减弱油脂的降低
解析 (1)耐高温的DNA 聚合酶不能从头开始合成DNA,而只能从引物的3'端延伸DNA
链,因此PCR 扩增需要引物。引物与目的基因所在DNA 分子遵循碱基互补配对原则,所
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以扩增LEA 基因时,需要在引物的5'端添加限制酶的识别序列。由于Luc 中存在
BamH Ⅰ识别序列,BamH Ⅰ会将Luc 切断;一种酶切会导致载体、LEA 自身环化及LEA
反向连接等,因此选择的限制酶是EcoRⅤ和Xba Ⅰ。(2)根据已知序列,由于引物只能引
导子链从5'→3'延伸,根据碱基互补配对原则,用PCR 扩增时的两个引物对应的序列
为:5'-GATATCATGGGC-3'和5'-TCTAGACTAGTG-3'。(3)①检测酶(蛋白质)分子水平
上采用抗原—抗体杂交技术进行检测。②根据检测结果,转基因A 植株的AC 酶变高了,
转基因B 植株的ATGL 酶变低了,可以推测在干旱胁迫的环境下,LEA 通过促进AC 的表
达使植物油脂增加;VOC 通过抑制ATGL 的表达减弱油脂的降低。
【C 组 专项命题培优练】
1.答案 (1)免疫的B 淋巴细胞 CD3 蛋白
(2)灭活的病毒 维持培养液的pH 既能无限增殖,又能产生特异性抗体
(3)双特异性单克隆抗体可以识别两种抗原 既不损伤正常细胞,又减少了用药剂量
解析 (1)给小鼠注射CD19 蛋白,是为了从小鼠的脾脏中获得已免疫的B 淋巴细胞,该细
胞能够产生特定抗体。分析题意,本过程的目的是得到双特异性抗体,故为保证最终双特
异性抗体的产生,注射的抗原A 应是CD3 蛋白。(2)过程②和④是诱导动物细胞融合,该
过程所用诱导方法与诱导植物细胞融合所用方法的不同之处是用灭活的病毒诱导;过程
③培养杂交瘤细胞时需提供的气体条件是95%空气和5%CO2的混合气体,其中CO2的主
要作用是维持培养液的pH;过程⑤是融合细胞的筛选,筛选后得到的杂交瘤细胞,特点是
既能无限增殖,又能产生特异性抗体。(3)与从血清中提取的CD19 抗体、抗A 抗原的抗
体相比,通过双杂交瘤细胞得到双特异性单克隆抗体的优点是能同时识别CD19 和A 两
种抗原,作用效果更显著。双特异性单克隆抗体治疗癌症的效果往往优于抗体CD19 和
A 抗体的联合使用,原因是该特异性抗体可以借助单克隆抗体的识别作用,将药物带到癌
细胞位置,既不损伤正常细胞,又减少了用药剂量。
2.答案 (1)引物A、引物C 引物B、大引物b 引物之间能结合,会干扰引物和模板链
的结合,影响PCR 过程
(2)增加大分子模板DNA 彻底变性的概率 适当提高复性温度
(3)防止质粒和目的基因的自身环化及反向连接 IKKβ 基因突变导致IKKβ 含量减
少,IKK 激酶活力降低,不利于免疫细胞的分化
解析 (1)在PCR 反应体系中,除需要加入引物和IKKβ 基因,还需要加入Taq 酶(耐高温
DNA 聚合酶)、4 种脱氧核苷酸(原料)、缓冲液(维持pH)、Mg2+(激活DNA 聚合酶)等;
在图1 获取突变基因过程中,分析题图可知,在PCR1中,需要两种引物,将来在切取IKKβ
基因时,需要在基因的左侧用限制酶Hind Ⅲ来切割,在基因的右侧用限制酶Sac Ⅰ来切
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割,因此在该基因的左端应有限制酶Hind Ⅲ识别的序列,在基因的右端应有限制酶
Sac Ⅰ识别的序列,因此在PCR1中结合到基因右端的引物序列从5'端到3'端的开始部位
应含有限制酶Sac Ⅰ识别的序列,所以要用到引物C,从题图中看,另一个引物从5'端到
3'端的序列中开始部位应含有突变碱基C,所以要用到引物A。从图中看,在PCR2中,有
一个引物结合到了基因的左端,在它从5'端到3'端的序列的开始部位应含有限制酶
Hind Ⅲ识别的序列,所以要用到引物B,而另外的一个引物就是大引物中的一条链,它应
该结合到基因的右端,且从5'端到3'端的序列中开始部位应含有Sac Ⅰ识别的序列,从图
中看,它是大引物b。由于PCR1和PCR2过程使用的引物之间能结合,因而会干扰引物和
模板链的结合,影响PCR 过程,因此PCR1和PCR2不能在同一个反应体系中进行,需要分
开进行。(2)PCR 在第一个循环之前通常将DNA 样品加热至95 ℃数分钟进行预变性处
理,这样可以增加大分子模板DNA 彻底变性的概率,为后续的PCR 过程创造条件。由于
大引物较长,含C 与G 的碱基较多,为减少非目标基因的获得,在PCR2复性过程中应适当
提高复性温度,便于引物与模板链的结合。(3)培育模型鼠的过程中,需用限制酶Sac Ⅰ、
Hind Ⅲ对突变基因和载体进行双酶切,双酶切能保证质粒和目的基因的正确连接,避免
自身环化及反向连接。研究人员经鉴定、筛选获得一只转基因杂合鼠HE,让HE 与野生
鼠杂交得F1,F1雌雄鼠随机交配得F2。对F2中纯合野生鼠WT、纯合突变鼠HO、杂合
鼠HE 三种小鼠胸腺淋巴细胞中组成IKK 激酶的三种亚基进行提纯和电泳,结果显示
HO 小鼠体内不含IKKβ 或含量很少,因而可推测IKKβ 基因突变导致IKKβ 含量减
少,IKK 激酶活力降低,不利于免疫细胞的分化,进而导致SCID 患者表现为免疫缺陷。
3.答案 (1)碱基互补配对 磷酸二酯键
(2)①维持培养液pH 定期更换培养液(或添加一定量的抗生素,或无菌操作)
②EcoR Ⅰ ③Ca2+(CaCl2) 嘌呤霉素 Ⅱ Ⅲ ④核苷酸 细胞核形态
解析 (1)图1 为CRISPR/Cas9 系统作用示意图,该系统能精准识别相关基因是根据碱基
互补配对原则实现的,即为sgRNA 与目标DNA 发生碱基互补配对,同时Cas9 蛋白可催
化磷酸二酯键的水解,从而在特定的部位剪切特定DNA 片段。(2)①培养动物细胞时,需
要一定比例的O2和CO2,其中CO2的主要作用是维持培养液pH,由于细胞会产生次生代
谢产物,对细胞具有毒害作用,所以培养基除灭菌外还需要通过定期更换培养液来保证无
毒环境,同时可通过添加一定量的抗生素保证无菌环境。②用图2 中的质粒以及含
Cas9-sgRNA 拼接基因的DNA 片段构建表达载体时,应选用EcoR Ⅰ进行酶切,因为在质
粒和目的基因的两端均含有该酶的切割位点,而BamH Ⅰ的酶切位点正好在标记基因内,
因此不能选择BamH Ⅰ。③将构建好的表达载体与用Ca2+(CaCl2)处理的细菌(增加细菌
的通透性,使其处于感受态)置于适宜反应体系中培养。然后将培养的细菌涂布于含嘌呤
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霉素的平板培养基上进行筛选,凡是能正常生长的菌落即为带有目的基因的细菌,37 ℃
培养,24 h 后挑取菌落,提取质粒作为模板,根据图中目的基因两侧的碱基序列以及引物
的碱基顺序,结合碱基互补配对原则可选择图3 中引物组合Ⅱ和Ⅲ进行体外DNA 复制,
通过PCR 和电泳技术鉴定是否重组成功。④用鉴定成功的工程菌对HepG2 细胞进行转
染,培养三天后收集HepG2 细胞,提取基因组,由于DNA 具有特异性,可对其碱基(或核苷
酸)序列进行检测,判断Cas9-sgRNA 拼接基因是否导入成功。若从细胞水平进行检测,可
以检测HepG2 细胞数目增长量或细胞核形态是否变化。
