簡潔實用高效生物長句表達（五）生物技術與工程的概念、原理分析與應用模塊五

生物技術與工程

第十單元

生物技術與工程

內(nèi)容索引典題引領第一部分強化訓練第三部分高效解題第二部分典題引領第分部一（2024·河北卷）新城疫病毒可引起家禽急性敗血性傳染病，我國科學家將該病毒相關基因改造為r2HN，使其在水稻胚乳特異表達，制備獲得r2HN疫苗，并對其免疫效果進行了檢測。回答下列問題：(1)實驗所用載體的部分結構及其限制酶識別位點如圖1所示。其中GtP為啟動子，若使r2HN僅在水稻胚乳表達，GtP應為

_______________________________________啟動子。Nos為終止子，其作用為__________。r2HN基因內(nèi)部不含載體的限制酶識別位點。因此，可選擇限制酶_________和__________對r2HN基因與載體進行酶切，用于表達載體的構建。①在水稻胚乳細胞中特異性表達的基因的②終止轉(zhuǎn)錄③HindⅢ④EcoRⅠ注KpnⅠ、HindⅢ、SacⅠ和EcoRⅠ標注的位點為各限制酶的識別位點。解析：利用水稻細胞培育能表達r2HN基因的水稻胚乳細胞生物反應器，需要使用在水稻胚乳細胞中特異性表達的基因的啟動子。Nos為終止子，終止子所起作用為終止轉(zhuǎn)錄。r2HN基因內(nèi)部不含載體的限制酶識別位點，Kpn

Ⅰ會破壞啟動子序列，因而不能選用；Sac

Ⅰ位于終止子序列之外，因而不能選用。故為了將目的基因插入載體的啟動子和終止子之間，需要選用HindⅢ和EcoRⅠ對r2HN基因與載體進行酶切。(2)利用______________方法將r2HN基因?qū)胨居鷤M織。為檢測r2HN表達情況，可通過PCR技術檢測______________________________，通過__________________技術檢測是否翻譯出r2HN蛋白。解析：獲得水稻愈傷組織后，通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的方法使目的基因進入水稻細胞。為檢測r2HN表達情況，可通過PCR技術檢測轉(zhuǎn)錄所產(chǎn)生的相應的mRNA，可從轉(zhuǎn)基因水稻中提取蛋白質(zhì)，用相應的抗體進行抗原—抗體雜交檢測是否翻譯出r2HN蛋白。⑤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化⑥r(nóng)2HN基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA⑦抗原—抗體雜交(3)獲得轉(zhuǎn)基因植株后，通常選擇單一位點插入目的基因的植株進行研究。此類植株自交一代后，r2HN純合體植株的占比為______。選擇純合體進行后續(xù)研究的原因是_______________________________。解析：單一位點插入目的基因的植株相當于雜合子，其自交后代含有r2HN基因的純合子占1/4。由于純合體自交后代不發(fā)生性狀分離，所以選擇純合體進行后續(xù)研究。⑧1/4⑨純合體自交后代不發(fā)生性狀分離(4)制備r2HN疫苗后，為研究其免疫效果，對實驗組雞進行接種，對照組注射疫苗溶劑。檢測兩組雞體內(nèi)抗新城疫病毒抗體水平和特異應答的CD8＋T細胞（細胞毒性T細胞）水平，結果如圖2所示。據(jù)此分析，獲得的r2HN疫苗能夠成功激活雞的_______免疫和_______免疫。解析：據(jù)圖可知，實驗組的抗體水平和CD8＋T細胞水平都比對照組高，說明通過體液免疫產(chǎn)生了抗體，通過細胞免疫產(chǎn)生了特異應答的細胞毒性T細胞，即r2HN疫苗能夠成功激活雞的體液免疫和細胞免疫。⑩體液?細胞(5)利用水稻作為生物反應器生產(chǎn)r2HN疫苗的優(yōu)點是

_______________________________________________。（答出兩點即可）解析：通過水稻作為生物反應器生產(chǎn)r2HN疫苗具有不受性別的限制、可大量種植、成本低、安全性高等優(yōu)點。?不受性別的限制、可大量種植、成本低、安全性高高效解題第分部二①鏈接教材P90和題目相應信息“使r2HN僅在水稻胚乳表達”，則應該選用在水稻胚乳細胞中特異性表達的基因的啟動子。②鏈接教材P80終止子的作用。③④鏈接題圖，r2HN基因要插入GtP和Nos之間，因此在GtP和Nos之間選擇切割位點。⑤⑥⑦鏈接教材P80～82基因工程的基本操作程序第三步和第四步相關知識。⑧鏈接題目信息“單一位點插入目的基因”，即只有一條染色體上插入該基因，該個體自交子代r2HN純合子比例為1/4。⑨鏈接題目信息“選擇純合體進行后續(xù)研究”，可根據(jù)純合體自交后代不出現(xiàn)性狀分離解答。⑩?鏈接題圖信息，根據(jù)實驗組抗體和CD8＋T細胞的相對值高于對照組，可得r2HN疫苗能夠成功激活雞的體液免疫和細胞免疫。?鏈接題目信息“水稻作為生物反應器”，可從植物反應器與動物反應器比較答出其優(yōu)點。生物技術與工程的相關長句考查，常圍繞微生物的培養(yǎng)技術及應用、細胞工程和胚胎工程、基因工程等進行考查。要求全面熟悉生物學原理及實驗過程，如微生物的選擇培養(yǎng)與計數(shù)、動植物細胞培養(yǎng)的過程與應用、基因工程的操作程序與應用。生物技術與工程模塊的相關長句考查仍然跟其他模塊一樣。解答試題時需要認真審題，找準答題的依據(jù)，或鏈接教材或鏈接試題信息，或分析原因，或回答依據(jù)，或回答優(yōu)缺點等，需要考生緊抓教材和試題，借助多種信息載體全面分析，高起點低落點，進行規(guī)范、科學、準確作答。強化訓練第分部三1．（2024·安徽卷）丁二醇廣泛應用于化妝品和食品等領域。興趣小組在已改造的大腸桿菌中引入合成丁二醇的關鍵基因X，以提高丁二醇的產(chǎn)量。回答下列問題：(1)擴增X基因時，PCR反應中需要使用TaqDNA聚合酶，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________________。在PCR反應中，需要利用高溫使DNA雙鏈解旋，普通的DNA聚合酶在高溫下會變性失活，而TaqDNA聚合酶能夠耐高溫，在高溫條件下依然具有活性解析：在PCR反應中，變性的溫度需要90℃以上，需要利用高溫使DNA雙鏈解旋，普通的DNA聚合酶在高溫下會變性失活，而TaqDNA聚合酶能夠耐高溫，在高溫條件下依然具有活性，因此擴增X基因時，PCR反應中需要使用TaqDNA聚合酶。(2)使用BamHⅠ和Sal

Ⅰ限制酶處理質(zhì)粒和X基因，連接后轉(zhuǎn)化大腸桿菌，并涂布在無抗生素平板上（如圖）。在此基礎上，進一步篩選含目的基因菌株的實驗思路是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

在平板中添加氯霉素，再將在含氯霉素的培養(yǎng)基中生長的菌落利用影印法影印到添加四環(huán)素的培養(yǎng)基中，在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中不能正常生長的菌落由導入目的基因的菌株形成解析：據(jù)圖可知，使用BamHⅠ和Sal

Ⅰ限制酶處理質(zhì)粒和X基因，四環(huán)素抗性基因被破壞，氯霉素抗性基因保留，因此能在氯霉素培養(yǎng)基上生存，不能在四環(huán)素培養(yǎng)基上生存的大腸桿菌即是含目的基因的菌株，因此實驗思路為在平板中添加氯霉素，再將在含氯霉素的培養(yǎng)基中生長的菌落利用影印法影印到添加四環(huán)素的培養(yǎng)基中，在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中不能正常生長的菌落由導入目的基因的菌株形成。(3)研究表明，碳源和氮源的種類、濃度及其比例會影響微生物生長和發(fā)酵產(chǎn)物積累。如果培養(yǎng)基中碳源相對過多，容易使其氧化不徹底，形成較多的____________，引起發(fā)酵液pH下降。興趣小組通過單因子實驗確定了木薯淀粉和酵母粉的最適濃度分別為100g·L-1和15g·L-1。在此基礎上，設置不同濃度的木薯淀粉(90g·L-1、100g·L-1、110g·L-1)和酵母粉(12g·L-1、15g·L-1、18g·L-1)篩選碳源和氮源濃度的最佳組合，以獲得較高發(fā)酵產(chǎn)量，理論上應設置__（填數(shù)字）組實驗（重復組不計算在內(nèi)）。乳酸或有機酸9解析：碳源是微生物生長所需的主要能量來源，而氮源則是構成細胞含氮代謝產(chǎn)物和合成蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的基本原料。當培養(yǎng)基中碳源相對過多時，會導致碳源氧化不完全，形成較多的乳酸或有機酸。這些乳酸或有機酸會在溶液中解離，使發(fā)酵液的pH下降。因為要篩選碳源和氮源濃度的最佳組合，木薯淀粉濃度有3種，酵母粉濃度也有3種，因此理論上應設置3×3＝9（組）實驗。(4)大腸桿菌在發(fā)酵罐內(nèi)進行高密度發(fā)酵時，溫度會升高，其原因是____________________________________。解析：大腸桿菌進行細胞呼吸時會釋放大量能量，絕大多數(shù)以熱能形式釋放，因此大腸桿菌在發(fā)酵罐內(nèi)進行高密度發(fā)酵時，溫度會升高。大腸桿菌進行細胞呼吸時會釋放大量熱量(5)發(fā)酵工業(yè)中通過菌種選育、擴大培養(yǎng)和發(fā)酵后，再經(jīng)____________________，最終獲得發(fā)酵產(chǎn)品。解析：發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)物的分離、提純等方面，因此發(fā)酵工業(yè)中通過菌種選育、擴大培養(yǎng)和發(fā)酵后，再經(jīng)提取、分離、純化，最終獲得發(fā)酵產(chǎn)品。提取、分離、純化2．（2024·廣東卷）駒形桿菌可合成細菌纖維素(BC)并將其分泌到胞外組裝成膜。作為一種性能優(yōu)異的生物材料，BC膜應用廣泛。研究者設計了酪氨酸酶（可催化酪氨酸形成黑色素）的光控表達載體，將其轉(zhuǎn)入駒形桿菌后構建出一株能合成BC膜并可實現(xiàn)光控染色的工程菌株，為新型紡織原料的綠色制造及印染工藝升級提供了新思路（圖1）?；卮鹣铝袉栴}：(1)研究者優(yōu)化了培養(yǎng)基的__________（答兩點）等營養(yǎng)條件，并控制環(huán)境條件，大規(guī)模培養(yǎng)工程菌株后可在氣液界面處獲得BC菌膜（菌體和BC膜的復合物）。解析：培養(yǎng)基的營養(yǎng)物質(zhì)包括水、無機鹽、碳源、氮源等，研究者培養(yǎng)工程菌，需要優(yōu)化培養(yǎng)基的碳源、氮源等營養(yǎng)條件，并控制環(huán)境條件。碳源、氮源(2)研究者利用T7噬菌體來源的RNA聚合酶(T7RNAP)及藍光光敏蛋白標簽，構建了一種可被藍光調(diào)控的基因表達載體（光控原理見圖2a，載體的部分結構見圖2b）。構建載體時，選用了通用型啟動子PBAD（被工程菌RNA聚合酶識別）和特異型啟動子PT7（僅被T7RNAP識別）。為實現(xiàn)藍光控制染色，啟動子①②及③依次為__________________________，理由是__________________________________________________________。PT7、PBAD和PBAD基因2和3正常表達無活性產(chǎn)物，被藍光激活后再啟動基因1表達解析：由題圖2a分析可知，藍光照射下，T7RNAPN端-nMag與pMag-T7RNAPC端結合，導致無活性的T7RNAP變成有活性的T7RNAP，藍光處理后，RNA聚合酶(T7RNAP)識別啟動子①使基因1轉(zhuǎn)錄獲得相應的mRNA，再以其為模板通過翻譯過程獲得酪氨酸酶，酪氨酸酶從而催化染色液中酪氨酸形成黑色素，可見基因2和3正常表達無活性產(chǎn)物，被藍光激活后再啟動基因1表達，綜合上述分析可知，為實現(xiàn)藍光控制染色，啟動子①②及③依次為PT7、PBAD和PBAD。(3)光控表達載體攜帶大觀霉素（抗生素）抗性基因。長時間培養(yǎng)時在培養(yǎng)液中加入大觀霉素，其作用為____________________________（答兩點）。解析：光控表達載體攜帶大觀霉素（抗生素）抗性基因。長時間培養(yǎng)時在培養(yǎng)液中加入大觀霉素，具有抑制雜菌；去除丟失質(zhì)粒的菌株的作用。抑制雜菌；去除丟失質(zhì)粒的菌株(4)根據(jù)預設的圖案用藍光照射已長出的BC菌膜并繼續(xù)培養(yǎng)一段時間，隨后將其轉(zhuǎn)至染色池處理，發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)藍光照射的區(qū)域被染成黑色，其原因是____________________________________________________。解析：由(2)中分析可知，細胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表達并合成黑色素，故用藍光照射已長出的BC菌膜并繼續(xù)培養(yǎng)一段時間，隨后將其轉(zhuǎn)至染色池處理，發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)藍光照射的區(qū)域被染成黑色。該處細胞中T7RNAP激活，酪氨酸酶表達并合成黑色素(5)有企業(yè)希望生產(chǎn)其他顏色圖案的BC膜。按照上述菌株的構建模式提出一個簡單思路：__________________________________________________________________________。解析：由(2)中分析可知，希望生產(chǎn)其他顏色圖案的BC膜，則需要將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶（或?qū)⒗野彼崦柑鎿Q成不同顏色蛋白）。

將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶（或?qū)⒗野彼崦柑鎿Q成不同顏色蛋白）3．（2023·湖北卷節(jié)選）某病毒對動物養(yǎng)殖業(yè)危害十分嚴重。我國學者擬以該病毒外殼蛋白A為抗原來制備單克隆抗體，以期快速檢測該病毒，其主要技術路線如圖所示。回答下列問題：與小鼠骨髓瘤細胞融合前，已免疫的脾細胞（含漿細胞）______（填“需要”或“不需要”）通過原代培養(yǎng)擴大細胞數(shù)量；添加脂溶性物質(zhì)PEG可促進細胞融合，該過程中PEG對細胞膜的作用是

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