2020高考生物二轮复习第1部分命题区域7选修部分第2讲胚胎工程和生态工程作业解析版

2020高考生物二轮复习第1部分命题区域7选修部分第2讲胚胎工程和生态工程作业解析版

第二讲　胚胎工程和生态工程 ‎1．如图是利用现代生物工程技术治疗遗传性糖尿病(基因缺陷导致胰岛B细胞不能正常合成胰岛素)的过程设计图解。请据图回答：‎ ‎(1)图中①、②所示的结构分别是________、________。‎ ‎(2)图中③、④所示的生物工程技术分别是________、________。‎ ‎(3)过程③通常用去核卵母细胞作受体细胞的原因除了它体积大、易操作，含有营养物质丰富外，还因为它__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(4)过程④通常采用的方法是___________________________________________。‎ ‎(5)过程④的完成需要用到的非酶基因操作工具为________________________。‎ ‎(6)图示方法与一般的异体移植相比最大的优点是____________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ 解析：(1)体细胞核移植利用体细胞的细胞核和去核卵母细胞。内细胞团细胞具有发育的全能性，其中导入健康胰岛B细胞基因，可以形成能正常分泌胰岛素的胰岛B细胞群。(2)图中③是将体细胞的细胞核和去核卵母细胞重组为一个细胞，为体细胞核移植技术。图中④是将健康胰岛B细胞基因导入受体细胞，为基因工程技术。(3)过程③通常用去核卵母细胞作为受体细胞，除了因为它体积大，易操作，含有营养物质丰富外，还因为其含有能够激活细胞核全能性表达的物质。(4)将目的基因导入动物细胞通常用显微注射法。(5)基因工程的基本工具为限制酶、DNA连接酶、载体，载体为非酶基因操作工具，通常为质粒。(6)图示方法与一般的异体移植相比可避免免疫排斥。‎ 答案：(1)细胞核　内细胞团　(2)(体细胞)核移植技术　基因工程(转基因技术或DNA重组技术)　(3)含有促进(或激活)细胞核全能性表达的物质　(4)显微注射法　(5)载体　(6)避免免疫排斥反应 ‎2．Leigh氏综合征是一种神经障碍性疾病，其致病基因位于线粒体DNA中。一位母亲约有1/4的线粒体携带这种致病基因，她的前两个孩子因为患有Leigh氏综合征而夭亡。她的第三个孩子因为接受另一名女性捐赠的健康基因而成为全球首个拥有“三个父母”的男婴。请根据男婴孕育过程回答下面的问题：‎ 8‎ ‎(1)该母亲的前两个孩子患病夭亡的原因是__________________________________‎ ‎__________________________________________________________，‎ 该健康男婴孕育过程中依次使用了____________________________________________‎ ‎__________________________________________________________、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。‎ ‎(2)图示过程中代表该母亲卵母细胞的是________(填“A”或“B”)。取卵之前，该母亲需要注射________激素。‎ ‎(3)早期胚胎需经过________________(水平)检测合格后才能植入母亲的子宫继续发育。‎ ‎(4)在胚胎孕育过程中，医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育，原因是 ‎__________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据题意可知，该母亲约有1/4的线粒体携带这种致病基因，并且该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全部来自卵细胞，这导致前两个孩子患病夭亡；根据图示信息可知，该健康男婴孕育过程中依次使用了核移植、体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植等技术。(2)图中首先对卵母细胞A去核，然后与卵母细胞B的细胞核融合，重组的卵细胞中含有卵母细胞A的细胞质，说明A的细胞质基因是正常的，因此代表该母亲卵母细胞的是B。取卵之前，该母亲需要注射促性腺激素，进行超数排卵。(3)早期胚胎需经过DNA分子水平检测合格后才能植入母亲的子宫继续发育。(4)在胚胎孕育过程中，由于男性的线粒体不会遗传给后代，因此医疗团队特意选择了男性胚胎移入子宫发育。‎ 答案：(1)该母亲可能产生含较多缺陷线粒体的卵细胞，而受精卵的线粒体几乎全都来自卵细胞，导致前两个孩子患病夭亡　核移植、体外受精　(2)B　促性腺　(3)DNA 分子水平　(4)男性的线粒体不会遗传给后代 ‎3．Rag2基因缺失小鼠不能产生成熟的淋巴细胞。科研人员利用胚胎干细胞(ES细胞)对Rag2基因缺失小鼠进行基因治疗。其技术流程如图：‎ 请回答：‎ 8‎ ‎(1)步骤①中，在核移植前应去除卵母细胞的________。‎ ‎(2)ES细胞除来源于早期胚胎外，还可来源于________，它在形态上的特性是__________________________________________________________；‎ 在功能上的特性是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ ‎(3)步骤③中，需要构建含有Rag2基因的表达载体。可以根据Rag2基因的________设计引物，利用PCR技术扩增Rag2基因片段。用Hind Ⅲ和PstⅠ限制酶分别在片段两侧进行酶切获得Rag2基因片段。为将该片段直接连接到表达载体，所选择的表达载体上应具有________________的酶切位点。‎ ‎(4)为检测Rag2基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞中的________，用抗Rag2蛋白的抗体进行杂交实验。‎ 解析：(1)动物细胞核移植是将动物的一个细胞的细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成一个新的胚胎，因此在核移植之前应去除卵母细胞的细胞核。(2)ES细胞可来源于早期胚胎或者原始性腺。它在形态上的特性是体积小、细胞核大、核仁明显；在功能上的特性是具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(3)不同基因的核苷酸序列不同，而引物与核苷酸序列互补配对，因此设计引物可以根据基因的核苷酸序列进行；因为重组基因片段的连接需要有相同的黏性末端，因此所选择的表达载体上应具有Hind Ⅲ和PstⅠ限制酶的酶切位点。(4)基因表达的最终产物为蛋白质，因此要检测该基因的表达情况，可提取治疗后小鼠骨髓细胞中的蛋白质，用特异性抗体(抗Rag2蛋白的抗体)进行杂交实验。‎ 答案：(1)细胞核　(2)原始性腺　体积小、细胞核大、核仁明显　具有发育的全能性，即可以分化为成年动物体内任何一种组织细胞　(3)核苷酸序列　Hind Ⅲ和PstⅠ限制酶　(4)蛋白质 ‎4．如图Ⅰ、图Ⅱ分别表示两项胚胎工程技术应用图解，请据图回答下列问题：‎ ‎(1)图Ⅰ中，细胞E的形成利用了__________技术。图Ⅰ和图Ⅱ共同用到的生物工程技术有__________、__________和__________。‎ ‎(2)图Ⅱ中，首先要用激素对C羊和代孕羊H进行__________处理，然后用促性腺激素处理C羊获得大量卵子，体外受精前应对精子进行__________处理，选择处于__________期的卵母细胞与处理后的精子在体外完成受精得到受精卵F。‎ 8‎ ‎(3)图Ⅱ中，过程d的操作，在相应酶处理后一般选用__________作为外源基因的载体，通过显微注射法导入受精卵F中。外源基因是否导入受精卵并稳定遗传，可以采用__________方法对b过程产生的细胞进行检测。‎ ‎(4)细胞E和F一般在体外培养到__________期即可移植到代孕母体子宫内。‎ 解析：(1)图Ⅰ中a表示核移植过程，b表示早期胚胎培养过程，c表示胚胎移植过程，因此小羊X是采用核移植和胚胎移植技术等产生的克隆羊；图Ⅱ中a表示体外受精过程，b表示早期胚胎培养过程，c表示胚胎移植过程，d过程采用了转基因技术，因此小羊Y是采用体外受精、基因工程和胚胎移植技术等产生的转基因试管羊。图Ⅰ与图Ⅱ均采用了动物细胞培养、早期胚胎培养和胚胎移植技术。(2)图Ⅱ中，首先要用激素对C羊和代孕羊H进行同期发情处理；后用促性腺激素实现超数排卵，MⅡ中期的卵母细胞具备与获能精子在体外完成受精的能力。(3)图Ⅱ中，过程d表示将目的基因导入受体细胞，该过程一般选用质粒作为外源基因的载体，显微注射法是将目的基因导入动物细胞的最有效方法；检测外源基因是否导入受精卵，可采用DNA分子杂交技术(基因探针技术)。(4)早期胚胎需在体外培养到桑椹胚或囊胚期才可移植到代孕母体子宫内。‎ 答案：(1)动物体细胞核移植　动物细胞培养　早期胚胎培养　胚胎移植　(2)同期发情　获能　MⅡ中　(3)质粒　DNA分子杂交　(4)桑椹胚或囊胚 ‎5．如图表示培育转基因克隆羊和胚胎工程的部分操作流程，其中字母代表有关结构或个体，数字代表过程、方法。请据图回答：‎ ‎(1)图中过程①～⑦所涉及的生物技术有______________________________(两种即可)。‎ ‎(2)通过①、②过程获取分散的细胞时，用到的酶是________________________，培养的细胞在充满培养皿底时停止分裂，这种现象称为______________________。‎ ‎(3)动物细胞培养过程中应将细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是__________________________________________________________。‎ 此培养过程中为防止杂菌感染，需要添加一定量的________________。‎ ‎(4)早期胚胎可通过[　]________________技术移入代孕母体子宫内继续发育，该技术在生产实践中的意义在于__________________________________________________________。‎ ‎(5)通常用去核的卵母细胞作为受体细胞。此时的卵母细胞应该培养到________________(细胞分裂方式及时期)。f细胞在形态上的特点是 ‎__________________________________________________________。‎ 8‎ 解析：(1)图中①为动物细胞培养获得细胞群，②是用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理获得单个细胞，③、④为体细胞核移植获得重组细胞的过程，⑤是早期胚胎培养过程，⑥为胚胎移植，⑦为从早期胚胎中获取胚胎干细胞。(2)培养的细胞在充满培养皿底时会出现接触抑制现象，细胞分裂会停止。(3)图中动物细胞培养过程中应将细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是维持培养液的pH，为细胞培养提供稳定的环境。培养过程中为防止杂菌感染，需要添加一定量的抗生素。(4)早期胚胎可通过胚胎移植技术移入受体子宫内进行发育，胚胎移植技术可以提高优良母畜的繁殖率。(5)用去核卵母细胞作为受体，此时的卵母细胞应处于减数第二次分裂中期。f细胞是胚胎干细胞，在形态上的特点是体积小、细胞核大、核仁明显。‎ 答案：(1)动物细胞培养、早期胚胎培养、胚胎移植、细胞核移植　(2)胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)　接触抑制　(3)维持培养液的pH　抗生素　(4)⑥　胚胎移植　提高优良母畜的繁殖率　(5)减数第二次分裂的中期　体积小、细胞核大、核仁明显 ‎6．(2019·梅州一模)电影中，“蜘蛛侠”能产生高强度的蜘蛛丝，现实中的基因工程也创造出了“蜘蛛羊”。该羊的乳汁中含有蛛丝蛋白，高强度的蛛丝蛋白可制成防弹背心、降落伞绳等用于许多重要的特种工业领域，还可被制成人造韧带和人造肌腱等医学用品为人类健康带来福音。生产流程如图，请回答相关问题：‎ ‎(1)为保证实验成功，产生蛛丝蛋白的基因需要从__________(填“基因组”或“cDNA”)文库中获取。‎ ‎(2)将蛛丝蛋白基因和运载体通过甲过程形成的X为______________________，该过程通常用相同的限制酶进行切割，原因是____________________________________。‎ ‎(3)细胞培养过程中，为防止代谢产物积累对细胞造成伤害，应采取的措施是__________________，将细胞置于5% CO2气体环境中的目的是____________________。‎ ‎(4)在早期胚胎的培养中，因为我们对细胞所需的营养条件还没有完全搞清楚，因此往往还需要添加______________。将获得的重组细胞培养成早期胚胎后，需要移植到经过____________处理的代孕母羊子宫内。‎ ‎(5)蜘蛛羊的性状除了能产生蛛丝蛋白外，与提供ES受体细胞的个体不完全相同的原因有____________________________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。(答出两点即可)‎ 解析：‎ 8‎ ‎(1)cDNA文库是利用mRNA反转录获得的，除去了基因结构中内含子的干扰，实验容易成功。(2)甲表示基因表达载体的构建过程，因此该过程形成的X为基因表达载体；构建基因表达载体时通常用相同的限制酶进行切割，这样可以使目的基因和运载体有相同的黏性末端，便于连接。(3)细胞培养过程中，为防止代谢产物积累对细胞造成伤害，应定期更换培养液；将细胞置于5% CO2气体环境中的目的是维持pH的相对稳定。(4)在早期胚胎的培养中，因为我们对细胞所需的营养条件还没有完全搞清楚，因此往往还需要添加动物血清。将获得的重组细胞培养成早期胚胎后，需要移植到经过同期发情处理的代孕母羊子宫内。(5)蜘蛛羊的性状除了能产生蛛丝蛋白外，与提供ES受体细胞的个体不完全相同的原因有：蜘蛛羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞；性状是基因与环境共同作用的结果；个体发育过程中有可能发生基因突变(变异)等。‎ 答案：(1)cDNA　(2)(蛛丝蛋白)基因表达载体　使目的基因和运载体有相同的黏性末端，便于连接　(3)定期更换培养液　维持pH的相对稳定　(4)动物血清　同期发情　(5)蜘蛛羊的细胞质遗传物质来自受体卵母细胞；性状是基因与环境共同作用的结果；个体发育过程中有可能发生基因突变(变异)等 ‎7．(2019·河南许昌一中模拟)长江的水体污染主要是由于流入长江的次级河流在流经城镇时，城市中的生活污水、工业废水大量排入河流，造成河流污染。某小组利用人工浮床技术对次级河流中水质净化分析，实验装置如图：‎ ‎(1)图中植物的作用是________________________________________。‎ 该植物采收后，不可以直接用作________，可干燥处理后用来提取____________等金属。‎ ‎(2)此案例属____________生态工程的实例，它遵循的生态工程原理是____________(写一个即可)。‎ ‎(3)该小组利用人工浮床开展了“茭白和菖蒲对生活污水净化效果”的研究，你认为该实验装置应该准备________组，应采取的处理措施是_________________________。‎ ‎(4)为了避免实验误差，你认为每个实验装置中的植物株数应____________。‎ ‎(5)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度。其原因是__________________________________________________________‎ ‎__________________________________________________________。‎ 解析：‎ 8‎ ‎(1)人工浮床的原理就是利用浮床植物发达的根系吸附大量悬浮物，靠其中的微生物降解和吞噬作用净化水中的污染物，其次浮床植物在生长过程中还能利用水中的氮、磷污染物；另外人工浮床通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖，可有效防止“水华”发生，提高水的透明度；可干燥处理后用来提取Cu、Zn、Hg、Pb等金属，则该植物不适合做家畜饲料，防止随着食物链进行生物富集，对人体造成伤害。(2)人类对城市生活污水的治理应用了生态工程的协调与平衡原理、整体性原理等。(4)为了避免实验误差，每个实验装置中的植物株数应相等且多数。(5)该工程能有效防止“水华”发生，提高水体的透明度。其原因是一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖。‎ 答案：(1)利用水中的化学元素　饲料　铜、锌、汞　(2)城市环境　协调与平衡原理、整体性原理、物质循环再生原理等(写出一个即可)　(3)4　一组只栽茭白，一组只栽菖蒲，一组栽混合等量的茭白和菖蒲，一组空白对照(不栽植物)　(4)相等且多数　(5)一方面浮床植物在生长过程中能利用水中的氮、磷污染物，减少藻类生长所需的无机盐；另一方面又能通过遮光作用来抑制水体中藻类的生长繁殖 ‎8．2018年我国研究人员在世界上率先利用去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，经体细胞核移植技术培育出第一批灵长类动物食蟹猴，可作为研究癌症等人类疾病的动物模型。下图为体细胞核移植技术培育食蟹猴的操作过程，请回答：‎ ‎(1)2001年，美国科学家已经培育出胚胎细胞核移植猴。获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植，原因是______________________。‎ ‎(2)进行过程①时，为提供成纤维细胞培养所需的无毒环境，应进行的实验措施是__________，其目的是______________________。‎ ‎(3)据图分析，过程③是利用__________法将成纤维细胞注入猴去核的MⅡ中期卵母细胞的________。‎ ‎(4)图中过程⑤的实质是早期胚胎在__________条件下空间位置的转移。‎ ‎(5)上述实验的突破之处是使用了去甲基化酶(Kd4d)的mRNA，在确定其作用时，研究人员用正常培养液培养融合细胞得到A组实验数据，用正常培养液培养向融合细胞中注入去甲基化酶(Kd4d)的mRNA的融合细胞得到B组实验数据。‎ 下图中X为融合细胞发育成的胚胎数、Y为囊胚数、Z为内细胞团数。分析实验数据可知，Kd4d的mRNA的作用是既能提高__________又能提高__________。‎ 8‎ 解析：(1)由于体细胞分化程度高，恢复其全能性较难，所以获得食蟹猴的体细胞核移植技术难度明显高于胚胎细胞核移植。(2)过程①表示动物细胞培养，为了提供细胞培养所需的无毒环境，应该定期更换培养液，以防止成纤维细胞代谢产物的积累对细胞自身造成危害。(3)图中过程③表示利用显微注射法将成纤维细胞注入猴去核的MⅡ中期卵母细胞的卵细胞膜与透明带之间。(4)过程⑤表示胚胎移植，其实质是早期胚胎在相同生理条件下空间位置的转移。(5)据图分析，B组的囊胚成活率、内细胞团成活率都明显高于A组，说明Kd4d的mRNA既能提高融合细胞发育成囊胚的成功率，又能提高囊胚中内细胞团的形成率。‎ 答案：(1)体细胞分化程度高，恢复其全能性较难　(2)定期更换培养液　防止成纤维细胞代谢产物的积累对细胞自身造成危害　(3)显微注射　卵细胞膜与透明带之间　(4)相同生理　(5)融合细胞发育成囊胚的成功率　囊胚中内细胞团的形成率 8‎