必考題型五生物工程【真題示例】(2024·廣東高考T21·13分)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,將其轉入駒形桿菌后構建出一株能合成BC膜并可實現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(圖一)?。回答下列問題:(1)研究者優化了培養基的碳源、氮源(答兩點)等營養條件?,并控制環境條件,大規模培養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)。(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控的基因表達載體(光控原理見圖二a,載體的部分結構見圖二b)。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)?。為實現藍光控制染色,啟動子①②及③依次為PT7、PBAD和PBAD,理由是基因2和3正常表達無活性產物,被藍光激活后再啟動基因1表達。(3)光控表達載體攜帶大觀霉素(抗生素)抗性基因。長時間培養時在培養液中加入大觀霉素?,其作用為抑制雜菌;去除丟失質粒的菌株(答兩點)。(4)根據預設的圖案用藍光照射已長出的BC菌膜并繼續培養一段時間,隨后將其轉至染色池處理,發現只有經藍光照射的區域被染成黑色?,其原因是該處細胞中T7RNAP激活,酪氨酸酶表達并合成黑色素。(5)有企業希望生產其他顏色圖案的BC膜?。按照上述菌株的構建模式提出一個簡單思路:將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶(或將酪氨酸酶替換成不同顏色蛋白)?！緦彺鹚季S】關鍵信息信息轉化?在微生物培養中,碳源和氮源是培養基中至關重要的成分,它們為微生物的生長和代謝提供必要的碳和氮元素。通過優化這些營養條件,可以促進工程菌株的更好生長和BC膜的高效合成?+圖二啟動子是基因表達調控的關鍵元件,可以控制基因轉錄的起始。PT7啟動子特異性被T7RNAP識別,而PBAD啟動子被工程菌自身的RNA聚合酶識別。利用這兩種啟動子的組合,可以實現在藍光照射下特異性激活基因表達,從而實現光控染色?抗生素抗性基因常被用作篩選標記,在基因工程中用于篩選已成功轉入基因的細胞或菌株。在這里,大觀霉素抗性基因的作用是篩選出成功整合了光控表達載體的工程菌株,并在后續培養過程中抑制雜菌生長,確保菌株的純凈性?+?+圖一這一現象說明藍光能夠激活T7RNAP,進而啟動特定基因(酪氨酸酶基因)的表達。酪氨酸酶催化酪氨酸生成黑色素,導致被藍光照射的區域呈現黑色。這一結果表明光控表達系統成功地實現了對細菌纖維素膜的可控染色?這一信息提示我們可以通過修改或替換表達載體中的特定基因(如酪氨酸酶基因),來實現對BC膜顏色的調控。例如,通過替換為能夠催化紅色素或藍色素等合成的酶基因,就可以獲得具有不同顏色圖案的BC膜,滿足不同的生產需求【閱卷現場】【評分細則】(1)碳源、氮源(2分,順序可顛倒)(2)PT7、PBAD和PBAD(3分,順序不可顛倒)基因2和3正常表達無活性產物,被藍光激活后再啟動基因1表達(2分)(3)抑制雜菌;去除丟失質粒的菌株(2分,順序可顛倒)(4)該處細胞中T7RNAP激活,酪氨酸酶表達并合成黑色素(2分)(5)將酪氨酸酶替換成催化其他色素合成的酶(或將酪氨酸酶替換成不同顏色蛋白)(2分)【失分警示】1.在解答這類題目時,首先要深入理解題干中提到的技術原理和實驗目的。例如,對于光控表達載體的構建和功能,需要清楚理解其背后的基因調控機制。若對基因工程或生物學基礎知識掌握不牢,可能會導致對題目理解不透,進而失分。2.在答題過程中,要注意題目中的每一個細節,如啟動子的選擇、基因的功能等。這些看似微小的細節往往是解題的關鍵。若忽略這些細節,可能會使答案偏離正確的方向。3.在書寫答案時,要使用專業術語,表述清晰準確。同時,要注意邏輯性和條理性,使答案易于理解和評分。若答案表述混亂或缺乏邏輯性,可能會使閱卷老師難以把握答題要點,導致失分。【答題規則】規則1:專業術語表述準確無誤。在涉及特定技術、基因、蛋白質等生物學名詞時,應確保使用專業術語進行準確描述。這不僅體現了答題者對于專業知識的理解和應用,也有助于提升答案的權威性和可信度。規則2:根據題干中的關鍵信息提示答題。首先要仔細閱讀題干,找出其中的關鍵信息。這些關鍵信息往往直接指向了答案的方向或內容。通過準確理解和分析這些信息,可以幫助我們更加快速、準確地找到答案。規則3:識圖時需找出各個組分之間的聯系與區別。在涉及圖表、示意圖等圖形信息的題目時,要特別注意觀察和分析圖形中的各個組分。不僅要理解每個組分的含義和作用,還要找出它們之間的聯系和區別。角度一發酵工程1.★★(傳統發酵技術及應用、微生物的純培養)我國傳統的果蔬發酵制作工藝歷史悠久、品類繁多,如四川泡菜、東北酸菜、西北漿水和南方腌菜等?？茖W工作者將益生菌發酵技術引入果蔬食品精深加工領域,利用乳酸菌發酵果蔬的基本流程如圖所示?；卮鹣铝袉栴}:選育菌種→擴大培養→接種發酵→分離提純→獲得產品(1)傳統果酒發酵過程中,果漿糖類為酵母菌的生長提供了碳源。發酵過程中,若要檢測發酵液中酵母菌的數量,可采用顯微鏡直接計數的方法。(2)傳統泡菜發酵過程中,要注意控制腌制的時間、溫度和食鹽的用量。運用生物技術發酵時,除了給乳酸菌提供主要營養物質,還需要在培養液中添加維生素,以滿足其對特殊營養的需求。(3)選育出合格的菌種是果蔬發酵研究的前提,獲得純培養物的關鍵是防止雜菌污染。從陳年泡菜液中分離純化乳酸菌時,首先要對泡菜液進行梯度稀釋,原因是陳年泡菜液中乳酸菌濃度高,直接培養很難分離得到單菌落。(4)分離純化乳酸菌所用的固體培養基中因含有碳酸鈣而不透明,乳酸能溶解碳酸鈣?？筛鶕该魅χ睆脚c菌落直徑的比值大小來篩選產乳酸能力強的菌株進行果蔬發酵。2.★★★(培養基的成分及其功能以及微生物的接種方法)研究人員欲從土壤中篩選高淀粉酶活性的細菌(目標菌),并對其進行研究。回答下列問題:(1)在細菌篩選過程中,將土壤樣品稀釋液接種至以淀粉為唯一碳源的固體培養基上進行培養,除碳源外,該培養基還含有氮源、水、無機鹽和瓊脂(凝固劑)。為防止雜菌污染,要對培養基和培養皿等進行滅菌,調pH應在滅菌前(填“前”或“后”)。(2)進行微生物菌種純化時,為得到單菌落,最常用的兩種接種方法是稀釋涂布平板法和平板劃線法。(3)從土壤中篩選目標菌時,加碘液染色后,平板上出現了A、B和C三種菌落(如圖1所示)。如果要得到淀粉酶活性最高的菌株,應該選擇B(填“A”“B”或“C”)菌落進一步純化。A菌落經檢測其為硝化細菌,據此說明A菌落能在此培養基上生長且沒有形成透明圈的原因是硝化細菌為自養型細菌,不能產生淀粉酶,但能夠利用空氣中的二氧化碳合成有機物。(4)在研究過程中獲得了3種淀粉酶,其酶活性與反應溫度和pH有關(如圖2和圖3所示),假如要選擇一種耐酸耐高溫的淀粉酶進行后續研究,應該選擇淀粉酶丙(填“甲”“乙”或“丙”),理由是淀粉酶丙的最適溫度最高、最適pH最低,且為酸性。角度二細胞工程3.★★★(植物組織培養及作物脫毒)杜仲是一種名貴的中藥,某科研人員以杜仲莖尖為材料,通過組織培養快速繁殖脫毒杜仲,并進一步研究了植物組織培養的基本培養基中不同瓊脂濃度對杜仲莖尖誘導的影響,獲得了如下實驗結果:瓊脂濃度/(g·L-1)接種數杜仲的莖尖誘導率/%620407207082050請回答下列問題:(1)科研人員先將采來的莖尖用清水沖洗表面,然后用體積分數為70%的酒精消毒30s,體積分數為70%的酒精能夠消毒的原理是使細菌細胞內的蛋白質變性;利用莖尖細胞培養得到的植株病毒含量低的原因是莖尖含病毒極少,甚至不含病毒。(2)植物組織培養的基本培養基的成分一般有水分、無機鹽、蔗糖、維生素、植物激素、瓊脂等,其中瓊脂和蔗糖的作用依次是使培養基呈固體狀態,有利于外植體的生長、提供碳源(和能源)、調節培養基的滲透壓。(3)依據表格信息,瓊脂濃度在7g·L-1時,莖尖誘導率最高。經植物組織培養可再生出新的植株,在此過程中需要換瓶培養,換瓶的主要原因是更換營養物質,改變激素的濃度比例。(4)目前還不能用類似植物組織培養的方法獲得完整的動物個體,用動物體細胞克隆的動物,實際是通過核移植來實現的。進行動物細胞培養時,所需氣體主要有CO2和O2,其中CO2的主要作用是維持培養液的pH。4.★★★(動物細胞融合與單克隆抗體的制備)雙特異性抗體(BsAb)是指一個抗體分子可以與兩個不同抗原或同一抗原的兩個不同抗原表位相結合,雙特異性抗體在自然狀態下并不存在,可以通過重組DNA或細胞融合技術人工制備實現。長春花所含的長春堿具有良好的抗腫瘤作用。圖1是科研人員通過免疫的B淋巴細胞和骨髓瘤細胞雜交技術生產雙特異性抗體的部分過程。圖2是某雙特異性抗體作用圖示?；卮鹣铝袉栴}。(1)早期人們獲得抗體的方法是反復注射某種抗原,從動物血清中分離所需要的抗體。這種方法制備的抗體的特點是產量低,純度低,特異性差。(2)過程④中將雜交瘤細胞進行多倍稀釋,接種在多孔細胞培養板上,使每孔細胞不超過1個,通過培養讓其增殖,然后利用抗原—抗體特異性結合原理檢測各孔上清液中細胞分泌的抗體,篩選出能分泌所需抗體的雜交瘤細胞。(3)據圖回答,雙特異性抗體分別能識別的抗原是癌胚抗原、長春堿。(4)據圖說明該雙特異性單克隆抗體能夠準確抗腫瘤的作用機理:雙特異性單克隆抗體能將長春堿定向帶到腫瘤細胞所在位置,發揮抗癌作用。角度三基因工程5.★★★★(基因表達載體的構建)人的血清白蛋白(HSA)具有重要的醫用價值,研究人員欲用乳腺生物反應器來大量生產HSA。圖1為HSA基因片段和人工構建的大腸桿菌質粒pBR322,其中Ampr表示氨芐青霉素抗性基因,Neor表示新霉素抗性基因,箭頭表示切割形成末端完全不同的4種限制酶的切割位點。HSA只能從血漿中提取,以基因工程技術獲取重組HSA(rHSA)的三條途徑如圖2所示。請回答下列問題:(1)人工構建pBR322質粒除含特定限制酶切割位點、標記基因、復制原點外,還必須有啟動子、終止子(答出兩點)等。(2)據圖1分析,在構建基因表達載體時,選擇限制酶EcoRⅠ和PstⅠ切割質粒和目的基因,可提高目的基因和載體的正確連接率。雙酶切法的優點之一是避免質粒與目的基因之間的反向連接。(3)將農桿菌與水稻受體細胞混合后共同培養,旨在讓Ti質粒的T-DNA進入水稻受體細胞。常用熒光標記的目的基因片段作為探針檢測目的基因是否整合到受體細胞的染色體DNA上。為檢測目的基因的表