高中生物实验题

基因工程：制备新型酵母菌

（1）已知酵母菌不能吸收淀粉，若想使新型酵母菌可以直接利用淀粉发酵，则应导入多步分解淀粉所需的多种酶，推测这些酶生效的场所应该是＿＿＿＿＿。（填“细胞内”和“细胞外”）

（2）同源切割是一种代替限制酶、 $DNA$连接酶将目的基因导入基因表达载体的方法。当目的基因两侧的小段序列与基因表达载体上某序列相同时，就可以发生同源切割，将目的基因直接插入。研究人员运用同源切割的方式，在目的基因两端加上一组同源序列 $A﹣B$，已知酵母菌体内 $DNA$有许多 $A﹣B$序列位点可以同源切割插入。构建完成的目的基因结构如图甲，则应选择图中的引物＿＿＿＿＿对目的基因进行 $PCR$。

（3）已知酵母菌不能合成尿嘧啶，因此尿嘧啶合成基因（ $UGA$）常用作标记基因，又知尿嘧啶可以使 $5﹣$氟乳清酸转化为对酵母菌有毒物质。

（i）导入目的基因的酵母菌应在＿＿＿＿＿的培养基上筛选培养。由于需要导入多种酶基因，需要多次筛选，因此在导入一种目的基因后，要切除 $UGA$基因，再重新导入。研究人员在 $UGA$基因序列两端加上酵母菌 $DNA$中不存在的同源 $C.C\prime$序列，以便对 $UGA$基因进行切除。 $C.C\prime$的序列方向将影响切割时同源序列的配对方式，进而决定 $DNA$片段在切割后是否可以顺利重连，如图乙，则应选择方式＿＿＿＿＿进行连接。

（ii）切去 $UGA$基因的酵母菌应在＿＿＿＿＿的培养基上筛选培养。

（4）综上，目的基因、标记基因和同源序列在导入酵母菌的基因表达载体上的排列方式应该如图丙中的图＿＿＿＿＿。

某植物四号染色体上面的 $A$基因可以指导植酸合成，不能合成植酸的该种植物会死亡。现有 $A^{3﹣}$和 $A{25}^{﹣}$两种分别由 $A$基因缺失 $3$个和 $25$个碱基对产生的基因，已知前者不影响植酸合成，后者效果未知。

（1）现有基因型为 $A{A}^{25﹣}$的植物，这两个基因是＿＿＿＿＿基因。该植物自交后代进行 $PCR$，正向引物与 $A{25}^{﹣}$缺失的碱基配对，反向引物在其下游 $0.5kb$处， $PCR$后进行电泳，发现植物全部后代 $PCR$产物电泳结果均具有明亮条带，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，其中明亮条带分为较明亮和较暗两种，其中较明亮条带代表基因型为＿＿＿＿＿的植物，比例为＿＿＿＿＿。

（2）将一个 $A$基因导入基因型为 $A^{3﹣}{A}^{25﹣}$的植物的6号染色体，构成基因型为 $A^{3﹣}{A}^{25﹣}A$的植物、该植物自交子代中含有 $A^{25﹣}{A}^{25﹣}$的比例是＿＿＿＿＿。

（3）在某逆境中，基因型为 $A^{3﹣}{A}^{3﹣}$的植物生存具有优势，现有某基因型为 $A^{3﹣}A$的植物，若该种植物严格自交，且基因型为 $A^{3﹣}{A}^{3﹣}$的植物每代数量增加 $10\%$，补齐表格中，子一代基因频率数据（保留一位小数）：

代	亲代	子一代	子二代
A基因频率	50%	＿＿＿＿＿%	46.9%
A^3^﹣基因频率	50%	＿＿＿＿＿%	53.1%

基因频率改变，是＿＿＿＿＿的结果。

研究人员探究植物根部生长素运输情况，得到了生长素运输方向示意图（图1）

（1）生长素从根尖分生区运输到伸长区的运输类型是＿＿＿＿＿。

（2）图2是正常植物和某蛋白N对应基因缺失型的植物根部大小对比及生长素分布对比，据此回答：

（i）N蛋白基因缺失，会导致根部变短，并导致生长素在根部＿＿＿＿＿处（填“表皮”或“中央”）运输受阻。

（ii）如图3，在正常植物细胞中， $PIN2$蛋白是一种主要分布在植物顶膜的蛋白，推测其功能是将生长素从细胞＿＿＿＿＿运输到细胞＿＿＿＿＿，根据图3，N蛋白缺失型的植物细胞中， $PIN2$蛋白分布特点为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）根据上述研究，推测N蛋白的作用是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，从而促进了伸长区细胞伸长。

某种蜂将幼虫生产在某种寄主动物的身体里，研究人员发现幼虫羽化成功率与寄主肠道菌群有关，得到如下表结论：

菌种	1	2	3	4	5	6
醋酸杆菌A	+	﹣	+	+	+	+
芽孢杆菌B	+	﹣	﹣	+	﹣	﹣
菌C	+	﹣	﹣	﹣	+	﹣
菌D	+	﹣	﹣	﹣	﹣	+

注：+代表存在这种菌，﹣代表不存在这种菌

（1）根据第＿＿＿＿＿列，在有菌A的情况下，菌＿＿＿＿＿会进一步促进提高幼蜂羽化率。

（2）研究人员对幼蜂寄生可能造成的影响进行研究。

（i）研究发现幼蜂会分泌一种物质，类似于人体内胰岛素的作用，则其作用可以是促进＿＿＿＿＿物质转化为脂质。

（ii）研究还发现，幼蜂的存在会导致寄主体内脂肪酶活性降低，这是通过＿＿＿＿＿的方式使寄主积累脂质。

（iii）研究还需要知道幼蜂是否对寄主体内脂质合成量有影响，结合以上实验结果，请设计实验探究：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

[生物——选修3：现代生物科技专题]

GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以 $GFP$基因为材料，利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白，丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。

（1）构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体，并转入大肠杆菌制备出 $GFP$基因的突变基因文库。通常，基因文库是指＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）构建目的基因表达载体。科研人员从构建的 $GFP$突变基因文库中提取目的基因（均为突变基因）构建表达载体，其模式图如下所示（箭头为GFP突变基因的转录方向）。图中①为＿＿＿＿＿＿＿，②为＿＿＿＿＿＿＿，其作用是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因，其作用是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达，发现大肠杆菌有的发绿色荧光，有的发黄色荧光，有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析，发绿色荧光的可能原因是＿＿＿＿＿＿＿（答出1点即可）。

（4）新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后，对其所含的 $GFP$突变基因进行测序，发现其碱基序列与 $GFP$基因的不同，将该 $GFP$突变基因命名为 $YFP$基因（黄色荧光蛋白基因）。若要通过基因工程的方法探究 $YFP$基因能否在真核细胞中表达，实验思路是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

[生物——选修1：生物技术实践]

某研究小组设计了一个利用作物秸秆生产燃料乙醇的小型实验。其主要步骤是：先将粉碎的作物秸秆堆放在底部有小孔的托盘中，喷水浸润、接种菌 $T$，培养一段时间后，再用清水淋洗秸秆堆（清水淋洗时菌 $T$不会流失），在装有淋洗液的瓶中接种酵母菌，进行乙醇发酵（酒精发酵）。实验流程如图所示。

回答下列问题。

（1）在粉碎的秸秆中接种菌 $T$，培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）采用液体培养基培养酵母菌，可以用淋洗液为原料制备培养基，培养基中还需要加入氮源等营养成分，氮源的主要作用是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（答出1点即可）。通常，可采用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。在使用该方法时，为了达到良好的灭菌效果，需要注意的事项有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（答出2点即可）。

（3）将酵母菌接种到灭菌后的培养基中，拧紧瓶盖，置于适宜温度下培养、发酵。拧紧瓶盖的主要目的是 ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。但是在酵母菌发酵过程中，还需适时拧松瓶盖，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。发酵液中的乙醇可用＿＿＿＿＿＿＿溶液检测。

（4）本实验收集的淋洗液中的＿＿＿＿＿＿＿可以作为酵母菌生产乙醇的原料。与以粮食为原料发酵生产乙醇相比，本实验中乙醇生产方式的优点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

某种观赏植物的花色有红色和白色两种。花色主要是由花瓣中所含色素种类决定的，红色色素是由白色底物经两步连续的酶促反应形成的，第1步由酶 $1$催化，第2步由酶 $2$催化。其中酶1的合成由 $A$基因控制，酶 $2$的合成由 $B$基因控制。现有甲、乙两个不同的白花纯合子，某研究小组分别取甲、乙的花瓣在缓冲液中研磨，得到了甲、乙花瓣的细胞研磨液，并用这些研磨液进行不同的实验。

实验一：探究白花性状是由 $A$或 $B$基因单独突变还是共同突变引起的

①取甲、乙的细胞研磨液在室温下静置后发现均无颜色变化。

②在室温下将两种细胞研磨液充分混合，混合液变成红色。

③将两种细胞研磨液先加热煮沸，冷却后再混合，混合液颜色无变化。

实验二：确定甲和乙植株的基因型

将甲的细胞研磨液煮沸，冷却后与乙的细胞研磨液混合，发现混合液变成了红色。

回答下列问题。

（1）酶在细胞代谢中发挥重要作用，与无机催化剂相比，酶所具有的特性是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（答出3点即可）；煮沸会使细胞研磨液中的酶失去催化作用，其原因是高温破坏了酶的＿＿＿＿＿＿＿。

（2）实验一②中，两种细胞研磨液混合后变成了红色，推测可能的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）根据实验二的结果可以推断甲的基因型是＿＿＿＿＿＿＿，乙的基因型是＿＿＿＿＿＿＿；若只将乙的细胞研磨液煮沸，冷却后与甲的细胞研磨液混合，则混合液呈现的颜色是＿＿＿＿＿＿＿。

人体心脏和肾上腺所受神经支配的方式如图所示。回答下列问题。

（1）神经元未兴奋时，神经元细胞膜两侧可测得静息电位。静息电位产生和维持的主要原因是＿＿＿＿＿＿＿。

（2）当动脉血压降低时，压力感受器将信息由传入神经传到神经中枢，通过通路 $A$和通路 $B$使心跳加快。在上述反射活动中，效应器有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。通路 $A$中，神经末梢释放的可作用于效应器并使其兴奋的神经递质是＿＿＿＿＿＿＿。

（3）经过通路 $B$调节心血管活动的调节方式有＿＿＿＿＿＿＿。

植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收 $K^{+}$。有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的 $60\%$左右，回答下列问题。

（1）气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、＿＿＿＿＿＿＿（答出2点即可）等生理过程。

（2）红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收 $K^{+}$。请推测该研究小组得出这一结论的依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔＿＿＿＿＿＿＿（填“能”或“不能”）维持一定的开度。

科研人员构建了可表达 $J﹣V5$融合蛋白的重组质粒并进行了检测，该质粒的部分结构如图甲所示，其中 $V5$编码序列表达标签短肽V5。

（1）与图甲中启动子结合的酶是＿＿＿＿＿＿。除图甲中标出的结构外，作为载体，质粒还需具备的结构有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（答出2个结构即可）。

（2）构建重组质粒后，为了确定 $J$基因连接到质粒中且插入方向正确，需进行 $PCR$检测，若仅用一对引物，应选择图甲中的引物＿＿＿＿＿＿。已知 $J$基因转录的模板链位于b链，由此可知引物 $F1$与图甲中J基因的＿＿＿＿＿＿（填“a链”或“b链”）相应部分的序列相同。

（3）重组质粒在受体细胞内正确表达后，用抗 $J$蛋白抗体和抗 $V5$抗体分别检测相应蛋白是否表达以及表达水平，结果如图乙所示。其中，出现条带 $1$证明细胞内表达了＿＿＿＿＿＿，条带 $2$所检出的蛋白＿＿＿＿＿＿（填“是”或“不是”）由重组质粒上的J基因表达的。

研究群落中植物类群的丰富度时；不仅要统计物种数，还要统计物种在群落中的相对数量。群落中某一种植物的个体数占该群落所有植物个体数的百分比可用相对多度表示。在某退耕农田自然演替过程中，植物物种甲、乙和丙分别在不同阶段占据优势，它们的相对多度与演替时间的关系如图所示。

（1）该群落演替与在火山岩上进行的群落演替相比，除了演替起点的不同，区别还在于该群落演替类型＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（答出2点区别即可）

（2）在研究该群落植物类群丰富度的过程中，统计丙的相对数量采用了记名计算法。根据记名计算法适用对象的特点分析，丙的特点是＿＿＿＿＿＿。

（3）据图分析，第 $30$年至第 $50$年乙种群密度的变化是＿＿＿＿＿＿（填“增大”“减小”或“不能确定”），原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）该农田退耕前后的变化，说明人类活动对群落演替的影响是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

单个精子的 $DNA$提取技术可解决人类遗传学研究中因家系规模小而难以收集足够数据的问题。为研究 $4$对等位基因在染色体上的相对位置关系，以某志愿者的若干精子为材料，用以上 $4$对等位基因的引物，以单个精子的 $DNA$为模板进行PCR后，检测产物中的相关基因，检测结果如表所示。已知表中该志愿者 $12$个精子的基因组成种类和比例与该志愿者理论上产生的配子的基因组成种类和比例相同；本研究中不存在致死现象，所有个体的染色体均正常，各种配子活力相同。

等位基因		A	a	B	b	D	d	E	e
单个精子编号	1		+	+			+
	2		+	+			+		+
	3		+	+			+
	4		+	+			+		+
	5		+	+		+
	6		+	+		+			+
	7	+			+		+
	8	+			+		+		+
	9	+			+	+
	10	+			+	+			+
	11	+			+	+
	12	+			+	+			+

注：“+”表示有，空白表示无

（1）表中等位基因 $A、a$和 $B、b$的遗传＿＿＿＿＿＿（填“遵循”或“不遵循”）自由组合定律，依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。据表分析，＿＿＿＿＿＿（填“能”或“不能”）排除等位基因 $A、a$位于 $X、Y$染色体同源区段上。

（2）已知人类个体中，同源染色体的非姐妹染色单体之间互换而形成的重组型配子的比例小于非重组型配子的比例。某遗传病受等位基因 $B、b$和 $D、d$控制，且只要有 $1$个显性基因就不患该病。该志愿者与某女性婚配，预期生一个正常孩子的概率为 $\frac{17}{18}$，据此画出该女性的这 $2$对等位基因在染色体上的相对位置关系图：＿＿＿＿＿＿。（注：用“”形式表示，其中横线表示染色体，圆点表示基因在染色体上的位置）。

（3）本研究中，另有一个精子的检测结果是：基因 $A、a，B、b$和 $D、d$都能检测到。已知在该精子形成过程中，未发生非姐妹染色单体互换和染色体结构变异。从配子形成过程分析，导致该精子中同时含有上述 $6$个基因的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）据表推断，该志愿者的基因e位于＿＿＿＿＿＿染色体上。现有男、女志愿者的精子和卵细胞各一个可供选用，请用本研究的实验方法及基因E和e的引物，设计实验探究你的推断。

①应选用的配子为：＿＿＿＿＿＿；

②实验过程：略；

③预期结果及结论：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

研究显示，糖尿病患者由于大脑海马神经元中蛋白 $Tau$过度磷酸化，导致记忆力减退。细胞自噬能促进过度磷酸化的蛋白 $Tau$降解，该过程受蛋白激酶cPKCγ的调控。

为探究相关机理，以小鼠等为材料进行了以下实验。

实验Ⅰ：探究高糖环境和蛋白激酶 $cPKC\gamma$对离体小鼠海马神经元自噬的影响。配制含有 $5mmol/L$葡萄糖的培养液模拟正常小鼠的体液环境。将各组细胞分别置于等量培养液中，A组培养液不处理，B组培养液中加入 $75mmol/L$的 $X$试剂 $1mL$，C组培养液中加入 $75mmol/L$葡萄糖溶液 $1mL$。实验结果见图甲。

实验Ⅱ：通过水迷宫实验检测小鼠的记忆能力，连续 $5$天测量 $4$组小鼠的逃避潜伏期，结果见图乙。逃避潜伏期与记忆能力呈负相关，实验中的糖尿病记忆力减退模型小鼠（ $TD$小鼠）通过注射药物STZ制备。

（1）人体中血糖的来源有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（答出2个方面的来源即可）。已知 $STZ$是通过破坏某种细胞引起了小鼠血糖升高，据此推测，这种细胞是＿＿＿＿＿＿。

（2）实验Ⅰ的C组中，在含 $5mmol/L$葡萄糖的培养液中加入 $75mmol/L$葡萄糖溶液后，细胞吸水、体积变大，说明加入该浓度葡萄糖溶液后培养液的渗透压＿＿＿＿＿＿（填“升高”或“降低”），B组实验结果可说明渗透压的变化对C组结果＿＿＿＿＿＿（填“有”或“没有”）干扰。图甲中，A组和C组的实验结果说明蛋白激酶 $cPKC\gamma$对海马神经元自噬水平的影响是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）图乙中a、b两条曲线所对应的实验动物分别是＿＿＿＿＿＿（填标号）。

①正常小鼠

②敲除 $cPKC\gamma$基因的小鼠

③ $TD$小鼠

④敲除 $cPKC\gamma$基因的 $TD$小鼠

（4）对 $TD$小鼠进行干预后，小鼠的记忆能力得到显著提高。基于本研究，写出2种可能的干预思路：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

当植物吸收的光能过多时，过剩的光能会对光反应阶段的 $PSⅡ$复合体（ $PSⅡ$）造成损伤，使 $PSⅡ$活性降低，进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭（ $NPQ$）将过剩的光能耗散，减少多余光能对 $PSⅡ$的损伤。已知拟南芥的 $H$蛋白有 $2$个功能：①修复损伤的 $PSⅡ$；②参与 $NPQ$的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的 $PSⅡ$均造成了损伤。

（1）该实验的自变量为＿＿＿＿＿＿。该实验的无关变量中，影响光合作用强度的主要环境因素有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（答出2个因素即可）。

（2）根据本实验，＿＿＿＿＿＿（填“能”或“不能”）比较出强光照射下突变体与野生型的 $PSⅡ$活性强弱，理由是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）据图分析，与野生型相比，强光照射下突变体中流向光合作用的能量＿＿＿＿＿＿（填“多”或“少”）。若测得突变体的暗反应强度高于野生型，根据本实验推测，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

为了将某纳米抗体和绿色荧光蛋白基因融合表达，运用重组酶技术构建质粒，如图1所示。请回答下列问题：

（1）分别进行 $PCR$扩增片段 $F1$与片段 $F2$时，配制的两个反应体系中不同的有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，扩增程序中最主要的不同是＿＿＿＿＿＿。

（2）有关基因序列如图2。引物 $F2﹣F、F1﹣R$应在下列选项中选用＿＿＿＿＿＿。

A．	$ATGGTG﹣﹣﹣﹣﹣CAACCA$
B．	$TGGTTG﹣﹣﹣﹣CACCAT$
C．	$GACGAG﹣﹣﹣CTGCAG$
D．	$CTGCAG﹣﹣﹣﹣﹣CTCGTC$

（3）将 $PCR$产物片段与线性质粒载体混合后，在重组酶作用下可形成环化质粒，直接用于转化细菌。这一过程与传统重组质粒构建过程相比，无需使用的酶主要有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选，下列叙述错误的有＿＿＿＿＿＿。

A．	稀释涂布平板需控制每个平板 $30～300$个菌落
B．	抗性平板上未长出菌落的原因一般是培养基温度太高
C．	抗性平板上常常会出现大量杂菌形成的菌落
D．	抗性平板上长出的单菌落无需进一步划线纯化

（5）为了验证平板上菌落中的质粒是否符合设计，用不同菌落的质粒为模板，用引物 $F1﹣F$和 $F2﹣R$进行了 $PCR$扩增，质粒 $P1～P4$的扩增产物电泳结果如图3。根据图中结果判断，可以舍弃的质粒有＿＿＿＿＿＿。

（6）对于 $PCR$产物电泳结果符合预期的质粒，通常需进一步通过基因测序确认，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。