生物技术与工程

博观而约取,厚积而薄发----生物技术与工程（发酵工程、细胞工程、基因工程）一、考情概述，题型特点二、典例分析，方法归纳三、高考展望，备考策略考核目标与要求根据普通高等学校对新生思想道德素质和科学文化素质的要求，依据中华人民共和国教育部年颁布的《普通高中课程方案（实验）》和《普通高中生物课程标准（实验）》，确定高考理工类生物学科考试内容高考生物试题注重考查考生的知识、能力和素养，强调理论联系实际，关注生物学科知识在日常生活、生产实践等方面的应用，有利于高校对新生的选拔，有利于培养学生的综合能力和创新思维，激发学生学习生命科学的兴趣，培养实事求是的科学态度，形成正确的价值观，促进学生德智体美劳全面发展。模块整体介绍本模块的内容包括发酵工程、细胞工程、基因工程和生物技术安全与伦理等。生物学知识是生物工程的设计基础，而生物工程则应在法律和伦理的约束下，以人类需求为目标进行产品的开发，进而推动生物学的不断进步，提高人类生活质量。试卷具体考察内容主要考察模块2017全国I卷原因分析、目的基因的获取、载体的选择、微生物作为受体的优点、目的基因的检测与鉴定、理论基础基因工程2017全国II卷原因分析、目的基因的获取、逆转录的原理、构建基因表达载体的目的、DNA连接酶的作用、中心法则（目的基因的检测与鉴定）基因工程2017全国III卷原因分析、起始密码的作用、PCR的条件、动物细胞培养基因工程细胞工程2018全国I卷理论基础、将目的基因导入受体细胞的方法、噬菌体的结构及分类、酶的功能基因工程2018全国II卷限制酶的选择、转录和翻译、目的基因的检测与鉴定、动物体细胞核移植基因工程、细胞工程2018全国III卷体细胞核移植的概念、分类细胞工程2019全国I卷基因文库的分类、PCR技术的反应条件、酶的选择及作用基因工程2019全国II卷微型繁殖、人工种子、作物脱毒、植物组织培养的过程细胞工程（植物组织培养的应用）2019全国III卷植物组织培养的原理、选材、条件、优点细胞工程（植物组织培养）2020全国I卷理论基础、单克隆抗体的原理及流程细胞工程2020全国III卷理论基础及原因分析、重组表达载体、乳腺生物反应器基因工程、胚胎工程2020山东卷原因分析、基因工程的工具、PCR技术基因工程2020北京卷理论基础及实验设计、限制酶的识别位点、工程菌基因工程试卷具体考察内容主要考察模块2017全国I卷微生物的筛选、选择培养基、培养基的组成及作用微生物的培养与应用2017全国II卷发酵过程中的物质变化、菌种的生活方式、培养条件传统发酵技术的应用2017全国III卷选材及原因、处理过程的目的、试剂作用、注意事项植物有效成分的提取2018全国I卷培养基的成分及作用、微生物分离及鉴定的原理、方法、微生物计数的方法微生物的培养与应用2018全国II卷各种消毒、灭菌方法可以处理的材料、原理及操作过程微生物的培养与应用2018全国III卷培养基的选择、微生物生长的条件、原因分析微生物的培养与应用2019全国I卷微生物的分离与培养、培养及成分及作用、接种方法微生物的培养与应用2019全国II卷微生物分离的方法及原理、实验设计、培养基的成分及作用微生物的培养与应用2019全国III卷培养基的成分及作用、操作规范微生物的培养与应用2017海南卷提取方法及原理、种群增长曲线、实验设计植物有效成分的提取2018海南卷实验装置的连接及目的、实验原理传统发酵技术的应用2019海南卷物质提取的原理、试剂作用、发酵工程的原理植物有效成分的提取传统发酵技术的应用2020全国I卷理论基础、微生物的培养及筛选、培养基的组成制备微生物的培养与应用2020全国III卷理论基础及原因分析、果酒果醋的制作原理及流程传统发酵技术的应用2020山东卷选择题、米酒的制作、微生物的培养传统发酵技术的应用微生物的培养与应用选修内容必修模块中相关知识基因工程酶的特性、DNA分子的结构和功能、基因与性状的关系、DNA是主要的遗传物质、基因重组及其意义等蛋白质工程蛋白质的结构和功能、基因指导蛋白质的合成、中心法则等细胞工程细胞的结构、细胞的分化、细胞的全能性、植物的激素调节、免疫调节等胚胎工程配子的形成过程、受精作用、动物的激素调节等生物技术的安全性和伦理问题关注转基因生物和转基因食品的安全性、外来物种入侵等微生物的实验室培养细胞的分子组成、生态系统的物质循环、环境保护传统发酵技术的应用细胞呼吸、种群的数量变化模块知识体系之间的联系考查形式：1.基因工程、细胞工程、传统发酵技术、微生物的培养与应用等理论基础的考查或原因分析2.实验方案设计及评价中国高考评价体系：基础性必备知识的掌握和扎实情况新课程标准：内容要求、关键能力学科核心素养：科学思维、科学探究、社会责任2020山东卷12.我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。《齐民要术》记载：将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。下列说法错误的是A.“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快B.“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的C.“净淘米”是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施D.“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡必备知识：“细胞呼吸”和“发酵工程”情境体验：通过中国古典名著记载的酿酒方法，创设比较新颖的情境，情境的选择呈现了中国璀璨的传统文化，借此培养了学生传承传统文化的社会责任和文化自信。关键能力：考查了学生的题干信息获取的能力核心素养：科学思维、科学探究、社会责任2020山东卷13.两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段必备知识：“植物体细胞杂交”、“染色体变异”和“育种”情境体验：题干情境较为新颖。选项考察内容相对简单，难度较不大。关键能力：考查知识综合运用能力、信息获取能力核心素养：科学思维、社会责任2020山东卷14.经遗传改造的小鼠胚胎干细胞注入囊胚，通过胚胎工程的相关技术可以获得具有不同遗传特性的实验小鼠。下列说法错误的是A.用促性腺激素处理雌鼠可以获得更多的卵子B.体外受精前要对小鼠的精子进行获能处理C.胚胎移植前要检查胚胎质量并在囊胚或原肠胚阶段移植D.遗传改造的小鼠胚胎干细胞可以通过转基因等技术获得必备知识：“胚胎工程”情境体验：借用小鼠胚胎发育设计题干比较简洁，选项设置难度不大。关键能力：考查知识综合运用能力核心素养：科学思维、科学探究【2020山东卷】25.(11分）水稻胚乳含直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉所占比例越小糯性越强。科研人员将能表达出基因编辑系统的DNA序列转入水稻，实现了对直链淀粉合成酶基因（Wx基因）启动子序列的定点编辑，从而获得了3个突变品系。(1)将能表达出基因编辑系统的DNA序列插入Ti质粒构建重组载体时，所需的酶是限制酶和DNA连接酶,重组载体进入水稻细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。(2)根据启动子的作用推测，Wx基因启动子序列的改变影响了RNA聚合酶与启动子的识别和结合,从而改变了Wx基因的转录水平。与野生型水稻相比，3个突变品系中Wx基因控制合成的直链淀粉合成酶的氨基酸序列不发生(填：“发生”或“不发生”）改变，原因是编码直链淀粉合成酶的碱基序列中不含启动子。基因工程的工具：将外源基因插入质粒构建重组载体时，要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶。重组载体（目的基因）进入受体细胞并在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点，如果启动子序列改变将会影响RNA聚合酶与之结合和识别，进而影响基因的转录水平。在真核生物中，编码蛋白质的序列是基因中编码区，编码区中不包括启动子序列，因此直链淀粉合成酶的基因碱基序列中不含有启动子。因此3个突变品系中Wx基因中控制合成直链淀粉酶的氨基酸序列不发生改变。掌握必备知识是关键；建立在对基础知识的理解之上进行考查。(3)为检测启动子变化对Wx基因表达的影响，科研人员需要检测Wx基因转录产生的mRNA(WxmRNA)的量。检测时分别提取各品系胚乳中的总RNA，经逆转录过程获得总cDNA。通过PCR技术可在总cDNA中专一性的扩增出Wx基因的cDNA，原因是引物是根据Wx基因的一段已知序列设计合成的。(4)各品系WxmRNA量的检测结果如右图所示，据图推测糯性最强的品系为品系3，原因是品系3的WxmRNA最少，控制合成的直链淀粉合成酶最少，直链淀粉合成量最少，糯性最强野生型品系1品系2品系31.51.00.50WxmRNA量（相对值）中国高考评价体系：换用的新情境中，考查基础性必备知识，引导学生进行原因分析；审题的重要性！关键能力之阅读能力、题干信息提取能力、语言组织表述能力。第一类对基因工程、细胞工程、传统发酵技术、微生物的培养与应用等理论基础的考查或原因分析本题考查基因工程的基本知识,要求学生掌握基因工程的操作工具和操作步骤是解决问题的关键。识记并理解基因工程中工具酶的种类和作用,把握基因表达载体构建的过程,理解启动子的功能和编码蛋白质的基因的结构,这是该题考查的难点;把握PCR扩增技术的操作过程和引物的作用，这是突破第（3）问的关键。教学对策必备知识是学科素养的强有力支撑。考生注重对基础知识透彻理解，以实现将所学知识融汇贯通。教学中以构建思维导图为主、主干知识为核心、课堂实验为蓝本，强化学生对知识的准确运用和对学生综合运用能力的培养。【2019全国卷二】37.（15分）物质W是一种含氮有机物，会污染土壤。W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌（目标菌）。回答下列问题。（1）要从土壤中分离目标菌，所用选择培养基中的氮源应该是W。（2）在从土壤中分离目标菌的过程中，发现培养基上甲、乙两种细菌都能生长并形成菌落（如图所示）。如果要得到目标菌，应该选择乙菌落进一步纯化，选择的依据是乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌能降解W。目标菌为能降解W的细菌，又因为W为含氮有机物，要利用选择培养基从土壤中分离该目标菌，即需选择该目标菌可利用的氮源，故所用选择培养基中的氮源应该是W。乙菌落周围出现透明圈，说明乙菌落中含有能降解W的目标菌，故应选择乙菌落进一步纯化从而得到目标菌。考查对基础性必备知识的理解，以及在不同于教材情境中对该节课实验内容的掌握，并考查学生对原因的分析。考查学生科学思维、科学探究（3）土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源，请简要写出实验思路、预期结果和结论，即将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上，若细菌能生长，则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源。（4）该小组将人工合成的一段DNA转入大肠杆菌，使大肠杆菌产生能降解W的酶（酶E）。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异，该小组拟进行如下实验，请完善相关内容。①在含有一定浓度W的固体培养基上，A处滴加酶E的缓冲液，B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液，C处滴加缓冲液，三处滴加量相同。②一段时间后，测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈，说明缓冲液不能降解W；若A、B处形成的透明圈直径大小相近，说明酶E与天然酶降解W的能力相近。为验证其是否可利用空气中的氮气作为氮源，应控制其培养基中的氮，使空气中的氮气作为唯一氮源，故应接种在无氮源的培养基上，若细菌能生长，则说明该细菌能用空气中的氮气作为氮源。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异，设计