《2026年新高考5年真题生物河北专版》

22. （14分）为治理水体中对生物有毒害的镉污染，研究者构建了分泌信号肽SP7、镉离子结合蛋白CADR、定位于细胞壁的蛋白GP1和黄色荧光蛋白YFP编码序列融合表达的载体，转入单细胞衣藻，实现CADR大量合成、分泌并定位于细胞壁，以吸附水体中的镉离子。请回答下列问题：
(1)在DNA聚合酶、引物、模板DNA和脱氧核苷酸中，随着PCR反应进行，分子数量逐渐减少的是引物和脱氧核苷酸（前两个空可颠倒）。模板与引物在PCR反应的复性阶段开始结合。PCR中使用的DNA聚合酶需耐高温，其原因为PCR反应体系为高温环境，普通的DNA聚合酶会变性失活。
(2)载体中可用的酶切位点信息和拟构建载体的部分结构如图1所示。在将CADR、GP1和YFP基因逐个构建到载体时，为避免错误连接，需向以上三个基因的两端分别添加限制酶识别序列，其中GP1两端应添加SmaⅠ和EcoRⅠ(填两种限制酶)的识别序列。用DNA连接酶连接时，可催化载体和目的基因之间形成磷酸二酯键。
(3)若在荧光显微镜下观察到转基因衣藻表现为发出黄色荧光，初步表明融合蛋白表达成功。将转基因衣藻和野生型衣藻置于含镉离子的培养液中培养一段时间后，若转基因衣藻细胞壁比野生型衣藻细胞壁的镉离子含量高，则表明融合蛋白能结合镉离子。
（4）将转基因衣藻和野生型衣藻在不同镉离子浓度的培养液中培养6天后，检测细胞密度，结果见图2。转基因衣藻在含有不同浓度镉离子的培养液中生长均优于野生型衣藻的原因可能是转基因衣藻细胞壁上的融合蛋白可吸附培养液中的镉离子，减小了镉离子对细胞的毒害。240μmol·L⁻¹镉离子浓度下，转基因衣藻和野生型衣藻生长均被明显抑制的原因可能是培养液中的镉离子浓度过高，融合蛋白的吸附能力有限，镉离子对转基因衣藻和野生型衣藻均造成了较强的毒害。
注：镉离子对渗透压的影响忽略不计。
(5)转基因衣藻可用于水体镉污染治理，与施加化学药物法相比，能体现出其环境治理优势的两个特性是①和③(填标号)。
①衣藻作为生物材料在水体中可自我繁殖
②衣藻生长速率受镉离子浓度影响
③衣藻可吸收水体中能引起富营养化的物质
④衣藻吸附的镉可沿食物链传递

答案： 22. 参考答案
(1)引物 脱氧核苷酸（前两个空可颠倒） 复性 PCR反应体系为高温环境，普通的DNA聚合酶会变性失活
(2)SmaⅠ和EcoRⅠ 磷酸二酯
(3)发出黄色荧光 高
(4)转基因衣藻细胞壁上的融合蛋白可吸附培养液中的镉离子，减小了镉离子对细胞的毒害 培养液中的镉离子浓度过高，融合蛋白的吸附能力有限，镉离子对转基因衣藻和野生型衣藻均造成了较强的毒害
(5)① ③
命题意图 本题主要考查PCR技术和基因工程的相关知识，意在考查考生的理解能力、获取信息的能力和综合运用能力。
解题思路
(1)PCR过程中，每进行一轮扩增，都需要消耗引物和作为原料的脱氧核苷酸，所以随着PCR反应进行，引物和脱氧核苷酸的数量逐渐减少，可作为模板的DNA会越来越多，DNA聚合酶的数量基本保持不变。PCR的过程包括变性（温度超过$90^{\circ}C$，双链DNA解聚为单链）、复性（温度下降到$50^{\circ}C$左右，引物和模板结合）、延伸（温度上升到$72^{\circ}C$左右，耐高温的DNA聚合酶从引物的$3'$端开始连接脱氧核苷酸）。由于PCR反应中，环境体系温度较高，而DNA聚合酶的化学本质为蛋白质，为防止高温导致蛋白质变性失活，所以PCR过程中需要用耐高温的DNA聚合酶。
(2)由图1限制酶酶切序列可知，限制酶NheⅠ和XbaⅠ切割后产生的黏性末端相同，为同尾酶，为防止目的基因出现自身环化和反向连接，这两种限制酶只能选一个，再结合图示连接的顺序可知，将GPI连接到载体时应在GPI的两端添加SmaⅠ和EcoRⅠ的识别序列。用DNA连接酶连接时，可催化载体和目的基因之间形成磷酸二酯键，从而将载体和目的基因连接起来。
(3)结合题干信息可知，该转基因体系构建了SP7、CADR、GP1、YFP融合蛋白表达载体，其中黄色荧光蛋白（YFP）基因可看作标记基因。故若在荧光显微镜下观察到转基因衣藻发出黄色荧光，说明YFP表达成功，即融合蛋白表达成功。将两种衣藻置于含镉离子的培养液中培养一段时间后，若转基因衣藻细胞壁的镉离子含量高于野生型衣藻，则说明融合蛋白可结合镉离子。
(4)结合题干可知，镉离子浓度为0时，两组的细胞密度相对值差异不大，随着镉离子浓度增大，两组的衣藻数量均出现不同程度的减少，但转基因衣藻的细胞密度相对值均大于野生型衣藻，这可能是转基因衣藻细胞壁上的融合蛋白可吸附培养液中的镉离子，减小了镉离子对细胞的毒害。当镉离子浓度为$240\ \mu mol· L^{-1}$时，转基因衣藻的生长也被明显抑制，原因可能是培养液中的镉离子浓度过高，融合蛋白的吸附能力有限，镉离子对转基因衣藻和野生型衣藻均造成了较强的毒害。
(5)①③