【題目】水稻是世界上最重要的糧食作物之一,是全球約半數(shù)人口的主糧。然而水稻只有在磷營養(yǎng)充足的條件下才能保證高產(chǎn)。S基因是番茄線粒體中的磷轉(zhuǎn)運蛋白基因,科研人員將S基因轉(zhuǎn)入水稻體內(nèi),以期望獲得低磷條件下的高產(chǎn)水稻。操作流程如下:
(1)磷是構(gòu)成____等物質(zhì)的重要組成元素。土壤溶液中的磷濃度一般不超過2×10-12 mol/L,而植物細胞內(nèi)的磷濃度卻大于10×10-4 mol/L,因此植物從土壤中吸收磷的方式是____。
(2)提取番茄細胞的總RNA經(jīng)過____得到的cDNA,用限制酶處理后與載體結(jié)合并轉(zhuǎn)入受體菌體內(nèi),建立番茄的_____,從中獲取S基因。但此途徑得到的S基因兩端沒有限制酶識別序列,利用____技術(shù)添加相應(yīng)序列并擴增。已知Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)錄方向為順時針,相關(guān)酶切位點如下表。
通過測序已知S基因部分序列如下:
請補充擴增結(jié)束后,大多數(shù)DNA片段的堿基對序列____________ 。
(3)構(gòu)建含S基因的表達載體時,通常用兩種限制酶切割含S基因的DNA片段和Ti質(zhì)粒,限制酶作用部位為____(填化學鍵名稱)。將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌時,可以用____處理農(nóng)桿菌,使得表達載體易于導入。為了使S基因能夠正確表達,還應(yīng)插入的元件是什么_________(請在下圖中畫出并標注元件名稱)。
(4)將表達載體導入農(nóng)桿菌以及農(nóng)桿菌與水稻愈傷組織共培養(yǎng)時需要進行篩選,這兩步驟的培養(yǎng)基中都需要加入____,以篩選出成功導入表達載體的農(nóng)桿菌和水稻愈傷組織。
(5)GUS基因的產(chǎn)物能催化無色物質(zhì)K呈現(xiàn)藍色。經(jīng)無色物質(zhì)K處理愈傷組織并篩選出了呈現(xiàn)藍色的組織,說明____。
(6)農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的____序列,可以從農(nóng)桿菌中轉(zhuǎn)移并隨機插入到被侵染植物細胞的____中。隨機挑選三個轉(zhuǎn)基因株系甲、乙、丙進行陽性檢測試驗。分別提取每個樣品的基因組,利用限制酶進行酶切電泳驗證,結(jié)果如下圖所示,
甲、乙、丙轉(zhuǎn)基因植株中分別被轉(zhuǎn)入了____個S基因。
(7)通過盆栽轉(zhuǎn)基因株系,分別在低磷條件下和磷正常條件下測定____以驗證轉(zhuǎn)入S基因是否能達到目的。測定結(jié)果如下圖。
結(jié)果顯示____,從而說明低磷條件下,S基因可以調(diào)控轉(zhuǎn)基因水稻對磷的吸收與積累,提高轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)量。
(8)本實驗的研究價值在于____。
【答案】ATP、磷脂、核酸 主動運輸 逆轉(zhuǎn)錄 cDNA文庫(部分基因文庫) PCR 磷酸二酯鍵 Ca2+ 氨芐青霉素 S基因在水稻細胞中已成功表達 T-DNA 染色體DNA 3、2、3 單株產(chǎn)量 磷正常條件下單株產(chǎn)量與對照組相比,沒有顯著性差異;低磷條件下,三個轉(zhuǎn)基因株系的單株產(chǎn)量均顯著高于對照組 充分挖掘植物自身高效吸收與利用磷素的磷轉(zhuǎn)運蛋白,從根本上緩解低磷脅迫對包括水稻在內(nèi)的作物影響,從而實現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出、少污染的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義
【解析】
基因工程的基本操作程序:
1、目的基因的獲取:
(1)目的基因是指: 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因。
(2)獲取方法:①從基因文庫中獲取;②人工合成(反轉(zhuǎn)錄法和化學合成法);③PCR技術(shù)擴增目的基因。
2、基因表達載體的構(gòu)建:
(1)目的:使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在,并且可以遺傳至下一代,使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。
(2)組成:目的基因+啟動子+終止子+標記基因。
①啟動子:是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的首端,是RNA聚合酶識別和結(jié)合的部位,能驅(qū)動基因轉(zhuǎn)錄出mRNA,最終獲得所需的蛋白質(zhì)。
②終止子:也是一段有特殊結(jié)構(gòu)的DNA片段,位于基因的尾端。
③標記基因的作用:是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因,從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。
(3)基因表達載體的構(gòu)建過程:
3、將目的基因?qū)胧荏w細胞:
(1)轉(zhuǎn)化的概念:是目的基因進入受體細胞內(nèi),并且在受體細胞內(nèi)維持穩(wěn)定和表達的過程。
(2)常用的轉(zhuǎn)化方法:常用方法有農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射技術(shù)、Ca2+處理法。
(3)重組細胞導入受體細胞后,篩選含有基因表達載體受體細胞的依據(jù)是標記基因是否表達。
4、目的基因的檢測和表達:
(1)首先要檢測轉(zhuǎn)基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因,方法是采用DNA分子雜交技術(shù)。
(2)其次還要檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA,方法是用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。
(3)最后檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì),方法是從轉(zhuǎn)基因生物中提取蛋白質(zhì),用相應(yīng)的抗體進行抗原--抗體雜交。
(4)有時還需進行個體生物學水平的鑒定。如轉(zhuǎn)基因抗蟲植物是否出現(xiàn)抗蟲性狀。
(1)細胞中含磷的物質(zhì)有核酸、ATP、磷脂;故磷是構(gòu)成核酸、ATP、磷脂等物質(zhì)的重要組成元素。細胞通過逆濃度梯度吸收磷,因此植物從土壤中吸收磷的方式是主動運輸。
(2)RNA經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄得到的cDNA,用限制酶處理后與載體結(jié)合并轉(zhuǎn)入受體菌體內(nèi),建立番茄的cDNA文庫(部分基因文庫),從cDNA文庫中獲取目的基因S。S基因兩端沒有限制酶識別序列,通過PCR技術(shù)添加相應(yīng)序列并擴增。已知Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)錄方向為順時針,通過圖示中重組質(zhì)粒分析,插入目的基因的左側(cè)所用的限制性酶是BamHI,右側(cè)所用的限制性酶是HindIII,再通過表格中限制性酶切割的具體堿基序列,結(jié)合S基因的堿基序列,可知擴增結(jié)束后,大多數(shù)DNA片段的堿基對序列:
。
(3)限制酶催化斷裂的是磷酸二酯鍵。將重組Ti質(zhì)粒轉(zhuǎn)入農(nóng)桿菌時,可以用Ca2+處理農(nóng)桿菌,使農(nóng)桿菌處于感受態(tài)。一個基因表達載體的組成,除了目的基因外,還必須有啟動子和終止子,啟動子位于基因的首端,終止子位于基因的尾端:。
(4)重組質(zhì)粒中有標記基因--氨芐青霉素抗性基因,故為了篩選出成功導入表達載體的農(nóng)桿菌和水稻愈傷組織,培養(yǎng)基中都需要加入氨芐青霉素。
(5)圖示中可以看出,重組質(zhì)粒含GUS(β-葡糖苷酸酶)基因,GUS(β-葡糖苷酸酶)基因的產(chǎn)物能催化無色物質(zhì)K呈現(xiàn)藍色,根據(jù)這一特性。經(jīng)無色物質(zhì)K處理愈傷組織并篩選出了呈現(xiàn)藍色的組織,說明S基因在水稻細胞中已成功表達。
(6)農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的T-DNA序列,可以從農(nóng)桿菌中轉(zhuǎn)移并隨機插入到被侵染植物細胞的染色體DNA中。轉(zhuǎn)基因株系甲、乙、丙進行陽性檢測試驗結(jié)果,通過實驗結(jié)果看出,甲道出現(xiàn)3個條帶,乙道出現(xiàn)2個條帶,丙道出現(xiàn)3個條帶,故甲、乙、丙轉(zhuǎn)基因植株中分別被轉(zhuǎn)入了3、2、3個S基因。
(7)通過柱形圖的縱軸可知,通過盆栽轉(zhuǎn)基因株系,分別在低磷條件下和磷正常條件下測定單株產(chǎn)量相對值以驗證轉(zhuǎn)入S基因是否能達到目的。測定結(jié)果顯示磷正常條件下單株產(chǎn)量與對照組相比,沒有顯著性差異;低磷條件下,三個轉(zhuǎn)基因株系的單株產(chǎn)量均顯著高于對照組,從而說明低磷條件下,S基因可以調(diào)控轉(zhuǎn)基因水稻對磷的吸收與積累,提高轉(zhuǎn)基因水稻產(chǎn)量。
(8)本實驗的研究價值在于充分挖掘植物自身高效吸收與利用磷素的磷轉(zhuǎn)運蛋白,從根本上緩解低磷脅迫對包括水稻在內(nèi)的作物影響,從而實現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出、少污染的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
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【題目】如圖為某果蠅的染色體組成圖及①②染色體的放大圖,下列有關(guān)敘述不正確的是( )
A. 果蠅體細胞中染色體上的基因不都是成對存在的
B. 圖中①、②分別為X、Y染色體,二者為一對同源染色體
C. 圖中Ⅰ為X、Y染色體的同源區(qū)段,上面的基因所控制的性狀的遺傳和性別相關(guān)聯(lián)
D. 若該果蠅的后代中出現(xiàn)了一只性染色體組成為XYY的果蠅,則一定是減數(shù)第一次分裂異常導致的
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【題目】用下圖裝置測定種子萌發(fā)時進行的呼吸作用類型,同時關(guān)閉活塞,在25 ℃下經(jīng)過20 min再觀察紅色液滴移動情況,下列對實驗結(jié)果分析不符合實際的是(注意:細胞呼吸的底物以葡萄糖計算)( )
A. 裝置l的紅色液滴向左移動的體積是呼吸作用消耗O2的體積,裝置2的紅色液滴向右移動的體積是呼吸作用釋放CO2和消耗O2的體積之差
B. 若裝置1的紅色液滴左移,裝置2的紅色液滴不移動,則說明萌發(fā)的種子既進行有氧呼吸也進行無氧呼吸
C. 若裝置1紅色液滴左移,裝置2的紅色液滴不移動,則說明萌發(fā)的種子只進行有氧呼吸
D. 若裝置1紅色液滴不移動,裝置2的紅色液滴右移,則說明萌發(fā)的種子只進行無氧呼吸
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【題目】蘋果樹腐爛病由真菌感染引起,是限制蘋果產(chǎn)量的重要因素之一,目前該病以化學防治為主。為了開發(fā)生物防治的途徑,研究者擬從土壤中分離篩選出能抑制蘋果樹腐爛病菌生長的芽孢桿菌。實驗流程如圖1:
(1)分離篩選土壤中的芽孢桿菌
圖1中①取5g土壤加入____________ mL無菌水中充分震蕩得到10-1的土壤懸液。進行系列稀釋后用___________法進行接種,每個濃度重復3次。將接種后的平板________,以防止冷凝水滴落造成污染。37℃條件下培養(yǎng)24小時,根據(jù)__________特征鑒別出芽孢桿菌并進一步純化。
(2)篩選能抑制蘋果樹腐爛病菌生長的芽孢桿菌
圖1中,應(yīng)取直徑為5mm的____________的菌落移置于A處,B處接種______。培養(yǎng)3~5天,測量并計算抑菌率。篩選出抑菌率最高的菌株,抑菌效果如圖2。請將抑菌率的計算公式補充完整:抑菌率(%)= _____ /(D-5)×100%(用圖2中的字母表示)
(3)測定篩選出的抗菌菌株對感染了蘋果樹腐爛病菌枝條的抑菌率
實驗過程如表1,請在空白處補充相關(guān)內(nèi)容。_______
在相同且適宜的條件下培養(yǎng),7天后測量并計算抑菌率。實驗結(jié)果如表2。
由表中數(shù)據(jù)可知:發(fā)酵原液對蘋果樹腐爛病菌有明顯的抑制作用。依據(jù)是隨著發(fā)酵濾液稀釋倍數(shù)的不斷增加,__________。
(4)請你說出與化學防治相比,生物防治的優(yōu)勢是__________。
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【題目】甲圖中①②③④表示不同化學元素組成的化合物,乙圖表示由四個單體構(gòu)成的化合物。以下說法不正確的是( )
A. 若甲圖中的②在人體血液中參與脂質(zhì)的運輸,則②是膽固醇
B. 乙圖中若單體是四種脫氧核苷酸,則該化合物徹底水解后的產(chǎn)物有6種
C. 乙圖中若單體是氨基酸,則該化合物水解后的產(chǎn)物中氮原子數(shù)與原來相等
D. 若甲圖中④能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能,則④可用無水乙醇分離
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【題目】有5個氨基酸的R基分別為—CH3、—CH2—COOH、-CH2—CH2—OH、-CH2—CO—NH2、—CH2—SH,當它們縮合后,該五肽分子中氨基、羧基和肽鍵的數(shù)目分別是
A. 4、4、5 B. 5、5、5 C. 2、2、4 D. 3、3、3
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【題目】關(guān)于細胞的生物膜系統(tǒng)的敘述,正確的是
A. 各種生物膜的基本骨架都是磷脂雙分子層
B. 所有的化學反應(yīng)都在生物膜上進行
C. 生物膜系統(tǒng)由細胞器膜和細胞膜組成
D. 不同生物膜各自獨立發(fā)揮功能
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【題目】基因工程中,需使用特定的限制性核酸內(nèi)切酶切割目的基因和質(zhì)粒,便于重組和篩選。已知限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—,限制性核酸內(nèi)切酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓GATC—,根據(jù)圖示判斷下列敘述錯誤的是( )
A. 用限制性核酸內(nèi)切酶切割獲得目的基因時,有四個磷酸二酯鍵被水解
B. 質(zhì)粒用限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ切割,目的基因用限制性核酸內(nèi)切酶Ⅱ切割
C. 限制性核酸內(nèi)切酶Ⅰ和限制性核酸內(nèi)切酶Ⅱ切割后獲得的黏性末端相同
D. 質(zhì)粒中的標記基因便于篩選出目的基因已經(jīng)表達的細胞
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【題目】如圖表示光合作用部分過程的圖解,據(jù)圖回答:
(1)圖中A表示的物質(zhì)是_______________,它形成的部位在________________,其作用主要是_____________________________________。
(2)圖中ATP形成所需的能量最終來自于______________________。若用放射性同位素標記14CO2,則14C最終進入的物質(zhì)是___________________________。
(3)圖中①表示的過程是___________________________________。
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