1、第十五讲 现代生物科技专题(选修三)1.(2012江苏,32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度(bp即碱基对)和部分碱基序列,图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp、BamH、Mbo、Sma4种限制性核酸内切酶,它们识别的碱基序列和酶切位点分别为CCGG、GGATCC、GATC、CCCGGG。请回答下列问题。(1)图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由连接。(2)若用限制酶Sma完全切割图1中DNA片段,产生的末端是末端,其产物长度为。(3)若图1中虚线方框内的碱基对被TA碱基对替换,那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段,用限制酶Sma完全
2、切割,产物中共有种不同长度的DNA片段。(4)若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接,形成重组质粒,那么应选用的限制酶是。在导入重组质粒后,为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌,一般需要用添加的培养基进行培养。经检测,部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达,其最可能的原因是_。2.(2012湖南六校联考,40)建立人工湿地公园是解决城市水污染的新思路,根据下面的示意图回答相关问题。(1)人工湿地是一个生态系统,其中芦苇、绿藻、黑藻属于,芦苇、绿藻、黑藻分布于不同水层,这一现象体现了群落在结构上有明显的现象。(2)与其他自然生态系统相比,输入该生态系统的能量有和。(3)
3、人工湿地可以净化城市污水,但对污水排放量还要加以控制,原因是_。(4)除净化水质外,人工湿地还具有旅游观光和蓄洪防旱等多方面的功能,这主要是体现了生物多样性的价值。(5)实地调查中发现,该湿地物种丰富度逐渐增加,其群落演替类型是。(6)若在此基础上,进一步建立一个集污水净化、休闲、养鱼为一体的新型人工生态系统,其主要目的是_。3.(2012天津理综,8)黄曲霉毒素B1(AFB1)存在于被黄曲霉菌污染的饲料中,它可以通过食物链进入动物体内并蓄积,引起癌变。某些微生物能表达AFB1解毒酶,将该酶添加在饲料中可以降解AFB1,清除其毒性。(1)AFB1属于类致癌因子。(2)AFB1能结合在DNA的G
4、上,使该位点受损伤变为G,在DNA复制中,G会与A配对。现有受损伤部位的序列为,经两次复制后,该序列突变为。(3)下图为采用基因工程技术生产AFB1解毒酶的流程图:据图回答问题。在甲、乙条件下培养含AFB1解毒酶基因的菌株,经测定甲菌液细胞密度小、细胞含解毒酶:乙菌液细胞密度大、细胞不含解毒酶,过程应选择菌液的细胞提取总RNA,理由是_。过程中,根据图示,可以看出与引物结合的模版是。检测酵母工程菌是否合成了AFB1解毒酶,应采用方法。(4)选取不含AFB1的饲料和某种实验动物为材料,探究该AFB1解毒酶在饲料中的解毒效果。实验设计及测定结果见下表:组别添加肝脏AFB1残留量/(mgg1)A00
5、6.4B100020.9C100116.8D100311.7E10057.3F10077.3据表回答问题。本实验的两个自变量,分别为_。本实验中,反映AFB1解毒酶的解毒效果的对照组是_。经测定,某污染饲料中AFB1含量为100g/kg,则每千克饲料应添加g AFB1解毒酶,解毒效果最好,同时节约了成本。(5)采用蛋白质工程进一步改造该酶的基本途径是:从提高酶的活性出发,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的_序列。参考答案:1. 解析(1)在一条脱氧核苷酸链上,相邻两个脱氧核苷酸之间通过3,5磷酸二酯键相连,所以相邻碱基之间通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖相连接。(2)Sma
6、识别并切割的序列为CCCGGG,所以产生的末端为平末端,经Sma 切割后,DNA片段会形成三个小的DNA片段,按切割位点算分别是:534 bp3 bp537 bp;796 bp3 bp3bp790 bp;658 bp3 bp661 bp。(3)杂合子基因型为Dd。用Sma 切割基因D,会形成53 bp、790 bp、661 bp三种类型。题图1中虚线方框内CG被TA替换,失去了一个酶切位点,则会被切割成534 bp796 bp3 bp1 327 bp,和658 bp3 bp661 bp。所以一共会得到4种类型的片段。(4)如果要获得完整的目的基因可用BamH 和Mbo 切割,但是Mbo 会破坏
7、抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因,质粒会失去标记基因,无法筛选,所以只能用BamH 切割。用BamH 切割后破坏了抗生素A抗性基因,所以质粒上存在的标记基因是抗生素B抗性基因,因此,在加入抗生素B的培养基上进行培养、筛选,经过同种限制酶切割后会产生相同的末端,部分目的基因与质粒反向连接导致基因无法正常表达。答案 (1)脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖 (2) 平537 bp、790 bp、661 bp(3)4 (4) BamH 抗生素B同种限制酶切割形成的末端相同,部分目的基因D与质粒反向连接2. 解析 (1)芦苇、绿藻、黑藻等都能进行光合作用,属于生产者,根据题干信息“分布于不同水层”,说明群落在
8、垂直结构上有明显的分层现象。(2)输入自然生态系统的能量来自于生产者固定的太阳能,而该人工系统的能量来源还有污水中有机物中的化学能。(3)人工湿地可以净化城市污水,说明生态系统具有自我调节能力,但对污水排放量还要加以控制,因为生态系统的自我调节能力是有限的。(4)“旅游观光”属于生物多样性的直接价值,而蓄洪防旱等属于生物多样性的间接价值。(5)由于该群落演替时,群落中已经存在土壤条件,因此属于次生演替。(6)研究能量流动,可以帮助人们科学规划、设计人工生态系统,设法调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。答案 (1)生产者 垂直 分层(2)生产者固定的太阳能 污水中有机物中的
9、化学能(3)生态系统的自我调节能力是有限的(4)直接价值和间接(5)次生演替(6)设法调整能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分3. 解析 (1)AFB1是黄曲霉菌产生的一种化学物质,属于化学致癌因子。 (2)根据现在的突变序列可推知当G不与C配对,只与A配对时,半保留复制两次后会出现与原来序列不同的(3)因为甲菌液细胞中含解毒酶,说明解毒酶基因在甲菌液细胞中可以表达,细胞中一定含有解毒酶基因转录出的mRNA。PCR扩增过程中,需要的模板是含目的的基因的一段DNA,故该过程中模板应该是AFB1解毒酶基因的cDNA。基因工程的检测与鉴定阶段,在分子水平上需要进行三步检测,其中检测目
10、的基因是否成功表达出蛋白质,所用方法是抗原抗体杂交法。(4)A组作为对照组,与其他几组实验组的区别在于饲料中是否添加AFB1;B组作为对照组与其他几组的区别在于AFB1解毒酶是否添加及添加量的多少。故实验中有两个自变量分别是AFB1添加量和AFB1解毒酶的添加量。B组未添加解毒酶,且与其他几组实验组进行相同饲养,故B组为对照组。由表格中数据可知当污染饲料中AFB1含量为100微克/千克时,每千克饲料中添加5克AFB1解毒酶效果与添加7克等效且最好,因此添加5克效果最好,且成本最低。(5)蛋白质工程的基本步骤是,从预期的蛋白质功能出发,设计预期蛋白质的结构,推测应有的氨基酸序列,找出相对应的脱氧核苷酸序列。答案 (1)化学(2) (3)甲甲菌液细胞的AFB1解毒酶基因已转录生成mRNA,而在乙菌液细胞中该基因未转录 AFB1解毒酶基因的cDNA 抗原抗体杂交 (4)AFB1的添加量和AFB1解毒酶的添加量 B组(或B组A组) 5 (5)脱氧核苷酸