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简答题

[生物──选修3现代生物科技专题]

人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选.利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如图所示(注:基因B为高血压相关基因).

(1)体外受精时,人工采集的动物精子必须经过______处理才能完成图示中的①过程;图中的高血压相关基因作为______,完成②过程常采用的方法是______

(2)④过程中,为维持培养液pH的相对稳定,必须将培养瓶放置在______中进行培养,培养过程用______(酶)处理才能获得单个细胞.

(3)图示中甲为______(时期)的去核卵母细胞,该时期在显微镜下可观察到次级卵母细胞和______.⑤过程操作技术叫做______

(4)在上述转基因鼠的培育过程中,所用到的主要胚胎工程技术有______、早期胚胎的培养和______

(5)子代大鼠如果检测到____________出现,即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达,然后可用其建立高血压转基因动物模型.转基因鼠只携带一个B基因,常采用的方法来培育基因型为BB的个体.

正确答案

解:(1)人工采集的精子必须经过获能处理才具有受精的能力,制备高血压转基因鼠,所以高血压相关基因是目的基因,将目的基因导入受精卵的方法是显微注射法.

(2)动物细胞培养过程,二氧化碳的作用是维持培养液的PH,所以培养瓶旋转在)CO2恒温(培养)箱中进行培养;获取单个细胞用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理.

(3)卵母细胞培养到减数第二次分裂中期才具备受精作用,此时完成减数第一次分裂,可观察到次级卵母细胞和第一极体,⑤是将核移入去核的卵母细胞中,是核移植过程.

(4)①是体外受精过程,将胚胎移入代孕鼠过程是胚胎移植.

(5)在分子水平上检测是否成功表达时可检测是否生成相应的蛋白质,在个体水平上检测是否出现高血压症状.

答案:

(1)获能    目的基因    显微注射法

(2)CO2恒温(培养)箱     胰蛋白酶(胶原蛋白酶)

(3)减数第二次分裂中期(M II中期)    第一极体    核移植

(4)体外受精   胚胎移植

(5)相应蛋白质   高血压   多代杂交并筛选

解析

解:(1)人工采集的精子必须经过获能处理才具有受精的能力,制备高血压转基因鼠,所以高血压相关基因是目的基因,将目的基因导入受精卵的方法是显微注射法.

(2)动物细胞培养过程,二氧化碳的作用是维持培养液的PH,所以培养瓶旋转在)CO2恒温(培养)箱中进行培养;获取单个细胞用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理.

(3)卵母细胞培养到减数第二次分裂中期才具备受精作用,此时完成减数第一次分裂,可观察到次级卵母细胞和第一极体,⑤是将核移入去核的卵母细胞中,是核移植过程.

(4)①是体外受精过程,将胚胎移入代孕鼠过程是胚胎移植.

(5)在分子水平上检测是否成功表达时可检测是否生成相应的蛋白质,在个体水平上检测是否出现高血压症状.

答案:

(1)获能    目的基因    显微注射法

(2)CO2恒温(培养)箱     胰蛋白酶(胶原蛋白酶)

(3)减数第二次分裂中期(M II中期)    第一极体    核移植

(4)体外受精   胚胎移植

(5)相应蛋白质   高血压   多代杂交并筛选

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慢性病人常出现白蛋白值偏低的状况(比如慢性肝病、慢性肾病、肿瘤等).缺乏白蛋白,人就容易出现浮肿.人体的白蛋白正常值在每100mL血液中含有3.8~4.8克,如果比正常值低很多时就需要注射入血白蛋白,所以临床上对白蛋白需求量很大.如图是利用崂山奶山羊乳腺生物反应器制备药用白蛋白的流程图:

(1)通过①采集的卵子,都需要进行体外培养,其目的是______:通过②采集的精子需______后才能进行受精作用.

(2)要使人的白蛋白基因在奶山羊乳腺细胞中特异性表达,完整的基因表达载体要包括目的基因、乳腺蛋白基因的启动子和终止子、______等部分.

(3)过程④需将重组质粒用______方法注入受精卵的雄原核内,在显微镜下判断是否完成受精作用的标志是______.正常生理状况下防止多精入卵的两道屏障分别是____________

(4)对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的______细胞进行鉴定,一般采用SRY-PCR方法,选择出现阴性反应的______(雌性/雄性)胚胎进行移植.

(5)为了使胚胎移植能成功,需要对代孕奶山羊C进行______处理,使之与供体的生理状况保持相同.

正确答案

解:(1)采集的卵子需要进行体外培养使卵母细胞成熟,采集的精子需获能后才能进行受精作用. 

(2)完整的基因表达载体要包括目的基因、乳腺蛋白基因的启动子和终止子、标记基因等部分.

(3)将目的基因导入动物受精率的方法是显微注射技术.在显微镜下判断是否完成受精作用的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体.正常生理状况下防止多精入卵的两道屏障分别是透明带反应、卵黄膜封闭作用.

(4)对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的滋养层细胞进行鉴定,一般采用SRY-PCR方法,选择出现阴性反应的雌性胚胎进行移植.

(5)胚胎移植前需要对代孕奶山羊C进行同期发情处理,使之与供体的生理状况保持相同.

故答案为:

(1)使卵母细胞成熟    获能

(2)标记基因

(3)显微注射    在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体    透明带反应   卵黄膜封闭作用

(4)滋养层细胞    雌性

(5)同期发情

解析

解:(1)采集的卵子需要进行体外培养使卵母细胞成熟,采集的精子需获能后才能进行受精作用. 

(2)完整的基因表达载体要包括目的基因、乳腺蛋白基因的启动子和终止子、标记基因等部分.

(3)将目的基因导入动物受精率的方法是显微注射技术.在显微镜下判断是否完成受精作用的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体.正常生理状况下防止多精入卵的两道屏障分别是透明带反应、卵黄膜封闭作用.

(4)对移植前的胚胎进行性别鉴定时,宜取囊胚期的滋养层细胞进行鉴定,一般采用SRY-PCR方法,选择出现阴性反应的雌性胚胎进行移植.

(5)胚胎移植前需要对代孕奶山羊C进行同期发情处理,使之与供体的生理状况保持相同.

故答案为:

(1)使卵母细胞成熟    获能

(2)标记基因

(3)显微注射    在卵细胞膜和透明带的间隙观察到两个极体    透明带反应   卵黄膜封闭作用

(4)滋养层细胞    雌性

(5)同期发情

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如图为吉林大学农学部奶牛繁育基地成功培育出的一头携带转人赖氨酸基因的克隆牛“织女”的大致过程,请据图回答问题.

(1)克隆牛“织女”的诞生过程中涉及到的细胞水平的现代生物技术主要有:______ (至少答出两项)

(2)实施基因工程包括四个基本操作步骤,其核心步骤是______,实现②过程的常用方法是______

(3)现有-长度为1000碱基对(by)的DNA分子,用限酶EcoRI酶切后得到的DNA分子仍是1000by,说明此DNA分子为______ (填“线性”或“环状”),用Kpn I单独酶切得到400by和600by两种长度的DNA分子,用EcoRⅠ、KpnⅠ同时酶切后得到200by和600by两种长度的DNA分子.请绘出该DNA分子的酶切图谱的示意图:______ (请在图中标明限制酶的类型、酶切位点和碱基长度).

正确答案

解:(1)从图示可看出该流程涉及的生物技术有:核移植技术、动物细胞培养,早期胚胎培养、胚胎移植.

(2)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建,②表示采用基因工程技术将目的基因导入受体细胞.

(3)用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000by,由此可推知该DNA分子为环状DNA;用Kpnl单独酶切会得到600by和400by两种长度的DNA分子和用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200by和600by两种长度的DNA分子,如图:

故答案为:

(1)核移植技术、动物细胞培养、胚胎移植    

(2)基因表达载体的构建显微注射法

(3)环状  

解析

解:(1)从图示可看出该流程涉及的生物技术有:核移植技术、动物细胞培养,早期胚胎培养、胚胎移植.

(2)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建,②表示采用基因工程技术将目的基因导入受体细胞.

(3)用限制性核酸内切酶EcoR1酶切后得到的DNA分子仍是1000by,由此可推知该DNA分子为环状DNA;用Kpnl单独酶切会得到600by和400by两种长度的DNA分子和用EcoRI,Kpnl同时酶切后得到200by和600by两种长度的DNA分子,如图:

故答案为:

(1)核移植技术、动物细胞培养、胚胎移植    

(2)基因表达载体的构建显微注射法

(3)环状  

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糖尿病是近年来高发的“富贵病”,常见类型有遗传型糖尿病和II型糖尿病.遗传型糖尿病的主要病因之一是胰岛受损.科研机构作出如下设计:取糖尿病患者的细胞,将人的正常胰岛素基因导入其中,然后做细胞培养,诱导产生胰岛组织,重新植入患者的胰岛,使胰岛恢复功能.II型糖尿病需要注射胰岛素治疗.目前临床使用的胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰,与人体生理状态不符.科研人员通过一定的工程技术手段,将胰岛素B链的28号和29号氨基酸互换,获得了速效胰岛素,已通过临床试验.

(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为______,实验室中要先对该基因利用______技术进行扩增.将该基因导入正常细胞所用的方法是______

(2)对遗传型糖尿病患者进行治疗的基因工程步骤中的核心步骤是______

(3)科研人员利用蛋白质工程合成速效胰岛素,该技术的实验流程为:

A→设计预期的蛋白质结构→B→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)→生产出速效胰岛素,其中,流程B是______

正确答案

解:(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为目的基因;PCR技术可在体外快速扩增目的基因;将该基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法.

(2)基因工程步骤中的核心步骤是基因表达载体的构建.

(3)蛋白质工程的过程:根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)→通过转录翻译生产出速效胰岛素.因此,图中流程A是预期蛋白质的功能,流程B是相应的氨基酸序列.

故答案为:

(1)目的基因   PCR  显微注射法

(2)基因表达载体构建(目的基因与运载体结合)

(3)相应的氨基酸序列

解析

解:(1)对遗传型糖尿病进行基因治疗的方案中,胰岛素基因称为目的基因;PCR技术可在体外快速扩增目的基因;将该基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法.

(2)基因工程步骤中的核心步骤是基因表达载体的构建.

(3)蛋白质工程的过程:根据中心法则逆推以确定目的基因的碱基序列:预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)→通过转录翻译生产出速效胰岛素.因此,图中流程A是预期蛋白质的功能,流程B是相应的氨基酸序列.

故答案为:

(1)目的基因   PCR  显微注射法

(2)基因表达载体构建(目的基因与运载体结合)

(3)相应的氨基酸序列

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在培育转基因植物的研究中,卡那霉素抗性基因(kan)常作为标记基因,只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长.下图为获得抗虫棉的技术流程.请据图回答:

(1)A过程需要的酶是____________

(2)写出质粒作为载体必须具备的条件__________________

(3)C过程的培养基除含有水、无机盐、维生素、氨基酸、糖类等必要的营养物质、琼脂和植物激素外,还必须加入______

(4)检测再生植株是否具有目的基因,常用______这种方法,该过程用______作为探针,检测再生植株是否具有抗虫特性,还需做______实验.

(5)若将该转基因植株的花药在卡那霉素培养基上作离体培养,则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占______

正确答案

解:(1)图中A为基因表达载体的构建过程,该过程需要限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体,还需DNA连接酶将目的基因和运载体连接形成重组质粒.

(2)作为运载体必须具备的条件:①要具有限制酶的切割位点; ②要有标记基因(如抗性基因),以便于重组后重组子的筛选③能在宿主细胞中稳定存在并复制;④是安全的,对受体细胞无害,而且要易从供体细胞分离出来.

(3)图中标记基因是卡那霉素抗性基因,因此C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外,还必须加入卡那霉素,以淘汰不含重组质粒的细胞.

(4)检测目的基因是否插入棉花的基因组DNA分子中,常采用DNA分子杂交技术;该过程用放射性同位素标记的含抗虫基因的DNA片段作为探针,检测再生植株是否具有抗虫特性,还需做抗虫接种实验.

(5)只有含有卡那霉素抗性基因花粉细胞才能在该培养基上生存下来,因此获得的再生植株群体均能抗卡那霉素.

故答案为:

(1)限制酶   DNA连接酶 

(2)具有标记基因   能在宿主细胞中复制并稳定保存   有一个至多个限制酶的切割位点  

(3)卡那霉素     

(4)DNA分子杂交   用放射性同位素标记的含抗虫基因的DNA片段  抗虫接种

(5)100%

解析

解:(1)图中A为基因表达载体的构建过程,该过程需要限制酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体,还需DNA连接酶将目的基因和运载体连接形成重组质粒.

(2)作为运载体必须具备的条件:①要具有限制酶的切割位点; ②要有标记基因(如抗性基因),以便于重组后重组子的筛选③能在宿主细胞中稳定存在并复制;④是安全的,对受体细胞无害,而且要易从供体细胞分离出来.

(3)图中标记基因是卡那霉素抗性基因,因此C过程的培养基除含有必要营养物质、琼脂和激素外,还必须加入卡那霉素,以淘汰不含重组质粒的细胞.

(4)检测目的基因是否插入棉花的基因组DNA分子中,常采用DNA分子杂交技术;该过程用放射性同位素标记的含抗虫基因的DNA片段作为探针,检测再生植株是否具有抗虫特性,还需做抗虫接种实验.

(5)只有含有卡那霉素抗性基因花粉细胞才能在该培养基上生存下来,因此获得的再生植株群体均能抗卡那霉素.

故答案为:

(1)限制酶   DNA连接酶 

(2)具有标记基因   能在宿主细胞中复制并稳定保存   有一个至多个限制酶的切割位点  

(3)卡那霉素     

(4)DNA分子杂交   用放射性同位素标记的含抗虫基因的DNA片段  抗虫接种

(5)100%

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