高中生物生物技术中的伦理问题综合题

2012年4月，世界首例转乳糖酶基因奶牛“克拉斯”在我国内蒙古大学生命科学院生物制造重点实验室诞生。2011年5月，科研人员在一头黑白花奶牛（甲）怀孕45天的一个胎儿（乙）中提取成纤维细胞，然后用病毒作运载体把乳糖酶基因转到该细胞中，接着再将该细胞注入到去核的卵母细胞中，再在体外将该杂合细胞培养成早期胚胎，然后将胚胎移植到代孕母牛（丙）的子宫内，283天后，代孕母牛正常分娩，“克拉斯”就此诞生；科研人员预期，“克拉斯”所产的牛奶中，乳糖含量将大大降低，这样的牛奶适合于乳糖不耐症的人群的饮用。
（1）人类婴幼儿时期以乳汁为食，此时小肠上皮细胞是能够产生乳糖酶的，但成年后乳汁摄入很少，尤其在亚洲人群中，乳糖酶基因的表达受到抑制，这体现了基因表达在      上的差异。
（2）“克拉斯”是否是一头真正的转基因牛，要对其进行检测，检测的原理是        。
（3）“克拉斯”转入的目的基因是         ，该基因只在           细胞中表达，其表达产物能催化乳糖水解为        ；克拉斯的绝大多数遗传信息来自于         （填甲或乙或丙）。
（4）将早期胚胎移植到代孕母牛（丙）子宫内时，必须对丙注射      ，使其子宫适合于胚胎的着床，原肠胚时期的         细胞发育为胎膜和胎盘，可与子宫建立正常的生理和组织联系。
（5）“克拉斯”的培育过程涉及的生物技术有       、       、         。

继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：
（1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是               。
（2）进行基因转移时，通常要将外源基因转入        中。
（3）通常采用         技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
（4）基因工程的四个基本操作步骤是目的基因的获取、基因表达载体的构建、将目的基因导入受体细胞、                       ，其核心是                    。在基因工程中切割目的基因的工具是                    。

生物柴油是一种可再生的清洁能源，其应用在一定程度上能够减缓人类对化石燃料的消耗，科学家发现，在微生物M（单细胞）产生的脂肪酶作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油（如下图1）。


1、筛选产脂肪酶的微生物M时，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供            ，培养基灭菌采用的最适方法是                法。
2、图2是采用纯化微生物M培养的两种接种方法接种后培养的效果图。则获得图A效果的接种方法是          ，图B效果的接种方法是            。
3、若需人工大量克隆脂肪酶基因，可应用___        _技术，该过程需要的特殊酶是            。
4、常用血球计数板（规格为1mm×1mm×0.1mm）分两类，一类是每个计数室包括16个中格，每个中格包括25个小格，这种计数板抽样计数时只要统计四个顶角的中格即可；另一类是是每个计数室包括25个中格，每个中格包括16个小格，这种计数板抽样计数时除了统计四个顶角的中格外还要计数中央的一个中格。在实验中如需定期测定培养液中微生物M的细胞数量，则在取出的样液中要立即加入固定液，其目的是             。如果将样液稀释100倍，采用血球计数板计数时，观察到的计数室中细胞分布如图2所示，则培养液中微生物M的 细胞密度为             个/L.
5、研究人员拟将某目的基因导入微生物M 细胞中，为此需要选择合适的质粒作为运载体。下图所示X－1、X－2、X－3、X－4为四种相关质粒，其中Tc^r表示抗四环素的抗性基因，Ap^r表示青霉素抗性基因，E1和E2表示两种限制酶的识别位点。基因工程中限制酶作用的化学键是                          。若将这四种质粒分别导入微生物M，然后将微生物M菌液分别涂布在含有青霉素或四环素的两种培养基上培养。则在这两种培养基上均不能生长的M细胞类型有________________。

6、已知Tc^r长度为1.5kb(1kb=1000个碱基对)，Ap^r长度为0.5kb。如果X－1用E1酶切，产生0.5kb碱基片段和8.5 kb碱基片段,那么质粒X－2用E2酶切后的片段长度为_____________对碱基

胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间长才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。如下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：

（1）构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是___     __ 。
（2）为了用蛋白质工程设计速效胰岛素，在已知速效胰岛素氨基酸序列的基础上，推测出的速效胰岛素的_____ 序列，据此可利用 ____ 方法合成目的基因。
（3）获得速效胰岛素的基因还可用             、       方法。
（4）处理大肠杆菌细胞，使之处于一种能吸收环境中DNA的生理状态，该状态细胞称作          ，目的基因进入受体细胞内，并在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为         。
（5）若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的方法是  。

回答下列有关免疫与基因治疗的问题。
SCID是一种严重免疫缺陷疾病，科学家曾对一名双亲均正常的患病女孩进行临床诊断，发现其致病的主要机理如下图所示（ADA是脱氨基腺苷酶，dATP是双链三磷酸腺苷），最终结果导致细胞发育失常，细胞损伤或死亡。

1．根据题意推测，该遗传病的致病基因为______性，位于______染色体上。若该病的相关基因用A、a表示，则母亲的基因型是_______。
2．患者体内ADA（脱氨基腺苷酶）的缺失，对B、T淋巴细胞的损伤很大，试根据题意分析原因。                                                              。(2分)
3．若B淋巴细胞受损，则将导致体液免疫缺陷，试分析原因。
                                                                         。
4．与SCID不同，HIV是一种获得性免疫缺陷病，主要感染免疫系统中的             。
1991年，美国批准了人类第一个对该免疫缺陷遗传病（SCID）的基因治疗方案。下图表示基因治疗的过程，图中①-④表示过程，A、B表示细胞或结构。

5．结构A是由逆转录病毒改造而成的，据图分析，其结构应由__________和__________组成；改造前的逆转录病毒具有致病性，因此在改造时，结构A需去除其致病性但要保留其________________________。
6．培养骨髓细胞时，应控制的条件是                                         。
7．基因治疗成功的标志是_________________________________________。

马铃薯是种植广泛的农作物，病毒侵染后导致产量大幅下降 ，培育脱毒和抗毒的马铃薯品种是提高产量的有效方法。请分析并回答下列问题：
（1）马铃薯的       （填结构）含病毒极少甚至无病毒，因此可将其接种在培养基中，经过人工培养获得脱毒苗。培养基中添加的生长素和细胞分裂素可诱导离体细胞经过       、       完成组织培养过程，从而形成脱毒苗。
（2）为监控脱毒苗的质量，可采用            的方法检测病毒的基因，也可采用  的方法检测病毒的蛋白质。
（3）若要通过转基因技术获得抗病毒的马铃薯植株，采用最多的方法是将病毒复制酶基因插 入到        中 Ti质粒的      上，构建出        后，将其导入马铃薯受体细胞，筛选出成功转化的马铃薯细胞后，再通过        技术形成完整植株。

图甲是培养纯合高茎抗病番茄植株的几种途径，其中涉及的两对相对性状独立遗传。图乙是纯合高茎抗病番茄植株在不同光照强度下C0₂吸收速率曲线。据图回答有关问题：

(1)图甲中____________  过程(填标号)将发生非等位基因的自由组合。__________过程(填标号)出现细胞脱分化现象。
(2)图申中的抗病基因一般需要与相应的质粒进行重组，已知限制性内切酶I的识别序列和切点是---G↓ATCC一，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC一。在抗病基因的两侧各有一个酶I切点和一个酶Ⅱ切点。请在方框中画出目的基因两侧被限制酶切割后所形成的黏性末端。

(3)图乙中当光照强度达到Z点(光饱和点)后，限制番茄光合作用的因素主要是_______ (答出两点)。若一天的平均光照强度在X和Y之间(白天和黑夜的时间各位12h则番茄一昼夜中有机物积累量的变化趋势是_____；（减少或增加)。
(4)已经测得玉米在光照强度Z时，其光合作用强度比番茄大。据此有人认为玉米的光饱和点大于番茄。请完成关于此问题的实验探究，以确定这种推论是否正确。
材料用具：生长状况相同的玉米植株2盆，可调节光强度的光源2个，测定光合作用强度的装置等(测定光合作用强度的具体方法不做要求，玉米的生长发育状况和叶片的数量对光饱和点的影响忽略不计)。
①实验假设________________________________________________________________
②实验步骤：___________________________________________________ ___________
③预测结果及结论：__________________________________________________________

下图表示我国首例绿色荧光蛋白转基因克隆猪的具体培育过程。

请据图回答下列问题：
(1)上述过程涉及的现代生物工程技术，属于分子水平的是___________，其核心步骤是_______________。
(2)若要获得单个的成纤维细胞进行培养，需用___________处理猪胚胎的部分组织。
(3)E过程中若要获得大量的卵母细胞需用___________激素处理成年母猪。
(4)H过程的名称是______   ___，所选择的胚胎一般处于_______       期较合适。
(5)经过培养得到早期胚胎后可以用胚胎分割技术以获得更多基因型______        (相同/不相同)的转基因克隆猪胚胎，且在进行H过程之前，需要对代孕母猪进行___________处理，以给早期胚胎移入受体提供相同的生理环境。

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MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4种限制性核酸内切酶切割的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题：

（1）图1的一条脱氧核苷酸链中，相邻两个脱氧核苷酸之间由　　　　　键连接。
（2）若用限制酶SmaⅠ完全切割图1中DNA片段，产生的末端是＿＿＿＿末端，其产物长度分别为＿＿＿。
（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T－A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子体细胞内分离出图1所示的DNA片段及其同源片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，产物中共有＿＿＿＿＿种不同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，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＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

干扰素在人体中是由免疫细胞合成并分泌的一种糖蛋白，几乎能抵御所有病毒引起的感染。传统生产方法成本高、产量低，获得的干扰素在体外不易保存。用生物技术手段可以缓解这些问题。请回答相关问题。
（1）利用基因工程生产干扰素，过程是：
①从健康人体的外周静脉血分离能合成干扰素的免疫细胞，从中提取             ，经反转录获取目的基因。
②用限制酶处理载体和目的基因后，用DNA连接酶处理，形成基因表达载体，该载体的化学本质是               。
③若选择大肠杆菌作为受体细胞，常用的转化方法是用Ca²⁺ 处理，使其成为                 ，在一定温度条件下完成转化。
④在培养液中培养一段时间后，离心后取      （答“上清液”或“菌体”），经进一步处理获得产物，进行产物鉴定时可采用                   技术。
（2）利用蛋白质工程对干扰素进行改造，基本途径是：
预期蛋白质功能→                 →                   →找到对应的脱氧核苷酸序列。
（3）利用细胞工程生产干扰素，设计思路是：将相应免疫细胞和瘤细胞融合，筛选出______   ___，经细胞培养可获得大量干扰素。

下图表示利用基 因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列有关问题：

（1）若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制酶Ⅱ的识别下列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制酶Ⅱ切割质粒，用限制酶Ⅰ切割抗虫基因，这样处理的原因是        。 ①过程在       （体内/体外）进行。
（2）将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有        的培养基上，能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。
（3）在基因操作中，将重组质粒导入大肠杆菌的目的是                                。
（4）经筛选分析，该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段，并表现出抗虫性状，因此可以把它看作是杂合子。理论上，该转基因植株自交产生的F₁代中，仍具有抗虫特性的植株占总数的    。（5）⑤过程所用技术称为          ，从遗传 学角度来看，根本原因是根细胞具有              。

肺细胞中的let一7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let一7基因导入肺癌细胞实现表达增强后，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图1。

(1)进行过程①时，需用            酶切开载体以插入let一7基因。进行过程②时，需用        酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于 细胞培养。采用PCR技术扩增let一7基因时，在PCR反应体系的主要成分应包含：扩增缓冲液(含Mg²⁺)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、耐高温的DNA聚合酶和引物l和引物Ⅱ等，若在该反应体系中，目的基因扩增了5代，则具有引物I的DNA所占的比例理论上为       。
(2)研究发现，let一7基因能影响癌基因RAS的表达，其影响机理如图2。据图分析，可从细胞中提取   进行分子杂交，以直接检测1et一7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中   (RASmRNA／RAS蛋白质)含量减少引起的。
(3)现有一长度为1000碱基对(bp)的DNA分子，用限制酶切开后得到仍是长度为1000 bp的DNA分子，说明此DNA分子的形态为                 。
(4)某线性DNA分子分别用限制酶Hind Ⅲ和Sma I处理，然后用这两种酶同时处理，得到如下片段(kb为千个碱基对)：

限制酶	片段及长度
Hind Ⅲ	2.5 kb，5.0 kb
Sma I	2.0 kb，5.5 kb
Hind Ⅲ和Sma I	2.5 kb，3.0 kb，2.0 kb

可以推知限制酶Hind Ⅲ和Sma I在此DNA分子中分别有           个识别序列。两酶同时处理后得到的片段，再用限制酶EcoR I处理，结果导致凝胶上3．0 kb的片段消失，产生一种1.5 kb的新片段；那么如果用限制酶HindⅢ和EcoR I将该线性DNA分子进行切割，则可得到长度分别为          的片段。

口蹄疫是由口蹄疫病毒引起的一种偶蹄动物传染病，目前常用接种弱毒疫苗的方法预防。疫苗的主要成分是该病毒的一种结构蛋白VPI。科学家尝试利用转基因番茄来生产口蹄疫疫苗，过程如下图1所示。图2表示目的基因与pZHZ1质粒构建重组质粒的过程，E、F、G、H分别为A、B、C、D四种不同限制酶的酶切位点。请据图回答。

⑴口蹄疫病毒的遗传物质为RNA，要获得VPI基因可通过 方法获得。
⑵如图2所示，若限制酶A、B切割出的末端完全不同，那么用这种双酶切的方法构建重组质粒的优点是 。
⑶已知质粒pZHZ1的长度为3.7kb，（1kb=1000对碱基)其中EF区域长度为0.2kb，GE区域长度为0.8kb，FH区域长度为0.5kb。现分别用限制酶G、H切割重组质粒pZHZ2样品，结果被酶G切割成1.6kb和3.1kb两个片段，被酶H切割成1.2kb和3.5kb两个片段。据酶切结果判断VPI基因大小为  kb，并将目的基因内部的酶G、酶H切割位点用相应的字母标注在答案纸的对应位置 。
⑷过程⑥的培养基中除了加入各种必需营养物质和 等激素外，还需要添加 筛选出含有重组质粒的叶片小段。
⑸获得表达VPI蛋白的番茄植株以后，需要进行免疫效力的测定。具体方法是：将转基因番茄叶片提取液注射到豚鼠体内，每半个月注射一次，三次后检测豚鼠血液内产生的  的数量。

我国基因工程药物的研制和生产发展迅猛，下图是利用基因工程方法生产重组人生长激素的示意图。图中质粒表示基因工程中经常选用的载体—pBR322质粒，Amp^r表示青霉素抗性基因，Tet^r表示四环素抗性基因。根据下图回答下列问题（限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ切割形成的末端均不相同）：

（1）过程②必需的酶是   ，过程④必需的酶是    。⑤过程中为提高成功率，常用           溶液处理大肠杆菌。
（2）如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ对质粒pBR322进行切割，用一种酶、两种酶和三种酶分别切割时，则形成的DNA片段共     种，其中含有完整四环素抗性基因的DNA片段的比例是     。
（3）如果只用限制酶PstI切割目的基因和质粒pBR322，完成过程④、⑤后，将三角瓶内的大肠杆菌（不含Amp^r、Tet^r抗性质粒）先接种到甲培养基上，形成菌落后用无菌牙签挑取甲上的单个菌落，分别接种到乙和丙两个培养基的相同位置上，一段时间后，菌落的生长状况如图所示。接种到甲培养基上的目的是筛选    的大肠杆菌，含有目的基因的大肠杆菌在乙、丙培养基上的存活状态分别是     ，    。

EPSPS是叶绿体中的一种酶，它能催化芳香族氨基酸的合成；草甘膦是一种除草剂，它能竞争性抑制EPSPS的作用,而使植物死亡。
（1）普通大豆施用草甘膦之后，电镜下可以看到叶绿体很快变形，其原因是氨基酸合成受阻直接影响了 
的合成，使叶绿体内的              膨胀、破裂，导致其结构和功能严重受损从而使植物死亡。
（2）研究人员以大豆“黑农37”胚尖为外植体，利用农杆菌介导法将EPSPS基因成功转入大豆，大豆产生了更多的EPSPS来抵抗草甘膦，从而使其不被杀死。

（3）要测定EPSPS基因最终是否整合到大豆的某一染色体上，可用              方法，或直接测定该染色体的              。
（4）上述过程③的操作首先是将胚尖放入到含        的侵染液中处理，然后再转入到含           的培养基中培养形成抗性芽，最后长成抗草甘膦的大豆植株。大豆胚尖细胞能长出一个完整植株的原理是胚尖细胞具有                   。
（5）抗性芽的诱导形成过程如下：配制完全培养基，在培养基中加入0.2mg/L吲哚丁酸和不同浓度的6-BA等物质，再将大豆胚尖接种到培养基上进行培养，结果如下表：

6-BA浓度 (mg/L)	抗性芽的诱导率(%)
2周	3周	4周
0	29.7	42.7	44.5
1	30.1	42.4	53.7
2	35.2	72.1	89.1
3	34.6	66.1	84.5
4	34.7	58.6	62.8
5	31.3	56.1	61.4

 
上述结果表明，随着培养基中6-BA浓度的增加，抗性芽的诱导率            。诱导抗性芽的6-BA最适浓度为          。抗性芽的形成必须要经过           过程。