高中生物生物技术中的伦理问题综合题

新华网北京2008年10月6日电： 德国人哈拉尔德·楚尔·豪森、法国人弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西和吕克·蒙塔尼因为发现两种引发人类致命疾病的病毒而荣获2008年诺贝尔生理学或医学奖。
资料一：豪森教授在研究中证实了宫颈癌和HPV（人乳头状瘤病毒）之间存在联系，并使得医学界最终认识到，几乎所有的宫颈癌都是由HPV引起的 。在此基础上，葛兰素史克等制药公司开发出宫颈癌疫苗，使宫颈癌成为人类可以预防和根除的第一种恶性肿瘤。
资料二：1981年美国一些年轻同性恋者先后因一种怪病死去。美国疾病控制和预防中心将这种怪病命名为“获得性免疫缺陷综合征”，即艾滋病。1982年该中心一项调查表明：艾滋病正在全球迅速蔓延，患者主要为同性恋和静脉注射毒品者，特征是血液中CD₄＋Ｔ淋巴细胞下降至几近于零。1983年法国人巴尔－西诺西和蒙塔尼开始从淋巴结肿大的同性恋艾滋病早期患者身上提取淋巴细胞并定期分析，很快就发现了人类免疫缺陷病毒（HIV）。
资料三：2007年，美国耶鲁大学的生物学家设想：期望将病毒群引诱到人体陷阱细胞中，以防止病毒繁殖，该方法将给人们战胜很多疾病（如AIDS）带来希望。例如，HIV通过CD₄＋T淋巴细胞表面的CD₄识别CD₄＋T淋巴细胞，如果给AIDS患者注射大量用CD₄分子修饰过的红细胞，则红细胞也会被HIV所识别、入侵。但HIV在红细胞内无法完成复制增殖，最后随红细胞的死亡而被清除，该方法目前已经在小鼠体内获得阶段性成果。
⑴HPV侵入人体后经过       细胞的处理和传递，刺激T细胞，T细胞经过增殖分化后形成的        细胞，可以与靶细胞密切接触，使靶细胞裂解死亡；B细胞在抗原刺激和T细胞产生的        的作用下，增殖、分化形成                 细胞。
⑵目前开发出的宫颈癌疫苗是主要通过转基因工程菌生产的蛋白质制品，其实质是抗原蛋白，它较传统的灭活、减活疫苗更安全，但要多次强化才行，为此基因疫苗应运而生。基因疫苗指的是DNA疫苗，即将编码外源性抗原基因通过          作工具导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达        ，诱导机体产生免疫应答。
⑶1983年，两位法国科学家推测CD₄＋Ｔ淋巴细胞可能是HIV攻击的目标，其依据是                                     。
⑷下图表示HIV感染人体后血液中HIV浓度和机体对HIV免疫反应的过程。

HIV在感染人体初期与潜伏期，临床上并无明显病症。在潜伏期时应如何采样与检测，以判断病人是否已被感染？                                       
⑸科学家研究发现HIV表面的抗原蛋白经常发生变化，因此目前仍没有有效的艾滋病疫苗和药物。请从HIV在人体细胞中遗传信息传递过程入手，设计开发治疗艾滋病特效药的思路 ：                                         。
⑹近年来，科学家将病毒群引诱到人体陷阱细胞中，以防止病毒繁殖，该方法给人们战胜AIDS带来新的曙光。人类成熟的红细胞之所以能成为“陷阱细胞”，从结构角度看其原因红细胞是                                    ，不具备HIV增殖的条件。衰老的红细胞成为             ，由人类的免疫系统清除。

CpTI蛋白是由豇豆的胰蛋白酶抑制基因（CpTI基因）控制合成的，该蛋白主要存在于细胞质基质中，具有广谱的抗虫特性。但细胞质基质中存在大量蛋白酶，使CpTI蛋白降解造成毒性减弱，因而转CpTI基因抗虫水稻抗虫能力不十分理想。2008年4月3日《参考消息》报道，中科院遗传与发育生物学研究所朱桢等已培育出一种转SCK基因抗虫水稻品种，与转CpTI基因抗虫水稻相比，对害虫的致死率大大提高。SCK基因是由他们对CpTI基因进行修饰而成，SCK基因指导合成的CpTI蛋白被固定在内质网中，因此转SCK基因水稻对害虫的致死率大大提高了。
(1) SCK基因水稻细胞中CpTI蛋白含量高的原因是                      。
⑵为了使SCK基因在水稻细胞中能稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时，使SCK基因能够表达和发挥作用，需要进行                             。
⑶将重组DNA分子导入水稻受体细胞的最常用的方法是          ，将水稻受体细胞培育成转基因水稻采用的技术手段是                   。
⑷为了检测转基因水稻中SCK基因是否插入到水稻染色体的DNA上，需要采用      
技术，从转基因水稻中提取出DNA，用放射性同位素标记的         作探针进行检测；
为了鉴定SCK基因导入水稻细胞后，是否赋予了水稻抗虫特性，在个体生物学水平上需
要做抗虫的       实验，以确定是否具有抗性以及抗性的程度。

棉花的纤维有白色的，也有紫色的；植株有抗虫、抗病的，也有不抗虫、不抗病的。为了判定有关性状的显隐性，用紫色不抗虫植株分别与白色抗虫植株甲、乙进行杂交(假定控制两对性状的基因是自由组合的，颜色和抗虫与否的基因可分别用A、a和B、b表示)，结果如下表。请分析回答以下问题：

序号	杂交组合类型	紫色不抗虫	白色不抗虫
1	紫色不抗虫×白色抗虫甲	210	208
2	紫色不抗虫×白色抗虫乙	0	280

（1）基因A通过控制酶的合成来控制紫色素的代谢过程，合成酶时翻译过程在细胞质的         上进行，通过tRNA上的       与mRNA上的密码子识别，将氨基酸转移到相应位置上。
（2）上述两对性状中，                      是显性性状，亲本紫色不抗虫、白色抗虫甲、白色抗虫乙的基因型分别是                  。若用纯合的白色抗虫植株与紫色不抗虫植株杂交，F₁自交，则F₂中，表现型与亲本不相同的比值为          。
（3）黄萎病是棉花的严重病害，在栽培棉中，仅海岛棉具有高度抗黄萎病的特性，有人选择抗黄萎病的海岛棉与不抗黄萎病的陆地棉进行有性杂交，结果几乎不产生杂交子代，原因是                                           。
（4）我国科学家利用基因工程的方法成功培育出抗黄萎病的陆地棉新品种。该技术的核心是                  ，此过程使用到的酶有                             。

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。Bt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的，该基因控制合成的Bt毒蛋白能造成棉铃虫等害虫死亡，但是对哺乳动物无害，因此广泛由于转基因抗虫植物的研究。下图为获得转基因抗虫棉的技术流程。

请据图回答：
（１）Ａ过程是______________  _____；B过程中为筛选出含重组质粒的农杆菌，可以在培养基中加入____________________。
（２）C过程是_____________，Ｄ过程是_____________，这两个过程中，培养基除含有必要营养物质、琼脂外，还必须加入________________。
（３）如果Ｅ过程要检测再生棉花植株中是否插入了Bt毒蛋白基因，可以利用____ _______技术检测，原理是______  ___ __。
（４）获得的抗虫棉如果用有性生殖的方法繁殖，子代都具有抗虫特性吗？___________。
（５）要大量培育具有抗虫特性的棉花植株，科研人员常采用                    方法，该技术的原理是                    。

请根据给出的材料回答下列相关问题。
Ⅰ、据美联社2008年1月17日《干细胞》杂志报道，美国加州的科学家使用了进行试管受精的年轻女性捐献的卵子，以及2名志愿者的皮肤成纤维细胞，成功克隆出了5个人体胚胎，进而可以开发出有研究价值的干细胞。请回答：
⑴上述过程中主要应用到的动物细胞工程有                           。
⑵在使用合成培养基进行胚胎干细胞培养时，通常需要加入           等天然成分。在细胞培养时，要保证被培养的细胞处于一定的气体环境，所需要的气体主要有        ，其作用分别是                                 。如果将此细胞用于检测有毒物质是否引起了细胞基因突变，可用                   技术。
⑶科学家欲进行胚胎分割移植，则应该选择发育良好、形态正常的桑椹胚或             ，将其移入盛有操作液的培养皿中，然后用分割针进行分割。
⑷胚胎移植是否成功，与供体和受体的生理状况有关。大量的研究已经证明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生                反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。
⑸我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆的研究，而美国国会反对治疗性克隆。请你谈谈反对克隆人的理由：                                                               
                                                                   。（至少两点）。
Ⅱ、下图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程，请据图作答。

⑹在体外培养条件下，为保持胚胎干细胞的未分化状态，通常在培养皿中铺上一层
                细胞。
⑺“治疗性克隆”的结果说明高度分化的体细胞的核仍然具有___________。相同的胚胎干细胞，“克隆”的结果各种各样，如有的是胰岛细胞，有的是血细胞，有的是心肌细胞，究其本质原因是基因____________________的结果。
⑻若将上述技术用于白血病人的骨髓移植，且图 中患者是A型血（I^Ai），提供卵细胞的女性是AB型血（I^AI^B）的，则骨髓移植成功后患者的血型是_________型。
⑼科学家为何要将患者的体细胞的核植入去核的卵细胞，而不直接用体细胞进行细胞培养？____________________                      。
⑽按上述方法克隆器官在器官移植方面的主要优点是________________________。

下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答。

（1）能否利用人的皮肤细胞来完成①过程?___________，为什么？___________________。
（2）过程②必需的酶是______________酶，合成A的原料是_______________。
（3）为使过程⑧更易进行，可用_______________________（药剂）处理D。
（4）在利用AB获得C的过程中，必须用_______________________切割A和B，使它们产生_______________，再加入___________________，才可形成C。

阅读下列材料并回答有关问题：
ω-3脂肪酸是深海“鱼油”的主要成分，它对风湿性关节炎以及糖尿病等有很好的预防和辅助治疗作用。
目前，人们主要通过食用深海鱼肉摄取ω-3脂肪酸，这造成人们过度捕杀深海鱼而严重破坏了海洋生态系统。由于ω-3脂肪酸去饱和酶可在普通猪体内将其富含的ω-6 饱和脂肪酸转变成ω-3脂肪酸，于是，科学家从一种线虫中提取出ω-3 脂肪酸去饱和酶基因，然后将该基因导入猪胚胎干细胞，再将这种胚胎干细胞在体外培养一段时间后植人正常猪的子宫，以期得到富含ω-3脂肪酸的转基因猪。
目前还不知道这些转基因猪肉能不能吃，也不清楚这些小猪长大以后能否保持较高水平的ω-3 脂肪酸。
（1）从线虫中提取目的基因需要特定的      酶，此酶的特点是            。
（2）线虫中提取出ω-3 脂肪酸去饱和酶基因在胚胎干细胞中经过       和      过程进行表达，表达终产物为             。胚胎干细胞可以来自囊胚中的         ，胚胎干细胞是一种未分化的细胞，具有发育                。
（3）请列举培育富含ω-3脂肪酸的转基因猪需利用到的三种现代生物技术。         ，
                和                   。
（4）用于培养动物细胞的培养基中           （成分）通常是用于培养植物细胞的培养基所没有的。培养胚胎干细胞时要加入饲养层来抑制           ，用于饲养层的细胞一般是             细胞。

癌症源于一组不受控制地进行分裂的细胞，某白血病具有遗传性，主要是某条染色体的DNA上的基因E突变为e导致（见图甲）。
I.有一对年轻夫妇的家族这种疾病的发病率较高，有某种能识别序列CTNAG的酶（N=任意一种核苷酸A、T、G或C），可在该序列的CT碱基之间切断。科学家提取该对夫妇（M和P），他们的新生儿，另外非家族成员人士（J和K）的DNA，利用CTNAG酶切割DNA。做凝胶电泳，结果如下图乙。

（1）研究所用的酶称为______________。
  （2）J样本电泳后有两条带，K样本只有一个条带，请据图分析造成这个现象的原因是______________。
（3）写出双亲的基因型：父______________           母______________。
II. 该疾病目前采取的治疗措施有放疗、化疗、基因治疗等方法。
（1）无论是辐射和药物作用，都是作用癌细胞分裂的______________时期。
（2）抗癌药物的主要作用是干扰细胞分裂，下图显示生化途径的特定阶段，抗癌药物A和抗癌药物B抑制图内细胞的胸腺嘧啶核苷酸的合成：

胸腺嘧啶核苷酸在细胞分裂中的作用是_______________，若抗癌药物A不直接影响酶1基因的复制，则它可能通过抑制酶1合成的_______________过程而起作用。
（3）抗癌药物B的结构与化合物X很相似，则抗癌药物B的作用机制可能是________。

III. 基因治疗的基本步骤是：
（1）治疗该白血病的目的基因是指_______基因，基因在体外增殖的主要方法是_____。
（2）病毒在此治疗中的作用是__________________。

应用生物工程技术能获得人们需要的生物新品种或新产品。请据图回答下列问题：

（1）      在培育转人生长激素基因牛的过程中，①过程需要的工具酶是                 、
             。
（2）转基因牛可通过分泌的乳汁来生产人生长激素，在基因表达载体中，人生长激素基因的前端必须有                   。
（3）prG能激发细胞不断分裂，通过基因工程导入该调控基因来制备单克隆抗体，Ⅱ最可能是           细胞，Ⅲ代表的细胞具有                                    的特点。
（4）在抗虫棉培育过程中，进行④过程最常用的方法是                        。

2007年诺贝尔生理学或医学奖授予马里奥·卡佩基等三位科学家，以表彰他们“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现”。这些发现导致了“基因敲除”技术（通常叫基因打靶）的出现，利用这一技术可以准确地“敲除”DNA分子上的特定基因，从而为研究基因功能开辟了新途径。该技术的过程大致如下：
第一步：分离胚胎干细胞。从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞，在培养基中扩增。这些细胞中需要改造的基因称为“靶基因”。
第二步：突变DNA的体外构建。获取与靶基因同源的DNA片断，利用基因工程技术在该DNA片段上插入neo^R基因（新霉素抗性基因），使该片段上的靶基因失活。
第三步：突变DNA与靶基因互换。将体外构建的突变DNA转移入胚胎干细胞，再通过同源互换，用失活靶基因取代两个正常靶基因中的一个，完成对胚胎干细胞的基因改造。
第四步：将第三步处理后的胚胎干细胞，转移到添加新霉素的培养基中筛选培养。
其基本原理如下图所示：
请根据上述资料，回答下列问题：
⑴“基因敲除技术”以胚胎干细胞作为对象是因为胚胎干细胞具有                    性。
⑵在第三步中，涉及的变异类型是                      。
⑶在靶基因中插入neo^R基因的目的是                                               。
⑷假设经过上图表示的过程，研究者成功获得一枚“敲除”一个靶基因的胚胎干细胞，并培育成一只雌性克隆小鼠，则：
①该克隆小鼠的后代是否都含有neo^R基因，为什么?________，________________________
____    ____________________________________________________________________。
②该克隆小鼠     （填“是”或“否”）已经满足研究者对靶基因进行功能研究的需要？如果是，说明理由。如果否，简述如何利用上述小鼠才能获得符合需要的小鼠。理由或简述如何才能获得符合需要的小鼠：                                                
                                                                            。
③若该克隆雌鼠与普通小鼠交配，理论上该克隆雌鼠产下的F₁中抗新霉素小鼠与不抗新霉素小鼠的比例为_________。若该克隆雌鼠产下的后代小鼠足以满足实验要求，请以F₁为实验材料，设计一实验方案，通过一代杂交实验，来确定新霉素抗性基因是导入到常染色体，还是导入到X染色体上。（要求写出用来杂交的F₁性状及杂交后一代的性状及相应结论）。
杂交方案：____    _______________ __________________ _____________________；
结果和结论：
_________________________________________________________________________ _
_________________________________________________________________________ _
_________________________________________________________________________ _
_____________________________________________________________________________。

2007年诺贝尔生理学或医学奖授予马里奥·卡佩基等三位科学家，以表彰他们“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现”。这些发现导致了“基因敲除”技术（通常叫基因打靶）的出现，利用这一技术可以准确地“敲除”DNA分子上的特定基因，从而为研究基因功能开辟了新途径。该技术的过程大致如下：
第一步：分离胚胎干细胞。从小鼠囊胚中分离出胚胎干细胞，在培养基中扩增。这些细胞中需要改造的基因称为“靶基因”。
第二步：突变DNA的体外构建。获取与靶基因同源的DNA片断，利用基因工程技术在该DNA片段上插入neo^R基因（新霉素抗性基因），使该片段上的靶基因失活。
第三步：突变DNA与靶基因互换。将体外构建的突变DNA转移入胚胎干细胞，再通过同源互换，用失活靶基因取代两个正常靶基因中的一个，完成对胚胎干细胞的基因改造。
第四步：将第三步处理后的胚胎干细胞，转移到添加新霉素的培养基中筛选培养。

其基本原理如下图所示：
请根据上述资料，回答下列问题：
⑴“基因敲除技术”以胚胎干细胞作为对象是因为胚胎干细胞具有                 性。
⑵在第三步中，涉及的变异类型是                      。
⑶在靶基因中插入neo^R基因的目的是                                           。
⑷假设经过上图表示的过程，研究者成功获得一枚“敲除”一个靶基因的胚胎干细胞，并培育成一只雌性克隆小鼠，则：
①该克隆小鼠的后代是否都含有neo^R基因，为什么?________，____________________________________________________________________。
②该克隆小鼠     （填“是”或“否”）已经满足研究者对靶基因进行功能研究的需要？如果是，说明理由。如果否，简述如何利用上述小鼠才能获得符合需要的小鼠。理由或简述如何才能获得符合需要的小鼠：                                                
                                                                       。
③若该克隆雌鼠与普通小鼠交配，理论上该克隆雌鼠产下抗新霉素小鼠与不抗新霉素小鼠的比例为_________。若该克隆雌鼠产下的后代小鼠足以满足实验要求，请以F₁为实验材料，设计一实验方案，通过一代杂交实验，来确定新霉素抗性基因是导入到常染色体，还是导入到X染色体上。（要求写出用来杂交的F₁性状及杂交后一代的性状及相应结论）。
杂交方案：____    _______________ _____________        _____；
结果和结论：
_________________________________________________________________________

(8分)回答有关基因工程的问题：
(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生______末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生______(相同、不同)黏性末端的限制酶。
(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是提供              特异性识别结合位点驱动基因转录。在用表达载体转化大肠杆菌时，常用______处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为__        ___。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成___   ___，常用抗原—抗体杂交技术。
(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的　　中，然后用该农杆菌感染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的    _上。

(7分) 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。

(1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可从已处死的雌鼠______________中获取。
(2)图中的高血压相关基因作为________，质粒作为________________，二者需用________切割后连接成重组载体 。
(3)子代大鼠如果______________和______________，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。
(4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是______________、早期胚胎培养和胚胎移植。

糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年上升的趋势。下图是利用基因工程技术生产胰岛素的操作过程示意图，请据图回答：

（1）过程②必需的酶是           酶。
（2）能否利用人的皮肤细胞来完成①的过程？            ，为什么？           。
（3）若A中有a个碱基对，其中腺嘌呤有b个，则③④⑤过程连续进行5次，至少需要提供鸟嘌呤              个。
（4）在利用AB获得C的过程中，需用                         切割A和B，再加入
                            ，才可以形成C。
（5）在进行基因工程操作过程中，胰岛素基因必需与运载体——质粒结合后才能进入大肠杆菌体内，并且在细菌内增殖。质粒的化学本质是一种                。
（6）不同生物间基因的移植成功，说明生物共用一套                    。

在调查某湖水中H细菌指数（1升水中含有的H细菌菌落数）的实验中，先将5升湖水水样浓缩至5毫升，然后各取浓缩水样1毫升，分别涂布到5个培养皿中培养，培养后统计的H细菌菌落数分别是42、38、55、18、12。实验引发出一系列的问题，请回答：
（1）培养基中含有蛋白胨、淀粉分别为细菌培养提供了                  。
（2）配制好的培养基用           法灭菌，并在             条件下接种。
（3）为了尽快观察到细菌培养的实验结果，应将接种了湖水样品的平板置于            中培养，培养的温度设定在37℃。要使该实验所得结果可靠，还应该同时在另一平板上接种         作为对照进行实验。
（4）细菌培养产生的单个菌落在生态学中称为               。根据上述结果计算，被检水样的H细菌指数为                    。
（5）在培养H细菌的过程中发现了另一种X细菌，并进行了如下图所示的实验：

从生态学的角度分析，H细菌与X细菌之间的关系是                。X细菌周围H
细菌不能生长和繁殖的原因最可能是                          。
（6）干扰素是动物或人体细胞受到病毒侵染后产生的一种糖蛋白，科学家用基因工程的方法生产干扰素时，用H菌作为             ，常用的转化方法是，先用                处理细胞，使其处于感受态，然后将其与                    在缓冲液中混合，最后通过        的表达，检测干扰素基因是否成功导入。
（7）若X细菌感染特定人群，则X细菌对感染者来说属于免疫学中的____物质，如果X细菌侵入人体细胞内，则彻底消灭这些细菌所涉及的免疫有                。