[生物——选修3:现代生物科技专题]
GFP是水母体内存在的能发绿色荧光的一种蛋白。科研人员以 基因为材料,利用基因工程技术获得了能发其他颜色荧光的蛋白,丰富了荧光蛋白的颜色种类。回答下列问题。
(1)构建突变基因文库。科研人员将GFP基因的不同突变基因分别插入载体,并转入大肠杆菌制备出 基因的突变基因文库。通常,基因文库是指______________。
(2)构建目的基因表达载体。科研人员从构建的 突变基因文库中提取目的基因(均为突变基因)构建表达载体,其模式图如下所示(箭头为GFP突变基因的转录方向)。图中①为_______,②为_______,其作用是______________;图中氨苄青霉素抗性基因是一种标记基因,其作用是______________。
(3)目的基因的表达。科研人员将构建好的表达载体导入大肠杆菌中进行表达,发现大肠杆菌有的发绿色荧光,有的发黄色荧光,有的不发荧光。请从密码子特点的角度分析,发绿色荧光的可能原因是_______(答出1点即可)。
(4)新蛋白与突变基因的关联性分析。将上述发黄色荧光的大肠杆菌分离纯化后,对其所含的 突变基因进行测序,发现其碱基序列与 基因的不同,将该 突变基因命名为 基因(黄色荧光蛋白基因)。若要通过基因工程的方法探究 基因能否在真核细胞中表达,实验思路是______________。
[生物——选修1:生物技术实践]
某研究小组设计了一个利用作物秸秆生产燃料乙醇的小型实验。其主要步骤是:先将粉碎的作物秸秆堆放在底部有小孔的托盘中,喷水浸润、接种菌 ,培养一段时间后,再用清水淋洗秸秆堆(清水淋洗时菌 不会流失),在装有淋洗液的瓶中接种酵母菌,进行乙醇发酵(酒精发酵)。实验流程如图所示。
回答下列问题。
(1)在粉碎的秸秆中接种菌 ,培养一段时间后发现菌T能够将秸秆中的纤维素大量分解,其原因是______________。
(2)采用液体培养基培养酵母菌,可以用淋洗液为原料制备培养基,培养基中还需要加入氮源等营养成分,氮源的主要作用是______________(答出1点即可)。通常,可采用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌。在使用该方法时,为了达到良好的灭菌效果,需要注意的事项有______________(答出2点即可)。
(3)将酵母菌接种到灭菌后的培养基中,拧紧瓶盖,置于适宜温度下培养、发酵。拧紧瓶盖的主要目的是 ______________。但是在酵母菌发酵过程中,还需适时拧松瓶盖,原因是______________。发酵液中的乙醇可用_______溶液检测。
(4)本实验收集的淋洗液中的_______可以作为酵母菌生产乙醇的原料。与以粮食为原料发酵生产乙醇相比,本实验中乙醇生产方式的优点是______________。
人体心脏和肾上腺所受神经支配的方式如图所示。回答下列问题。
(1)神经元未兴奋时,神经元细胞膜两侧可测得静息电位。静息电位产生和维持的主要原因是_______。
(2)当动脉血压降低时,压力感受器将信息由传入神经传到神经中枢,通过通路 和通路 使心跳加快。在上述反射活动中,效应器有______________。通路 中,神经末梢释放的可作用于效应器并使其兴奋的神经递质是_______。
(3)经过通路 调节心血管活动的调节方式有_______。
植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含有叶绿体,在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收 。有研究发现,用饱和红光(只用红光照射时,植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时,气孔开度可达最大开度的 左右,回答下列问题。
(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、_______(答出2点即可)等生理过程。
(2)红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是______________。
(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片,气孔开度可进一步增大,因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是,蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收 。请推测该研究小组得出这一结论的依据是______________。
(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应,用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔_______(填“能”或“不能”)维持一定的开度。
研究群落中植物类群的丰富度时;不仅要统计物种数,还要统计物种在群落中的相对数量。群落中某一种植物的个体数占该群落所有植物个体数的百分比可用相对多度表示。在某退耕农田自然演替过程中,植物物种甲、乙和丙分别在不同阶段占据优势,它们的相对多度与演替时间的关系如图所示。
(1)该群落演替与在火山岩上进行的群落演替相比,除了演替起点的不同,区别还在于该群落演替类型____________。(答出2点区别即可)
(2)在研究该群落植物类群丰富度的过程中,统计丙的相对数量采用了记名计算法。根据记名计算法适用对象的特点分析,丙的特点是______。
(3)据图分析,第 年至第 年乙种群密度的变化是______(填“增大”“减小”或“不能确定”),原因是____________。
(4)该农田退耕前后的变化,说明人类活动对群落演替的影响是____________。
单个精子的 提取技术可解决人类遗传学研究中因家系规模小而难以收集足够数据的问题。为研究 对等位基因在染色体上的相对位置关系,以某志愿者的若干精子为材料,用以上 对等位基因的引物,以单个精子的 为模板进行PCR后,检测产物中的相关基因,检测结果如表所示。已知表中该志愿者 个精子的基因组成种类和比例与该志愿者理论上产生的配子的基因组成种类和比例相同;本研究中不存在致死现象,所有个体的染色体均正常,各种配子活力相同。
等位基因 |
A |
a |
B |
b |
D |
d |
E |
e |
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单个精子编号 |
1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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注:“+”表示有,空白表示无
(1)表中等位基因 和 的遗传______(填“遵循”或“不遵循”)自由组合定律,依据是____________。据表分析,______(填“能”或“不能”)排除等位基因 位于 染色体同源区段上。
(2)已知人类个体中,同源染色体的非姐妹染色单体之间互换而形成的重组型配子的比例小于非重组型配子的比例。某遗传病受等位基因 和 控制,且只要有 个显性基因就不患该病。该志愿者与某女性婚配,预期生一个正常孩子的概率为 ,据此画出该女性的这 对等位基因在染色体上的相对位置关系图:______。(注:用“”形式表示,其中横线表示染色体,圆点表示基因在染色体上的位置)。
(3)本研究中,另有一个精子的检测结果是:基因 和 都能检测到。已知在该精子形成过程中,未发生非姐妹染色单体互换和染色体结构变异。从配子形成过程分析,导致该精子中同时含有上述 个基因的原因是____________。
(4)据表推断,该志愿者的基因e位于______染色体上。现有男、女志愿者的精子和卵细胞各一个可供选用,请用本研究的实验方法及基因E和e的引物,设计实验探究你的推断。
①应选用的配子为:______;
②实验过程:略;
③预期结果及结论:____________。
研究显示,糖尿病患者由于大脑海马神经元中蛋白 过度磷酸化,导致记忆力减退。细胞自噬能促进过度磷酸化的蛋白 降解,该过程受蛋白激酶cPKCγ的调控。
为探究相关机理,以小鼠等为材料进行了以下实验。
实验Ⅰ:探究高糖环境和蛋白激酶 对离体小鼠海马神经元自噬的影响。配制含有 葡萄糖的培养液模拟正常小鼠的体液环境。将各组细胞分别置于等量培养液中,A组培养液不处理,B组培养液中加入 的 试剂 ,C组培养液中加入 葡萄糖溶液 。实验结果见图甲。
实验Ⅱ:通过水迷宫实验检测小鼠的记忆能力,连续 天测量 组小鼠的逃避潜伏期,结果见图乙。逃避潜伏期与记忆能力呈负相关,实验中的糖尿病记忆力减退模型小鼠( 小鼠)通过注射药物STZ制备。
(1)人体中血糖的来源有____________(答出2个方面的来源即可)。已知 是通过破坏某种细胞引起了小鼠血糖升高,据此推测,这种细胞是______。
(2)实验Ⅰ的C组中,在含 葡萄糖的培养液中加入 葡萄糖溶液后,细胞吸水、体积变大,说明加入该浓度葡萄糖溶液后培养液的渗透压______(填“升高”或“降低”),B组实验结果可说明渗透压的变化对C组结果______(填“有”或“没有”)干扰。图甲中,A组和C组的实验结果说明蛋白激酶 对海马神经元自噬水平的影响是__________________。
(3)图乙中a、b两条曲线所对应的实验动物分别是______(填标号)。
①正常小鼠
②敲除 基因的小鼠
③ 小鼠
④敲除 基因的 小鼠
(4)对 小鼠进行干预后,小鼠的记忆能力得到显著提高。基于本研究,写出2种可能的干预思路:____________。
当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的 复合体( )造成损伤,使 活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭( )将过剩的光能耗散,减少多余光能对 的损伤。已知拟南芥的 蛋白有 个功能:①修复损伤的 ;②参与 的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的 均造成了损伤。
(1)该实验的自变量为______。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有____________(答出2个因素即可)。
(2)根据本实验,______(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的 活性强弱,理由是__________________。
(3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量______(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是__________________。
为了将某纳米抗体和绿色荧光蛋白基因融合表达,运用重组酶技术构建质粒,如图1所示。请回答下列问题:
(1)分别进行 扩增片段 与片段 时,配制的两个反应体系中不同的有____________,扩增程序中最主要的不同是______。
(2)有关基因序列如图2。引物 应在下列选项中选用______。
A. |
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B. |
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C. |
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D. |
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(3)将 产物片段与线性质粒载体混合后,在重组酶作用下可形成环化质粒,直接用于转化细菌。这一过程与传统重组质粒构建过程相比,无需使用的酶主要有____________。
(4)转化后的大肠杆菌需采用含有抗生素的培养基筛选,下列叙述错误的有______。
A. |
稀释涂布平板需控制每个平板 个菌落 |
B. |
抗性平板上未长出菌落的原因一般是培养基温度太高 |
C. |
抗性平板上常常会出现大量杂菌形成的菌落 |
D. |
抗性平板上长出的单菌落无需进一步划线纯化 |
(5)为了验证平板上菌落中的质粒是否符合设计,用不同菌落的质粒为模板,用引物 和 进行了 扩增,质粒 的扩增产物电泳结果如图3。根据图中结果判断,可以舍弃的质粒有______。
(6)对于 产物电泳结果符合预期的质粒,通常需进一步通过基因测序确认,原因是__________________。
糖尿病显著增加认知障碍发生的风险。研究团队发现在胰岛素抵抗( )状态下脂肪组织释放的外必囊泡( )中有高含量的 (一种 ),使神经细胞结构功能改变,导致认知水平降低。图1示 鼠脂肪组织与大脑信息交流机制。
请回答下列问题:
(1)当神经冲动传导至①时,轴突末梢内的______移至突触前膜处释放神经递质,与突触后膜的受体结合,使______打开,突触后膜电位升高。若突触间隙 浓度升高,则突触后膜静息电位绝对值______。
(2)脂肪组织参与体内血糖调节,在胰岛素调控作用下可以通过____________降低血糖浓度, 状态下由于脂肪细胞的胰岛素受体____________,降血糖作用被削弱。图1中由②释放的③经体液运输至脑部, 进入神经细胞,抑制细胞内______。
(3)为研究 对突触的影响,采集正常鼠和 鼠的 置于缓冲液中,分别注入 组实验鼠, 组的处理是______。 周后检测实验鼠海马突触数量,结果如图2。分析图中数据并给出结论:____________。
(4)为研究抑制 可否改善 引起的认知障碍症状,运用腺病毒载体将 抑制剂导入实验鼠。导入该抑制剂后,需测定对照和实验组 含量,还需通过实验检测____________。
帕金森综合征是一种神经退行性疾病,神经元中 蛋白聚积是主要致病因素。研究发现患者普遍存在溶酶体膜蛋白 变异,如图所示。为探究 蛋白在该病发生中的作用,进行了一系列研究。请回答下列问题:
(1)帕金森综合征患者 蛋白的第 位氨基酸由天冬氨酸突变为丙氨酸,说明 基因发生______而突变,神经元中发生的这种突变______(从“能”“不能”“不一定”中选填)遗传。
(2)突变的 基因在细胞核中以______为原料,由 聚合酶催化形成______键,不断延伸合成 。
(3) 转移到细胞质中,与______结合,合成一段肽链后转移到粗面内质网上继续合成,再由囊泡包裹沿着细胞质中的______由内质网到达高尔基体。突变的 基因合成的肽链由于氨基酸之间作用的变化使肽链的______改变,从而影响 蛋白的功能。
(4)基因敲除等实验发现 蛋白参与溶酶体内酸碱稳态调节。如图1所示,溶酶体膜的______对 具有屏障作用,膜上的 转运蛋白将 以______的方式运入溶酶体,使溶酶体内 小于细胞质基质。 蛋白可将 运出,维持溶酶体内 约为 。据图2分析, 蛋白变异将影响溶酶体的功能,原因是____________。
(5)综上推测, 蛋白变异是引起 蛋白聚积致病的原因,理由是____________。
气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要,气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①~④表示场所。请回答下列问题:
(1)光照下,光驱动产生的 主要出现在______(从①~④中选填); 可用于 固定产物的还原,其场所有______(从①~④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有 、______(填写2种)等。
(2)研究证实气孔运动需要 ,产生 的场所有______(从①~④中选填)。保卫细胞中的糖分解为 , 再转化为______进入线粒体,经过 循环产生的______最终通过电子传递链氧化产生 。
(3)蓝光可刺激气孔张开,其机理是蓝光激活质膜上的 ,消耗 将 泵出膜外,形成跨膜的______,驱动细胞吸收 等离子。
(4)细胞中的 可以在酶作用下合成四碳酸 ,并进一步转化成 ,使细胞内水势下降(溶质浓度提高),导致保卫细胞______,促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关,为了研究淀粉合成与细胞质中 的关系,对拟南芥野生型 和 突变 (叶绿体失去运入 的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究,其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有______。
A. |
淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供 |
B. |
光照诱导 气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关 |
C. |
光照条件下突变体 几乎不能进行光合作用 |
D. |
长时间光照可使 叶绿体积累较多的淀粉 |
如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的 酶对 的 为 ( 越小,酶对底物的亲和力越大),该酶既可催化 与 反应,进行卡尔文循环,又可催化 与 反应,进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗 并释放 的反应)。该酶的酶促反应方向受 和 相对浓度的影响。与水稻相比,玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘,其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所,维管束鞘细胞的叶绿体主要与 生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用 酶( 对 的 为 )催化磷酸烯醇式丙酮酸( )与 反应生成 ,固定产物 转运到维管束鞘细胞后释放 ,再进行卡尔文循环。回答下列问题:
(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是______(填具体名称),该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成______(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后,再通过______长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下,玉米的光合作用强度______(填“高于”或“低于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析,原因是______________________________(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的 浓缩机制导入水稻,水稻叶绿体中 浓度大幅提升,其他生理代谢不受影响,但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是______________________________(答出三点即可)。
乙烯是植物果实成熟所需的激素,阻断乙烯的合成可使果实不能正常成熟,这一特点可以用于解决果实不耐储存的问题,以达到增加经济效益的目的。现有某种植物的3个纯合子(甲、乙、丙),其中甲和乙表现为果实不能正常成熟(不成熟),丙表现为果实能正常成熟(成熟),用这3个纯合子进行杂交实验,F1自交得F2,结果见下表。
实验 |
杂交组合 |
F1 |
F2 |
① |
甲×丙 |
不成熟 |
不成熟:成熟=3:1 |
② |
乙×丙 |
成熟 |
成熟:不成熟=3:1 |
③ |
甲×乙 |
不成熟 |
不成熟:成熟=13:3 |
回答下列问题。
(1)利用物理、化学等因素处理生物,可以使生物发生基因突变,从而获得新的品种。通常,基因突变是指 。
(2)从实验①和②的结果可知,甲和乙的基因型不同,判断的依据是 。
(3)已知丙的基因型为aaBB,且B基因控制合成的酶能够催化乙烯的合成,则甲、乙的基因型分别是 ;实验③中,F2成熟个体的基因型是 ,F2不成熟个体中纯合子所占的比例为 。