【生物——选修3：现代生物科技专题】

青蒿素是一种治疗疟疾的药物成分，是青蒿组织细胞的一种代谢产物。如图为青蒿细胞中青蒿素的合成途径，其中FPP是合成青蒿素的必需物质，它在青蒿细胞和酵母细胞中都存在，而ADS酶和CYP₇₁AV₁酶只存在于青蒿细胞中。请回答下列问题： 

（1）若利用基因工程技术培育能产生青蒿素的酵母菌，则需要向酵母菌中导入＿＿＿＿＿＿＿，要实现这一过程，需要借助＿＿＿＿＿＿＿（工具酶）来构建表达载体。在对转基因酵母菌进行大量培养时，___    __（“是”或 “否”）需要向培养液通入无菌空气，以利于青蒿素的合成。

（2）还可以利用植物组织培养技术快速繁殖青蒿，生产青蒿的人工种子。首先需要以植物组织培养得到愈伤组织培养得到胚状体、＿＿＿＿＿等为材料，包裹人工种皮可制成人工种子。人工种皮的主要成分为＿＿＿＿＿＿＿，还可以加入＿＿＿＿＿＿＿促进植物生长发育。

（3）目前，科学家主要是利用单倍体育种，来培育能稳定遗传的高产青蒿。通过分离高产青蒿的花药，通过组织培养获得单倍体植株，然后利用＿＿＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿＿＿处理单倍体幼苗，使其染色体数目加倍，并进而筛选所需的纯合高产品种。

2015年，屠呦呦因发现青蒿素治疗疟疾的新疗法获奖。工业上青蒿素一般从青蒿植株中提取，产量低，价格高。基因工程及细胞工程等为培育出高青蒿素含量的青蒿提供了思路。科学家先通过紫外线处理大量青蒿幼苗后，偶然发现一株高产植株。通过基因测序发现该高产植株控制青蒿素合成相关的一种关键酶的基因发生了突变。

（1）提取了高产植株的全部DNA后，要想快速大量获得该突变基因可以采用PCR技术，该技术的原理是______________________。

（2）如果用青蒿某个时期mRNA反转录产生的双链cDNA片段，用该双链cDNA进行PCR扩增，进行了30个循环后，理论上可以产生约为__________个DNA分子，该双链与载体连接后储存在一个受体菌群中，这个受体菌群就叫做青蒿的________，获得的cDNA与青蒿细胞中该基因碱基序列___________（填“相同”或“不同”）。

（3）将获得的突变基因导入普通青蒿之前，先构建_______________,构建好的重组质粒在其目的基因前端要加上特殊的启动子，启动子是___________识别结合的位点。

（4）检测目的基因是否表达出相应蛋白质，应采取_______________技术。目的基因导入组织细胞后，通过________技术培育出青蒿幼苗。

为实现目的基因与运载体结合，以便在大肠杆菌中大量表达相应的蛋白质，研究人员进行了如图所示操作。请分析回答下列问题：

（1）图表示用BamH I切割含目的基因的DNA片段，质粒经相同限制酶处理后，经________酶的作用获得a，a称作_________。将a与感受态大肠杆菌混合后，混合物应接种在含有________的培养基上。质粒中抗氨苄青霉素基因称为______，在筛选过程起作用。若要证明培养基是否符合实验要求，培养基上需接种________的感受态大肠杆菌，培养后不出现菌落则培养基合格。

（2）DNA分子中，一条链中的两个核苷酸通过_________相连；如果要检测目的基因是否成功表达，须提取培养后大肠杆菌的__________，用相应抗体检测。

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在药品生产中，人们逐步利用基因工程技术生产出如干扰素，白细胞介素，凝血因子等各种高质量低成本的药品，请分析回答：

(1)在用目的基因与质粒形成重组DNA过程中，一般要用到的工具酶是限制酶和DNA连接酶，其中限制酶切割的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿键,其特点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

(2)将含有“某激素基因”的质粒导入细菌细胞后，能在细菌细胞内直接合成“某激素”，则该激素在细菌体内的合成包括＿＿＿＿＿＿＿＿和                   两个阶段。

(3)基因工程形成工程菌的遗传学原理是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

(4)基因工程操作的第四步是目的基因的检测与鉴定，其中分子水平的检测又分三步：首先要检测转基因生物的DNA是否插入了目的基因，采用技术是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；其次还要检测目的基因是否转录出了mRNA，检测的原理是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；最后检测目的基因是否翻译成蛋白质，方法是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

β-葡萄糖甘酸酶（GUS）基因来自大肠杆菌。转GUS基因的植物组织浸泡在含有某底物的缓冲液中，GUS能与底物发生反应，使植物组织呈现蓝色。研究人员利用转GUS基因的葡萄植株，以探究干旱调节对葡萄P启动子的功能是否有诱导作用。请回答：

（1）葡萄P启动子是____________识别并结合的位点。欲获得葡萄P启动子，可根据P启动子的核苷酸序列设计引物，利用该引物和从葡萄细胞获取的_________________为模板进行PCR扩增。

（2）将葡萄P启动子与GUS基因等元件构建基因表达载体，利用___________(方法)将该基因表达载体导入葡萄愈伤组织，葡萄愈伤组织在培养基中经______________后，进而发育形成转基因葡萄植株。

（3）取上述转基因葡萄植株分为A、B两组，A组置于正常条件（无干旱处理）下培养，B组置于干旱条件下培养。一段时间后分别取A、B组葡萄植株幼根，浸泡在含有底物的缓冲液中，观察幼根颜色变化情况。

①若A、B组的结果分别为____________________，则葡萄P启动子的功能受干旱诱导。

②若A、B组的结果分别为____________________，则葡萄P启动子的功能不受干旱诱导。

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紫杉醇是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种代谢产物，具有显著的抗癌效果。下面是几种生物合成紫杉醇的方法，请据图回答相关问题：

（1）若利用微型繁殖技术大量生产红豆杉幼苗，则该技术利用的原理是___________。在植物组织培养的培养基中除无机营养成分、有机营养成分、琼脂外，还需要添加__________。红豆杉的形成层在生长发育过程中并不能合成紫杉醇的根本原因是_________________。

（2）科学家尝试利用PCR技术从太平洋红豆杉中获取相关基因片段，并在大肠杆菌中完成转化过程。PCR技术利用的原理是___________。将该目的基因导入受体菌时，常利用Ca²⁺处理细胞，使其成为___________，从而完成转化过程。若重组大肠杆菌产生的中间代谢产物扩散到水体或土壤后，可引发_________安全问题。

（3）为了培养能产生紫杉醇的红豆杉-柴胡植株，科研人员将红豆杉的愈伤组织和柴胡的愈伤组织用纤维素酶和果胶酶处理后，获得有活力的____________，再用诱导剂____________使其融合，最后选择能够高效合成紫杉醇的杂交细胞进行培养。

下图是从酵母菌中获取某植物需要的控制某种酶合成的基因的流程，结合所学知识及相关信息回答下列问题：

(1)图中cDNA文库________基因组文库。(填“大于”“等于”或者“小于”)图中B过程是________。

(2)目的基因获取之后，需要进行                          ，此步骤是基因工程的核心。

(4)如果要想使该酶活性更强或具有更强的耐受性，需要对现有蛋白质进行改造，这要通过蛋白质工程。首先要根据预期蛋白质功能设计预期的________，再推测应有的氨基酸序列，找到相对应的________________。也就是说蛋白质工程直接操作的对象是             ，即通过          或          ，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。