Question

17．玉米的光合效率較水稻的高，這與玉米中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）有很大的關系．如何將玉米的這一種酶轉移到水稻等植物上一直是生物學家的研究課題之一．但實踐證明，常規(guī)雜交育種手段很難如愿以償．近，有人利用土壤農桿菌介導法，將完整的玉米PEPC 基因導入到了水稻的基因組中，為快速改良水稻的光合作用效率，提高糧食作物產量開辟了新途徑．
（1）玉米和水稻很難利用常規(guī)手段雜交是因為玉米和水稻存在生殖隔離．
（2）獲得PEPC基因后，將其導入土壤農桿菌的質粒中，獲得重組質粒需要的工具酶是限制性核酸內切酶、DNA 連接酶，請在下框中補充某DNA片段，并畫出其被切割后形成黏性末端的過程．
（3）導入完成后得到的土壤農桿菌，實際上只有少數(shù)含有標記基因的重組質粒，可根據(jù)質粒中含有的篩選出成功導入了重組質粒的土壤農桿菌．
（4）用含有重組質粒的土壤農桿菌感染水稻細胞，即使感染成功，PEPC基因通過一定途徑整合到水稻的基因組中，但不一定會表達，原因可能是C．
A．玉米和水稻不共用一套遺傳密碼子
B．水稻中缺乏合成PEPC的氨基酸
C．PEPC基因受到水稻基因組中相鄰基因的影響
D．整合到水稻基因組中的PEPC基因被水稻的某種酶破壞了
（5）PEPC基因在水稻細胞中成功表達的標志是在水稻細胞中合成PEPC．
（6）得到PEPC基因成功表達的水稻細胞后，科研人員常采用植物組織培養(yǎng)方法獲得轉基因水稻植株．

Answer 1

分析 玉米和水稻不是同一個物種，兩者之間存在生殖隔離．
基因工程的三種工具：限制性核酸內切酶（限制酶）、DNA連接酶、運載體．基本操作步驟主要包括四步：①目的基因的獲取，②基因表達載體的構建，③將目的基因導入受體細胞，④目的基因的檢測與鑒定．
轉基因生物的安全性問題：食物安全（滯后效應、過敏源、營養(yǎng)成分改變）、生物安全（對生物多樣性的影響）、環(huán)境安全（對生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響）．

解答 解：（1）玉米和水稻是不同的物種，存在生殖隔離，隨意不能雜交．
（2）基因工程中使用到的酶為限制性核酸內切酶、DNA連接酶，根據(jù)堿基互補配對原則補充DNA片段，在根據(jù)限制酶的特點畫出粘性末端．
（3）標記基因存在的作用便于篩選含目的基因的受體細胞．
（4）凡是影響轉錄或翻譯的因素都可能會影響PEPC基因的表達．影響其表達的原因有：水稻中缺乏合成PEPC的氨基酸、PEPC基因受到水稻基因組中相鄰基因的影響、整合到水稻基因組中的PEPC基因被水稻的某種酶破壞了．所有生物都共用一套密碼子，排除A；參與蛋白質合成的氨基酸大約有20種，缺乏合成PEPC的氨基酸可能性有但比較小，排除B；PEPC基因在水稻細胞中以前沒有，所以水稻細胞中存在破壞它的酶可能有，但可能性也不大，排除D；可能性最大的就是受到水稻基因組中相鄰基因的影響，故選C．
（5）PEPC基因在水稻細胞中成功表達的標志是在水稻細胞中合成磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶．
（6）由細胞得到完整植株，要利用細胞的全能性，所以應該用組織培養(yǎng)的方法．
故答案為：
（1）玉米和水稻存在生殖隔離
（2）限制性核酸內切酶、DNA 連接酶
如下圖所示：

（3）標記基因
（4）C
（5）在水稻細胞中合成PEPC
（6）植物組織培養(yǎng)

點評 本題考查基因工程的工具及步驟，理解基因工程的步驟及使用的工具是解決此題的關鍵，難度不大．