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环境DNA(eDNA)技术是指从环境中提取DNA片段,结合PCR和DNA测序等分...

环境DNA(eDNA)技术是指从环境中提取DNA片段,结合PCRDNA测序等分子生物学技术来定性或定量检测目标生物,从而确定其分布状况等,是一种新型生物资源调查手段。科研人员利用eDNA 技术对某段长江流域的江豚分布进行了调查。

1)江豚是我国现存的唯一水生哺乳动物,国家一级濒危物种,不宜用传统的_____法进行种群数量调查。江豚在生态系统中属于_______

2)水样中提取的eDNA来源很丰富,可能来自水中动植物死亡后的组织细胞及各种排泄物,以及水中的________,甚至可能来自陆生动植物遗留在水中或由于人类活动进入到水体中的DNA

3)设置10 个检测点,采集水样并提取_____。检测点包括观测到江豚出现的水域,以及未观测到但适宜江豚生存的水域(疑似点)。

4eDNA分析

首先根据江豚线粒体的特有基因设计_________,然后进行荧光定量PCR。每一个循环包括_______、复性和延伸三步,需要的酶是___________。每个DNA样品重复测定3次。结果如下表所示:

检测点

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

观测到的江豚数量(头)

0

0

0

2

0

0

8

3

2

0

eDNA平均浓度(拷贝数/升)

-

14996

5194

2820

-

-

35588

3027

1105

-

 

注:“-”表示未检出。

测定结果显示,观测到江豚的4个水域结果都呈阳性,其他6个疑似点中_____的检测结果也呈阳性,说明这些疑似点也是江豚活动的水域。

5eDNA技术具有高灵敏、低成本、无损伤、快捷方便等优点,应用前景广泛,但不能用于__________。        

A.物种多样性的研究               B.某种鱼类的食性分析

C.濒危物种的调查                 D.准确判断物种的实时存在情况 

6)目前鱼类资源的减少被认为是造成长江江豚数量下降的主要原因之一。研究者用eDNA技术测定了该流域内浮游动物的生物量,可进一步根据营养级之间的____估算出鱼类资源量,进而评价该流域江豚的生存状况。

 

标志重捕 消费者 微生物 eDNA 特异性引物 变性(解链) 耐热的DNA聚合酶(Taq聚合酶或热稳定DNA聚合酶) S2、S3 D 能量传递效率 【解析】 eDNA是指环境中的DNA分子,生物多样性中有基因多样性,所以可以根据基因的特异性进行检测生物的种类及判断生物的数量。 (1)对动物种群密度的调查方法通常是标志重捕法,由于江豚数量少,所以不宜用该方法,江豚在生态系统中属于消费者。 (2)水样中提取的eDNA是水中能够提取到的所有的DNA,所以还包括水中微生物的DNA。 (3)首先提取eDNA。 (4)对提取的DNA需要进行PCR扩增,需要设计特有的引物,PCR的步骤是变性(解旋)、复性和延伸,整个过程是在高温下进行的DNA复制过程,所以需要耐高温的DNA聚合酶。 测定结果显示,在S4、S7、S8、S9这几个区域能够观察到江豚,水域结果呈阳性,而在S2和S3也有DNA分子检测到,说明些疑似点也是江豚活动的水域。 (5)eDNA技术是大规模提取生物及残留的DNA分子进行检测,所以可以通过对DNA的检测分析物种多样性,通过对鱼类消化道残留食物的DNA的检测鱼类的食性,分析濒危物种,但不能准确判断物种的实时存在情况。 故选D。 (6)由于江豚以浮游动物为食,所以根据浮游动物的生物量和营养级之间的传递效率推测鱼类资源情况。
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石斛是历代中医治疗消渴症(糖尿病)的良药。为探究4种石斛多糖DOP14的降血糖效果, 并研究其分子机制,科研人员做了以下实验。

1)取雄性小鼠若干只,适应性饲养后注射200mgkg四氧嘧啶生理盐水溶液,72h后测定空腹血糖值,若血糖值≥13mmol/L,即为造模成功小鼠。四氧嘧啶通过选择性地破坏__________细胞,从而导致___________,进而引起体内糖类代谢紊乱。

2)将模型鼠随机分为6组,分别为4个实验组以及2个对照组。除正常饮食和饮水外,实验组每天分别灌胃一次DOP14,连续21d。对照组2每天灌胃有效降糖药物二甲双胍,对照组1的处理应为_______________。每隔7天测定一次空腹血糖,结果见下图:

结果表明:__________。请评价上述实验方案是否严谨,并说明理由__________

3)依据已知的胰岛素调节信号通路(见下图),研究人员提出了关于石斛多糖降糖机制的假设。假如你是研究人员,请你提出一种具体假设,并写出利用上述几组小鼠验证假设的思路__________。(提示:实验思路用一两句话描述即可)

 

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阅读下面的材料,完成(1)~(3)题。

细胞是如何应对缺氧的

2019年度的诺贝尔生理学或医学奖授予了威廉·凯林、彼得·拉特克利夫以及格雷格·萨门扎三位科学家,他们阐明了人类和大多数动物细胞在分子水平上感受、适应不同氧气环境的基本原理,揭示了其中重要的信号机制。

人体缺氧时,会有超过300种基因被激活,或者加快红细胞生成、或者促进血管增生,从而加快氧气输送——这就是细胞的缺氧保护机制。那么是什么在激活、调控这300多种基因呢?科学家在研究地中海贫血症的过程中无意间发现了缺氧诱导因子HIF)。HIF由两种不同的 DNA 结合蛋白(HIF-1α ARNT)组成,其中对氧气敏感的部分是HIF-1α;而蛋白ARNT稳定表达且不受氧调节。所以,HIF-1α是机体感受氧气含量变化的关键。

当细胞处于正常氧条件时,HIF-1α会被降解。进一步的研究表明,在脯氨酰羟化酶的参与下,氧原子与HIF-1α脯氨酸中的氢原子结合形成羟基。羟基化的HIF-1α能与VHL蛋白结合,最终被蛋白酶体降解。在缺氧的情况下,HIF-1α羟基化不能发生,导致HIF-1α无法被VHL蛋白识别,从而不被降解而在细胞内积聚,并进入细胞核与ARNT形成转录因子,激活缺氧调控基因。这一基因能进一步激活300多种基因的表达,促进氧气的供给与传输。

HIF 控制着人体和大多数动物细胞对氧气变化的复杂又精确的反应,三位科学家一步步揭示了生物氧气感知通路。这不仅在基础科学上有其价值,还有望为某些疾病的治疗带来创新性的疗法。比如干扰 HIF-1α的降解能促进红细胞的生成来治疗贫血,同时还可能促进新血管生成,治疗循环不良等。

1)下列生命活动中,会受氧气含量的影响的是__________

A.细胞吸水     B.蛋白质合成      C.细胞分裂      D.兴奋的传导

2)请根据文章内容,将下图氧气感知机制的分子通路补充完整,并写出A-D代表的物质。

A. __________B. __________C__________D. __________              

__________;② __________;③ __________

3VHL蛋白是氧气感知机制的分子通路中一个重要分子,VHL基因突变的患者常伴有多发性肿瘤,并发现肿瘤内有异常增生的血管。推测与正常人相比,患者体内HIF-1α的含量___________。要抑制此类患者的肿瘤生长,可以采取的治疗思路有哪些___________

 

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内皮祖细胞能分化为血管内皮细胞,促进血管新生,其损伤会导致严重的心血管疾病。为探究黄芪多糖(APS)对内皮组细胞的保护作用,进行了以下实验。

1)从血液中直接分离获得内皮祖细胞,在37℃恒温培养箱中进行培养,通入的空气应含____________以维持pH稳定。

2)实验分组及处理

1组:在EGM-2培养液中培养48h

2组:在EGM-2培养液中培养24h后,再加入1mg/mL脂多糖(LPS)继续培养24h。(加入LPS的目的是诱导内皮祖细胞的损伤)

3组:在EGM-2培养液中加入0.8mg/mL APS培养24h后,加入______继续培养24h

3)细胞增殖能力检测

将上述处理好的各组细胞分别接种在多孔板中继续培养,测定96h内细胞数量的变化。(用OD值表示,数值越大表示细胞数量越多)

       时间

组别   OD

0h

24h

48h

96h

1

0.61

0.85

1.55

2.02

2

0.67

0.72

1.31

1.65

3

0.52

0.81

1.50

1.79

 

 

据此得出的结论是_______________

4miRNA检测

miRNA与靶基因mRNA配对导致mRNA无法参与_____过程,从而实现对靶基因表达的调控。研究人员提取细胞中的总RNA,在_________酶的作用下合成cDNA,然后进行定量PCR,计算各种miRNA的含量,结果如下图所示:   

推测LPS引起细胞损伤的原因是_________APS在一定程度上能减轻这种损伤。

 

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为了研究拟南芥的基因AB在减数分裂中的功能,研究人员开展了如下实验。

1)通过_________法将含卡那霉素抗性基因的T-DNA插入到野生型(AABB)拟南芥基因组中,在含_________的培养基中培养,筛选得到基因型分别为AaBBAABb的单突变体。

2)将上述得到的两种单突变体杂交得到F1F1中具有卡那霉素抗性的植株占_____。将具有卡那霉素抗性的F1分单株种植,收获F2单独统计,若F2中抗性:不抗性=15:1,则说明F1的基因型为_____, F2抗性植株中纯合子的比例为_____

3F2中各植株的茎叶相似,无法区分。为进一步筛选得到F2中的突变体纯合子,提取F2抗性植株的叶片DNA,分别用引物“P1+ P3”组合及“P2+P3”组合进行PCR,检测是否扩增,鉴定原理如下图所示。(插入T-DNAA基因过大,不能完成PCR)若_________,则相应植株为抗性纯合子aa。依据同样的原理,可得到bb

4)下图为两种突变体拟南芥减数分裂过程中的染色体行为变化。据图推测,基因AB的突变会导致减数分裂发生的变化分别是__________________

 

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儿茶素(C)是从茶叶中提取的一种天然多酚类化合物,有一定的抗菌作用,但作用较弱。研究人员用稀土离子Yb3+对儿茶素(C)进行化学修饰,形成配合物Yb3+-C,并探究其抗菌效果和机理。

1)细菌的细胞膜以_____________为基本支架,儿茶素(C)与细胞膜的亲和力强,可以穿过细胞膜。稀土离子Yb3+可与细菌内的某些酶发生竞争性结合而降低酶的活性,也可水解磷酸二酯键进而损伤细菌的遗传物质_______。但稀土离子与细胞的亲和力较弱,难以到达作用靶点,影响了其抗菌活性。

2)为了确定配合物中Yb3+C的最佳摩尔比,研究人员利用_________方法将金黄色葡萄球菌接种到培养基上,培养基的成分应包括_________、水、无机盐等。待培养基布满菌落后,用不同摩尔比的Yb3+-C配合物处理滤纸片,将其置于培养基中(见下图)一段时间后,比较滤纸片周围___________的直径,结果显示Yb3+C的最佳摩尔比为________

编号

Yb3+C的摩尔比

1

1:1

2

1:2

3

1:3

4

1:4

5

1:5

 

 

 

 

 

 

3)将金黄色葡萄球菌制成菌悬液,分别加入等量的CYb3+和最佳摩尔比的Yb3+-C,测定24h内金黄色葡萄球菌存活数量变化(A600值越大,细菌数量越多),结果见下表。

         时间

组别     A600

0h

2h

4h

8h

16h

24h

对照组

0.40

0.40

0.38

0.35

0.35

0.35

C处理

0.40

0.12

0.13

0.07

0.02

0.01

Yb3+处理

0.40

0.14

0.11

0.04

0.02

0.01

Yb3+-C处理

0.40

0.02

0.01

0.01

0.01

0.01

 

由此得出的结论是________________________

4)为探究配合物Yb3+-C 的抗菌机理,研究人利用透射电镜观察了各组金黄色葡萄球菌细胞内的超微结构,结果如下图。

结果显示:

a)未加抗菌剂:细菌菌体较小,其细胞质分布均匀;

bC处理:细胞壁和细胞膜等结构不光滑,略显粗糙;

cYb3+ 处理:细胞质出现较明显的固缩及空泡化现象;

dYb3+-C 处理:细胞壁及细胞膜等结构发生破裂,细胞质出现了严重的固缩及空泡化现象。

由此可见,儿茶素(C)和Yb3+作用的主要位点分别是______________,推测Yb3+ -C具有更强抗菌作用的机理是_____________

 

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