水稻是我国最重要的粮食作物,通常只能在南方和最好的耕地种植。为拓展水稻的种植范围,将水稻与高粱进行杂交获得高粱稻。
(1)研究者为了让水稻和高粱得以杂交,将水稻和高粱的花粉混合,授给花粉未成熟就进行________的水稻,收获F1种子,种植后同时出现多种变异类型。选择其中表型优良且与母本差异明显的植株进行________操作,收获自交种子,连续自交从中选育出某后代品系——高粱稻RS125。
(2)RS125呈现杆特高(2米)特粗(1厘米)、喜光耐旱的特征,此____________明显与高粱相似。连续三年收获的RS125均呈现同样的特征,这就排除了____________因素对基因表达的影响。
(3)为判断RS125发生变异的原因,取RS125的________,进行解离、漂洗、染色、制片,显微摄影后____________与对比,发现RS125并不携带高粱的染色体片段。
(4)根据以上信息研究者提出假设:RS125的形成是来自高粱花粉的DNA断裂后部分片段整合到水稻基因组中的结果。为验证这一假设,研究者提取了水稻(R)、高粱(S)高粱稻(RS)的根、叶研磨成匀浆,收集其中的蛋白质进行电泳,观察到结果如图所示:
①图中实验结果支持上述假设,判断的依据是________________。
②三组实验结果都有条带I和II,从进化的角度分析,原因是____________。
③若想进一步从分子水平直接验证上述假设,请写出实验思路,并预期实验结果____________。
(5)为扩大RS125的种植范围,还需进行哪些研究?请提出一个进一步研究的课题。________________________________________________
生态工程控害技术是合理地利用现有的耕作习惯来提高生物防控或对害虫的直接控制,包括改变大面积单一耕作模式、减少害虫的迁入量和种群发生数量,以及提高天敌的自然控害作用。
(1)稻田生态系统和自然生态系统相比,其自我调节能力_____,原因是______。
(2)构成水稻生态系统的非生物的物质和能量包括___________,水稻害虫与水稻的关系是______。
(3)为解决病虫害问题,有人建议在稻田中投放一定量的水生昆虫。常见本地水生昆虫的食性如下:
类别 | 豆娘 | 螳水蝇 | 摇蚊 | 蕈蚊 |
食性 | 肉食性 | 食腐或食肉 | 水底有机物或植食性 | 植食性 |
从生态系统的营养结构看,稻田里蕈蚊属于_________。你认为可以投放的昆虫类别是_______________。
(4)水生昆虫种类非常多,对环境水质和底质污染物敏感性高,是水生生态系统中良好的指示生物,常被用作监测水生生态系统变化。下图是生态工程技术防控区与农民自防区稻田中豆娘在水稻不同发育阶段的数量变化情况:
据图分析,生态工程技术防控区豆娘数量变化特点是__________,而农民自防区豆娘数量都维持在一个较低的水平,推测可能的原因是____________。
阅读下列材料并回答问题。
p53蛋白——细胞的守护神或刽子手
多细胞动物都能清除自身组织中有缺陷或者丧失功能的细胞。p53蛋白在其中起着重要作用。由p53基因编码的p53蛋白是一种转录因子,控制着细胞周期的启动。研究发现,细胞受到X射线照射后(通常会损伤遗传物质DNA),p53蛋白水平明显升高,诱导p21蛋白(细胞周期蛋白)表达,将分裂的细胞阻滞在任一时期,从而停止分裂增殖。
也就是说,当p53蛋白接收到细胞代谢紊乱(如癌细胞)或者遗传物质损伤的信息时,它将阻止细胞生长、分裂等生命活动的进程,促进细胞进行损伤修复,如果这个受损细胞不能得到修复,则p53蛋白将放出信号激活细胞潜在的自杀程序——凋亡。
另外,p53蛋白在对抗肿瘤发生的过程中,具有重要的预警及保护功能。p53基因是一种抑癌基因,在人类所有恶性肿瘤中,50%以上的个体会出现该基因的突变。
在p53基因的研究过程中,曾由于操作失误,导致p53基因突变,使其所编码的p53蛋白具有持续的活性,甚至并不需要通常激活它的信号,结果导致携带该突变基因的杂合小鼠比正常野生型小鼠具有更强的抗癌性。结合其他研究表明,p53蛋白确实能保护组织细胞避免癌变,从而在癌细胞有机会增殖成一个明显的肿瘤之前消灭它们。
有利亦有弊,p53蛋白提供抗肿瘤的保护作用的同时,也加速了细胞衰老的过程。这些“肿瘤抗性”小鼠非但没有活得更长,还显示出早衰综合征,它们的生存周期减少了20%。这个加速的衰老过程包括了通常在衰老的人类中发生的变化,如脊柱弯曲的形成,延迟的伤口愈合,具有自我更新能力的干细胞减少,以及体重、气力、肌肉、骨密度及头发的减少。
(1)p53基因表达产生的p53蛋白是一种转录因子,控制着细胞周期的启动,请列举与细胞周期相关5个术语(专业名词)________________________________。
(2)日常生活中体内细胞受到X射线照射后,p53基因激活不能恢复的受损细胞的自杀程序——凋亡,这是一个正常的生理过程,有利于维持机体内环境的_________。
(3)对野生型小鼠胸腺细胞进行电泳分析p53和p21蛋白的表达量,并观察不同基因型小鼠的胸腺细胞进行一定辐射剂量X射线照射后的存活率,结果如图A和图B所示。
注:p53基因(+)突变基因(—) p53+/-杂合型小鼠的胸腺细胞
p53-/-纯合子突变小鼠胸腺细胞 p53+/+野生型小鼠胸腺细胞
actin:表达无组织特异性,作为参考
①提取小鼠胸腺时,需在_____________处理后,才能获得单个细胞进行培养,培养液中除加入糖类、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等营养物质外,还需额外加入_______________,置于5%CO2培养箱中培养。
②据图A与图B分析,________基因型小鼠的胸腺细胞的存活率最高,说明突变基因编码的p53蛋白持续具有活性,导致其具有超强抗癌变的特性。
③根据图A分析p53基因和p21基因的表达情况和阅读材料,请补充完全下列流程:一定辐射剂量X射线照射 激活p53基因p53蛋白含量______________基因表达,阻滞细胞分裂进程,最终凋亡,避免细胞发生癌变。
(4)p53是一把双刃剑,对机体的生命活动既有利又有弊,请根据阅读材料,说出其对人体的利和弊,并据此陈述在肿瘤疾病的治疗方面如何合理利用________。
白叶枯细菌可导致水稻籽粒重量降低、减产,研究水稻的抗白叶枯病基因及其机理具有重要意义。
(1)水稻A品系感病,B品系抗病,两者只有极少数基因存在差异,研究者将从A品种中获得的基因D连接到Ti质粒中,用________法将D基因转入到B品系中。检测发现有30株转入成功的突变体,表型均为感病。将其中的4个突变株自交,向其子一代接种____________,检测感病情况并统计,结果如下表。
| 突变株1的子一代 | 突变株2的子一代 | 突变株3的子一代 | 突变株4的子一代 |
总数 | 14 | 19 | 40 | 15 |
感病株数 | 11 | 13 | 28 | 12 |
抗病株数 | 3 | 6 | 12 | 3 |
由表中结果可知,____________是显性性状,根据上述4个突变株的____________可以推测控制该性状的基因遵循分离定律。
(2)为研究D/d基因与水稻抗病的关系,研究者通过序列对比,在B品系中发现了与D基因序列非常相似的基因d,两基因在编码区和非编码区均存在差异。
①研究人员发现D基因编码区中一个碱基对的替换造成该处编码的氨基酸由丙氨酸(密码子为GCU、GCC、GCA、GCG)变为苏氨酸(密码子为ACU、ACC、ACA、ACG)。研究人员据此信息推测品系B产生抗病性的原因可能是_______。
②研究人员使用了RNA干扰技术来减少D、d基因的翻译。使用RNA干扰后,发现A品系植株表型由感病变为抗病,B品系的植株抗性进一步增强。由此可知,D/d基因与抗病性的关系为____________。说明d基因在_______区的序列与D基因不同,导致其基因表达的调节不同于D而使B品系具有抗病性。
(3)为进一步确定白叶枯细菌和D/d基因表达调控的关系,科研人员对两品系分别接种了白叶枯细菌,然后提取了它们的____________,经反转录合成cDNA片段。以cDNA片段为模板,分别用D、d基因的特异性引物进行PCR,结果见图。对照组除未接种病菌外其他处理与实验组相同。由图可知____________。
(4)综合上述研究结果,请你提出一种防治水稻白叶枯病的思路____________________________________________________________________。
新冠肺炎(COVID-2019)是一种严重呼吸系统症状的高传染性疾病,严重时可致人死亡。该病是由新近出现的一种病毒——新型冠状病毒(2019-nCov)(RNA病毒)引起的,为探究如何更好的防治该病,研究人员进行了系列研究。
(1)新型冠状病毒与SARS-Cov(“非典”病毒)结构相似,都是营________生活的生物,侵染宿主细胞后,以_________为模板,利用细胞内的核苷酸和氨基酸作为原料,合成并组装新的病毒,同时会引发机体发生特异性抗病毒的____________免疫。
(2)2019-nCov病毒主要通过其表面刺突蛋白S与人宿主细胞膜表面——血管紧张素转换酶2(ACE2)受体结合,而感染细胞。S蛋白分为2个亚基S1和S2,S2蛋白包括两个膜融合区HR1和HR2,HR1和HR2结合形成复合体:6-HB,使病毒吸附并发生膜融合而进入宿主细胞中。
①科研人员比对SARS-Cov与2019-nCov S2蛋白的氨基酸序列,发现两者HR1有8个氨基酸不同,HR2完全相同,说明2019-nCov在以________为原料,逆转录形成HR1基因时发生了改变而导致的,HR2相对而言,更保守,不易发生变化。
②科研人员为研究HR1结构的改变,是否影响HR1和HR2的结合,从而改变其感染宿主细胞的方式,设计人工合成了结构和HR1、HR2相同的HR1P、HR2P,探究两者的自我折叠,以及相互结合情况。利用圆二色光谱技术进行检测,如图所示:
注:圆二色谱技术是研究蛋白质构象变化的重要技术,主要进行蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸结合的研究。θ角的数值大小与物质的折叠率或物质之间的结合率成正相关 ;EK1为治疗SARS疾病时使用的融合抑制剂。据图可知,与其他组相比HR1P和HR2P的结合率______,并且复合体表现出6-HB的特征,说明2019-nCov的感染机制相似于SARS-Cov,没有发生显著变化。
③根据上图物质之间的结合情况,研究人员认为________和EK1可以作为融合抑制剂,当患者使用含此类物质药物后,能够竞争性结合_________,从而阻止病毒与宿主细胞的融合。
(3)根据上述研究,科研人员明确了病毒感染细胞的机制。过程为:I. S1蛋白与宿主细胞膜上的受体结合; II. S2亚单位的FP(融合蛋白)插入宿主细胞膜内; III. 触发HR1和HR2结合形成6-HB复合体,从而与宿主细胞融合。请结合上述过程,分析融合抑制剂的作用机制:_______________________。
(4)对于该病的治疗,疫苗的研发也是一大应用前景,如果将HR1或HR2作为疫苗原料,你认为哪一种更好___________________,请说明理由___________________。
下列关于实验原理或实验结果的叙述正确的是( )
A.显微镜下观察到的质壁分离是细胞质与细胞壁的分开
B.根据叶绿体色素在层析液中溶解度不同可以分离色素
C.果醋制作过程中发酵液的pH逐渐降低而果酒制作则相反
D.有丝分裂临时装片在显微镜视野中分裂中期的细胞数最多