Question

【題目】閱讀下面的材料，回答文后的問題。

植物生物反應(yīng)器-植物工廠

生物反應(yīng)器是利用酶或生物體（如微生物）所具有的生物功能，在體外進(jìn)行生化反應(yīng)的 裝置系統(tǒng)，是一種生物功能模擬機(jī)，如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細(xì)胞反應(yīng)器等。傳統(tǒng)的生 物反應(yīng)器存在工藝控制、產(chǎn)品安全等問題。植物生物反應(yīng)器主要以整株植物、植物組織或植 物懸浮細(xì)胞為加工場所，生產(chǎn)藥物蛋白。

葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系是近年發(fā)展起來的一種新的植物生物反應(yīng)器。它是以葉綠體為外源 DNA 受體的一種轉(zhuǎn)化方式。將葉綠體特異性啟動(dòng)子、終止子等序列和外源基因整合作為目的 基因，然后將目的基因、標(biāo)記基因及葉綠體來源的基因片段構(gòu)建成表達(dá)載體，轉(zhuǎn)入葉綠體后 使目的基因插入葉綠體基因組，最后篩選獲得轉(zhuǎn)基因植株。與植物細(xì)胞核表達(dá)體系相比，葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系具有明顯優(yōu)勢：葉綠體由雙層膜包裹且無蛋白外流，為重組蛋白表達(dá)提供了一個(gè)相對安全的生物環(huán)境；葉綠體有自己獨(dú)特的 DNA 復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯體系，在基因轉(zhuǎn)錄、 翻譯等方面具有原核特性；葉綠體基因組拷貝數(shù)多，外源基因表達(dá)效率高；葉綠體基因組含有多基因可共同表達(dá)；可以防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴(kuò)散。

HIV 是獲得性免疫缺陷綜合征的病原體，目前仍缺乏有效疫苗。2012 年，研究人員以 HIV 病毒包膜蛋白上的 V3 環(huán)和 C4 結(jié)構(gòu)域序列的基因作為外源基因，在煙草葉綠體中成功表 達(dá) C4V3 抗原蛋白。通過實(shí)驗(yàn)證明，煙草葉綠體中表達(dá)的 C4V3 蛋白能夠引發(fā)免疫反應(yīng)。

（1）植物生物反應(yīng)器主要依賴____等現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)，以物組織或細(xì)胞作為物生反應(yīng)器，生產(chǎn)醫(yī)藥蛋白。

（2）構(gòu)建葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系時(shí)，需要的工具酶有____。構(gòu)建的 基因表達(dá)載體中含有____，使得目的基因只能在葉綠體中表達(dá)。

（3）植物葉綠體表達(dá)體系可以防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴(kuò)散，原 因可能是___________

A．轉(zhuǎn)基因植物與其他植物間不能通過花粉進(jìn)行基因交流

B．受精卵中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來自卵細(xì)胞

C．植物雜交的后代不會(huì)出現(xiàn)性狀分離

（4）將含有插入目的基因的葉綠體葉片組織制作成生產(chǎn)藥物蛋白生物反應(yīng)器的后續(xù)操作 包括 _____________________________ 。

（5）為檢驗(yàn)煙草葉綠體中表達(dá)的 C4V3 蛋白能夠引發(fā)免疫反應(yīng)，研究人員用緩沖液溶解C4V3 蛋白后，每周 4 次、每次用相同劑量的 C4V3 蛋白溶液注射小鼠。發(fā)現(xiàn)小鼠體 內(nèi)產(chǎn)生抗體反應(yīng)，T 細(xì)胞增殖且有淋巴因子生成。請指出該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，并加 以修正________________________。

Answer 1

【答案】基因工程和細(xì)胞工程 限制酶和 DNA 連接酶 葉綠體特異性啟動(dòng)子 B 脫分化形成愈傷組織，對愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，提取所需產(chǎn)物。或者 脫分化形成愈傷組織，再分化得到植株，從植株中提取所需產(chǎn)物。 該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺少對照組；對照組應(yīng)每周 4 次、每次用 C4V3 蛋白溶液等量的緩沖液注射小鼠，檢測 小鼠體內(nèi)的抗體反應(yīng)，T 細(xì)胞增殖情況以及淋巴因子的生成。

【解析】

1、基因工程的工具：（1）限制酶：能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。（2）DNA連接酶：連接的是兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。（3）運(yùn)載體：常用的運(yùn)載體：質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動(dòng)植物病毒。2、植物細(xì)胞工程技術(shù)的應(yīng)用：植物繁殖的新途徑（微型繁殖、作物脫毒、人工種子）、作物新品種的培育（單倍體育種、突變體的利用）、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

（1）植物生物反應(yīng)器主要以整株植物、植物組織或植物懸浮細(xì)胞為加工場所，生產(chǎn)藥物蛋白。這首先需要用基因工程技術(shù)將目的基因?qū)�入植物�?xì)胞，其次需要采用植物細(xì)胞工程技術(shù)將轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞培育成轉(zhuǎn)基因植株或轉(zhuǎn)基因植物組織或轉(zhuǎn)基因植物懸浮細(xì)胞，因此采用的現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程和細(xì)胞工程技術(shù)。
（2）構(gòu)建葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系時(shí)，需要的工具酶有限制酶和DNA連接酶。要使得目的基因只能在葉綠體中表達(dá)，則構(gòu)建的基因表達(dá)載體中要含有葉綠體特異性啟動(dòng)子。
（3）由于受精卵中的細(xì)胞質(zhì)幾乎全部來自卵細(xì)胞，因此植物葉綠體表達(dá)體系可以防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴(kuò)散。故選B。
（4）將轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞培育成植物生物反應(yīng)器的過程是：脫分化形成愈傷組織，對愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，提取所需產(chǎn)物（或者脫分化形成愈傷組織，再分化得到植株，從植株中提取所需產(chǎn)物）。
（5）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要遵循對照原則，因此該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺少對照組，對照組應(yīng)為：每周4次、每次用C4V3蛋白溶液等量的緩沖液注射小鼠，檢測小鼠體內(nèi)的抗體反應(yīng)，T細(xì)胞增殖情況以及淋巴因子的生成。