以诺贝尔奖为背景材料的生物试题例析

以诺贝尔奖为背景材料的生物试题例析高考考纲“获取信息的能力”中有两条：（1）能从课外材料中获取相关的生物学信息，并能运用这些信息，结合所学知识解决相关的生物学问题。（2）关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展以及生物科学发展史上的重要事件。以诺贝尔奖为背景材料的试题，如果能与所学知识有机结合进行考查，就能很好地体现考纲获取信息能力的考查要求。背景一：2006年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛，以表彰他们发现了RNA(核糖核酸)干扰机制。[例1]90年代植物学家试图向牵牛花的基因组中引入红色素基因，以使花瓣的颜色加深，结果却发现，花瓣的颜色并没有加深。后来科学家发现的一种新的基因调控方式——RNA干扰解释了这一现象。RNA干扰的作用机理如下图所示：RNA干扰的结果导致与mRNA对应的“基因沉默”了，无法表达。科学家发现在动物和人体组织细胞中也存在这种现象。（1）科学家获得红色素基因并将它插入到牵牛花的基因组中，采用的生物技术被称为，此技术实现了对生物性状的。（2）复合体I能够将双链RNA切割成片段，复合体Ⅱ又将一条RNA链清除，说明它们具有的作用。mRNA与复合体Ⅱ上的RNA结合遵循。（3）红色素基因“沉默”的原因是。（4）有科学家将能引起RNA干扰的双链RNA的两条单链分别注入细胞，结果却没有引起RNA干扰现象，请据图分析最可能的原因是。（5）在没有RNA干扰作用时，遗传信息能在生物大分子间传递。用图式表示细胞中遗传信息表达的过程：简析：解答此类试题首先必须明白试题提供的背景知识，这是解题的前提。本题的图示明确地表示了RNA干扰的机理。（1）向牵牛花的基因组中引入红色基因，也就是把外源基因引入牵牛花细胞中，属于转基因（或基因工程）范畴，由于转基因是将已知的基因转入受体中的，因此能有目的地、定向地改造生物的性状。（2）在生物体中的各种反应都是在酶的催化下完成的，复合体I将RNA切割成片断与限制性内切酶切割特定的DNA序列类同；复合体Ⅱ一条RNA链清除可以看作是将RNA链水解了，这些过程的进行都需要特定的酶参与。（3）根据题中信息，基因沉默的原因在于由基因转录得到的mRNA被蛋白质复合体水解了，因此也就无法翻译相应的蛋白质。（4）由于蛋白复合体Ⅰ只能识别双链RNA，不能识别单链RNA，因此把能引起RNA干扰的双链RNA的两条链分别注入细胞时，复合体Ⅰ就无法作出识别，也就不会引起RNA干扰现象。（5）生物体中遗传信息的传递过程可以用中心法则来概括，但题中要求表示的只是遗传信息的表达过程，也就是只需要画出转录与翻译，至于复制以及逆转录过程不属于表达，图中不需要表示出来。答案：（1）转基因技术定向改造（2）酶碱基互补配对原则（3）mRNA分子被剪切、分解，无法翻译成相应的蛋白质（4）蛋白复合体Ⅰ只能识别双链RNA，不能识别单链RNA(5)背景二：美英两国的科学家因为在胚胎干细胞研究方面的“基因靶向”技术获得2007年度诺贝尔生理学或医学奖。[例2]由于在“基因靶向敲除”技术方面获得重大成果，两位美国科学家和一位英国科学家分享了2007年诺贝尔生理或医学奖。“基因靶向敲除”是指利用细胞内的DNA可与外源性DNA同源序列发生同源重组的性质，用设计好的DNA片段替代动物细胞内的基因片段，从而达到基因敲除目的，其基本原理如下图所示。请回答下列问题：(1)“基因靶向敲除”实质上属于技术。(2)从获取目的基因到将目的基因导入受体细胞前，两次使用了同一种基因操作工具，该工具是。(3)要想获得一只含目的基因的小鼠，一般是通过病毒感染或显微注射技术将目的基因导入受精卵，选择受精卵作受体细胞的原因从细胞分化角度讲。(4)在此类基因操作中，通常可以用水母的发光蛋白作为标记物。水母发光蛋白有发光环，能在一定条件下发出荧光，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是()A．便于获取目的基因B．便于目的基因在宿主细胞中扩增C．便于目的基因的转移容易被检测D．便于目的基因的表达(5)按上述“基因靶向敲除”操作获得的小鼠其基因是杂合的，这种杂合小鼠的遗传是否遵循孟德尔定律？。为更好地研究该动物细胞内靶基因的功能，人们想获得一个含纯合目的基因的个体，下一步该如何实验操作?简析：（1）根据题干给予的“基因靶向敲除”的说明以及图示可知，它是把外源的基因导入到受体细胞中，因此属于转基因的范畴。区别在于，通常所说的转基因，其目的因此在受体细胞中的存在位置不能预先定位，而基因靶向技术中，目的基因替代的是受体细胞中既定的基因，也就是目的基因导入后存在的位点是确定的。（2）根据基因工程的操作，要将目的基因导入受体细胞，首先需要用相同的限制性内切酶分别切割目的基因与运载体，使它们留下相同的粘性末端，以构建运载体。（3）含有目的基因的受体细胞要发育成为一个个体，那么该受体细胞必须能够表达其全能性，对动物细胞来讲，分化程度最低，全能性最易表达的是受精卵。（4）在转基因的操作中，目的基因是否导入受体细胞需要作检测，当用发光蛋白的基因作标记时，就可以通过荧光的检测来判断受体细胞是否含有目的基因。（5）在“基因靶向敲除”操作中，导入的目的基因只占据一对同源染色体中的一条染色体的同源区段，同源染色体中另一条染色体的同源区段依然是原基因，也就是在一对同源染色体上的一对基因只是被替换掉了其中的一个，这样的个体属于杂合体，后代的遗传将是遵循孟德尔的遗传定律的。如果要得到含纯合目的基因的个体，可以通过与同样含目的基因的异性个体进行杂交，从杂交后代中选择出含目的基因的纯合体。答案：（1）转基因(2)同一种限制性核酸内切酶(3)受精卵分化程度低，全能性最强，极易培育为一个完整个体(4)C(5)遵循将两个均携带了目的基因的杂合体雌雄个体进行杂交，即可得到目的基因为纯合的子代个体背景三：2008年诺贝尔化学奖授予了三位在研究绿色荧光蛋白(GFP)方面做出突出贡献的科学家。[例3]绿色荧光蛋白能在蓝光或紫外光的激发下发出荧光，这样借助GFP发出的荧光就可以跟踪蛋白质在细胞内部的移动情况，帮助推断蛋白质的功能。下图为我国首例绿色荧光蛋白(GFP)转基因克隆猪的培育过程示意图，据图回答：（1）图中通过过程①、②形成重组质粒，需要限制性内切酶切取目的基因、切割质粒。若限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是一G↓GATCC一，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC一。在质粒上有酶I的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。①请画出质粒被限制酶I切割后所形成的黏性末端。②在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来，理由是。(2)过程③将重组质粒导入猪胎儿成纤维细胞时，采用最多也最有效的方法是。(3)如果将切取的GFP基因与抑制小猪抗原表达的基因一起构建到载体上，GFP基因可以作为基因表达载体上的标记基因，其作用是。获得的转基因克隆猪，可以解决的医学难题是，可以避免。(4)目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白，黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是：(用数字表示)。①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序列和基因的核苷酸序列②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计③蓝色荧光蛋白基因的修饰(合成)④表达出蓝色荧光蛋白。简析：本题是绿色荧光蛋白应用的一个实例，侧重考查基因工程与蛋白质工程。（1）根据两种限制性内切酶的识别与切割位点，可画出分别被两种酶切割后的粘性末端。从图中可以看到，两种酶切割后留下的粘性末端是相同的，因此用这两种酶切割后的粘性末端是可以连接起来的。（2）将重组运载体导入受体细胞的方式多种多样，但以动物细胞为受体时运用得最多的方法是显微注射。（3）本小题中所述的重组DNA中包含了两个外源基因：一个是抑制猪抗原表达的基因，由于这个基因的存在，将可避免因抗原而产生的免疫反应；另一个是GFP基因，由于这个基因的存在，其表达的荧光蛋白可以作为检测受体细胞是否含有目的基因的依据。（4）要用蛋白质工程得到不同颜色的荧光蛋白，需要依据蛋白质工程的操作步骤进行（如图）。答案：(1)①（参见简析）②可以连接因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的(或是可以互补的)(2)显微注射技术(3)为了鉴定受体细胞中是否含有目的基因发生免疫排斥反应(4)②①③④诺贝尔奖相关组题（诺贝尔奖常成为每年高考及高考复习中命题的素材，笔者收集了33道有关诺贝尔奖的习题，并按诺贝尔奖获得时间进行了排序。望能有助于大家高考复习！）1.果蝇是一种非常小的蝇类，遗传学家摩尔根曾因对果蝇的研究而获得1933年诺贝尔生理医学奖。果蝇的灰身（B）和黑身（b）,长翅（V）和残翅（v）,红眼（R）和白眼（r）分别受一对等位基因控制。Bb、Vv基因位于常染色体上，Rr基因位于X性染色体上。摩尔根等研究时发现：（1）近百年来，果蝇被应用于遗传学研究的各个方面，而且它是早于人类基因组计划而被进行基因测序的一种动物。科学家常选择果蝇作为实验材料的原因是_______________________________________________________（举出两点即可）。（2）以上表格中的两对相对性状中，如果进行正交与反交，产生的F1、F2结果不一致的是_________________________。一般情况下，用一对相对性状的真核生物亲本进行正交和反交如果结果一致，可说明控制性状的基因是________________基因。（3）实验一：现有纯种的灰身长翅和黑身残翅果蝇，请你设计实验探究灰身、黑身和长翅、残翅蝇这两对性状的遗传是否符合基因自由组合定律。第一步：取纯种的灰身长翅和黑身残翅果蝇杂交，得F1；第二步：______________________________________________________________；（或_______________________________________________________）（两者必一）第三步：统计后表现型的比例。结果预测：如果_________________________________________________。（或_______________________________________________________）（两者必一）。（4）实验二：已知果蝇的红眼和白眼是一对相对性状（红眼A、白眼a）,且雌雄果蝇均有红眼和白眼的类型。若一次交配实验即可证明这对基因位于何种染色体上，选择的亲本表现型应为____________________。①____________________________________________________________②____________________________________________________________③____________________________________________________________2．下面是关于生命科学发展史和科学方法的问题。（1）孟德尔在总结了前人失败原因的基础上，运用科学的研究方法，经八年观察研究，成功地总结出豌豆的性状遗传规律，从而成为遗传学的奠基人。请回答：①孟德尔选用豌豆为试验材料，是因为豌豆各品种间的___________________________，而且是_________和_________植物，可以避免外来花粉的干扰。研究性状遗传时，由简到繁，先从_________对相对性状着手，然后再研究_________相对性状，以减少干扰。在处理观察到的数据时，应用_________方法，得到前人未注意到的子代比例关系。他根据试验中得到的材料提出了假设，并对此作了验证实验，从而发现了遗传规律。②孟德尔的遗传规律是____________________________。（2）今年是DNA结构发现50周年。1953年，青年学者沃森和克里克发现了DNA的结构并构建了模型，从而获得诺贝