Question

【題目】閱讀下面的材料，回答文后的問題。

植物生物反應器-植物工廠

生物反應器是利用酶或生物體（如微生物）所具有的生物功能，在體外進行生化反應的 裝置系統(tǒng)，是一種生物功能模擬機，如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細胞反應器等。傳統(tǒng)的生 物反應器存在工藝控制、產(chǎn)品安全等問題。植物生物反應器主要以整株植物、植物組織或植 物懸浮細胞為加工場所，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、標記基因及葉綠體來源的基因片段構建成表達載體，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。與植物細胞核表達體系相比，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，為重組蛋白表達提供了一個相對安全的生物環(huán)境；葉綠體有自己獨特的 DNA 復制、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，外源基因表達效率高；葉綠體基因組含有多基因可共同表達；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 結構域序列的基因作為外源基因，在煙草葉綠體中成功表 達 C4V3 抗原蛋白。通過實驗證明，煙草葉綠體中表達的 C4V3 蛋白能夠引發(fā)免疫反應。

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

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

（3）植物葉綠體表達體系可以防止轉(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行基因交流

B．受精卵中的細胞質(zhì)幾乎全部來自卵細胞

C．植物雜交的后代不會出現(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)藥物蛋白生物反應器的后續(xù)操作 包括 _____________________________ 。

（5）為檢驗煙草葉綠體中表達的 C4V3 蛋白能夠引發(fā)免疫反應，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，T 細胞增殖且有淋巴因子生成。請指出該實驗設計的不足，并加 以修正________________________。

Answer 1

【答案】基因工程和細胞工程 限制酶和 DNA 連接酶 葉綠體特異性啟動子 B 脫分化形成愈傷組織，對愈傷組織進行培養(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。 該實驗設計缺少對照組；對照組應每周 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，T 細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核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂。（2）DNA連接酶：連接的是兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。（3）運載體：常用的運載體：質(zhì)粒、噬菌體的衍生物、動植物病毒。2、植物細胞工程技術的應用：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）、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

（1）植物生物反應器主要以整株植物、植物組織或植物懸浮細胞為加工場所，生產(chǎn)藥物蛋白。這首先需要用基因工程技術將目的基因?qū)�入植物細胞，其次需要采用植物細胞工程技術將轉(zhuǎn)基因植物細胞培育成轉(zhuǎn)基因植株或轉(zhuǎn)基因植物組織或轉(zhuǎn)基因植物懸浮細胞，因此采用的現(xiàn)代生物技術包括基因工程和細胞工程技術。
（2）構建葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化體系時，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，則構建的基因表達載體中要含有葉綠體特異性啟動子。
（3）由于受精卵中的細胞質(zhì)幾乎全部來自卵細胞，因此植物葉綠體表達體系可以防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉在自然界中擴散。故選B。
（4）將轉(zhuǎn)基因植物細胞培育成植物生物反應器的過程是：脫分化形成愈傷組織，對愈傷組織進行培養(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）實驗設計需要遵循對照原則，因此該實驗設計缺少對照組，對照組應為：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，T細胞增殖情況以及淋巴因子的生成。