Question

8．在適宜條件下，大腸桿菌每30min繁殖一代，現(xiàn)將提取出的人胰島素基因用³²P標(biāo)記后通過一定方式導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)．將大腸桿菌接種到培養(yǎng)基上培養(yǎng)48h，此時在培養(yǎng)基上形成大腸桿菌菌落，并發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)基成分中胰島素的含量相當(dāng)于一個成年人48h分泌量的350倍．48h后隨機(jī)取出部分大腸桿菌進(jìn)行基因分析，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中胰島素基因穩(wěn)定．
請分析回答：
（1）培養(yǎng)2h后，在培養(yǎng)基中的所有大腸桿菌中，含有³²P的大腸桿菌的比例是$\frac{1}{8}$；
（2）48h后取出大腸桿菌進(jìn)行基因分析，發(fā)現(xiàn)胰島素基因穩(wěn)定，由此說明胰島素基因能夠隨大腸桿菌的繁殖通過半保留復(fù)制的方式在前后代之間準(zhǔn)確地傳遞遺傳信息，此準(zhǔn)確性來自于DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)能提供精確的模板和堿基互補(bǔ)配對保證了準(zhǔn)確地復(fù)制．
（3）人的胰島素基因之所以能夠在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)合成人的胰島素，是因為人和大腸桿菌的DNA分子在化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)上是完全相同的．
（4）大腸桿菌在48h內(nèi)合成分泌胰島素的量相當(dāng)于一個成年人48h分泌量的350倍，大腸桿菌具有如此高的合成效率，其原因是細(xì)菌的相對表面積大，跟周圍環(huán)境的物質(zhì)交換快，新陳代謝旺盛，繁殖率高，外源基因能夠快速表達(dá)，合成大量代謝產(chǎn)物．

Answer 1

分析 1、已知DNA的復(fù)制次數(shù)，求子代DNA分子中含有親代DNA單鏈的DNA分子數(shù)或所占的比例：一個雙鏈DNA分子，復(fù)制n次，形成的子代DNA分子數(shù)為2ⁿ個．根據(jù)DNA分子半保留復(fù)制特點(diǎn)，不管親代DNA分子復(fù)制幾次，子代DNA分子中含有親代DNA單鏈的DNA分子數(shù)都只有兩個，占子代DNA總數(shù)的$\frac{2}{{2}^{n}}$．
2、不同生物的DNA分子能連接在一起的原因是不同生物的DNA分子具有相同的化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)；一種生物的基因能在另一種生物體內(nèi)表達(dá)的原因是不同生物共用一套遺傳密碼子．

解答 解：（1）細(xì)菌的繁殖為二分裂．細(xì)菌每繁殖一次，DNA分子隨著復(fù)制一次．2h后細(xì)菌繁殖數(shù)量約為2^2×60÷30=16（個），根據(jù)DNA分子半保留復(fù)制特點(diǎn)，其中只有兩個大腸桿菌含有原來的親代DNA分子的單鏈，其比例為$\frac{2}{16}=\frac{1}{8}$．
（2）子代大腸桿菌細(xì)胞中胰島素基因穩(wěn)定，是因為親代DNA分子通過半保留方式進(jìn)行復(fù)制．在復(fù)制過程中，DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)能提供精確的模板，堿基互補(bǔ)配對保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性，使親代DNA中的遺傳信息準(zhǔn)確地傳遞給子代DNA．
（3）人的基因能夠在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、傳遞，并通過表達(dá)合成出人的胰島素，說明人的DNA分子與大腸桿菌的DNA分子在化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)是相同的．
（4）細(xì)菌屬于微生物，其相對表面積大，跟周圍環(huán)境的物質(zhì)交換快，使得細(xì)菌的新陳代謝旺盛，繁殖率高，外源基因能夠快速表達(dá)，合成大量代謝產(chǎn)物．因此微生物經(jīng)常作為基因工程的受體細(xì)胞．
故答案為：
（1）$\frac{1}{8}$
（2）半保留復(fù)制　遺傳信息　DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)能提供精確的模板　堿基互補(bǔ)配對保證了準(zhǔn)確地復(fù)制
（3）化學(xué)組成  空間結(jié)構(gòu) 
（4）細(xì)菌的相對表面積大，跟周圍環(huán)境的物質(zhì)交換快，新陳代謝旺盛，繁殖率高，外源基因能夠快速表達(dá)，合成大量代謝產(chǎn)物

點(diǎn)評 本題綜合考查DNA作為遺傳物質(zhì)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、復(fù)制過程、表達(dá)過程以及基因工程等方面生物學(xué)知識，屬于考綱理解和應(yīng)用層次的考查．