14年生物学综合考博真题和答案四川大学

1、一：必答题1. 在你的研究领域或你感兴趣的领域中，请简述你认为的二个重大的科学突破和一个最有希望突破的科学问题，并说明其对生物科学研究的作用和影响。在此领域中，哪些科学问题你愿意以毕生精力去解决。2. 在你亲自参加的研究课题中，请叙述一组令你特别兴奋或标志性的实验（可简图帮助说明）包括：1. 实验目的2. 实验设计和手段3. 试验中所遇到的具体问题和解决方法4. 实验结果对该领域的贡献5. 下一步实验设计和想法二：选答三题1. 请阐述宏基因组学在微生物领域的研究策略与应用 答： 宏基因组学（Metagenomics）又叫微生物环境基因组学、元基因组学。它通过直接从环境样品中提取全部微生物的DN

2、A,构建宏基因组文库，利用基因组学的研究策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能。它是在微生物基因组学的基础上发展起来的一种研究微生物多样性、开发新的生理活性物质（或获得新基因）的新理念和新方法。其主要含义是：对特定环境中全部微生物的总DNA（也称宏基因组）进行克隆，并通过构建宏基因组文库和筛选等手段获得新的生理活性物质；或者根据rDNA数据库设计引物，通过系统学分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。 策略是从特定环境中直接分离所有微生物DNA , 将大片段的DNA克隆到受体菌中表达 , 然后根据某些生物活性筛选有应用价值的克隆。包括 两个方面: 宏基因组文库的构

3、建 : 宏基因组文库的构建沿用了分子克隆的基本原理和技术方法 , 并根据具体环境样品的特点和建库目的采用了一些特殊的步骤和对策。一般包括样品总D N A 的提取、与载体连接 和在宿主细胞建立中克隆 宏基因组文库的筛选: 根据其研究目的,宏基因组文库筛选通常有功能筛选和序列筛选两种方法。宏基因组学在基础微生物学研究中的应用 1.发现新基因 由于自然界中大多数微生物物种及其生物量是未知的 , 其中存在大量不可培养的微生物。通过构建宏基因组文库 , 而且从中鉴定出的大多数基因将都是新的基因。 即使是对一个相对较小的宏基因组文库进行筛选 , 所获得的序列与已公布的数据库中的序列的相似性也很低 。 如利

4、用宏基因组文库 , 已发现的新基因主要有 :生物催化剂基因 、抗生素抗性基因以及编码转运蛋白基因等 。2.开发新的微生物活性物质 在地球各种环境中,多达99%的微生物因为不能培养而无法了解。宏基因组学则为新微生物活性物质的开发提供了新思路。目前通过采用土壤、海水、海洋浮游生物、海绵、甲虫、人唾液等环境样品,成功构建了宏基因组文库,筛选到多种新的活性物质如各种酶类及一些次生代谢产物等,将宏基因组文库筛选和基因改组等基因工程技术结合起来 , 在开发新的微生物活性物质方面具有巨大潜力。3.研究微生物群落结构及其功能 宏基因组学为认识由可培养和不可培养微生物所构成的复杂生境及其功能提供了可能,且必将在

5、研究生物多样性中发挥重要作用。运用宏基因组技术对海洋病毒已有较深入的研究,为探寻复杂微生物群落中的感应信号分子及其基因调节机制,探知微生物物种在群落中的功能打下基础！宏基因组是指某一特定生境中全部微生物遗传物质的总和,包括可培养的和尚不能培养的微生物基因组。在微生物领域研究策略：宏基因组学以基因组技术为基础，基本程序包括：环境样品中宏基因组的提取；将 DNA 克隆到载体中；载体转化宿主细菌建立环境基因组文库；环境基因组文库分析和筛选。近年来， 随着新一代高通量、低成本测序仪的问世，宏基因组的研究可对特定生境中的基因组片段直接进行测序而不用构建文库，从而避免了在文库构建过程中利用细菌 对样品进行

6、克隆以及克隆中引起的偏差，简化了宏基因组研究的基本操作，提高了测序效率，极大地促进了宏基因组学发展。应用：医学的应用人体微生物群落 结构和功能的研究 1.宏基因组学可以对处于疾病状态下的人体微生境进行研究 , 比较分析正常和疾病状态下、疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功 能变化。2.宏基因组学还可以对处于疾病状态下的人体微生境进行研究，比较分析正常和疾病状态下、 疾病不同进程中人体微生物群落的结构和功能变化。3. 新基因、新活性物质的发现。1 宏基因组学在农业微生物研究中的应用 近年来发展起来的宏基因组学利用分子生物学的研究方法绕过培养方法来研究微生物的多样性及功能 , 为土壤微生物研究开

7、辟了新的道路 。 土壤中多数微生物不可培养 , 这限制了微生物资源的开发利用 。 宏基因组学方法在开发和利用不可培养微生物资源方面有巨大潜力 , 可以将其运用到土壤微生物学研究中 , 也可以用于改造土壤 、 提供有机肥料和改进粮食品种等领域 。 随着微生物宏基因组研究的不断深入 , 宏基因组技术也在土壤 、 海水微生物等 研究领域中成 功应用, 预示着在不久的将来 , 宏基因组技术必将会在更广泛的关键领域取得重大突破 。2 基因组文库构建DNA 提取，获得高质量的总 DNA 是宏基因组文库构建的关键因素之一，DNA 提取方法主要有 2 种：一种是直接裂解法，直接裂解环境样品中的微生物细胞进行

8、DNA 抽提另一种是间接裂解法，即先采用差速离心等物理手段，将微生物细胞从环境样品中分离出来，再用较温和的方法来对 DNA 进行抽提3 宏基因组文库的筛选，目前用于宏基因组文库的筛选方法主要有功能筛选法 ，序列筛选法，化合物结构筛选法和底物诱导基因表达筛选法 4 种4 宏基因组学应用研究随着近年来研究的深入，宏基因组学研究已渗透到各个研究领域，包括食品科学 微生物活性筛选新基因挖掘医药领域替代能源环境修复生物降解农业生物防御海洋土壤热泉人体口腔及胃肠道等各方面显示了重要的价值因研究涉及领域较多，仅例举在食品和微生物活性物质筛选基因组学进行介绍2. 请阐述如何利用微生物生产生物柴油，以及微生物生

9、产生物柴油的优点和可能存在的问题？答：构建一种能够合成生物柴油的重组微生物，通过改造该微生物体内代谢途径或表达外源 基因，在细胞内同时合成制备生物柴油的原料油脂、乙醇和催化剂(脂肪酶)，这样在微生物 细胞内即可催化油脂和乙醇合成生物柴油，实现利用微生物自身生命活动直接合成生物柴油 的目的。优点：1.可以避免燃料与食物之间的竞争，降低生产成本;2.采用微生物油脂作为原 料，具有繁殖速度快、生产周期短、所需劳动力少且同时不受场地、季节和气候变化影响等 优势。缺点：1.虽然构建的基因工程菌能够产长链或中链生物柴油，但是产量不高3. 请阐述引种与生物入侵的关系及其现实指导意义。阐述引种与生物入侵的关系

10、:某一生物由原生地经过自然或人为途径进入某一适宜其生存和繁衍的地区，种群数量不断增加分布区域稳步扩展，对生态系统和人类健康造成损害或生态灾难的过程，就称为生物入侵。近些年来，随着旅游业的蓬勃发展和交通工具的更新，以及人类出于各种目的而越来越多的引种，许许多多的物种跨越了曾经难以逾越的地理屏障如高山、海洋、沙漠等，不断扩大其分布区域，对本地原有物种构成威胁，损害了生物多样性，并且造成了一定的经济损失，渐渐成为了世界范围的经济问题和环境问题人类现在所面对的生物入侵难题在很大程度上来说是人类自己有意识引入外来种不恰当的恶果，在我国目前已知的外来有害植物里，超过一半以上的物种是由人类有意识引入造成的。

11、其实，有意识地引入外来生物恰当的话是有一定好处的，张骞通西域时便从西域地区引入了很多新的农作物及水果，对我国的农业发展也起了不小的作用。引种是改进品种、发展生产的重要措施和手段中国社会的进一步开放, 促进了外来物种的大量引入,特别是我国加入WTO、西部开发中的退耕还林( 还草) , 以及城市绿化出现了新的引种高潮。但引入外来物种时也必须慎重，可能你只是看到了它的有利方面，却忽视了它的不利方面。几乎每种有意识引入的外来物种都是因为人们看到有利之处，却忽视其不好的方面而造成的。例如，19世纪的澳洲本来是没有兔子的，后来英国人引入了24只兔子，出于狩猎目的，放生了13只，由于当地生态系统中没有兔子的

12、天敌，以至于现在其种群已达到数亿只之巨，曾一度造成了严重的生态危机；空心莲子草作为牧草和饲料被引入而造成入侵；原产于委内瑞拉的风眼莲，俗称水葫芦，由于其外观美丽，被各国引入后，也造成了不小的生态危机，其滋生蔓延甚至阻塞河道，每年用于清理河道的费用就是很大的一笔投入；美洲商陆作为药用植物引进而入侵，互米花草作为环境植物被引入而实现入侵。此外，植物园逃逸、人造物种放生、动物野化等也会造成生物入侵，如圆叶牵牛等，又如1513 年,山羊被引入大西洋中部的圣赫勒拿岛之后,很快成为半野生状态,导致岛上的植物区系的完全改变和至少7种植物的灭绝；我国西沙群岛上野化的牛大量繁殖,达200头以上,它们大量啃噬植被

13、,破坏海鸟栖息地;而野化的猫、狗等直接捕食落地的鸟类,致使岛上红脚鲣鸟、小军舰鸟种群迅速减少。这些例子都警示人们在引进新物种时必须用审慎的态度去对待，仔细衡量其利弊。现实指导意义:一、生物入侵的概念及危害生物入侵是指某一生物由原生地经过自然或人为途径进入某一适宜其生存和繁衍的地区由于失去了制衡获得了广阔的生存空间生长迅速，占据湖泊、陆地、森林，而原地区的物种则纷纷凋零甚至灭绝的过程。破坏生态系统和损害人类健康。 外来有害生物侵入适宜生长的新区后，其种群会迅速繁殖，并逐渐发展成为当地新的“优势种”，严重破坏当地的生态安全，具体而言其危害主要有以下几项第一、生物入侵造成严重的经济损失，危害经济的发

14、展。第二、生物入侵造成严重的生物污染，破坏生态系统的结构和功能。比如，原产南美洲的水葫芦现已遍布华北、华东、华中、华南的河湖水塘，疯长成灾，严重破坏水生生态系统的结构和功能，导致大量水生动植物的死亡。更可怕的是许多入侵物种，在新的环境中可能出现基因突变，造成严重的生物污染。第三、生物入侵直接威胁到人类的健康与安全。如紫茎泽兰的茎叶可引起人的手脚皮肤发炎，豚草所产生的花粉是引起人类花粉过敏症的主要病原因，可导致“枯草热”症。源于东亚的“荷兰榆树病”曾入侵欧洲，并于两次引起大多数欧洲国家的榆树死亡。疯牛病、口蹄疫、鼠疫、禽流感等病毒严重威胁人类的健康和安全。第四、影响遗传多样性。每一种物种的遗传基

15、因都不同，外来生物入侵会导致被侵入地的原有物种的遗传基因变异，使得侵入的生物的遗传基因变异，同时外来物种中的动植物与本地种杂交，也会改变当地的遗传多样性与完整性。第五、生物入侵导致生物多样性的丧失。在外来生物入侵时还有可能是原有物种面临种族灭绝的危险。入侵物种破坏了复杂的生态系统，降低了生物多样性， 使濒危动植物受到侵害，参加第五届生物多样化公约缔约国大会的专家们警告说，外来物种给生物多样化造成的破坏，其严重程度仅次于生物生存环境的缩小和丧失。二、引种的概念、目的及引种不当造成的危害引种的概念有狭义和广义之分，广义的引种，是指把外地或国外的新作物、新品种或品系，以及研究用的遗传材料引入当地。狭

16、义的引种是指生产性引种，即引入能供生产上推广栽培的优良品种。引种的简便易行且见效快。同时具有较强的经济利益和生态效益。是解决生产者、消费者对品种需求的好方法；可增加我国的种质资源种类，为新品种培育奠定物质基础；是作物育种的有效途径；扩大栽培区域，建立稳定的生产基地；野生变家种，保护濒危作物。保持生物多样性和生态平衡。可以使人们的生活变得丰富多彩，如引进一些物种，用于观赏、药用等。如，澳大利亚的昆士兰州从美国引进两种仙人掌，作为牧场四周的绿篱栅，几颗仙人掌没过多久就成了一片“带刺从林”十年时间吞没了几千公顷牧场。而后科学家们进行科学的观察研究，发现昆虫是仙人掌的天敌，于是就从南美洲的阿根廷引进了

17、夜蝴蝶，夜蝴蝶在哪里迅速繁殖，扫荡这仙人掌世界，使得被仙人掌吞没的土地又重新成了农耕地和牧场。引种简单易行，但是引种不当如盲目引种就会造成严重的危害。如果盲目引种也会带来生物入侵。生物入侵的危害是不可小觑的。三、正确处理引种与生物入侵的关系，促进生态平衡生物入侵主要通过自然和人为两种途径进入入侵地。其中人为途径中又有无意识传入和有意引入。在有意识的引种之时如果未考虑到引种的规范化及注意事项就会造成外来生物入侵。外来生物入侵的一个重要原因就是因为盲目引种造成的。正确的科学的引种可以加快经济的发展，促进物种多样性，保护生态安全。但是盲目的引种会就会造成生物入侵。在遭受了生物入侵的地方可以有多种措施

18、来防治生物入侵。比如：化学防治，采用药品等方式，但这种方法会威胁到人体健康及生态环境。机械防治，如人工的去减少入侵物种的数量，但是有些生物用机械防治的方法是没有用的，而且防治成本高，浪费大量的人力、物力。生物防治，通过引种等一系列的安全生态的防治方法。无论是从生态角度还是经济角度，生物防治被认为是继化学防治和机 械防治之后最有吸引力的方法。现在我国泛滥的水葫芦，生物学家也找到了一种水葫芦的天敌象甲。专家在实验室中发现：被放置了象甲的水芦，植株明显变小、叶子变小、茎干变细、分支减少，水葫芦的整个生长过程受到抑制。从而可以说明用引种的方式可以防治生物入侵，同时在引种的同时也有可能造成生物入侵，两者

19、之间紧密联系着，密不可分。猫爪藤，可以入药，可用于治疗关节炎、湿疹、哮喘，甚至是癌症等。以当我们在引进物种的时候，一定要有严谨的科学态度，对所引物种进行全面的分析尤其是起生存环境，并对所引进地的生态环境进行分析，以免造成生物入侵。在已有生物入侵的地方，可以通过科学的、合理的引种来防治生物入侵，达到生态平衡和保持生态安全。在处理引种与生物入侵的关系上，我们需要以科学态度对待，在引种前, 对引种对象要进行申报, 有关部门要组织专家对其进行评估和预测；在引种过程中, 对引种材料进行科学而严格的检疫, 避免无意间带入有害生物；引入后要对引种材料先进行观测，观测引进植物当前的生态学表现、预测将来可能出现

20、的各种变化，只有当确定不会引发生态灾害后才能应用和推广。在正确处理引种与生物入侵的关系上，公民素质是一大要点，当公民责任心和素质都提高了，对引种和生物入侵有了一定的认识和了解后，生物入侵才能从根源上被防治，也只有这样才能真正阻止生物入侵的脚步。4. 对于转基因争论谈谈你的看法或感悟。答：单纯从技术理论上来看，转基因技术是安全的。转基因的基本原理与常规杂交育种有相似之处。即杂交是将整条的基因链 (染色体) 转移，而转基因是选取最有用的一小段基因转移。因此，转基因比杂交具有更高的选择性。无论是杂交育种，还是后来发明的细胞质融合技术、诱变育种技术，都是通过改变生物体的遗传物质，培育出新的后代，然后从

21、中筛选出具有最优性状的新品种。传统育种过程其实是相当盲目的，育种学家们并不知道什么新的基因被引入给了植物新品种，因此需要经过长时间、反复的实验才能最终得到他们想要的杂交新品种。 而现代转基因技术与传统育种技术相比，则打破了动物、微生物、植物等不同物种间的界限。但不同物种的DNA分子的化学性质其实都是一样的，转基因的DNA分子与普通食物和饲料中的 DNA分子并没有本质的区别，所以现代转基因技术所创造的新品种并不会违背自然规律。从技术层面上来说，转基因育种技术是传统育种方法的发展和完善，相比之下，现代转基因技术则更为精确和可控。传统的育种技术会同时改变受体植株的许多基因，在实验过程中我们根本无法控

22、制某个基因不应该在哪里、某个基因应该在哪里、基因应如何表达和表达效果如何。而现代转基因技术则可以准确地控制基因的排列、基因的表达和表达效果。事实是，同样是基因的转换，同样是人为的选择，我们却并不担心传统杂交育种技术 会造成危害。 转基因作物能更好地抗病虫害、抗干旱、抗寒冷、抗盐碱、抗除草剂、提高 产量，营养成分高。目前被批准大规模种植的转基因作物主要是抗除草剂和抗虫害的品种。转入抗虫害基因的作物会制造一种毒性蛋白，能杀死某些特定的害虫，但对其他生物无毒。相比于同类非转基因作物，抗虫害的转基因作物它们能不用、少用或仅需使用低浓度、低毒害的农药，因而减少或消除农药对食品的污染。目前所有的关于转基因

23、食品安全性的数据都是从实验室里得来的，人毕竟不同于小白鼠，转基因食品对人体的安全性，目前尚缺乏时间的说明。而人对于杂交作物的信任，实际上源于几百年来时间的验证。但目前，基于转基因技术给社会和人类的现在及未来带来的及可预期的益处，十分显著的知识价值、经济价值 和社会价值，我们应该本着科学的态度看待转基因食品。美国人已食用 10 余年的转基因食品，尽管目前在世界范围内对转基因食品的安全性有很多争议，但这不影响转基因食品的迅速发展，人类不能因噎废食。当然，从纯技术方面来说，转基因技术是中性的，对人体不存在利弊问题，但是转基因食品可能存在潜在的危险，所以要把转基因食品的安全问题放到一个重要的位置。因此

24、，要进一步加强和完善对转基因食品的监管和立法管理，使转基因食品很好地服务于人类。一味质疑转基因作物的安全性或是强调转基因食品不可阻挡的趋势都有失 偏颇，我们既不应该视转基因作物如洪水猛兽，我们更不应该忽略这背后的努力 反复试验和论证、信息公开、公共论战、政治程序、严格监管等。5. 细胞毒性T淋巴细胞通过分泌Fasl诱导靶细胞发生凋亡是人体清除癌变。重要途径之一。通过对35位原发肺癌和结肠癌患者的检查发现，有一半患者体内过量表达了一种能与Fasl结合的分泌蛋白。你认为这种过量表达的分泌蛋白是如何保护癌细胞逃脱细胞凋亡的命运。6. 2013年的若贝尔生理学或医学奖的内容是细胞蛋白质分选的膜泡运输调

25、节机制。请回答细胞内蛋白质分选的主要路径有哪些？7. 植物激素在调节生长发育过程中发挥着重要作用，举例一种激素，详细阐明其生理功能及其作用机制。答：植物激素是植物本身所产生的对代谢进行调节的特殊而微量的代谢物质。在植物中发现的激素不少，明确在植物体内普遍存在的有五类：生长素、赤雷素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸。新的天然激素还在不断的发现。此外，在模拟灭然激素的基础上，人工会成了许多化学物质，它们在植物体内本一定存征，但也具有调节植物生长发有的作用，统称为人工合成植物激素或称为植物生长调节剂，如增产灵、石油助长剂、乙烯列、矮壮素等。 生长素是植物佟内产生的一种能促进生长的化学物质在高等植物中普遍存

26、在的一种业长素就是四噪乙酸。它在植物体内一般分布征植株的动嫩部分，t11名的尖端、芽和根的4：长点、幼嫩种子。干种子的生长素含量较少，但征萌发后就大量增加。所以，JH生长素类物质处理种子或块茎，有促进发芽的效果。植物对小长素的反应规律一般是低浓度促进生良，高浓度有抑制生长的作用。低浓度的生氏亲对假!内的作用主要是促进细胞仰长，许多生长现象都受它支例如，植物被风刘例在地时，茎往往会宜仓起来，这是受生长素影响的结果。当茎躺在地面1：时，茎内生长素在重力影响下较多地集巾到接近地面的一侧，促进靠近地面的部分细胞生长，使茎向上弯曲，这便是茎的负向地性。小长素有刺激果实膨大和防止花、果脱落的作用。受精前，

27、子房内很难测出生长素，花粉内生长素的含量也很少，一旦受精后，子房内生长素大大增加，刺激于房迅速膨大。因此，在植物开花期班川牛良亲类药剂，有促进受精的效应，能加快果实生长或产生天籽果实。 乍长素还可以促进扦括枝条的基部生根，以及促进花芽的形成和防止脱落等作州c 出十对天然生长素化学结构的了解，以后又经化学合成f结构相近的物质，如p5I哄1“酸、结乙酸等，都与生良素毛4K似的效果。 赤富素是引起水稻恶苗病的一种赤霉菌分泌的物质，在高等植物体内也普通存在。它忌·类化合物的总称。到目前为止已发现有51种，其小43种存在于高等植物中。最常见的是冰雷酸(简称GA3)。 在高等植物中所与的组织、器

28、官都含有赤雷素，但并不是植物体的所有部位都能合成赤霉素。通常认为植物体合成赤雷素的部位一般是幼芽、幼根、末成熟种子、胚等功嫩组织。它在植物体内的运输，通过木质部向亡运输以及通过韧皮部向下运输，它和生长素运输不同，是没有极性的。 赤雷素的生理作用是多方面的。 1打破休眠、促进萌发 赤雷素是打破休眠的特效药。在种子内它能诱导多种水解酶的合成或增加其活性，促化肥藏蛋白质水解，以及促进色氨酸转化为生长素。它的作用浓度很低，在2xlo”，克分子gL时就能促进大麦胚乳内的淀粉水解，故用低浓度的赤雷素可以打破马铃薯块茎的休眠，用于马铃薯的二李栽培。 另外，赤雷素还可以促进种子或果树休眠芽的萌发。 2促进伸长

29、生长 赤霉素有显著地促进茎叶伸长的效应，比生长素的作用更加突t9。可用于叶菜类的生产中。例如用50一100ppm赤霉素处理芹菜，植株高度增加，茎秆也增粗，产量可增加50。 赤雷素对矮生植物的伸良效果特别明显，矮生玉米经处理后栋高和正常玉米的株高相同。 3促进抽苔和开花 某些二年生植物如甜菜、甘蓝、萝r等，要求长日照和低温才能抽昔开花，当外界条件不具备时，就处在莲座状态不开花，施用办雷素可以代替良日照和低温在短日照的条件下开花。赤霉素处理还可使另一些长日植物(如天仙子、金光菊等)在短日阳条件下开花，但对执日照植物(如大豆、烟草等)就没有诱导开花的作用。 赤霉素可以促进结无籽的果实，如用在葡萄的生

30、产4P，有促进果实增大、无核以及糖分增多的效果。 赤雷素对黄肚的雌蛀分化也有影响，瓜类植物虽是雌战异花，促其花照簇在开始分化的初期却且雌雄不分的，赤霉出与屹长素4；同，生长素能促进雌花的分懒随赤雹素促进雄花的分化。 细胞分型素是对纲胞分别有特殊作用的一种物质，它是几种相近的物质的统称，把具有和激动素扣司生理活性的所；5天然的和人工会戍的化合物都叫做细胞分裂素。最初发现的“种细胞分裂素是青色精液内的DNA的降解产物，称为激动素。后来才从未成熟的玉米种子内分离出天然的细胞分裂棠一玉米素。它的作Jn效率比激动素大100倍。 天然细胞分裂素在高等植物个普遍存征，特别是进行着细胞分裂的器官(茎尖、根尖、

31、术成熟的种子、荫发的种子和屹长者的果实等)。 细胞分裂素的生理作用，主要是促进细胞分裂，也可以使细胞体积加：尺，但和生江案1i同的是它的作用主要是使细胞扩大而不是伸长。 细胞分裂素还有防袁与保绿的作用，离体的D子会逐渐衰老，外观L表现出叶绿素破坏，时仑出绿变黄，细胞分裂素可以延迟离体叶子展老。共原因是细胞分裂素可以促进蛋白质的合成，问时还抑制核酸ii资白质的水解酗的活性，使细胞内的核酸川蛋白质含量维持征定的水平，防止叶绿体解体；出此，细胞分裂素又名“防衰素”。另一个原因是细胞分裂亲不仅阻止营养物质问外流动，而是可以使营养物质向8. 试述植物抗病的生理及分子生物学基础9. 物质循环是生态系统的基

32、本功能之一，简述碳循环过程，并阐述。其与全球化气候变化有什么重要的联系，以及提倡低碳的重要意义。10. 为进一步协调我国河流水电开发与生态环境保护的关系，目前。电开发的指导思想确定为：生态优先，统筹考虑，适度开发，保底线的方针。谈谈你对此的认识。11. 比较原核与真核细胞基因表达及调控在那些水平上存在差异。答：一.转录1.RNA聚合酶原核生物的RNA聚合酶是一种多聚体蛋白质（ 2 ' ）；真 核生物的RNA聚合酶有三种（RNA聚合酶、），分别转录不同种类的RNA。2.转 录过程原核生物的转录过程转录全过程均需RNA聚合酶催化。起始过程需核心酶，由 亚基辨认起始点，被辨认的 DNA 区段

33、是-35 区。在这一区段酶与模板的结合松弛，酶移 向-10 区并跨入转录起始点。延长过程的核苷酸聚合仅需核心酶催化。终止分依赖 因 子的和不依赖 因子的转录终止。a.依赖 因子的转录终止：结合后 因子和 RNA 聚合酶 都可发生构象变化，从而使RNA聚合酶停顿，解螺旋酶的活性使DNA/RNA杂环双链拆离， 利于产物从转录复合物中释放。b.不依赖 因子的转录终止：DNA 模板上靠近终止出有些 特殊碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊结构来终止转录。转录产物的3'-末端， 常发现有多个连续的U。连续的 U区5'-端上游的一级结构可形成茎环或发卡形式的二级结 构。真核生物的转

34、录过程转录起始前的-25bp 区段多有典型的 TATA 序列，称为 TATA box，通常认为这就是启动子的核心序列。此外 DNA 分子上还具有其他可影响转录的顺式 作用元件，以及能直接、间接辨认和结合转录上游区段的蛋白质反式作用因子，其中直 接或间接结合RNA聚合酶的为转录因子。真核生物RNA聚合酶不与DNA分子直接结合， 而需依靠众多的转录因子。真核生物的转录延长过程与原核生物大致相似。真核生物 mRNA 有 polyA 尾巴结构，是转录后才加进去的。转录不是在 polyA 位置上终止，而是超 过数百甚至上千核苷酸后才停顿。 二.翻译1.原核生物与真核生物核蛋白体的组成不同 2 真核生物肽

35、链合成起始过程与原核生 物相似但更复杂。真核生物有不同的翻译起始成分，起始因子种类更多，起始甲硫氨酸不需 甲基化等。成熟的真核mRNA有5'帽子和3'polyA尾结构。3.真核生物肽链合成的延长过程 与原核生物基本相似，只是有不同的反应体系和延长因子。4.真核生物的翻译终止过程与原 核生物相似。 三.表达调控原核基因表达调控与真核存在很多共同之处。但因原核生物没有细胞核，亚细 胞结构及其基因组结构要比真核简单得多。1.原核基因转录调节特点 因子识别特异启动 序列，不同的 因子决定特异基因的转录激活，决定mRNA,rRNA 和tRNA基因的转录。 除个别基因外，原核生物绝大多数基

36、因按功能相关性成簇的串联、密集于染色体上，共同组 成一个转录单位操纵子。一个操纵子只含一个启动序列及数个可转录的编码基因。2. 真核细胞结构及基因组结构远比原核复杂，其基因表达调控机制发生在染色体活化、基因转 录激活、转录后加工、翻译及翻译后加工等水平的调节事件也要复杂的多12. 蛋白质有哪些结构层次维持作用力是什么？分别举例阐述蛋白质结构与功能的关系。蛋白质的结构可划分为4个层次，即一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。其中，一级结构即基本结构，二级、三级、四级属于空间结构。维持的力：一级：主要是肽键，还有二硫键；二级：是氢键 ；三级：是次级键，包括：二硫键、氢键、盐键、范德华力、疏水作用

37、（主要）；四级：是非共价键，包括：氢键、盐键、范德华力、疏水作用。13. 哪些研究手段和方法对遗传学的研究有重要促进作用？14.答：表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的 现象很多，已知的有 DNA 甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic impriting），母体效应（maternal effects）， 基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA 编辑（RNA editing）等。 表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所

38、致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合 丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如 DNA 甲基化和染色质构象变化等； 表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。 一、 DNA 甲基化 所谓 DNA 甲基化是指在 DNA 甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG 二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。 正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的 CpG 二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为 1001000 bp 左右且富含CpG 二核苷酸的CpG 岛则总是处于未甲基化状态，

39、并且与 56%的人类基因组编码基因相关。人 类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组 CpG 岛约为28890 个，大部分染色体每 1 Mb 就有515 个CpG 岛，平均值 为每Mb 含 105 个CpG 岛，CpG 岛的数目与基因密度有良好的对应关系9。由于 DNA 甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密 切关系，特别是CpG 岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA 甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。 表观遗传学重塑： 依赖的染色质重塑与人类疾病 染色质重塑复合物依靠水解 ATP 提供能量来完成染色质结构的改变，根据水解 ATP 的亚基不同，可将复合物分为 SWI/SNF 复

40、 合物、ISW 复合物以及其它类型的复合物。这些复合物及相关的蛋白均与转录的激活和抑制、DNA 的甲基化、DNA 修复以及 细胞周期相关。 ATRX、ERCC6、SMARCAL1 均编码与 SWI/SNF 复合物相关的 ATP 酶。ATRX 突变引起 DNA 甲基化 异常导致数种遗传性的智力迟钝疾病如：X 连锁-地中海贫血综合征、Juberg-Marsidi 综合征、Carpenter-Waziri 综合征、 Sutherland-Haan 综合征和 Smith-Fineman-Myers 综合征，这些疾病与核小体重新定位的异常引起的基因表达抑制有关。 ERCC6 的突变将导致Cerebro-

41、Oculo-Facio-Skeletal 综合征和B 型Cockayne 综合征。前者表现为出生后发育异常、神经 退行性变、进行性关节挛缩、夭折；后者表现出紫外线敏感、骨骼畸形、侏儒、神经退行性变等症状。这两种病对紫外诱导的 DNA 损伤缺乏修复能力，表明 ERCC6 蛋白在 DNA 修复中有重要的作用。SMARCAL1 的突变导致 Schimke 免疫性骨质发育 异常，表现为多向性T细胞免疫缺陷，临床症状表明SMARCAL1蛋白可能调控和细胞增殖相关的基因的表达。BRG1、SMARCB1 和BRM 编码 SWI/SNF 复合物特异的 ATP 酶，这些酶通过改变染色质的结构使成细胞纤维瘤蛋白(

42、Retinoblastoma protein, RB 蛋白)顺利的行使调节细胞周期、抑制生长发育以及维持基因失活状态的功能，这三个基因的突变可导致肿瘤形成。 DNA 复制相关：组蛋白乙酰化、去乙酰化与人类疾病 组蛋白乙酰化与基因活化以及 DNA 复制相关，组蛋白的去乙酰化和基因 的失活相关。乙酰化转移酶(HATs)主要是在组蛋白 H3、H4 的N 端尾上的赖氨酸加上乙酰基，去乙酰化酶(HDACs)则相反， 不同位置的修饰均需要特定的酶来完成。乙酰化酶家族可作为辅激活因子调控转录，调节细胞周期，参与 DNA 损伤修复，还可 作为DNA 结合蛋白。去乙酰化酶家族则和染色体易位、转录调控、基因沉默、

43、细胞周期、细胞分化和增殖以及细胞凋亡相关。 CREB 结合蛋白(CREB binding protein,CBP)、E1A 结合蛋白 p300(E1A binding protein p300,EP300)和锌指蛋白 220(zinc finger 220,ZNF220)均为乙酰化转移酶。CBP 是cAMP 应答元件结合蛋白的辅激活蛋白，通过乙酰化组蛋白使和 cAMP 应答元件作用的启动子开始转录，它的突变导致Rubinstein Taybi 综合征，患者智力低下、面部畸形、拇指和拇趾粗大、 身材矮小。CBP 和 EP300 均可抑制肿瘤的形成，在小鼠瘤细胞中确定了CBP 的突变，在结肠和乳房

44、瘤细胞系中确定了 EP300 的突变，另外 ZNF220 异常和人的急性进行性髓性白血病相关。 如果突变导致错误的激活去乙酰化酶或错误的和去乙酰 化酶相互作用，将可能导致疾病的发生。甲基化 CpG-结合蛋白-2(methyl cytosine binding protein-2,MeCP2)可募集去乙 酰化酶到甲基化的 DNA 区域，使组蛋白去乙酰化导致染色质浓缩，MeCP2 的突变导致 Rett 综合征，患者出生即发病、智力 发育迟缓、伴孤独症。若阻碍去乙酰化酶的功能，则可抑制癌细胞的增殖和分化，可用于急性早幼粒细胞性白血病, 急性淋巴细 胞性白血病和非何杰金氏淋巴瘤的治疗。 染色质重塑异常

45、引发的人类疾病是由于重塑复合物中的关键蛋白发生突变，导致 染色质重塑失败，即核小体不能正确定位，并使修复 DNA 损伤的复合物，基础转录装置等不能接近 DNA，从而影响基因的正 常表达。如果突变导致抑癌基因或调节细胞周期的蛋白出现异常将导致癌症的发生。乙酰化酶的突变导致正常基因不能表达， 去乙酰化酶的突变或一些和去乙酰化酶相关的蛋白的突变使去乙酰化酶错误募集将引发肿瘤等疾病。 基因组印记 基因组印记是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时发生了修饰，使带有亲代印记的等位基因具有 不同的表达特性，这种修饰常为 DNA 甲基化修饰，也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。在生殖细胞形成早

46、期，来自父方和母 方的印记将全部被消除，父方等位基因在精母细胞形成精子时产生新的甲基化模式，但在受精时这种甲基化模式还将发生改变； 母方等位基因甲基化模式在卵子发生时形成，因此在受精前来自父方和母方的等位基因具有不同的甲基化模式。目前发现的印 记基因大约 80%成簇，这些成簇的基因被位于同一条链上的顺式作用位点所调控，该位点被称做印记中心(imprinting center, IC)。印记基因的存在反映了性别的竞争，从目前发现的印记基因来看，父方对胚胎的贡献是加速其发育，而母方则是限制胚胎 发育速度，亲代通过印记基因来影响其下一代，使它们具有性别行为特异性以保证本方基因在遗传中的优势。 印记基因的异常表达引发伴有复杂突变和表型缺陷的多种人类疾病。研究发现许多印记基因对胚胎和胎儿出生后的生长发 育有重要的调节作用，对行为和大脑的功能也有很大的影响，印记基因的异常同样可诱发癌症。 非编码RNA 在表观遗传学中的作用 功能性非编码RNA 在基因表达中发挥重要的作用，按照它们的大小可分为长