Question

【题目】阅读下面的材料，回答文后的问题。

植物生物反应器-植物工厂

生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的 装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。传统的生 物反应器存在工艺控制、产品安全等问题。植物生物反应器主要以整株植物、植物组织或植 物悬浮细胞为加工场所，生产药物蛋白。

叶绿体遗传转化体系是近年发展起来的一种新的植物生物反应器。它是以叶绿体为外源 DNA 受体的一种转化方式。将叶绿体特异性启动子、终止子等序列和外源基因整合作为目的 基因，然后将目的基因、标记基因及叶绿体来源的基因片段构建成表达载体，转入叶绿体后 使目的基因插入叶绿体基因组，最后筛选获得转基因植株。与植物细胞核表达体系相比，叶绿体遗传转化体系具有明显优势：叶绿体由双层膜包裹且无蛋白外流，为重组蛋白表达提供了一个相对安全的生物环境；叶绿体有自己独特的 DNA 复制、转录和翻译体系，在基因转录、 翻译等方面具有原核特性；叶绿体基因组拷贝数多，外源基因表达效率高；叶绿体基因组含有多基因可共同表达；可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散。

HIV 是获得性免疫缺陷综合征的病原体，目前仍缺乏有效疫苗。2012 年，研究人员以 HIV 病毒包膜蛋白上的 V3 环和 C4 结构域序列的基因作为外源基因，在烟草叶绿体中成功表 达 C4V3 抗原蛋白。通过实验证明，烟草叶绿体中表达的 C4V3 蛋白能够引发免疫反应。

（1）植物生物反应器主要依赖____等现代生物学技术，以物组织或细胞作为物生反应器，生产医药蛋白。

（2）构建叶绿体遗传转化体系时，需要的工具酶有____。构建的 基因表达载体中含有____，使得目的基因只能在叶绿体中表达。

（3）植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散，原 因可能是___________

A．转基因植物与其他植物间不能通过花粉进行基因交流

B．受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞

C．植物杂交的后代不会出现性状分离

（4）将含有插入目的基因的叶绿体叶片组织制作成生产药物蛋白生物反应器的后续操作 包括 _____________________________ 。

（5）为检验烟草叶绿体中表达的 C4V3 蛋白能够引发免疫反应，研究人员用缓冲液溶解C4V3 蛋白后，每周 4 次、每次用相同剂量的 C4V3 蛋白溶液注射小鼠。发现小鼠体 内产生抗体反应，T 细胞增殖且有淋巴因子生成。请指出该实验设计的不足，并加 以修正________________________。

Answer 1

【答案】基因工程和细胞工程 限制酶和 DNA 连接酶 叶绿体特异性启动子 B 脱分化形成愈伤组织，对愈伤组织进行培养，提取所需产物。或者 脱分化形成愈伤组织，再分化得到植株，从植株中提取所需产物。 该实验设计缺少对照组；对照组应每周 4 次、每次用 C4V3 蛋白溶液等量的缓冲液注射小鼠，检测 小鼠体内的抗体反应，T 细胞增殖情况以及淋巴因子的生成。

【解析】

1、基因工程的工具：（1）限制酶：能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂。（2）DNA连接酶：连接的是两个核苷酸之间的磷酸二酯键。（3）运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体的衍生物、动植物病毒。2、植物细胞工程技术的应用：植物繁殖的新途径（微型繁殖、作物脱毒、人工种子）、作物新品种的培育（单倍体育种、突变体的利用）、细胞产物的工厂化生产。

（1）植物生物反应器主要以整株植物、植物组织或植物悬浮细胞为加工场所，生产药物蛋白。这首先需要用基因工程技术将目的基因导入植物细胞，其次需要采用植物细胞工程技术将转基因植物细胞培育成转基因植株或转基因植物组织或转基因植物悬浮细胞，因此采用的现代生物技术包括基因工程和细胞工程技术。
（2）构建叶绿体遗传转化体系时，需要的工具酶有限制酶和DNA连接酶。要使得目的基因只能在叶绿体中表达，则构建的基因表达载体中要含有叶绿体特异性启动子。
（3）由于受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，因此植物叶绿体表达体系可以防止转基因作物的目的基因通过花粉在自然界中扩散。故选B。
（4）将转基因植物细胞培育成植物生物反应器的过程是：脱分化形成愈伤组织，对愈伤组织进行培养，提取所需产物（或者脱分化形成愈伤组织，再分化得到植株，从植株中提取所需产物）。
（5）实验设计需要遵循对照原则，因此该实验设计缺少对照组，对照组应为：每周4次、每次用C4V3蛋白溶液等量的缓冲液注射小鼠，检测小鼠体内的抗体反应，T细胞增殖情况以及淋巴因子的生成。