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標記后通過一定方式導入大腸桿菌細胞內．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于一個成年人48h分泌量的350倍．48h后隨機取出部分大腸桿菌進行基因分析，發(fā)現(xiàn)細菌中胰島素基因穩(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制的方式在前后代之間準確地傳遞遺傳信息，此準確性來自于DNA分子的雙螺旋結構能提供精確的模板和堿基互補配對保證了準確地復制．
（3）人的胰島素基因之所以能夠在大腸桿菌細胞內合成人的胰島素，是因為人和大腸桿菌的DNA分子在化學組成和空間結構上是完全相同的．
（4）大腸桿菌在48h內合成分泌胰島素的量相當于一個成年人48h分泌量的350倍，大腸桿菌具有如此高的合成效率，其原因是細菌的相對表面積大，跟周圍環(huán)境的物質交換快，新陳代謝旺盛，繁殖率高，外源基因能夠快速表達，合成大量代謝產(chǎn)物．

Answer 1

分析 1、已知DNA的復制次數(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分子半保留復制特點，不管親代DNA分子復制幾次，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組成和空間結構；一種生物的基因能在另一種生物體內表達的原因是不同生物共用一套遺傳密碼子．

解答 解：（1）細菌的繁殖為二分裂．細菌每繁殖一次，DNA分子隨著復制一次．2h后細菌繁殖數(shù)量約為2^2×60÷30=16（個），根據(jù)DNA分子半保留復制特點，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行復制．在復制過程中，DNA分子的雙螺旋結構能提供精確的模板，堿基互補配對保證了復制的準確性，使親代DNA中的遺傳信息準確地傳遞給子代DNA．
（3）人的基因能夠在細菌細胞內復制、傳遞，并通過表達合成出人的胰島素，說明人的DNA分子與大腸桿菌的DNA分子在化學組成和空間結構是相同的．
（4）細菌屬于微生物，其相對表面積大，跟周圍環(huán)境的物質交換快，使得細菌的新陳代謝旺盛，繁殖率高，外源基因能夠快速表達，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胞．
故答案為：
（1）$\frac{1}{8}$
（2）半保留復制　遺傳信息　DNA分子的雙螺旋結構能提供精確的模板　堿基互補配對保證了準確地復制
（3）化學組成  空間結構 
（4）細菌的相對表面積大，跟周圍環(huán)境的物質交換快，新陳代謝旺盛，繁殖率高，外源基因能夠快速表達，合成大量代謝產(chǎn)物

點評 本題綜合考查DNA作為遺傳物質的特點、結構特點、復制過程、表達過程以及基因工程等方面生物學知識，屬于考綱理解和應用層次的考查．