Question

5．利用农杆菌转化法，将抗逆基因转入至拟南芥（2n=10）中，获得不同株系的拟南芥．
（1）从农杆菌中获得带有潮霉素抗性基因（H基因）的Ti质粒，将抗逆基因插入到Ti质粒的T-DNA上，因Ti质粒上的此结构具有可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上的特点．
（2）为确定不同拟南芥株系导入的基因在染色体上的相对位置，科研人员筛选并通过自交获得转基因成功的4个纯合株系：1、2、3、4，做了如下杂交实验．
①4个纯合株系植株分别与非转基因植株正、反交得F₁，F₁自交获得F₂．F₂中抗潮霉素性状与不抗潮霉素性状的植株比例为3：1，表明每个株系的H基因均位于一对同源染色体上的同一位点，但不能确定4个株系的H基因是否位于同一对同源染色体上．
②将上述4个纯合株系植株间进行配组形成6个杂交组合（1×2、1×3、1×4、2×3、2×4、3×4），每个组合得F₁，F₁自交获得F₂．
a．除2×4组合外，其它杂交组合F₂中抗潮霉素性状与不抗潮霉素性状的植株比例均为15：1，表明1、2、3三个株系相比较，它们的H基因位于非同源染色体（同源染色体/非同源染色体）上．
b．2×4组合F₂植株全表现抗潮霉素性状．假设株系1中H基因在染色体上的位置如图1所示，请推测株系2中H基因的位置和株系4中H基因的两种可能的位置（在图2中标注，竖线代表染色体，横线代表基因的位置）．

c．根据上述实验推测，利用农杆菌转化法导入到拟南芥中的基因的插入位置是随机（随机/固定）的．
（3）潮霉素抗性可作为转基因植株后代具有抗逆基因的初步判断指标．实验中发现上述纯合株系自交后代的抗逆比例未达到100%，可能的原因是抗逆基因丢失或抗逆基因未表达．

Answer 1

分析 1、基因工程技术的基本步骤：
（1）目的基因的获取：方法有从基因文库中获取、利用PCR技术扩增和人工合成．
（2）基因表达载体的构建：是基因工程的核心步骤，基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子和标记基因等．
（3）将目的基因导入受体细胞：根据受体细胞不同，导入的方法也不一样．将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法；将目的基因导入动物细胞最有效的方法是显微注射法；将目的基因导入微生物细胞的方法是感受态细胞法．
（4）目的基因的检测与鉴定：分子水平上的检测：①检测转基因生物染色体的DNA是否插入目的基因--DNA分子杂交技术；②检测目的基因是否转录出了mRNA--分子杂交技术；③检测目的基因是否翻译成蛋白质--抗原-抗体杂交技术．个体水平上的鉴定：抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等．
2、基因分离定律的实质：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；生物体在进行减数分裂形成配子时，等位基因会随着同源染色体的分开而分离，分别进入到两个配子中，独立地随配子遗传给后代．
3、基因自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或自由组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合．

解答 解：（1）农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体的DNA上．根据农杆菌的这一特点，如果将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上，通过农杆菌的转化作用，就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上．
（2）①每个株系的H基因均位于一对同源染色体上的同一位点，则4个纯合株系植株分别与非转基因植株正、反交得到的F₁均为杂合子，F₁自交获得F₂，根据基因分离定律，F₂中抗潮霉素性状与不抗潮霉素性状的植株比例为3：1．
②a．除2×4组合外，其它杂交组合F₂中抗潮霉素性状与不抗潮霉素性状的植株比例均为15：1，这是“9：3：3：1”的变式，这表明1、2、3三个株系相比较，它们的H基因位于非同源染色体上，遵循基因自由组合定律．
b．2×4组合F₂植株全表现抗潮霉素性状．假设株系1中H基因在染色体上的位置如图1所示，则株系2和株系4中的H基因都不在最左边的那对同源染色体上，且株系2和株系4的H基因应该位于同一对同源染色体上，因此株系2中H基因的位置和株系4中H基因的两种可能的位置如图：

c．根据上述实验推测，利用农杆菌转化法导入到拟南芥中的基因的插入位置是随机的．
（3）潮霉素抗性可作为转基因植株后代具有抗逆基因的初步判断指标．实验中发现上述纯合株系自交后代的抗逆比例未达到100%，可能的原因是抗逆基因丢失或抗逆基因未表达．
故答案为：
（1）T-DNA          可转移至受体细胞并整合到受体细胞染色体DNA上
（2）①3：1
②a．非同源染色体
b．

c．随机
（3）抗逆基因丢失或抗逆基因未表达（合理给分）

点评 本题结合图解，考查基因工程及基因分离定律和基因自由组合定律，要求考生识记基因工程的原理及操作步骤；理解和掌握基因分离定律和基因自由组合定律的实质，能结合所学的知识准确答题，属于考纲理解和应用层次的考查．