【知识点详解】
1. 基因工程原理:基因工程是一种生物技术,通过将外源基因插入宿主细胞的基因组中,使宿主细胞表达出新的性状。在这个题目中,涉及到的是抗病基因的导入,这通常涉及到选择合适的限制酶切割外源DNA和载体DNA,以便将抗病基因拼接进载体中。
2. 转基因技术应用:在培育转基因抗病香蕉的过程中,使用了质粒作为载体,质粒是小型环状DNA分子,存在于许多微生物中,常用于基因工程操作。通过PstⅠ、EcoRⅠ等限制酶进行切割,可以使抗病基因和质粒连接。标记基因如抗卡那霉素基因,用于筛选成功转化的细胞,因为含有这个基因的细胞在含有卡那霉素的培养基中能够存活。
3. 植物组织培养技术:香蕉细胞具有全能性,这意味着它们的每一个细胞都有能力发育成完整的植株。通过组织培养技术,将含有抗病基因的细胞进行脱分化(失去原有的组织结构,成为无定形的愈伤组织)和再分化(分化出新的组织和器官),最终形成完整植株。
4. 细胞全能性:全能性是指一个细胞能够发展成完整个体的能力。在这个案例中,香蕉细胞通过组织培养展示了这一特性。
5. 磷元素在生物体内的作用:磷是生命活动必需的元素,参与核酸(如DNA和RNA)、ATP(能量分子)、核糖体(蛋白质合成场所)和生物膜(如核膜)的构成。在植物种子中,磷可能以植酸的形式存在,这对某些动物来说可能是抗营养的,因为它可以与金属离子结合并排除体外。
6. 酶的作用:植酸酶可以降解植酸,提高饲料的营养价值,因为它可以释放被植酸结合的金属离子和蛋白质。在酵母菌中,如果植酸酶是分泌蛋白,它会被分泌到细胞外发挥作用。
7. 基因克隆与PCR扩增:构建基因文库时,基因组文库包含生物所有基因,而cDNA文库只包含表达的基因片段。逆转录酶用于将RNA转化为DNA,构建cDNA文库。在基因克隆过程中,可以选择相同探针筛选目的基因,因为它们都包含相同的标记序列。PCR扩增可以使用DNA或cDNA作为模板,所用的聚合酶是耐高温的DNA聚合酶,能够在PCR循环的高温步骤中保持活性。
8. 基因工程育种:通过基因工程技术,可以将植酸酶基因导入水稻,培育出低植酸品种。在育种过程中,通常需要几代的选择和自交,才能筛选出稳定遗传的低植酸抗病植株。
9. 遗传定律应用:在这个育种过程中,由于两对相对性状独立遗传,所以从F2代开始筛选,F2代会出现各种基因型和表型组合。在F2代筛选出的低植酸抗病植株中,纯合子的比例是1/16(每对基因中纯合子的概率是1/4,两对基因都是纯合子的概率是1/16),但其中低植酸抗病纯合体所占比例是1/9,这是因为抗病基因可能位于另一对染色体上,遵循自由组合定律。
通过这些知识点,我们可以看到基因工程在现代农业中的广泛应用,以及生物学、生物化学、遗传学等多个领域间的交叉联系。