14年生物学综合考博真题和答案四川大学

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DNA,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:①宏基因组文库的构建: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DNA的提取、与载体连接和在宿主细胞建立中克隆②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: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。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,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来防治生物入侵。比如：化学防