2015-2016學(xué)年高中生物 第6章 第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用學(xué)案 新人教版必修2

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1、 基因工程及其應(yīng)用 1．基因工程，又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。 2．DNA重組技術(shù)的基本工具至少需要三種：①限制性核酸內(nèi)切酶——基因的“剪刀”；②DNA連接酶——基因的“針線”；③基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——基因的運(yùn)載體。 3．基因工程的基本程序主要包括四個(gè)步驟：①提取目的基因；②目的基因與運(yùn)載體結(jié)合(基因工程的核心)；③將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞；④目的基因的檢測(cè)與鑒定。 4．基因工程在作物育種、藥物研制等方面取得了較大成果。

2、 一、基因工程的原理 1．含義 2．三種工具。 (1)“剪刀”與“針線”。 項(xiàng)目 名稱 作用 剪刀 ①限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱②限制酶) 識(shí)別特定的③核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子 針線 ④DNA連接酶 連接⑤脫氧核糖和⑥磷酸之間的缺口 (2)運(yùn)載體。 ①作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。 ②種類：質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒等。 ③質(zhì)粒：存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物的細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。 3．基因工程的步驟。 二、基因工程的應(yīng)用及轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 1．基因工程的應(yīng)用。 2.轉(zhuǎn)基

3、因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。 1．判斷正誤： (1)基因工程的操作過(guò)程可以產(chǎn)生新的基因，從而產(chǎn)生了基因突變。(×) 解析：基因工程的實(shí)質(zhì)是基因重組，不能產(chǎn)生新的基因。 (2)基因工程是將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中并獲得相應(yīng)性狀或基因產(chǎn)物，操作對(duì)象為基因，屬于分子水平。(√) (3)一種限制酶可以識(shí)別多種序列。(×) 解析：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列。 (4)質(zhì)粒是最為常用的運(yùn)載體，它只能從原核生物中獲取。(×) 解析：質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌及酵母菌等生物的細(xì)胞中，不是只能從原核生物中獲取。 2．問(wèn)題導(dǎo)學(xué)： (1)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉有性繁殖產(chǎn)生的后代都具有抗蟲(chóng)特性嗎

4、？為什么？ 提示：不一定。因?yàn)樾誀罘蛛x或變異的原因，抗蟲(chóng)棉的子代可能會(huì)失去抗蟲(chóng)特性。 (2)轉(zhuǎn)基因成功的標(biāo)志是什么？ 提示：產(chǎn)生了目的基因的產(chǎn)物或具有了相應(yīng)的性狀。 1．DNA整合到細(xì)胞染色體上的過(guò)程，屬于(B) A．基因突變 B．基因重組 C．基因分離 D．染色體變異 2．如圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次為(D) A．DNA連接酶、限制酶、解旋酶 B．限制酶、解旋酶、DNA連接酶 C．限制酶、DNA連接酶、解旋酶 D．解旋酶、限制酶、DNA連接酶 3．下列關(guān)于基因工程及其產(chǎn)品

5、的說(shuō)法中，不正確的是(D) A．基因工程的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是運(yùn)載體與目的基因的結(jié)合 B．基因工程的優(yōu)勢(shì)是可定向地改造生物的遺傳性狀 C．基因工程是在DNA上進(jìn)行的分子水平的設(shè)計(jì)施工 D．基因工程中產(chǎn)生的可遺傳變異屬于染色體變異 4．在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過(guò)程中，下列操作錯(cuò)誤的是(A) A．用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸 B．用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和載體 C．將重組DNA分子導(dǎo)入受精卵 D．用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞 5．上海醫(yī)學(xué)遺傳研究所成功培育出第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達(dá)水平的新

6、方法，使轉(zhuǎn)基因動(dòng)物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指(B) A．提供基因的動(dòng)物 B．基因組中增加外源基因的動(dòng)物 C．能產(chǎn)生蛋白的動(dòng)物 D．能表達(dá)基因信息的動(dòng)物 6．干擾素是一種糖蛋白，過(guò)去從人的白細(xì)胞中提取，產(chǎn)量很低。我國(guó)的科研人員成功運(yùn)用基因工程技術(shù)提高了其產(chǎn)量，如圖為其原理過(guò)程圖。請(qǐng)據(jù)圖回答下面的問(wèn)題。 (1)圖中①過(guò)程叫____________。 (2)圖中②物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)是_________________________， 它作為運(yùn)載體，必須具備的特點(diǎn)是______________________(寫出任意兩點(diǎn))。 (3)該過(guò)程中，供體細(xì)胞是_

7、_________，受體細(xì)胞是______(填字母)，重組DNA分子是______(填序號(hào))，在形成③的過(guò)程中需要____________。 解析：(1)圖中①為目的基因的提取過(guò)程。(2)圖中②為從大腸桿菌中提取的質(zhì)粒；③表示重組DNA分子。(3)在該過(guò)程中，供體細(xì)胞是人的體細(xì)胞，受體細(xì)胞是大腸桿菌b。 答案：(1)提取目的基因 (2)雙鏈環(huán)狀DNA分子(或DNA分子)　具有一個(gè)或多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，在細(xì)胞中能夠自我復(fù)制，有特殊的標(biāo)記基因等 (3)人的體細(xì)胞　b?、邸NA連接酶 一、選擇題 1．以下說(shuō)法正確的是(C) A．所有的限制酶只能識(shí)別同一種特定的

8、核苷酸序列 B．質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體 C．運(yùn)載體必須具備限制酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 D．DNA連接酶與DNA聚合酶作用相同 2．下圖表示一項(xiàng)重要生物技術(shù)的關(guān)鍵步驟，字母X可能代表(C) A．不能合成人胰島素的細(xì)菌細(xì)胞 B．能合成抗體的人類細(xì)胞 C．能合成人胰島素的細(xì)菌細(xì)胞 D．不能合成抗生素的人類細(xì)胞 3．中國(guó)新聞網(wǎng)報(bào)道，阿根廷科學(xué)家近日培育出了世界上第一頭攜帶有兩個(gè)人類基因的牛，因此有望生產(chǎn)出和人類母乳極其類似的奶制品。下列敘述正確的是(D) ①該技術(shù)將導(dǎo)致定向變異?、贒NA連接酶將目的基因與運(yùn)載體黏性末端的堿基對(duì)連接起來(lái)?、鄣鞍踪|(zhì)中的氨基酸序列可

9、為合成目的基因提供資料?、苁芫咽抢硐氲氖荏w A．①②③④ B．③④ C．②③④ D．①③④ 4．下列有關(guān)基因工程中運(yùn)載體的說(shuō)法，正確的是(D) A．在基因工程的操作中，作為運(yùn)載體的質(zhì)粒都是天然質(zhì)粒 B．所有的質(zhì)粒都可以作為基因工程中的運(yùn)載體 C．質(zhì)粒是一種獨(dú)立于細(xì)菌染色體外的鏈狀DNA分子 D．作為運(yùn)載體的質(zhì)粒DNA分子上應(yīng)有對(duì)重組DNA分子進(jìn)行鑒定和選擇的標(biāo)記基因 5．某種轉(zhuǎn)基因玉米能高效合成一種多肽類的蛋白酶抑制劑，積累于莖葉中，讓取食它的害蟲(chóng)的消化酶受抑制無(wú)法消化食物而死亡。下列就該玉米對(duì)人類安全性的評(píng)估中，不符合

10、生物學(xué)原理的是(B) A．不安全。這種玉米的果實(shí)中也可能含有蛋白酶抑制劑，使人食用后因無(wú)法消化食物而患病 B．不安全。該玉米的蛋白酶抑制劑基因可通過(guò)食物鏈富集并在人體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，使人體無(wú)法消化食物而患病 C．安全。因?yàn)槿伺c害蟲(chóng)消化酶的結(jié)構(gòu)存在差異，玉米的蛋白酶抑制劑對(duì)人體很可能無(wú)影響 D．安全。人類通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制劑已被高溫破壞，不會(huì)影響人的消化 6．如圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個(gè)基本步驟，這一步驟需用到的工具是(C) A．DNA連接酶和解旋酶 B．DNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶 C．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶 D．DNA聚合酶和RNA聚

11、合酶 7．將ada(腺苷酸脫氨酶基因)通過(guò)質(zhì)粒pET28b導(dǎo)入大腸桿菌并成功表達(dá)腺苷酸脫氨酶。下列敘述錯(cuò)誤的是(C) A．每個(gè)大腸桿菌細(xì)胞至少含一個(gè)重組質(zhì)粒 B．每個(gè)重組質(zhì)粒至少含一個(gè)限制酶識(shí)別位點(diǎn) C．每個(gè)限制酶識(shí)別位點(diǎn)至少插入一個(gè)ada D．每個(gè)插入的ada至少表達(dá)一個(gè)腺苷酸脫氨酶分子 解析：大腸桿菌成功表達(dá)出腺苷酸脫氨酶，說(shuō)明這些大腸桿菌都至少含有一個(gè)重組質(zhì)粒；作為運(yùn)載體的質(zhì)粒至少含有一個(gè)或多個(gè)限制酶酶切位點(diǎn)，但并不是每個(gè)限制酶酶切位點(diǎn)都至少插入一個(gè)ada；由于這些目的基因成功表達(dá)，所以每個(gè)ada至少表達(dá)一個(gè)腺苷酸脫氨酶分子。 二、非選擇題 8．在培育轉(zhuǎn)基因植物的

12、研究中，卡那霉素抗性基因(kanR)常作為標(biāo)記基因，只有含卡那霉素抗性基因的細(xì)胞才能在卡那霉素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。下圖為獲得抗蟲(chóng)棉的技術(shù)流程。請(qǐng)據(jù)圖回答： (1)基因工程的基本操作程序主要包括四個(gè)步驟：提取目的基因、____________、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、_____________。 (2)要使運(yùn)載體與該抗蟲(chóng)基因連接，A過(guò)程中首先應(yīng)使用________進(jìn)行切割。假如運(yùn)載體被切割后，得到的分子末端序列為AATTCG，則能與該運(yùn)載體連接的抗蟲(chóng)基因分子的末端是(　　) A．GCTTAA B．TAATCC C．CTTTAG D．AAATCT (3)切割

13、完成后，采用____________________將運(yùn)載體與該抗蟲(chóng)基因連接，連接后得到的DNA分子稱為_(kāi)_____________。 (4)(多選)如果轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有毒蛋白，將引起的安全性問(wèn)題包括(　　) A．生物安全 B．環(huán)境安全 C．食品安全 D．倫理道德問(wèn)題 (5)來(lái)自蘇云金桿菌的抗蟲(chóng)基因能在植物體內(nèi)成功表達(dá)，說(shuō)明蘇云金桿菌和植物等生物共用______。 解析：(1)基因工程的四個(gè)步驟中，第二、四步分別是目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、目的基因的檢測(cè)與鑒定。(2)切割目的基因時(shí)用限制酶，切割運(yùn)載體時(shí)用同一種限制酶，切出的黏性末端必須是能夠完成

14、堿基互補(bǔ)配對(duì)并且能連接在一起。(3)目的基因和運(yùn)載體結(jié)合時(shí)，用DNA連接酶催化該過(guò)程，形成的分子稱為重組DNA分子。(4)由于目的基因是導(dǎo)入植物中，所以不可能發(fā)生與人直接相關(guān)的倫理道德問(wèn)題。(5)同一種基因在不同生物體內(nèi)合成了相同的蛋白質(zhì)，說(shuō)明這些生物的密碼子與氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系是相同的。 答案：(1)目的基因和運(yùn)載體結(jié)合　目的基因的檢測(cè)與鑒定　(2)限制酶　A　(3)DNA連接酶　重組DNA分子　(4)A、B、C　(5)一套遺傳密碼 9．質(zhì)粒是基因工程中最常用的運(yùn)載體，質(zhì)粒上有標(biāo)記基因，如圖所示，通過(guò)標(biāo)記基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，細(xì)菌在培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況也不同(若抗氨

15、芐青霉素基因完整，則細(xì)菌能夠在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基中生存，若抗四環(huán)素基因完整，則細(xì)菌能夠在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基中生存)。如圖表示外源基因的插入位置(插入點(diǎn)有a、b、c)。 Ⅰ.(1)將導(dǎo)入了重組DNA分子的細(xì)菌放在含有四環(huán)素、氨芐青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，屬于基因工程操作中的_______________步驟。 (2)在插入外源基因過(guò)程中用到的工具酶有________________。 Ⅱ.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究外源基因插入的位置。 (1)步驟。 ①將導(dǎo)入外源基因的細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)產(chǎn)生大量細(xì)菌。 ②分組：將細(xì)菌平均分成兩組并標(biāo)號(hào)為1、2。 ③培養(yǎng)：將第1組細(xì)菌放入含氨芐青霉素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，將

16、第2組細(xì)菌放入________________中培養(yǎng)。 ④觀察并記錄結(jié)果。 (2)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論。 ①若1組、2組均能正常生長(zhǎng)，則外源基因插入點(diǎn)是______； ②若1組能正常生長(zhǎng)，2組不能生長(zhǎng)，則外源基因插入點(diǎn)是______； ③若1組不能生長(zhǎng)，2組能正常生長(zhǎng)，則外源基因插入點(diǎn)是______。 解析：Ⅰ.(1)抗四環(huán)素基因和抗氨芐青霉素基因都屬于標(biāo)記基因，其目的是便于目的基因的檢測(cè)與鑒定。(2)基因工程中用到的工具酶有限制酶和DNA連接酶。 Ⅱ.若目的基因插入a點(diǎn)，則受體細(xì)胞既具有抗四環(huán)素的能力，又具有抗氨芐青霉素的能力；若目的基因插入b點(diǎn)，則受體細(xì)胞只具有抗四環(huán)素的能力；若目的基因插入c點(diǎn)，則受體細(xì)胞只具有抗氨芐青霉素的能力，由此可判斷目的基因插入的位置。 答案：Ⅰ.(1)目的基因的檢測(cè)與鑒定　(2)限制酶、DNA連接酶　Ⅱ.(1)③含四環(huán)素的培養(yǎng)基　(2)①a?、赾?、踒 - 8 -