2019-2020学年高中生物 第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用学案 新人教版必修2

1 第第 2 2 节节 基因工程及其应用基因工程及其应用 1 概述基因工程的原理和应用 重 难点 2 了解转基因生物和转基因食品的安全 性 知识点一 基因工程的原理 学生用书 p73 阅读教材 p102 p103 1 含义 别名 基因拼接技术或dna重组技术 操作对象 基因 操作水平 dna分子水平 优点 可定向地改造生物的遗传性状 2 操作工具 1 2 3 运载体 作用 将外源基因导入受体细胞 3 基因工程的步骤 1 提取目的基因 2 目的基因与运载体结合 3 将目的基因导入受体细胞 4 目的基因的检测与鉴定 1 限制酶与 dna 连接酶的关系 2 限制酶 dna 连接酶和 dna 聚合酶的区别 不同点 作用作用特点 相同点 限制酶切割具有特异性 dna 连接酶 无特异性 将 dna 片段连 接成 dna 分子 dna 聚合酶 连接 将单个的脱氧核苷酸连接 作用目标 均为磷 酸二酯键 2 成 dna 片段 3 运载体应具备的条件 1 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并 传递给子细胞 2 有多个限制酶切点 运载体能够接入多种目的基因所必备的条件 3 有标记基因 检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据 4 基因工程的操作步骤 1 获取目的基因 切割运载体需要用同一种限制酶 目的是产生相同的末端 2 将目的基因导入受体细胞 没有涉及碱基互补配对 1 结合下图判断 下列有关基因工程中工具酶的功能的叙述 正确的是 a 切断 a 处的酶简称内切酶 被称为基因的 剪刀 b 连接 a 处的酶为 dna 聚合酶 被称为基因的 针线 c rna 聚合酶可通过识别基因中的特定碱基序列与 dna 分子结合 d dna 连接酶的作用点是 b 处 解析 选 c 切断 a 处的是被称为基因的 剪刀 的限制性核酸内切酶 应简称为限 制酶而不是内切酶 a 项错误 连接 a 处的被称为基因的 针线 的是 dna 连接酶 不是 dna 聚合酶 b 项错误 b 处为碱基对内的氢键 切断 b 处的是解旋酶 但 b 处的连接是通 过碱基互补配对实现的 dna 连接酶的作用点是 a 处而非 b 处 d 项错误 2 2019 郑州高一检测 下图表示一项重要生物技术的关键步骤 x 是获得外源基因 并能够表达的细胞 下列有关说法不正确的是 3 a x 是能合成胰岛素的细菌细胞 b 质粒具有多个标记基因和多个限制酶切点 c 外源基因与运载体的重组只需要 dna 连接酶 d 该细菌的性状被定向改造 解析 选 c 根据题图可知 重组质粒导入的是细菌细胞 所以 x 是能合成胰岛素的 细菌细胞 质粒作为运载体需要有多个限制酶切点以便转运多种目的基因 同时具有标记 基因以便检测目的基因是否导入受体细胞内 基因与运载体的重组需要限制酶和 dna 连接 酶 基因工程的特点是能够定向改造生物的性状 知识点二 基因工程的应用及安全性 学生用书 p74 阅读教材 p104 p106 1 基因工程与作物育种 1 目的 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物 培育出具有各种抗逆性的作物新 品种 2 实例 抗棉铃虫的转基因抗虫棉 2 基因工程与药物研制 1 实例 用基因工程的方法生产胰岛素 2 过程 胰岛素基因与大肠杆菌的 dna 分子重组 并且在大肠杆菌体内获得成功的表 达 3 基因工程的安全性 基因工程成果的三点提醒 1 转基因抗虫植物不会受到害虫的侵害 仍会受到细菌 真菌或病毒等病原体的侵害 种植过程中需要使用一定量的农药 2 转基因抗虫植物与转基因抗病植物不同 植物病症一般是由细菌或真菌引起的 3 转基因抗虫植物与转基因抗病植物种植一段时间后 害虫或病原体可能对它们产生 抗性 4 1 2019 松原高一检测 下列各项不属于基因工程的应用的是 a 转基因抗虫棉的培育成功 b 利用 dna 探针检测饮用水中有无病毒 c 利用工程菌生产胰岛素 d 将甲植物的叶绿体移入乙植物 使光合效率提高 解析 选 d 将甲植物的叶绿体移入乙植物 移入的是细胞器而非基因 故不属于基 因工程的应用范畴 2 下图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程 下列相关叙述不正确的是 a 通过 过程形成重组质粒只需要两种工具 b 是重组质粒导入受体细胞的过程 c 通过 过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素基因 d 通过 过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果 解析 选 a 是目的基因与运载体结合的过程 既需要限制酶和 dna 连接酶 也需 要载体质粒 核心知识小结 要点回眸 规范答题 基因工程的原理是基因重组 基因工程的操作工具有限制酶 dna 连接 酶和运载体 限制性核酸内切酶具有特异性 能识别特 定的核苷酸序列 并在特定位点上切割 dna 分子 dna 连接酶的作用是将目的基因和运载体 连接成重组 dna 分子 常用的运载体有质粒 噬菌体和动植物病 5 毒等 基因工程的四个步骤是 提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受 体细胞 目的基因的检测与鉴定 基因工程在医药卫生 农牧业 食品工业 环境保护等方面具有美好的应用前景 6 学生用书 p75 拓宽教材 1 必修 2 p102 图 6 3 改编 从大肠杆菌中提取的一种限制酶ecor 能识别并切 割 dna 分子中的 gaattc 序列 切点在 g 与 a 之间 这是应用了酶的 a 高效性 b 专一性 c 多样性 d 催化活性受外界条件影响 答案 b 2 必修 2 p103 图 6 5 改编 比较大肠杆菌与酵母菌的 dna 拟核或细胞核 内 dna 分子数 形态 是否与蛋 白质结合 染色体 大肠杆菌 环状 无 酵母菌多个 是 答案 1 个 否 链状 有 精练好题 3 2019 石家庄二中高一月考 科学家用纳米技术制造出一种 生物导弹 可以携 带 dna 分子 把它注射入组织中 可以通过内吞作用进入细胞内 dna 被释放出来 进入 到细胞核内 最终整合到细胞染色体中 成为细胞基因组的一部分 dna 整合到细胞染色 体中的过程 属于 a 基因突变 b 基因重组 c 基因互换 d 染色体变异 解析 选 b 基因突变具有不定向性 可以使一个基因变成它的等位基因 但不会实 现基因之间的重新组合 a 错误 根据题意可知 该技术中 dna 整合到细胞染色体上 并 与染色体 dna 重组形成重组 dna 属于基因重组 b 正确 基因互换是两个基因互换位置 不会导致外源基因整合到细胞染色体上 c 错误 染色体变异包括染色体结构和数目的变 异 d 错误 4 要使目的基因与对应的运载体进行重组 所需要的两种酶是 限制酶 dna 连接酶 解旋酶 还原酶 a b c d 解析 选 a 先用限制酶分别处理目的基因和运载体 将切下的目的基因的片段插入 质粒切口处 再用 dna 连接酶将处理好的目的基因和运载体连接好 就完成了基因的重组 7 5 下列关于基因工程的叙述 正确的是 a 限制性核酸内切酶和 dna 连接酶的作用部位相同 都是氢键 b 作为运载体的质粒 其核 dna 分子上应有对重组 dna 分子进行鉴定和选择的标记基 因 c 通过基因工程制备转基因植物 可以选叶肉细胞作为基因工程的受体细胞 d 人体胰岛素基因通过基因工程技术转入大肠杆菌以后 遗传信息的传递和表达不再 遵循中心法则 解析 选 c 限制性核酸内切酶和 dna 连接酶的作用部位都是磷酸二酯键 a 错误 基 因工程中常用的载体是质粒 质粒存在于细菌和真菌细胞中 是一种独立于核 dna 之外而 自主复制的环状 dna 分子 所以质粒不属于核基因 b 错误 植物体细胞具有全能性 所 以可以选择叶肉细胞作为基因工程的受体细胞 c 正确 人的胰岛素基因在大肠杆菌体内 表达时 遗传信息的传递和表达仍遵循中心法则 d 错误 6 2019 河北乐清一中期中 为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界 中的其他植物体内 科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中 其原因是 a 叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中 b 植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比 c 转基因植物中的质基因与其他植物间不能通过花粉发生基因交流 d 转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流 答案 c 7 2019 济南高一质检 酵母菌可用于生产食品和药品等 科学家将大麦细胞中的 ltp1 基因植入啤酒酵母菌中 获得的啤酒酵母菌可产生 ltp1 蛋白 并酿出泡沫丰富的啤 酒 其基本的操作过程如下图所示 忽略各结构的大小比例 请回答下列问题 1 该技术定向改变了酵母菌的性状 这在可遗传变异的来源中属于 2 本操作中为了将ltp1 基因导入酵母菌细胞内 所用的运载体是 3 要使运载体与ltp1 基因连接 首先应使用 进行切割 切割完成后 利用 将运载体与ltp1 基因连接 4 运用转基因酵母菌酿造的啤酒安全吗 解析 1 基因工程能克服远缘杂交不亲和的障碍 使原本不在一起的基因组合到一起 使生物具有特定性状 其原理为基因重组 2 由题图可知 本操作中的运载体是取自大肠 杆菌的质粒 3 基因工程中的 剪刀 为限制酶 两个序列相同 能互补配对的黏性末端 8 可用 dna 连接酶 缝合 4 可以从正 反两个角度考虑 转基因食品可能影响人体消化 系统和免疫系统 也可能不影响人体健康 目前还未找到不安全的证据 合理即可 答案 1 基因重组 2 质粒 3 限制酶 dna 连接酶 4 反对观点 不安全 转 基因食品可能会损伤人体的消化系统 破坏人体的免疫系统 赞成观点 安全 转基因食品与非转基因食品的成分相同 毒性分析发现不会对人体 健康产生影响 目前还未找到不安全的证据 回答上述两种观点之一即可 学生用书 p129 单独成册 基础达标 1 下列有关基因工程的叙述 正确的是 a 限制酶在获得目的基因时才用 b 重组质粒的形成是在细胞内完成的 c 质粒都可作为运载体 d 限制性核酸内切酶的活性受温度影响 解析 选 d 限制酶除获得目的基因时使用外 还能把运载体切开 重组质粒的形成 是在细胞外完成的 不是所有的质粒都可以作为运载体 运载体必须具备以下三个条件 能在宿主细胞中复制并稳定地保存 具有多个限制酶切点 具有标记基因 酶的活 性会受到温度 ph 的影响 2 dna 连接酶的作用是 a 催化碱基互补配对 b 催化双螺旋结构的形成 c 催化脱氧核糖和磷酸之间的连接 d 催化碱基对的断裂 解析 选 c dna 连接酶的作用是催化脱氧核糖和磷酸之间的连接 3 下图为 dna 分子在不同酶的作用下所发生的变化 图中依次表示限制性核酸内切酶 dna 聚合酶 dna 连接酶 解旋酶作用的正确顺序是 a b c d 解析 选 c 限制性核酸内切酶用于切割 dna 片段 而与之作用相反的是 dna 连接酶 用于连接 dna 片段 dna 聚合酶用于 dna 的复制过程 它需要模板 解旋酶会使 dna 双链 解旋而分开 它作用于碱基对之间的氢键 4 基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是 9 a 质粒 线粒体 噬菌体 b 染色体 叶绿体 线粒体 c 质粒 噬菌体 动植物病毒 d 细菌 噬菌体 动植物病毒 解析 选 c 质粒 噬菌体和动植物病毒是基因工程中常用的运载体 5 由于乙肝病毒感染的宿主范围很窄 仅限于人和灵长类动物 因此无法用细胞培养 的方法生产疫苗 但可用基因工程的方法进行生产 现已知乙肝病毒的核心蛋白和表面抗 原蛋白的氨基酸序列 生产示意图如下 下列相关说法不正确的是 乙肝病毒有关基因细菌大量生产疫苗 分离 导入 发酵 a 生产乙肝疫苗的过程也达到了定向改造细菌的目的 b 在 过程中需要限制性核酸内切酶和 dna 连接酶 c 用于生产疫苗的目的基因为编码核心蛋白的基因和表面抗原蛋白的基因 d 这种转基因的细菌一定是安全的 不用担心其扩散到自然界 解析 选 d 上述过程应用了基因工程技术 能定向改造生物的遗传性状 在操作时 要应用限制酶来获得目的基因 并用 dna 连接酶使之与运载体结合 该过程的目的基因为 表面抗原蛋白基因和编码核心蛋白的基因 转基因生物的安全性还存在争议 无法判断其 安全性 应避免其扩散进入自然界 能力提升 6 下图是将人的生长激素基因导入细菌 b 细胞内制备 工程菌 的示意图 已知细菌 b 细胞内不含质粒 a 也不含质粒 a 上的基因 下列说法正确的是 a 将质粒 a 和人的生长激素基因结合需要用到基因工程中的三种工具酶 b 能在含有氨苄青霉素的培养基上生长的只是导入了质粒 a 的细菌 c 能在含有四环素的培养基上生长的只是导入了重组质粒的细菌 d 目的基因成功表达的标志是工程菌能产生出人的生长激素 解析 选 d 基因工程的工具有三种 但工具酶只有两种 a 错误 质粒 a 与生长激素 基因结合时 抗四环素基因被破坏 而抗氨苄青霉素基因正常 所以能在含有氨苄青霉素 的培养基上生长的是导入了质粒 a 的细菌或含重组质粒的细菌 而能在含有四环素的培养 基上生长的只是导入了质粒 a 的细菌 b c 错误 工程菌如能产生人的生长激素 说明目 的基因 人生长激素基因 在工程菌中成功表达 d 正确 10 7 2019 济宁高一期末 已知某种限制酶在一线性 dna 分子上有 3 个酶切位点 如下 图中箭头所指 如果该线性 dna 分子在 3 个酶切位点上都被该酶切断 则会产生 a b c d 四种不同长度的 dna 片段 现有多个上述线性 dna 分子 若在每个 dna 分子上 至少有 1 个酶切位点被该酶切断 则从理论上讲 经该酶酶切后 这些线性 dna 分子最多 能产生长度不同的 dna 片段种类数是 a 3 b 4 c 9 d 12 解析 选 c 限制酶能识别特定的核苷酸序列并能在特定的位点进行切割 由于该线 性 dna 分子有 3 个位点都可被该限制酶切割 依题意可知在每个 dna 分子上至少有 1 个酶 切位点被该酶切断 故产生 a b c d ab abc bc bcd cd 共 9 种类型的 dna 片段 8 在下列基因操作的步骤中 不需要进行碱基互补配对的是 a 人工合成目的基因 b 将目的基因导入受体细胞 c 目的基因与运载体结合 d 目的基因的检测和表达 解析 选 b 用人工方法使体外重组的 dna 分子转移到受体细胞中 主要是借助噬菌 体或病毒侵染细胞的途径 在此过程中不需要进行碱基互补配对 9 利用基因工程技术可使大肠杆菌生产人的胰岛素原 下列相关叙述中正确的是 a 人和大肠杆菌在合成胰岛素原时 转录和翻译的场所是相同的 b dna 连接酶催化磷酸二酯键的形成 c 通过检测大肠杆菌中没有胰岛素原产生 则可判断重组质粒未导入受体菌 d 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原有生物活性 解析 选 b 人体细胞内转录和翻译的场所分别是细胞核 主要 和核糖体 大肠杆菌 转录和翻译的场所是细胞质 磷酸二酯键可由 dna 连接酶催化形成 大肠杆菌中没有胰岛 素原产生的原因可能是基因表达受阻或含目的基因的重组质粒未导入受体细胞 在大肠杆 菌中表达的胰岛素原需经过内质网和高尔基体的加工才具备生物活性 10 人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成 通过转基因技术 可以使 人的糖蛋白基因得以表达的受体细胞是 a 大肠杆菌 b 酵母菌 c t4噬菌体 d 质粒 dna 解析 选 b 人的糖蛋白必须经内质网和高尔基体进一步加工合成 故受体细胞内应 有内质网和高尔基体 题干中只有酵母菌符合此条件 11 11 2019 福州高一检测 美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后 发现 这种玉米含有包括苏云金杆菌 一种产生抗虫毒蛋白的细菌 基因在内的转基因作物的基因 下列有关说法正确的是 转基因作物的基因可传播到野生植物中 转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威胁 为防止基因污染 应当禁止转基因作物的研究 自然杂交过程的实质是一个长期的转基因过程 两者没有任何区别 a b c d 解析 选 c 根据题意可知 转基因作物的基因传播到野生植物中 这样会对植物的 基因多样性构成威胁 自然杂交是通过传粉的方式实现基因重组 与转基因技术中通过重 组质粒实现基因重组是有区别的 12 中国青年科学家成功地把人的抗病毒干扰素基因 嫁接 到烟草的 dna 分子上 使烟草获得了抗病毒的能力 试分析回答下列问题 1 抗病毒烟草的培育应用了 技术 2 在培育过程中 所用的基因的 剪刀 是 基因的 针线 是 基因的 运输工具 是 3 烟草具有抗病毒能力 说明烟草体内产生了 4 烟草 dna 分子被 嫁接 上或 切割 掉某个基因 但并不影响抗病毒干扰素基因 的表达 从基因功能角度考虑 说明 答案 1 基因工程 2 限制酶 dna 连接酶 运载体 3 抗病毒干扰素 4 基因是遗传物质的基本单位 13 豇豆对多种害虫具有抵抗能力 根本原因是豇豆体内具有胰蛋白酶抑制剂基因 cpti基因 科学家将其转移到水稻体细胞内后 却发现抗虫效果不佳 主要原因是 cpti 蛋白的积累量不足 经过在体外对cpti基因进行修饰后 cpti 蛋白在水稻中的积累量得 到了提高 cpti基因的修饰和表达过程如下图所示 请据图回答下列问题 1 cpti基因是该基因工程中的 基因 信号肽 序列及 内质网滞留信号 序列的基本单位是四种脱氧核苷酸 在过程 中 首先要用 切割基因 露出 再用 连接 12 2 在该基因工程中 供体是 受体是 3 检测修饰后的cpti基因是否表达的最好办法是 4 与杂交育种 诱变育种相比 通过基因工程培育新品种的主要优点是 解析 从图中可以看出 信号肽 序列和 内质网滞留信号 序列能够与cpti基因 拼接在一起 因此 它们应为 dna 片段 该基因工程中 豇豆是供体 cpti基因为目的基 因 受体是水稻 可通过组织培养获得抗虫水稻 检测cpti基因是否表达的最简单的方法 是让多种害虫食用水稻叶片 答案 1