基因工程及其应用

1、 第26课时基因工程及其应用知识网络基础梳理一、基因工程的原理1、基因工程最基本的工具有“基因的剪刀”，“基因的针线”，基因的运载体。2、目前常用的运载体有质粒、和等。其中质粒是存在于和等细胞中的。3、基因工程的操作包括四个步骤，依次是、o二、基因工程的应用1、利用基因工程，可培育出高产、稳产和具有优良性状的农作物，以及各种的作物新品种。2、转基因抗虫棉的外源抗虫基因来自于。转基因抗虫作物的使用，不仅减少了，大大降低了，而且还减少了农药对环境的影响。3、利用基因工程生产药物，一般是将相关基因转入到中实现的。4、基因工程还能用于环境保护，如利用转基因的细菌降解，吸收，分解石油污染，处理工业废水等

2、。考点突破考点一、基因工程的原理1、基因工程的基本工具（1）限制性核酸内切酶，简称为限制酶。限制酶比普通的酶具有更强的专一性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。限制酶识别的序列很特别，由于DNA分子的结构具有反向平行的特点，被限制酶识别的位点DNA两条链的碱基序列是相同的：如EcoRI酶识别GAATTC序列，并且G和A之间切开，从示意图中看，链1的序列是GAATTC（从左到右），链2的序列也是GAATTC（从右到左）。（2）DNA连接酶，黏性末端的碱基可以通过互补配对形成氢键，但断口处的磷酸和脱氧核糖需要DNAl连接酶相连。因此，DNA连接酶的作用位置和D

3、NA聚合酶相似，都是连接磷酸和脱氧核糖，所不同的是，DNA聚合酶是将一个脱氧核苷酸连接到复制过程中形成的子链上，而DNA连接酶是将两个DNA分子两条链相连。（3）基因的运载体，最常用的是质粒，也可以用噬菌体或动植物病毒。质粒上有很多重要基因，在基因工程中，重要的基因有抗生素的抗性基因（作为标记基因）和控制质粒转移的基因，这是重组质粒能进入受体细胞的前提。例1、某DNA分子中含有某限制酶的一个识别序列，用该限制酶切割该DNA分子，可能形成的两个DNA片段是片段1片段2illGAGCTT111CCTAiGillGGIcCATiiiTAillillAGCTiiiillTCGAlllillGAATTC

4、illCTTAiAGmABCD【解析】一种限制酶应识别两条链上的相同序列，并且在相同的位置切开。不符合，两条链的序列不同，切点也不同。符合：的识别序列是AGCT，切点在GC之间，的识别序列是GAATTC，切点在G和A之间。【答案】B变式1、下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是供体剪刀针线运载体受体A质粒限制性内切酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物DNA连接酶限制性内切酶质粒大肠杆菌等C提供目的基因的生物限制性内切酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制性内切酶提供目的基因的生物质粒【解析】供体是提供目的基因的生物，剪刀是限制

5、性内切酶,针线是DNA连接酶，运载体是质粒，受体是相应的细胞。【答案】C2、基因工程操作的基本步骤（1）提取目的基因。最常用的方法是从细胞中取出DNA（关于选修三的内容，必修部分不作要求）同时从细菌中取出质粒。（2）目的基因与运载体结合。用同种限制酶切割质粒及目的基因所在的DNA分子，使它们形成相同的黏性末端，用DNA连接酶将二者相连形成重组质粒（或称为重组DNA分子）。（3）将目的基因导入受体细胞。（不同的受体细胞采用不同的方法手段）（4）目的基因的检测与鉴定。需要掌握目的基因成功表达的标志是合成相应的蛋白质，检测方法需要掌握从个体水平上检测，如抗虫棉的个体水平检测方法是让棉铃虫吞食棉花叶片

6、，观察是害虫是否死亡，若死亡，则转基因成功，已合成毒蛋白，若害虫没有死亡，则证明转基因没有成功，可能是目的基因没有导入，也可能是导入后没有表达。例2、利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白【解析】目的基因的表达是指在受体细胞中产生了目的基因所控制的蛋白质。【答案】D变式2人类利用基因工程的方法培育出抗虫棉，以下说法正确的是A苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞中

7、表达B抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状稳定遗传下去C标记基因的作用是便于鉴别受体细胞中是否含有目的基因D转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫【解析】目的基因与载体结合后，还需要对其进行进一步处理，以构建成基因表达载体；导入受体细胞后，只有结合在染色体上，才可能稳定遗传下去；抗性的产生与是否抗虫没有关系，种植抗虫棉，害虫中仍然有抗性个体。【答案】C考点二、基因工程的应用在必修复习中，对基因工程的应用要掌握转基因抗虫棉的培育和利用基因工程生产胰岛素的两个实例，从而了解基因工程在农牧业中的应用。1、抗虫转基因作物的培育目的基因来源：苏云金杆菌

8、的毒蛋白基因毒蛋白的作用特点：能使棉铃虫等鳞翅目昆虫瘫痪致死，而对人等高等动物没有影响转基因作用类型：抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻和抗虫棉等种植转基因抗虫植物的优点：减少农药的使用量，降低生产成本，减少了农药对环境的污染种植转基因抗虫作用的潜在危险：抗虫基因可能随花粉传播，造成基因污染2、其它转基因作物耐贮存的蕃茄，耐盐碱的棉花，抗除草剂的玉米、油菜、大豆3、转基因动物转基因奶牛（使牛奶中乳糖的结构和含量和人乳相似），超级绵羊（将牛的生长激素基因导入绵羊细胞，使绵羊的体型比正常大50%，生长速度快30%）4、基因工程药品（1）基因工程胰岛素：将人的胰岛素基因导入到大肠杆菌中，培养大肠杆菌，从培

9、养液中提取胰岛素（2）基它药品：干扰素、白细胞介素（这两种都是淋巴因子），溶血栓剂、凝血因子，疫苗（乙肝疫苗、霍乱疫苗、伤寒疫苗、疟疾疫苗）5、用于环境保护主要是培育转基因细菌，使细菌能速高效地分解有毒污染物或吸收重金属盐离子。例3、运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白质，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，据以上信息，下列叙述正确的是A、Bt基因的化学成分是蛋白质B、Bt基因中有菜青虫的遗传物质C、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因D、转基因

10、抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物【解析】Bt基因和其它基因一样，是由脱氧核苷酸组成的DNA片段，Bt基因是外源基因，不含油菜的任何基因，但转基因油菜中含有Bt基因，能产生杀虫蛋白就是由于bt基因的存在，杀虫蛋白是蛋白质，是有机物。【答案】C变式3、下列关于基因工程的有关说法，正确的是用基因工程方法培育的抗虫植物能抗病毒基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育各种品质优良的动物利用基因工程生产胰岛素时，可以使用反转录法得到胰岛素基因，反转录所需的mRNA可以人体任何细胞提供基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物B.C.D.【解析】抗虫和抗病毒的原理不同，抗虫植物不能

11、抗病毒，反之，抗病毒植物也不能抗虫；由于基因的选择性表达，mRNA只在特定细胞中出现。【答案】D课时作业1、下列有关基因操作的工具的说法，正确的是A限制性内切酶是作用于DNA的酶，其化学本质是RNAB一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并在特定位置进行切割C一个DNA分子用不同的限制酶处理，得到的黏性末端一定不同D在DNA连接酶的催化下，可以形成磷酸二脂键，因此DNA连接酶和DNA聚合酶的作用完全相同【解析】限制酶的化学本质仍是蛋白质，不同的限制酶处理，可以得到相同的黏性末端。【答案】B2、下列有关基因工程操作的顺序组合中正确的是（）目的基因的检测和鉴定目的基因与运载体的结合将目的基因

12、导入受体细胞提取目的基因ABCD【答案】C目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是（）苏云金芽抱杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫【答案】C4、科学家将DNA连接酶基因大量注入牛的受精卵细胞中，结果在该受精卵发育成雌牛后，从其乳汁中获得了大量的DNA连接酶，在该牛乳腺细胞中，与DNA连接酶的合成和分泌直接有关的细胞器是（）A线粒体、高尔基体B核糖体、高尔基体C核糖体、内质

13、网D内质网、线粒体【解析】合成由核糖体完成，分泌最终由高尔基体实现。用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质，下列叙述不正确的是（）常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒导入大肠杆菌的目的基因不一定成功表达【解析】限制性核酸内切酶具有特异性，能识别特定的序列，并在特定的位点切割，切割后留下两个黏性末端，目的基因要连接到质粒上，需要用相同的限制性核酸内切酶处理；DNA连接酶和限制性核酸内切酶构建重组质粒，RNA聚合酶的功能是催化DNA转录为RNA,不是重组质粒必需的工具酶；目的基因的检测

14、是利用质粒上的标记基因，如质粒中含有抗青霉素基因，将用该质粒做运载体的生物放在带有青霉素的培养基中培养。若有抗性，说明导入成功；目的基因导入受体细胞后，表达不一定能成功，有时还需对目的基因进行修饰。【答案】B下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（）利用杂交技术培育出超级水稻通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒通过体细胞克隆技术培养出克隆牛将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄B.C.D.【解析】通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒属于太空育种，其原理为基因突变；通过体细胞克隆技术培养出克隆牛属于无性生殖，

15、应用的原理是细胞核的全能性；用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄应用的是生长素的生理作用。【答案】C7如图表示某种农作物品种和培育出的几种方法，有关说法错误的是（）经过III培育形成常用的方法是花药离体培养过程W常用一定浓度的秋水仙素处理的幼苗由品种直接形成的过程必须经过基因突变由品种和培育能稳定遗传的品种的最快途径是I-V【解析】品种的基因型为AABB,品种的基因型为aabb,要培育出基因型为AAbb的品种最快的途径应为单倍体育种，所以应为途径I-IIIfW,而I-V途径获得的子代中既有纯合体又有杂合体，还需要不断的连续自交进行筛选才能获得需要的品种。【答案】D8.下列关于作物育种的叙述，正

16、确的是（）把两个小麦优良性状结合在一起常采用植物体细胞杂交技术改良缺乏某种抗病性的水稻品种常采用单倍体育种培育无子西瓜可用适宜浓度的生长素处理三倍体西瓜雌蕊柱头袁隆平培育的高产、抗逆性强的杂交水稻是基因突变的结果【解析】选项A常采用杂交育种，选项B常采用基因工程，选项D应该是基因重组，选项C一般采用花粉刺激，如果用生长素处理亦能达到目的。【答案】C9假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种,为培育出优育品种AAbb，可采用的方法如图所示，有关叙述不正确的是（）AABBXaabb/AbAaBb列Abb一导入抗虫基因CC（AAbb）由品种AABB、aab

17、b经过、过程培育出新品种的育种方式称为杂交育种基因型为Aabb的类型经过过程，子代中AAbb与aabb的数量比是1：1与过程的育种方法相比，过程的优势是明显缩短了育种年限过程在完成目的基因和运载体的结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体【解析】AABB、aabb经过、过程培育出新品种称为杂交育种，过程为单倍体育种。与杂交育种方法相比，单倍体育种可明显缩短育种年限。过程为基因工程育种，必须用到的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶，而运载体是将目的基因导入受体细胞时用到的运输工具，不属于工具酶。【答案】D10.双子叶植物大麻（2N=20）为雌雄异株，性别决定为XY型，

18、若将其花药离体培养，再将幼苗用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成应是（）A.18+XX或18+YYB.18+YYC.9X或9YD.18XY【解析】由题意得花药的染色体组成是9+X或9+Y，经培养且用秋水仙素处理后染色体数目加倍，所以得到的植株的染色体组成是18+XX或18+YY。【答案】A11科学家在水稻中发现了GIF1基因，该基因的表达产物能催化淀粉的生成，当该基因出现突变时，水稻则无法长出正常籽粒。（1）上述资料表明，基因可通过，进而控制生物性状。（2）水稻的早熟（D）对晚熟（d）为显性，抗病（R）对易感病（r）为显性，两对相对性状独立遗传。现将早熟易感病和晚熟抗病两个纯种植株杂交，得到F

19、1。F1自交，获得F2植株1616株，理论上早熟抗病植株有株，其中杂合子占3）要想在较短时间内培育出早熟抗病的新品种，最佳的育种方法是【解析】虽然本题考到基因控制性状，但未进行基因工程，还是按照常规的基因突变问题解决。【答案】（1）生物体的性状（2）9098/9（3）单倍体育种12.下表为4个不同小麦杂交组合及其子代的表现型和植株数目，其中抗病性用A、a表示，抗盐性用B、b表示。据表推断组合序号亲本子代的表现型和植株数目抗病抗盐抗病不抗盐易感病抗盐易感病不抗盐父本母本-一-易感病、不抗盐抗病、抗盐14501100一易感病、不抗盐易感病、抗盐004140二抗病、抗盐抗病、不抗盐04220130四

20、抗病、抗盐易感病、不抗盐01840182（1）在小麦抗病与易感病这对性状中，是显性性状；抗盐与不抗盐这对相对性状的遗传属于。现有抗病不抗盐和易感病抗盐植株，要通过杂交培育抗病抗盐植株，则应选择为母本，为父本。（2）现有多株抗病抗盐小麦，若想鉴定并保留纯合品系，最好采用的交配方式是（3）若通过基因工程将该抗病基因转入棉花体细胞内，通常采用土壤农杆菌的质粒作为，该过程需要用到的工具酶有和；将导入抗病基因的棉花细胞培养成抗病植株，需要采用的技术手段是。【解析】由于第三组合两亲本均抗病而后代出现感病类型可知抗病为显性性状而感病为隐性性状；从上表四组组合来分析，抗盐与不抗盐这对性状在遗传上表现为母系遗传，因此为细胞质遗传；通过杂交育