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免费高中生物必修2讲义：第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用 Word版含解析详细信息
| 宜城教育365速发国际靠谱么_365bet亚洲官方网址_预付365商城下载网www.bjtlcd.com免费高中生物必修2讲义：第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用 Word版含解析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。,)一、基因工程的原理(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：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①作用：将外源基因导入受体细胞。②3．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。二、基因工程的应用及安全性(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．基因工程的安全性判断(1)基因工程的原理是基因突变。(×)分析：基因工程的原理是基因重组。(2)基因工程能够定向的改变生物的性状。(√)分析：基因工程可以向受体细胞中导入目的基因，让其表达，定向地改变生物的性状。(3)(2016·济宁市期末)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。(×)分析：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。(4)基因工程中的运载体只有质粒。(×)分析：基因工程中常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。(5)只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达。(×)分析：目的基因进入受体细胞不一定能进行转录、翻译。(6)转基因生物和转基因食品都是不安全的。(×)分析：对于转基因生物和转基因食品的安全性问题不能片面地一概而论。主题一基因工程的操作工具限制酶的特点限制性核酸内切酶的作用特点是：(1)识别特定核苷酸序列。(2)在特定的切点上切割DNA分子，形成2个黏性末端。DNA连接酶的特点同种限制酶切割不同DNA分子后形成的黏性末端是可以通过氢键连接起来的，但是脱氧核糖和磷酸之间的缺口要靠DNA连接酶进行连接。运载体的特点运载体的特点之一是：具有标记基因，上面的标记基因为抗生素抗性基因，其作用为用于目的基因是否导入受体细胞的检测依据。1．DNA连接酶与DNA聚合酶的比较比较项目 DNA连接酶 DNA聚合酶不同点 作用对象 连接DNA片段 连接游离的脱氧核苷酸 作用条件 不需要模板 需要模板相同点 作用部位 连接不同脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键2.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--这是保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子代细胞的基础。(2)有多个限制酶切点--这是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--这是检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。基因工程中的工具酶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处根据作用部位判断与DNA分子有关的酶(1)断开氢键的酶：解旋酶。(2)断开(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶：若结果生成若干DNA片段，可判定为限制酶；若生成其基本单位--核苷酸，可判定为DNA水解酶。(3)生成(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶：若将两个DNA片段连接在一起，可判定为DNA连接酶；若作用于DNA复制的过程中，或将游离的脱氧核苷酸连接到DNA链上，可判定为DNA聚合酶。基因工程中的运载体2．下列有关基因工程中运载体的说法，正确的是()A．在进行基因工程的操作中，作为运载体的质粒都是天然质粒B．所有的质粒都可以作为基因工程的运载体C．质粒是一种独立于细菌拟核DNA外的链状DNA分子D．作为运载体的质粒DNA分子上应有对重组DNA分子进行鉴定和选择的标记基因主题二基因工程的操作步骤结合下图分析基因工程的过程。1．图中①过程为提取目的基因，采用直接分离的方法，目的基因是指人们所需要的外源基因。2．如图中②过程属于目的基因与运载体结合。(1)从图中可以看出，提取目的基因B和切开质粒A所用的是同一种限制酶。(2)DNA连接酶用于质粒A与目的基因B的结合过程，形成重组DNA分子C。3．图中③过程属于将目的基因导入受体细胞，此过程不存在碱基互补配对。4．目的基因的检测与鉴定(1)检测：根据标记基因或分子杂交技术检测目的基因是否导入受体细胞。(2)鉴定：受体细胞是否表现出特定性状，如棉花抗虫性状的表现。(1)转基因抗虫棉有性繁殖产生的后代都具有抗虫特性吗？为什么？提示：不一定。因为性状分离或变异，抗虫棉的子代可能会失去抗虫特性。(2)基因工程中，为什么目的基因在不同物种中均能成功表达？提示：因为不同的生物体共用一套遗传密码，控制合成相同的蛋白质。(1)目的基因与运载体结合，如图：目的基因与运载体结合的过程中，形成的重组分子中不只有目的基因和运载体的结合物，还有目的基因之间或运载体之间的结合物。(2)对目的基因的检测和鉴定虽然是分子水平上的，但都是在体外进行的。 目的 依据目的基因的检测 目的基因是否导入受体细胞 依据受体细胞是否具有运载体特有的标记基因所控制的特有性状目的基因的鉴定 目的基因是否完成表达过程 依据受体细胞是否表现出目的基因所控制的特有性状1．(2016·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()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2．如图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程，相关叙述不正确的是()A．通过①过程形成重组质粒只需要两种工具B．②是重组质粒导入受体细胞的过程C．通过③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④⑤过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果解析：选A。①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1.基因工程的原理是基因重组。2.基因工程的操作工具有限制酶、DNA连接酶和运载体。3.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。4.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。5.常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。6.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。7.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。1．为了培育节水高产品种小麦，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了20%。这项技术的遗传学原理是()A．基因突变 B．基因重组C．基因复制 D．基因分离2．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()①限制酶②DNA连接酶③解旋酶④还原酶A．①② B．③④C．①④ D．②③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。3．水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp(天冬氨酸)、Gly(甘氨酸)、Ser(丝氨酸)构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质的作用是()A．促使目的基因导入受体细胞B．使目的基因容易被检测出来C．促使目的基因在受体细胞内复制D．使目的基因容易成功表达解析：选B。该发光蛋白的作用是使目的基因容易被检测出来，从而确认目的基因是否已经成功导入受体细胞中。4．以下说法正确的是()A．所有的限制酶只能识别同一种特定的核苷酸序列B．质粒是基因工程中唯一的运载体C．运载体必须具备限制酶切点，以便与外源基因连接D．DNA连接酶与DNA聚合酶作用相同解析：选C。酶具有专一性，一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，A错误；常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等，B错误；运载体必须具备的条件之一是具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接，C正确；DNA连接酶的作用是连接两个DNA片段，DNA聚合酶的作用是连接单个的脱氧核苷酸，D错误。5．(2016·成都树德中学月考)草甘膦是一种可以杀灭多种植物(包括农作物)的除草剂。草甘膦杀死植物的原理在于能够破坏植物叶绿体或质体中的EPSPS合成酶。通过转基因的方法，让农作物产生更多的EPSPS酶，就能抵抗草甘膦，从而让农作物不被草甘膦杀死。下列有关抗草甘膦转基因大豆的培育分析正确的是()A．可通过喷洒草甘膦来检验转基因大豆是否培育成功B．只能以大豆受精卵细胞作为基因工程的受体细胞C．在转基因操作过程中一定要用同一种限制性核酸内切酶D．只要EPSPS合成酶基因进入大豆细胞，大豆就会表现出抗草甘膦性状6．关于基因工程的叙述，正确的是()A．限制性内切酶和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，传递和表达不再遵循中心法则解析：选C。限制性内切酶和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。7．(2016·济南质检)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，这在可遗传的变异的来源中属于________。(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？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，破坏人体免疫系统。赞成观点：安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，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）。一、选择题1．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：①能在宿主细胞中复制并稳定地保存；②具有多个限制酶切点；③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．①②③④ B．①②④③C．①④②③ D．①④③②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()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――→①分离有关基因――→②导入细菌――→③发酵大量生产疫苗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①②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。6．如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。判断下列说法正确的是()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7．(2016·杭州联考)已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指。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．4C．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．(2016·济宁高一检测)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，转移的是细胞器而非基因，故不属于基因工程的范畴。12．(2016·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()①转基因作物的基因可传播到野生植物中②转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威胁③为防止基因污染，应当禁止转基因作物的研究④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．①②③④ B．③C．①② D．①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。二、非选择题13．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14．根据以下材料，回答有关问题。豇豆对多种害虫具有抵抗能力，根本原因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蛋白质的积累量不足。经过在体外对CpTI基因进行修饰后，CpTI蛋白质在水稻中的积累量得到了提高。CpTI基因修饰和表达过程如图所示。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①中，首先要用________切割基因，露出________，再用________________连接。(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________________________________________________________________________。答案：(1)目的限制酶黏性末端DNA连接酶(2)豇豆水稻(3)让多种害虫食用水稻叶片(4)目的明确；培育周期短；可以克服远缘杂交不亲和的障碍(只要答出两点即可)15．干扰素是一种糖蛋白，过去从人的白细胞中提取，产量很低。我国的科研人员成功运用基因工程技术提高了其产量，如图为其原理过程图。请据图回答下面的问题：(1)图中①过程叫________________________________________________________________________。(2)图中②物质的化学本质是________________________________________________________________________，它作为运载体，必须具备的特点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出任意两点)。(3)该过程中，供体细胞是________________，受体细胞是________(填字母)，重组DNA分子是________(填序号)，在形成③的过程中需要________________________________________________________________________。答案：(1)提取目的基因(2)双链环状DNA分子(或DNA分子)具有一个或多个限制酶切割位点，在细胞中能够自我复制，有特殊的标记基因等(3)人的体细胞b③限制酶和DNA连接酶16．科学家通过基因工程，成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株--抗虫棉，其过程大致如图所示，请据图回答下列问题：(1)目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入受体细胞染色体DNA上，这需要通过检测才能知道，检测采用的最好方法是_____________________________________________。(2)科学家预言，此种"转基因抗虫棉"独立种植若干代以后，将出现不抗虫的植株，此现象来源于__________。(3)利用基因工程技术培育抗虫棉，相比诱变育种和杂交育种，具有目的性强和________________等突出的优点。(4)有人担心种植上述转基因抗虫棉，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成"基因污染"，请提出你的解决方法：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)DNA分子杂交技术(2)基因突变(3)克服远缘杂交不亲和性(或能有效地打破物种间的生殖隔离界限)(4)将目的基因导入叶绿体或线粒体基因组中 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