高中生物中图版必修2学案3245 转基因生物和转基因食品 人类基因组计划.docx

高中生物中图版必修2学案3245 转基因生物和转基因食品 人类基因组计划.docx

《高中生物中图版必修2学案3245 转基因生物和转基因食品 人类基因组计划.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中生物中图版必修2学案3245 转基因生物和转基因食品 人类基因组计划.docx（24页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高中生物中图版必修2学案3245转基因生物和转基因食品人类基因组计划

第四节　转基因生物和转基因食品

第五节　人类基因组计划

目标导航

　1.结合教材图文，掌握基因工程的基本原理和基本步骤。

2.结合具体实例，说出基因工程的应用及其安全性。

3.阅读教材，简述基因组的概念和人类基因组计划。

一、重组DNA技术（转基因技术）

1.概念

重组DNA技术又称为转基因技术，是指利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。

2.操作步骤

（1）获取目的基因

（2）体外重组DNA分子

（3）重组DNA分子导入受体细胞

（4）筛选与鉴定：

在全部的受体细胞中，真正导入目的基因的受体细胞是很少的，因此必须通过一定的手段筛选和鉴定出能够表达所需遗传性状或所需产物的受体细胞。

3.意义

重组DNA技术人为实现了种间遗传物质的转移，目的基因随细胞的分裂而增殖，并在体内得以表达，还能将获得的新性状稳定地遗传给后代。

二、转基因生物和转基因食品

1.转基因生物

（1）概念：

由于目的基因的导入，引起原有遗传物质组成改变的生物称为转基因生物。

（2）类型：

转基因生物包括转基因植物、转基因动物和转基因微生物。

（3）应用：

转基因生物在农业、工业、医药等领域都有很广泛的应用。

例如，转基因生物可以有效地提高农作物的产量，为人们提供质量更高、营养成分搭配更合理的膳食等。

（4）安全性：

转基因生物可能对生物多样性、生态环境和人类健康构成威胁。

2.转基因食品

（1）概念：

用转基因生物生产或制造的食品、食品原料以及食品添加剂等，都可以称为转基因食品。

（2）优点：

可以提高食品营养价值、改善食品风味、去除食品不良特性、延长食品贮存期限等。

（3）安全性：

对于转基因食品安全性的评价主要集中在环境安全性和食用安全性两个方面。

公众有权利了解转基因食品和对转基因食品进行选择。

三、基因组和人类基因组

1.基因组的概念和类型

（1）概念：

基因组是指一个单倍体细胞核中、一个细胞器（如线粒体、叶绿体）中或一个病毒中所包含的全部DNA（或RNA）分子的总称。

（2）类型：

基因组可分为核基因组、线粒体基因组、叶绿体基因组、病毒基因组等。

通常所说的基因组是指核基因组。

2.人类核基因组的概念、结构与特点

（1）概念：

人类基因组是指单倍体细胞中整套染色体，即22条常染色体、一条X染色体和一条Y染色体上所具有的全部DNA分子。

（2）结构及特点

人类基因组的DNA序列可分为编码序列和非编码序列，其中非编码序列远远多于编码序列，能够编码蛋白质的序列仅占3%。

四、人类基因组计划概述

1.人类基因组计划的目标

（1）最初目标：

测定人类基因组DNA分子的核苷酸排列次序，绘制成精细的DNA序列图，定位约10万个基因，并对其他生物进行类似研究。

（2）终极目标：

阐明人类基因组全部DNA序列，识别基因，建立储存这些信息的数据库，开发数据分析工具以及研究人类基因组计划实施所带来的伦理、法律和社会问题。

2.人类基因组计划成果

（1）完成了人类基因组的测序任务，绘制完成了全基因组的DNA序列图谱。

（2）人类核基因组的DNA总长度约为31.647亿个碱基对，大约有3～3.5万个基因。

3.后基因组的概念

后基因组就是在基因组的基础上，研究所有基因的表达、调控与功能，阐明执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物功能。

4.人类基因组计划的意义

（1）人类基因组计划的实施，对于人类疾病的预防、诊断及治疗方式都会有全新的改变。

（2）极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展，如有利于阐明细胞的生长、发育和分化的分子机制，理解人类的进化等。

（3）促进了生命科学与其他学科的整合，产生了一些新兴学科，如生物信息学。

（4）还具有经济技术价值，如人类基因组研究将会给食品制造、医药等产业带来一场生物革命。

判断正误：

（1）转基因技术的生物学原理是基因重组。

（　　）

（2）通过转基因技术能够定向改造生物的遗传性状。

（　　）

（3）转基因技术属于分子水平的操作。

（　　）

（4）转基因生物可能会破坏生态平衡。

（　　）

（5）对待转基因技术应该趋利避害，不能因噎废食。

（　　）

（6）人类基因组计划需要测定人类基因组的全部基因序列。

（　　）

（7）人类基因组计划是人类从细胞水平研究自身遗传物质的系统工程。

（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）√　（5）√　（6）×　（7）×

一、重组DNA技术（转基因技术）

1.基因工程操作的基本步骤图解

2.基因工程操作的工具

限制性内切酶

DNA连接酶

载体

来源

原核生物

原核生物

质粒或病毒DNA

作用及结果

切割目的基因和载体形成黏性末端

连接目的基因和载体形成重组DNA分子

将目的基因导入受体细胞

特点

识别特定碱基序列，并在特定切点上切割

只能将DNA片段进行连接

在宿主细胞内保存并复制，带有标记基因，便于筛选

3.注意的相关问题

（1）目的基因必须与载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定的保存，并进行复制和表达，目的基因不能单独进入受体细胞。

（2）受体细胞的选择

①培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。

②培育转基因植物，受体细胞可选用受精卵或体细胞。

③受体细胞常用微生物的原因是微生物繁殖快、代谢快、目的基因产物多。

（3）目的基因的检测是利用质粒上的标记基因，如大肠杆菌质粒上含抗青霉素基因。

把受体细胞放入带有青霉素的培养基中培养，若有抗性，说明导入成功；若无抗性，说明导入失败。

（4）重组DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。

例如检验抗虫棉的抗虫性，可让棉铃虫食用棉花的叶片，食用后棉铃虫中毒死亡，则说明抗虫基因在棉株中得到了表达。

4.基因工程成功的基础

1.下图表示一段DNA序列，请确定限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位。

答案　限制性内切酶和DNA连接酶都作用于b部位。

2.若用DNA连接酶将目的基因与载体两两结合时，可能有哪些产物？

答案　产物可能有三种：

目的基因—目的基因、目的基因—载体、载体—载体。

3.转基因食品在环境安全和食用安全上的评价主要表现在哪些方面？

答案　前者集中体现在应用的转基因生物的安全性。

后者体现在转基因食品经过代谢后是否会产生一些有毒物质，从而危害人体和动物的健康，以及转基因食品是否会对人体肠道中的微生物产生影响。

4.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？

答案　不一定，因为性状分离或变异的原因，抗虫棉的子代可能会失去抗虫特性。

5.DNA连接酶、DNA聚合酶和DNA酶有何不同？

答案　DNA连接酶是连接DNA的片段；DNA聚合酶是DNA分子复制时，按模板链的要求，将脱氧核苷酸逐个连接起来，形成DNA的子链；DNA酶的作用是水解DNA。

1.下图表示一项重要生物技术的关键步骤，字母X代表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.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性内切酶切点

C.基因与载体的重组只需要DNA连接酶

D.该细菌的性状被定向改造

问题导析

（1）审图，明确此题主要涉及基因工程第二步：

目的基因与载体的结合。

（2）在此过程中目的基因为人类的胰岛素基因，所需工具为限制性内切酶和DNA连接酶。

（3）作为载体的质粒必须具备多个标记基因和多个限制性内切酶切点且能自我复制。

答案　C

一题多变

（1）图中遵循碱基互补配对原则的步骤有___________________________________________。

（2）从分子水平分析不同种生物之间的基因移植能够成功的主要原因是__________________，也说明了不同生物共用一套________________。

答案　

（1）目的基因与载体的结合（细胞分裂）　

（2）不同生物的DNA分子化学组成和基本结构是相同的　密码子

二、转基因生物和转基因食品

1.基因工程的应用

（1）基因工程与作物育种：

农业上获得高产、稳产、具有优良品质的农作物，畜牧业上获得人们所需要的、具有优良品质的转基因动物。

（2）基因工程与药物研制：

能高效地生产出各种高质量、低成本药品。

2.转基因生物可能带来的风险

（1）转基因作物与其野生亲缘种间的杂交，把具抗性的基因转到野生亲缘种，可能使野生亲缘种成为具抗性的杂草，或者由于转移基因在野生种群中的固定导致野生等位基因的丢失，最终造成遗传多样性的降低。

（2）转基因生物中的抗病毒基因可能与其他病毒发生重组，产生超级病毒，给生物界带来巨大的灾难。

（3）转基因植物及其产物进入土壤后，可能会与土壤微生物发生相互作用，影响一些微生物的活动过程，从而对地球化学循环产生重要影响。

1.你所知道的我国转基因成果都有哪些？

答案　中国科学家培育的转基因猪、牛、鸡、鲤鱼等，还有大批具有抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物。

2.转基因抗虫玉米在环境保护上的重要作用是什么？

此种转基因玉米独立种植若干代后是否会出现不抗虫的植株，为什么？

答案　减少了农药使用对环境造成的污染；转基因生物独立种植若干代，也会出现不抗虫的植株，因为玉米螟（玉米植株上的一种害虫）可能会发生基因突变，基因突变是不定向的，突变后的玉米螟可能对苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白不敏感。

2.转基因成果令人叹为观止，下列不是转基因成果的一项是（　　）

A.抗虫棉花

B.能清除石油污染的假单胞杆菌

C.我国奶牛的主要品种——中国荷斯坦牛

D.抗除草剂玉米

问题导析

（1）转基因生物是指运用重组DNA技术，即通过获取目的基因、体外重组DNA分子、重组DNA分子导入受体细胞、筛选与鉴定等步骤获得转基因生物。

（2）包括转基因植物、转基因动物和转基因微生物。

抗虫棉花、能清除石油污染的假单胞杆菌、抗除草剂玉米都属于转基因成果。

（3）我国奶牛的主要品种中国荷斯坦牛，是杂交育种技术的结果。

答案　C

一题多变

转基因成果令人叹为观止，但是带来的安全性问题也不能忽视。

下列选项中是转基因生物引起的食物安全问题的证据是（　　）

A.世界上数以亿计的人口食用转基因农作物

B.转基因生物合成的营养物质与天然品种没有差别

C.转基因生物合成的某些蛋白质可能对某些人造成过敏反应

D.转基因产品经过了多环节、严谨的安全性评价

答案　C

三、基因组和人类基因组计划概述

1.基因组和染色体组的区别

基因组

染色体组

概念区别

基因组是指一个单倍体细胞核中，一个细胞器中或一个病毒中所包含的全部DNA分子

指一组形态、大小各不相同都携带着本物种生长、发育、繁殖的全套基因的染色体。

对于二倍体生物，是指一个配子中的全部染色体

人类

22＋X＋Y

22＋X或22＋Y

2.人类基因组研究的两项主要任务

（1）进行24条染色体（22条常染色体和2条性染色体）的遗传、物理图谱构建及脱氧核苷酸顺序的分析。

（2）致力于基因识别及功能的研究。

其具体内容包括：

①对人类基因组进行标记和划分；

②对基因组DNA进行切割和克隆，并利用已知的标记将这些克隆有序排列；

③测定人类基因组的全部DNA序列，测序结果表明人类核基因组大约有31.6亿个碱基对。

基因约为3.0～3.5万个。

1.如何确定二倍体生物的基因组？

答案　对于二倍体生物来说，没有性别决定的生物，如水稻，其基因组就是一个染色体组的所有染色体；而对于具备性别决定的生物来说，其基因组为一个染色体组加另一条性染色体。

2.果蝇体细胞中含有8条染色体，其性别决定是XY型；水稻是雌雄同体的重要粮食作物，二倍体水稻体细胞有24条染色体。

分析上述材料，思考下列问题：

（1）果蝇的基因组中有多少条染色体？

其染色体组中有几条染色体？

答案　基因组中有5条；染色体组中有4条。

（2）水稻的基因组中有几条染色体？

与其染色体组有什么关系？

答案　12条。

水稻细胞中无性染色体，故基因组中染色体数与染色体组中的染色体数一样，均为体细胞染色体数的一半。

3.一个基因组的全部染色体其形态和功能是（　　）

A.相同的

B.各不相同的

C.有的相同，有的不同

D.除X、Y染色体外，其余均相同

问题导析

　一个基因组中全部染色体的形态、功能、大小是不相同的。

答案　B

一题多变

下列关于人类基因组计划的叙述，不正确的是（　　）

A.人类基因组计划的目的是测定人类基因组的全部DNA序列

B.2003年，人类基因组的测序任务已圆满完成

C.HGP表明基因之间确实存在人种的差异

D.HGP表明人的体细胞中约有基因3.0～3.5万个

答案　D

1.下列正确表示基因工程操作“四部曲”的是（　　）

A.获取目的基因→体外重组DNA分子→重组DNA分子导入受体细胞→筛选和鉴定

B.筛选和鉴定→获取目的基因→重组DNA分子导入受体细胞→体外重组DNA分子

C.获取目的基因→重组DNA分子导入受体细胞→体外重组DNA分子→筛选和鉴定

D.重组DNA分子导入受体细胞→获取目的基因→体外重组DNA分子→筛选和鉴定

答案　A

解析　基因工程操作的四步过程要按顺序记牢。

2.下列关于重组DNA技术工具的叙述中，正确的是（　　）

A.质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器

B.质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子

C.限制性内切酶能够识别特定的碱基序列并能破坏氢键

D.DNA连接酶的作用是催化DNA双链间碱基对的形成

答案　B

解析　①质粒是细菌细胞质内的一个小型环状DNA分子，但它不是细胞器。

②质粒是一种重要的载体，通常利用质粒与目的基因结合形成重组质粒，而后导入受体细胞。

③限制性内切酶能识别、切割双链DNA中特定的碱基序列，但不能破坏氢键。

④DNA连接酶的作用是通过催化形成磷酸二酯键，“缝合”两条DNA末端之间的缝隙。

3.我国科学家运用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。

下列叙述不正确的是（　　）

A.基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少

B.重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失

C.抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染

D.转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测棉花对抗生素的抗性来确定的

答案　D

解析　转基因棉花是否具有抗虫特性是通过让棉铃虫食用棉花的叶片来检测的。

检测棉花对抗生素的抗性是用来确定目的基因是否进入了受体细胞。

4.人类的染色体组和人类的基因组的研究对象各包括哪些染色体（　　）

①46条染色体　②22条常染色体＋X染色体或22条常染色体＋Y染色体　③22条常染色体＋X＋Y染色体　④44条常染色体＋X＋Y染色体

A.①②B.②③

C.①③D.③④

答案　B

解析　人体细胞内共有46条染色体，减数分裂时，同源染色体分离，配子中含有23条染色体，即1～22号常染色体和X或Y染色体；而测定人类基因组时，需要测定1～22号常染色体和X、Y两条性染色体，不能只测定23条染色体的原因是：

X、Y染色体分别具有不同的基因和碱基序列。

5.日本某大学谷明教授等把菠菜的基因植入猪的受精卵中，成功培育出不饱和脂肪酸含量高的猪。

在对这种猪的脂肪酸组织进行分析后发现，它的体内的不饱和脂肪酸要比一般的猪高约20%。

植入猪的受精卵里的菠菜基因可控制合成菠菜根部的一种酶——FAD2，这种酶能够将饱和脂肪酸转换成不饱和脂肪酸。

请根据以上材料回答问题。

（1）高度不饱和脂肪酸猪的诞生，运用了________技术手段。

（2）具有菠菜基因的猪体内不饱和脂肪酸要比一般的猪高约20%，说明________________。

（3）植物和动物间基因移植成功，说明生物间合成蛋白质的方式________，并共用一套________________。

（4）猪的DNA分子被“嫁接”上菠菜基因，并不影响猪体内其他基因的表达，说明________________________________________________________________________。

（5）把菠菜的基因植入猪的受精卵内，培育出高度不饱和脂肪酸猪新品种，操作过程一般要经过的四个步骤是________、________、________和________________。

答案　

（1）重组DNA（或转基因）　

（2）菠菜基因已在猪细胞内进行了复制和表达　（3）相同　密码子　（4）基因是遗传物质结构和功能的基本单位，具有相对独立性

（5）获取目的基因　体外重组DNA分子　重组DNA分子导入受体细胞　筛选和鉴定

基础巩固

1.基因工程中常用的载体是（　　）

A.质体B.染色体

C.质粒D.线粒体

答案　C

解析　根据作为载体必须具备的三个条件，基因工程中经常用的载体有细菌的质粒或病毒DNA等。

2.采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是（　　）

①将毒素蛋白注射到棉受精卵中　②将编码毒素蛋白的DNA序列，注射到棉的受精卵中　③将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养　④将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵

A.①②B.②③C.③④D.④①

答案　C

解析　用基因工程方法培育抗虫棉，导入能够编码毒素蛋白的DNA序列。

将编码毒素蛋白的目的基因通过与质粒重组并通过质粒运载进入棉花细胞，并在棉花细胞中表达，达到培育抗虫棉的目的。

3.下列实践活动包含重组DNA技术的是（　　）

A.水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种

B.抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦

C.将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株

D.用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆

答案　C

解析　A项为单倍体育种，原理是染色体变异；B项为杂交育种，原理为基因重组；C项为转基因技术育种，需要利用重组DNA技术将重组DNA分子导入受体细胞，原理为基因重组；D项为诱变育种，原理为基因突变。

4.重组DNA技术在农业、医药等领域中得到广泛的应用，下列关于基因工程成果的叙述中，错误的是（　　）

A.在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性农作物

B.在医药卫生方面，主要用于基因诊断、基因治疗

C.在畜牧养殖业方面培育了体型巨大，品质优良的动物

D.在环境保护方面主要用于环境监测和对环境的净化

答案　B

解析　基因工程的应用在医药卫生方面主要用于药物的研制生产，并非疾病的诊断和治疗。

5.现有小麦种质资源包括：

①高产、感病；②低产、抗病；③高产、晚熟等品种。

为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求，育种专家要培育3类品种：

a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。

下述育种方法可行的是（　　）

A.利用①、③品种间杂交筛选获得a

B.对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b

C.a、b和c的培育均不可采用诱变育种方法

D.用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c

答案　D

解析　利用①、②品种间杂交后筛选可获得a，A错误；染色体加倍并不改变原有的基因，只有通过诱变育种，可由③选育出b，B错误；诱变育种和转基因技术均可获得原品种不具有的新性状，C错误、D正确。

6.下列关于人类基因组计划的叙述，合理的是（　　）

A.该计划的实验将有助于人类对自身疾病的诊治和预防

B.该计划是人类从细胞水平研究自身遗传物质的系统工程

C.该计划的目的是测定人类一个染色体组中全部DNA序列

D.该计划的实施不可能产生种族歧视、侵犯个人隐私等负面影响

答案　A

解析　人类很多疾病与遗传有关；人类基因组计划是在分子水平上的研究；人类基因组计划是测定人类基因组（22条常染色体和X、Y染色体）的全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息；该计划也可能带来一定的负面影响。

7.科学家已拉开后基因组时代的序幕，后基因组时代主要研究（　　）

A.基因的表达、调控和功能

B.DNA复制

C.转录和翻译

D.基因突变的原理

答案　A

解析　人类基因组计划主要研究DNA中碱基对的排列顺序，后基因组时代又称蛋白质组时代，主要研究基因的表达、调控和功能。

巩固提升

8.英国前首相布莱尔发表了一篇文章，文中说：

“毫无疑问，转基因作物对人类健康和环境有可能带来危害，保护公众和环境的安全，现在是，将来也是政府的首要任务。

但与此同时，这种新的科技成果将给人类带来更多的利益，这也是毋庸置疑的。

”就以上材料你认为下列说法不正确的是（　　）

A.转基因技术应用的基本原理是基因重组，转基因作物是转基因技术的一种产物

B.如果转基因作物产生了对人类健康及环境的负面影响，我们应该反对转基因技术

C.科学家必须在现有知识与技术的基础上尽量考虑转基因作物可能存在的风险并采取相应的防范措施

D.国家必须对转基因作物的研究制定相应的法律法规，并进行严格管理与有效控制

答案　B

解析　为保障转基因作物的安全性，国家要制定相应的法律法规，以立法保障，人们要加强舆论监督，同时改变观念去接受新鲜事物，不能因为其存在负面影响而全面否定转基因技术。

9.人或动物PrP基因编码一种蛋白（PrPc），该蛋白无致病性。

PrPc的空间结构改变后成为PrPsc（朊粒），就具有了致病性。

PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。

据此判断，下列叙述正确的是（　　）

A.朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中

B.朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同

C.蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化

D.PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程

答案　C

解析　根据题干可知，朊粒是一种蛋白质，蛋白质是不能整合到基因组中的，A错误；肺炎双球菌是原核生物，通过二分裂的方式进行增殖，朊粒的增殖不是二分裂，故B错误；朊粒是PrPc因空间结构改变形成的，两者一个具有致病性，一个不具有致病性，故C正确；遗传信息的翻译过程是以mRNA为模板合成蛋白质的过程，PrPc转变为PrPsc属于蛋白质空间结构改变所致，不属于遗传信息的翻译过程，D错误。

10.如图是有关生物变异来源的概念图，请据图回答：

（1）图中③表示__________________；④表示________；⑤表示________，此过程发生在____________________时期。

（2）将①的原理应用在育种中，常利用物理因素如________或化学因素如________来处理生物（各举一例）。

（3）番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，导致害虫无法消化食物而被杀死，人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内。

玉米获得了与番茄相似的抗虫性状，玉米新品种的这种变异的来源是图中[　]________。

传统的育种方法一般只能在同一种生物中进行，很难将一种生物的优良性状移植到另一种生物上。

基因工程的出现使人类有可能________________________________________________________________________

________________________________________________