学年高一生物人教版必修二教学案第6章 第2节 基因工程及其应用 Word版含答案.docx

学年高一生物人教版必修二教学案第6章 第2节 基因工程及其应用 Word版含答案.docx

《学年高一生物人教版必修二教学案第6章 第2节 基因工程及其应用 Word版含答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高一生物人教版必修二教学案第6章 第2节 基因工程及其应用 Word版含答案.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

学年高一生物人教版必修二教学案第6章第2节基因工程及其应用Word版含答案

一、基因工程的原理

1．基因工程的概念

2．基因工程的操作工具

3．基因工程操作的基本步骤

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。

二、基因工程的应用及安全性

1．基因工程的应用

应用

内容

作物

育种

目的

培育出具有各种抗逆性的作物新品种

实例

抗棉铃虫的转基因抗虫棉

意义

减少了农药用量，而且还减少了农药对环境的污染

药物

研制

目的

高效生产高质量、低成本的药品

实例

生产人的胰岛素

过程

胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并在大肠杆菌内获得成功的表达

环境

保护

实例

利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等

2.转基因生物和转基因食品的安全性

（1）观点一：

转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。

（2）观点二：

转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。

重点聚焦

[共研探究]

1．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，请据图分析：

（1）图中表示的酶依次是：

①限制酶，②DNA连接酶，③解旋酶，④DNA聚合酶。

（2）DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，这两种酶的作用部位不同。

DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键。

2．如图表示一段DNA序列，请思考：

（1）限制酶和DNA连接酶作用的位点相同，均作用于磷酸二酯键（b部位）。

（2）若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，产物可能有三种：

目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。

3．如图为运载体示意图：

（1）常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

（2）运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质不相同。

运载体是小的DNA分子，载体是蛋白质。

（3）基因工程中运载体的特点

①能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以保证外源基因在宿主细胞内长期稳定存在并复制。

②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。

③具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。

4．转基因抗虫棉有性繁殖产生的后代不一定都具有抗虫特性，因为性状分离或变异，抗虫棉的子代可能会失去抗虫特性。

[总结升华]

1．基因工程操作工具

（1）限制性核酸内切酶（简称限制酶）

①特性：

一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。

②切割结果：

产生两个带有黏性末端或平末端的DNA片段。

③作用：

基因工程中重要的切割工具；能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。

（2）DNA连接酶

①作用对象：

两个具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。

②位置：

脱氧核糖与磷酸之间的缺口。

③结果：

形成重组DNA。

（3）常用的运载体——质粒

①本质：

小型环状DNA分子。

②作用：

a.作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；b.用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

③作为运载体具备的条件：

a.能在受体细胞内稳定保存并大量复制；b.有多个限制酶切点；c.有标记基因。

2．基因工程的操作步骤

操作步骤示意图

3．基因工程的注意事项

（1）限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，只是前者将其切开，后者将其连接。

（2）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。

（3）将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。

【易错易混】　限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的区别

不同点

相同点

作用

作用特点

作用目标：

磷酸二酯键

限制酶

切割

具有特异性

DNA连接酶

连接

无特异性，将DNA片段连接成DNA分子

DNA聚合酶

将单个的脱氧核苷酸连接成DNA片段

[对点演练]

1.判断正误

（1）基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。

（　　）

（2）基因工程的操作工具酶有限制酶、DNA连接酶及运载体。

（　　）

（3）所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。

（　　）

解析：

（2）运载体的本质是DNA不是酶。

（3）不同的限制酶识别不同的核苷酸序列。

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×

2．下列关于限制酶和DNA连接酶的说法，正确的是（　　）

A．其化学本质都是蛋白质

B．DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键

C．它们不能被反复使用

D．在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶

解析：

选A　限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA连接酶连接两个DNA片段间的磷酸和脱氧核糖；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生改变，因此可以反复利用；DNA聚合酶在细胞内DNA分子复制时将单个的脱氧核苷酸连接成DNA片段，不能代替DNA连接酶。

[共研探究]

1．转基因技术已经实现了将人的胰岛素基因转入细菌内，利用细菌（如图）生产人的胰岛素。

（1）运载体与目的基因结合成功的基础

①基本单位相同：

不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。

②空间结构相同：

不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。

③碱基配对方式相同：

不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与C配对。

（2）基因工程中，目的基因在不同物种中均能成功表达，因为不同的生物体共用一套遗传密码。

2．基因工程育种的原理为基因重组，优势在于突破了物种间的界限，实现真正意义上的远缘杂交；特点是能定向改造生物的遗传性状。

[总结升华]

1．五种常见育种方式的比较

原理

常用方式

优点

缺点

举例

杂交

育种

基因

重组

①使不同个体的优良性状集中在同一个个体上

②操作简便

①育种时间长

②局限于亲缘关系较近的个体

矮秆抗病小麦

诱变

育种

基因

突变

辐射、激光、空间诱变等

提高变异频率，加速育种进程，大幅度改良性状

有很大的盲目性，有利变异少，需大量处理实验材料

青霉素高产菌株

单倍

体育

种

染色

体变

异

花药离体培养，秋水仙素处理

①明显缩短育种年限

②子代均为纯合子

技术复杂，需与杂交育种配合

单倍体育种获得矮秆抗病小麦

多倍

体育

种

染色

体变

异

用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

器官大，提高营养物质含量

只适用于植物，发育延迟，结实率低

三倍体无子西瓜

基因

工程

育种

基因

重组

将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中

打破物种界限，定向改造生物的遗传性状

技术复杂，生态安全问题较多

转基因抗虫棉的培育

2．杂交育种和基因工程中“基因重组”的区别

（1）杂交育种：

基因重组

同一物种的不同基因重新组合。

（2）基因工程：

基因重组

不同物种之间的不同基因的重组。

【规律总结】　育种方案的选择

育种目标

育种方案

集中双亲优良性状

单倍体育种（明显缩短育种年限）

杂交育种（耗时较长，但简便易行）

对原品系实施“定向”改造

基因工程育种

让原品系产生新性状（无中生有）

诱变育种（可提高变异频率，加速育种进程）

对原品系营养器官“增大”或“加强”

多倍体育种

[对点演练]

3．抗虫棉在我国棉产区种植的面积占总面积的一半，抗虫棉的种植，不仅有经济效益，还有生态效益，以下叙述正确的是（　　）

A．抗虫棉的培育利用的是DNA重组技术，切取、导入棉花细胞的抗虫基因是细菌的部分DNA分子

B．抗虫棉也能抗病

C．基因工程利用了基因突变的原理

D．培育抗虫棉所用的基因重组技术，不属于基因重组

解析：

选A　抗虫棉的培育利用了基因工程，基因工程也叫DNA重组技术，切取的是苏云金杆菌DNA分子中的抗虫基因。

1．下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是（　　）

①TC

A

CTTAA

②

A

TTCCA

③AATTC

④A

CTT

A

A．①②　　　　　　　　　　B．①③

C．①④D．②③

解析：

选B　同一种限制酶切割出的黏性末端应是互补的，而且两者的序列相同，①③是互补的，切点都是在G与A之间，识别序列为GAATTC。

2．质粒是基因工程中最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是（　　）

A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有

B．细菌的基因只存在于质粒上

C．质粒为小型环状DNA分子，存在于（拟）核外的细胞质基质中

D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一

解析：

选C　质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的；细菌的基因只有少部分在质粒上，大部分在拟核中的DNA分子上。

3．下列关于基因工程的叙述，错误的是（　　）

A．基因工程的生物学原理是基因重组

B．通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传性状

C．整个过程都需要酶的催化

D．基因工程属于分子水平的操作

解析：

选C　目的基因的导入及目的基因的检测与鉴定等步骤可以不需要酶的催化。

4．中国新闻网报道，阿根廷科学家近日培育出了世界上第一头携带有两个人类基因的牛，因此有望生产出和人类母乳极其类似的奶制品。

下列叙述正确的是（　　）

①该技术将导致定向变异

②DNA连接酶将目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来

③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料

④受精卵是理想的受体细胞

A．①②③④B．③④

C．②③④D．①③④

解析：

选D　转基因技术导致的变异属于定向变异。

DNA连接酶连接的是目的基因和运载体黏性末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而不是碱基对之间的氢键。

由蛋白质中的氨基酸序列可逆推出相应mRNA可能的碱基序列，进而为人工合成目的基因提供资料。

动物的受精卵具有全能性，是理想的受体细胞。

5．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，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。

基本的操作过程如图所示：

（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。

（4）切割完成后，利用________将运载体与LTP1基因连接。

解析：

图中a表示目的基因的获取，b是来自大肠杆菌的质粒，c是重组质粒，目的基因插入抗四环素基因内部。

（1）基因工程可使原本不属于同一物种的基因组合在一起，从而使转基因生物产生特定的性状，其原理属于基因重组。

（2）从图示可以看出本实验中的运载体是质粒。

（3）重组质粒形成前，需用同种限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端。

（4）切割完成后，再用DNA连接酶连接。

答案：

（1）基因重组　

（2）质粒　（3）同种限制酶（限制性核酸内切酶）　（4）DNA连接酶

【基础题组】

1．下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是（　　）

A．一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列

B．限制酶的活性受温度影响

C．限制酶能识别和切割RNA

D．限制酶可从原核生物中提取

解析：

选C　限制酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。

2．下列关于DNA连接酶的叙述，正确的是（　　）

①催化具有互补配对的黏性末端的DNA片段之间的连接

②催化具有不同黏性末端的DNA片段之间的连接

③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成

④催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成

A．①③　　　　　　B．②④

C．②③D．①④

解析：

选D　在DNA重组技术中，两个DNA片段之间必须有互补配对的黏性末端才能进行结合；对具有互补配对的黏性末端的DNA分子连接时，DNA连接酶的作用是催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成。

3．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。

在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是（　　）

A．人工合成目的基因

B．目的基因与运载体结合

C．将目的基因导入受体细胞

D．目的基因的检测和表达

解析：

选C　目的基因的合成、目的基因与运载体的结合以及目的基因的检测和表达都进行碱基互补配对。

4．如图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是（　　）

A．DNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶

B．限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶

C．解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶

D．限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶

答案：

C

5．基因工程技术也称DNA重组技术，其实施时需要的四个必要条件是（　　）

A．目的基因、限制酶、运载体、体细胞

B．重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶

C．模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞

D．工具酶、目的基因、运载体、受体细胞

解析：

选D　基因工程必须用到限制酶、DNA连接酶等工具酶，需要将目的基因与运载体结合，并导入受体细胞，所以基因工程实施时需要的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。

6．各种育种方法或技术都有其优劣之处，下列相关叙述不正确的是（　　）

A．传统的育种方法周期长，可选择的范围有限

B．通过人工诱变，人们有目的地选育新品种，能避免育种的盲目性

C．杂交育种难以克服远缘杂交不亲和的障碍，耗时长，效率低

D．基因工程可以实现基因在不同物种之间的转移，人们可以定向选育新品种

解析：

选B　杂交育种的缺点：

育种周期长，可选择的范围有限；诱变育种的原理是基因突变，突变是不定向的，避免不了盲目性；杂交育种必须选择同种生物进行杂交，不能克服远缘杂交不亲和的障碍；基因工程可在不同物种之间进行基因转移，定向地改造生物的某些性状。

7．如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具是（　　）

A．DNA连接酶和解旋酶

B．DNA聚合酶和限制酶

C．限制酶和DNA连接酶

D．DNA聚合酶和RNA聚合酶

解析：

选C　该步骤是基因工程的第二步——目的基因与运载体结合。

切割质粒要用限制酶，目的基因与切割后的质粒结合要用DNA连接酶。

8．下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述，正确的是（　　）

A．基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因

B．通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用

C．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNA

D．若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题

解析：

选B　基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因；在基因工程的实验操作中一定要用同一种限制性核酸内切酶来处理含目的基因的DNA和运载体DNA，使它们产生相同的末端；若转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，则可能存在食品安全、环境安全等安全性问题。

【能力题组】

9．水母发光蛋白由236个氨基酸构成，现已将编码这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，应用在转基因技术中。

这种蛋白质的作用是（　　）

A．使目的基因顺利导入受体细胞

B．使目的基因在宿主细胞中产生多个拷贝

C．使目的基因的转移易被检测出来

D．使目的基因成功表达后发出肉眼可见光波

解析：

选C　发光蛋白由控制水母发光的基因合成，如通过基因工程将此基因转入受体细胞后能使该生物发光，则说明整个的基因工程过程操作成功。

10．在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是（　　）

A．用限制酶切割烟草花叶病毒的核酸

B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体

C．将重组DNA分子导入烟草原生质体

D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞

解析：

选A　限制酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA；目的基因与运载体的连接由DNA连接酶催化；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时候应该用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。

11．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．质粒应具有多个标记基因和多个限制酶切点

C．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　根据图示，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，同时应具有标记基因以便于检测目的基因是否导入受体细胞。

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遗传性状。

12．下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（　　）

①利用杂交技术培育出超级水稻　②通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒　③胡萝卜经组织培养产生完整植株　④将苏云金芽孢杆菌的某些基因转移到棉花体内，培育出抗虫棉

A．①③B．①②④

C．①④D．①②

解析：

选C　通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒属于诱变育种，其原理为基因突变；胡萝卜经组织培养形成完整植株属于无性生殖，体现了细胞的全能性。

13．在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kanR）常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。

如图为获得抗虫棉的技术流程，请据图回答：

（1）基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：

提取目的基因、______________、将目的基因导入受体细胞、

________________________。

（2）要使运载体与该抗虫基因连接，A过程中首先应使用________进行切割。

假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为AATTCG，则能与该运载体连接的抗虫基因分子的末端是（　　）

A．CGTTAA　　　　　　B．AATCCT

C．GCTTTAD．TAAATC

（3）切割完成后，用________将运载体与该抗虫基因连接，连接后得到的DNA分子称为________________________________________________________________________。

（4）来自苏云金杆菌的抗虫基因能在植物体内成功表达，说明苏云金杆菌和植物等生物共用________________________________________________________________________。

解析：

（1）基因工程的四个步骤中，第二、四步分别是目的基因与运载体结合、目的基因的检测与鉴定。

（2）切割目的基因和运载体时用同一种限制酶，以便切出的黏性末端能够完成碱基互补配对，并且能连接在一起。

（3）目的基因和运载体结合时，用DNA连接酶催化该过程，形成的分子称为重组DNA分子。

（4）同一种基因在不同生物体内合成了相同的蛋白质，说明这些生物的密码子与氨基酸的对应关系是相同的，即共用一套遗传密码。

答案：

（1）目的基因与运载体结合　目的基因的检测与鉴定　

（2）限制酶　A　（3）DNA连接酶　重组DNA分子　（4）一套遗传密码

14．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。

运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请回答：

（1）从羊染色体中“剪下”羊的蛋白质基因的酶是________________________________________________________________________，

人体蛋白质基因“插入”后连接在羊染色体中需要的酶是____________。

（2）人体蛋白质基因之所以能连接到羊染色体DNA中，原因是________________________________________________________________________，

人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是__________________________。

（3）此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）你认为此类羊产的奶安全可靠吗？

理由是什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）剪取目的基因的酶是限制酶，将末端具有互补碱基的DNA片段连接起来的酶是DNA连接酶。

（2）不同生物的DNA化学组成和空间结构相同，即具有相同的物质基础和结构基础。

目的基因导入受体细胞需先与运载体结合，最常用的运载体是质粒，也可以用动物病毒的DNA。

（3）基因的表达是指基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状，即通过转录和翻译过程合成相应的蛋白质。

（4）此题为开放性问题，理由与观点相对应即可。

答案：

（1）限制酶　DNA连接酶　

（2）具有相同的物质基础和结构基础（有互补的碱基序列）　细菌质粒或病毒　（3）人体蛋白质基因在羊细胞内控制合成人体蛋白质　（4）安全，因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人体蛋白质成分没有改变（或不安全，因为目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中某些成分的影响，合成的蛋白质成分发生一定的改变）

15．如图表示利用基因工程培育抗虫棉过程的示意图，请据图回答下列有关问题：

（1）科学家在进行图中[①]操作时，要用____________分别切割运载体和目的基因，还要用________将运载体和目的基因连接起来，形成________。

（2）经过[②]操作将目的基因导入________，然后经过组织培养形成抗虫棉植株，此过程体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是________________________________________________________________________、

________________________________________________________________________。

（3）下列是几种氨基酸对应的密码子，据此推断图中合成的多肽的前三个氨基酸的种类（按前后顺序排列）____________________________________。

（几种氨基酸对应的密码子：

甲硫氨酸（AUG）、甘氨酸（GGA）、丝氨酸（UCU）、酪氨酸（UAC）、精氨酸（AGA）、丙氨酸（GCU）。

）

（4）经过培养、筛选获得一株有抗虫特性的转基因植株。

经过分析，该植株细胞中含有一个携带目的基因的DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。

理论上，在该转基因植株自交产生的F1中，仍具有抗虫特性的植株占总数的________。

将上述抗虫棉植株的后代种子种植下去后，后代往往有很多植株不再具有抗虫特性，原因是__________________。

要想获得纯合子，常采用的方法是____________