高中生物 基因工程及其應用時作業(yè) 蘇教版必修2

1、基因工程及其應用【目標導航】1. 結(jié)合教材圖文，理解重組DNA技術(shù)的基本原理和基本步驟。2.結(jié)合具體實例，了解基因工程的應用及轉(zhuǎn)基因生物的安全性。一、基因工程的概念及基本工具1概念基因工程又叫重組DNA技術(shù)，是指將從一個生物體內(nèi)分離得到或人工合成的目的基因?qū)肓硪粋€生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達所需要的產(chǎn)物的技術(shù)。2基本工具限制核酸內(nèi)切酶：能在特定位置上切割DNA分子。DNA連接酶：能將DNA片段連接起來。運載體：運載目的基因，如質(zhì)粒、噬菌體等。二、基因工程的一般過程1基因工程的步驟2基因工程的應用(1)生產(chǎn)特殊蛋白質(zhì)如胰島素、生長激素等。(2)按照人們的意愿定向改造動植物。(3)運用

2、轉(zhuǎn)基因技術(shù)進行環(huán)境保護。3轉(zhuǎn)基因生物的安全性判斷正誤(1)基因工程的生物學原理是基因重組。()(2)通過基因工程技術(shù)能夠定向改造生物的遺傳性狀。()(3)基因工程屬于分子水平的操作。()(4)所有的限制核酸內(nèi)切酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列。()(5)轉(zhuǎn)基因生物可能會破壞生態(tài)平衡。()(6)對待轉(zhuǎn)基因技術(shù)應該趨利避害，不能因噎廢食。()答案(1)(2)(3)(4)×(5)(6)一、基因工程的原理1對基因工程的理解基因工程的別名基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)操作環(huán)境生物體外操作對象基因操作水平DNA分子水平基本過程剪切拼接導入表達結(jié)果產(chǎn)生人類需要的基因產(chǎn)物或生物性狀2.基因工程的操作

3、工具操作工具名稱化學本質(zhì)作用限制性內(nèi)切酶(限制核酸內(nèi)切酶)蛋白質(zhì)識別特定的核苷酸序列，在特定的切點切割DNA分子，獲取目的基因DNA連接酶蛋白質(zhì)連接脫氧核糖和磷酸形成的骨架缺口運載體DNA與目的基因結(jié)合并導入受體細胞3.基因工程操作的基本步驟提取目的基因?qū)肽康幕颍褐饕墙梃b細菌或病毒侵染細胞的方法篩選、培養(yǎng)受體細胞4基因重組與重組DNA技術(shù)的比較比較項目基因重組重組DNA技術(shù)不同點概念在生物體進行有性生殖的過程中，控制不同性狀的基因的重新組合將從一個生物體內(nèi)分離得到或人工合成的目的基因?qū)肓硪粋€生物體中，使后者獲得新的遺傳性狀或表達所需要的產(chǎn)物的技術(shù)重組基因同一物種的不同基因不同物種間的不

4、同基因繁殖方式有性生殖無性生殖變異大小小大意義是生物變異的來源之一，對生物的進化有重要意義使人類有可能按自己的意愿定向地改造生物，培育出新品種相同點都實現(xiàn)了不同基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生變異1要想從DNA上切下目的基因，應切幾個切口？產(chǎn)生幾個末端？質(zhì)粒運載體需切出幾個切口，幾個黏性末端？答案目的基因：2個切口，4個黏性末端；運載體：1個切口，兩個黏性末端。如圖：2若用DNA連接酶將目的基因與運載體兩兩結(jié)合時，可能有哪些產(chǎn)物？答案產(chǎn)物可能有三種：目的基因目的基因、目的基因運載體、運載體運載體。3基因工程中的運載體和細胞膜上的運載體相同嗎？答案不同；基因工程中的運載體是將外源基因?qū)胧荏w細胞

5、的專門運輸工具，常用的運載體有質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體等；細胞膜上的運載體是位于細胞膜上的運載體蛋白，與控制物質(zhì)進出細胞有關(guān)。4轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有性繁殖產(chǎn)生的后代都具有抗蟲特性嗎？為什么？ 答案不一定，因為性狀分離或變異的原因，抗蟲棉的子代可能會失去抗蟲特性。5DNA連接酶、DNA聚合酶和DNA酶有何不同？答案DNA連接酶是連接DNA的片段；DNA聚合酶是DNA分子復制時，按模板鏈的要求，將脫氧核苷酸逐個連接起來，形成DNA的子鏈；DNA酶的作用是水解DNA。 1下圖表示一項重要生物技術(shù)的關(guān)鍵步驟，字母X代表獲得外源基因并能夠表達的細胞。下列有關(guān)說法不正確的是()Ax代表能合成胰島素的細菌細胞B質(zhì)

6、粒具有一個或多個限制核酸內(nèi)切酶切點C基因與運載體的重組只需要DNA連接酶D該細菌的性狀被定向改造【問題導析】(1)在此過程中目的基因為人類的胰島素基因；(2)作為運載體的質(zhì)粒必須具備一個或多個限制性核酸內(nèi)切酶切點且能自我復制；(3)基因與運載體的重組不但需要DNA連接酶，還需要限制性核酸內(nèi)切酶。答案C【一題多變】(1)圖中遵循堿基互補配對原則的步驟有_。(2)從分子水平分析不同種生物之間的基因移植能夠成功的主要原因是_，也說明了不同生物共用一套_。答案(1)目的基因與運載體的結(jié)合和目的基因的表達(2)不同生物的DNA分子化學組成和基本結(jié)構(gòu)是相同的密碼子二、基因工程的應用及其安全性1轉(zhuǎn)基因生物和

7、轉(zhuǎn)基因食品的安全性(1)轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的優(yōu)點解決糧食短缺問題；減少農(nóng)藥使用，從而減少環(huán)境污染；節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價；增加食物營養(yǎng)，提高附加價值；增加食物種類，提升食物品質(zhì)；提高生產(chǎn)效率，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。(2)轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的缺點可能產(chǎn)生新毒素和新過敏原；可能產(chǎn)生抗除草劑的雜草；可能使疾病的散播跨越物種障礙；可能會損害農(nóng)作物的生物多樣性；可能會干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2要理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù)要理性看待科學技術(shù)，在看到轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應用前景非常廣闊的同時，也要正視轉(zhuǎn)基因技術(shù)帶來的安全性問題，要趨利避害，而不能因噎廢食。1你所知道的我國轉(zhuǎn)基因成果都有哪些？答案中國科學家培育的轉(zhuǎn)基因

8、豬、牛、雞、鯉魚等，還有大批具有抗蟲、抗病、抗除草劑、抗逆等全新性狀的農(nóng)作物。2轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米在環(huán)境保護上的重要作用是什么？答案減少了農(nóng)藥使用對環(huán)境造成的污染。2轉(zhuǎn)基因成果令人嘆為觀止，下列不是轉(zhuǎn)基因成果的一項是()A抗蟲棉花B能清除石油污染的假單胞桿菌C我國奶牛的主要品種中國荷斯坦牛D抗除草劑玉米【問題導析】(1)轉(zhuǎn)基因生物是指運用基因工程操作程序，即通過獲取目的基因、構(gòu)建基因表達運載體、將目的基因?qū)胧荏w細胞、對目的基因的檢測和鑒定等獲得的生物。(2)轉(zhuǎn)基因生物包括轉(zhuǎn)基因植物、轉(zhuǎn)基因動物和轉(zhuǎn)基因微生物。抗蟲棉花、能清除石油污染的假單胞桿菌、抗除草劑玉米都屬于轉(zhuǎn)基因成果。(3)我國奶牛的主要

9、品種中國荷斯坦牛，是雜交育種技術(shù)的結(jié)果。答案C【一題多變】 轉(zhuǎn)基因成果令人嘆為觀止，但是帶來的安全性問題也不能忽視。下列選項中是轉(zhuǎn)基因生物引起的食物安全問題的證據(jù)是()A世界上數(shù)以億計的人口食用轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物B轉(zhuǎn)基因生物合成的營養(yǎng)物質(zhì)與天然品種沒有差別C轉(zhuǎn)基因生物合成的某些蛋白質(zhì)可能對某些人造成過敏反應D轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品經(jīng)過了多環(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩栽u價答案C 1在基因工程中，科學家所用的“剪刀”、“針線”和“運載體”分別是指()A病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶BDNA連接酶、RNA聚合酶、質(zhì)粒C限制性核酸內(nèi)切酶、RNA連接酶、質(zhì)粒D限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶、質(zhì)粒答案D2改良缺乏某種抗病性的棉花品種，不宜

10、采用的方法是()A誘變育種 B單倍體育種C基因工程育種 D雜交育種答案B解析誘變育種、基因工程育種和雜交育種均可獲得抗病基因，而單倍體育種不能。3科學家們經(jīng)過多年的努力創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程，實施該工程的最終目的是()A定向提取生物體的DNA分子B定向地對DNA分子進行人工“剪切”C在生物體外對DNA分子進行改造D定向地改造生物的遺傳性狀答案D解析基因工程就是通過對生物體的基因進行修飾改造，使之按照人們的意愿表現(xiàn)出人們所需要的性狀，產(chǎn)生人類所需要的基因產(chǎn)物，可見基因工程的目的是定向改造生物的遺傳性狀。4如圖是基因工程主要技術(shù)環(huán)節(jié)的一個基本步驟，這一步驟需用到的工具是()ADNA連接酶和

11、解旋酶BDNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶C限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶DDNA聚合酶和RNA聚合酶答案C解析目的基因和運載體結(jié)合需基因剪刀限制性核酸內(nèi)切酶和基因針線DNA連接酶。此過程不涉及DNA復制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。5干擾素是一種糖蛋白，過去從人的血液中的白細胞中提取，產(chǎn)量很低。我國的科研人員侯云院士等一批人，成功運用基因工程技術(shù)提高了其產(chǎn)量，如圖為其原理過程圖。請據(jù)圖回答下面的問題。(1)圖中過程叫_。(2)圖中物質(zhì)的化學本質(zhì)是_，它之所以能作為運載體，必須具備的特點是_(寫出任兩點)。(3)切割和過程所需的酶一般是相同的，其原因是_。(4)該過程中，供體細胞是_，受體細胞是_

12、(填字母)，重組DNA分子是_(填序號)，在重組DNA分子的形成需要的工具是_。(5)大腸桿菌等微生物是基因工程最常用的實驗材料，這是因為_。(6)人的干擾素基因能在大腸桿菌內(nèi)表達，其根本原因是_。答案(1)提取目的基因(2)雙鏈環(huán)狀DNA分子(或DNA分子)具有一個或多個限制核酸內(nèi)切酶切割位點，在細胞中能夠自我復制，有特殊的標記基因等(3)為了產(chǎn)生相同的黏性末端(4)人的體細胞bDNA連接酶和限制酶(5)大腸桿菌結(jié)構(gòu)簡單、繁殖快，其內(nèi)的遺傳物質(zhì)少(任寫兩點即可)(6)它們共用一套密碼子解析圖中為目的基因的提取過程，采用的方法為酶切法；圖中為從大腸桿菌中提取的質(zhì)粒；表示重組DNA分子；切割和過

13、程所需的酶叫限制核酸內(nèi)切酶，所用的酶相同，產(chǎn)生的黏性末端也相同，便于構(gòu)建重組DNA分子。在該過程中，供體細胞是人的體細胞，受體細胞是大腸桿菌b，選擇大腸桿菌作為受體細胞是因為其繁殖快、結(jié)構(gòu)簡單，其內(nèi)的遺傳物質(zhì)少。人的基因能在大腸桿菌中表達是由于它們共用一套密碼子?！净A鞏固】1為了知道蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁毎欠褚驯磉_，最佳的檢測方法是()A是否有抗生素抗性 B是否有目的基因的產(chǎn)物C是否能分離到目的基因 D是否有相應的性狀答案D解析基因表達包括轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個過程，蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因如果表達成功應該產(chǎn)生相應蛋白質(zhì)，并具有相應的性狀。2基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的。

14、在基因工程操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的是()A人工合成目的基因B目的基因與運載體結(jié)合C將目的基因?qū)胧荏w細胞D目的基因的表達答案C3質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體，下列有關(guān)質(zhì)粒的說法正確的是()A質(zhì)粒不僅存在于細菌中，某些病毒也具有B細菌的基因只存在于質(zhì)粒上C質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于核(區(qū))外的細胞質(zhì)基質(zhì)中 D質(zhì)粒是基因工程中的重要工具酶之一答案C解析質(zhì)粒存在于許多細菌以及酵母菌等生物中，是細胞染色體外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子，在病毒、動植物細胞中是不存在的，故A錯誤；細菌的基因除少部分在質(zhì)粒上外，大部分在擬核中的DNA分子上，故B錯誤。4上海醫(yī)學遺傳研究所成功培育出

15、第一頭攜帶白蛋白的轉(zhuǎn)基因牛，他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉(zhuǎn)基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高30多倍，轉(zhuǎn)基因動物是指()A提供基因的動物B基因組中增加外源基因的動物C能產(chǎn)生蛋白的動物D能表達基因信息的動物答案B解析轉(zhuǎn)基因動物是指基因組中增加了外源基因的動物。5下列關(guān)于限制核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的理解，正確的是()A其化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)BDNA連接酶可以恢復DNA分子中的氫鍵C它們不能被反復多次使用D在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA連接酶答案A解析限制核酸內(nèi)切酶與DNA連接酶的化學本質(zhì)都是蛋白質(zhì)；DNA連接酶連接的是兩個DNA片段間相鄰兩個堿基間的磷酸二酯鍵；酶

16、在化學反應前后其數(shù)量、性質(zhì)、功能均不發(fā)生改變，因此可以反復多次利用；DNA聚合酶是在細胞內(nèi)DNA分子復制時發(fā)揮作用的，不能替代DNA連接酶。【鞏固提升】6下列是由限制核酸內(nèi)切酶切割形成的DNA片段，能用相應DNA連接酶將它們恢復連接的組合是()CTGCAGGAATTC G CTTAA ACGTC GA； B；C； DA、B、C都對答案A解析只有具有相同黏性末端時，才可依據(jù)堿基互補配對原則結(jié)合為雙鏈DNA，然后再用DNA連接酶連接其骨架。7某農(nóng)業(yè)研究所將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因(Bt)導入棉花細胞，篩選出Bt基因成功整合到染色體上的抗蟲植株，假定Bt基因都能正常表達。某些抗蟲植株體細胞含兩個Bt

17、基因，這兩個基因在染色體上的整合情況有下圖所示的三種類型，黑點表示Bt基因的整合位點。讓這些含兩個Bt基因抗蟲的植株自交，正常情況下后代不可能出現(xiàn)含四個抗蟲基因的個體是()A甲 B乙 C丙 D甲、乙、丙答案A解析甲的兩個Bt基因位于一對同源染色體上，減數(shù)分裂時，同源染色體分離，每一個生殖細胞中只有一個Bt基因，所以不可能出現(xiàn)含四個抗蟲基因的個體。乙、丙均可能產(chǎn)生含兩個Bt基因的生殖細胞，則有可能出現(xiàn)含四個抗蟲基因的個體。8科學家將含人的­抗胰蛋白酶基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由該受精卵發(fā)育成的羊能分泌含抗胰蛋白酶的奶。這一過程不涉及()ADNA的自我復制B以DNA的一條鏈為模

18、板合成RNACRNA的自我復制D按照RNA密碼子的排列順序合成蛋白質(zhì)答案C解析目的基因表達過程中可涉及DNA復制、轉(zhuǎn)錄及翻譯過程，不涉及RNA復制。9要將基因型為AaBB的植物，培育出以下基因型的品種：AaBb；AaBBC；AAaaBBBB；aB。則對應的育種方法依次是()A誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、多倍體育種、花藥離體培養(yǎng)B雜交育種、花藥離體培養(yǎng)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、多倍體育種C花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、多倍體育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)D多倍體育種、花藥離體培養(yǎng)、誘變育種、轉(zhuǎn)基因技術(shù)答案A解析用基因型為AaBB的植物要培育出AaBb的品種，可利用物理或化學方法處理材料，通過基因突變獲得；要獲得AaBBC的品種，由于

19、本物種沒有C基因，所以必須通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)；要獲得AAaaBBBB的品種，可通過多倍體育種；要獲得aB的品種，可利用花藥離體培養(yǎng)。10某種轉(zhuǎn)基因玉米能高效合成一種多肽類的蛋白酶抑制劑，積累于莖葉中，讓取食它的害蟲的消化酶受抑制無法消化食物而死亡。下列就該玉米對人類安全性的評估中，不符合生物學原理的是()A不安全。這種玉米的果實(種子)中也可能含有蛋白酶抑制劑，使人食用后因無法消化食物而患病B不安全。該玉米的蛋白酶抑制劑基因可通過食物鏈富集并在人體細胞內(nèi)表達，使人體無法消化食物而患病C安全。因為人與害蟲消化酶的結(jié)構(gòu)存在差異，玉米的蛋白酶抑制劑對人體很可能無影響D安全。人類通常食用煮熟的玉米食品，玉

20、米的蛋白酶抑制劑已被高溫破壞，不會影響人的消化 答案B解析基因是有遺傳效應的DNA片段，屬于大分子有機物，外源基因進入動物和人體的消化道后會被消化成小分子物質(zhì)，不能直接進入動物和人體細胞內(nèi)，更談不上通過食物鏈的富集和在細胞內(nèi)表達。11下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全的敘述，錯誤的是()A重組的微生物在降解污染物的過程中可產(chǎn)生二次污染B種植抗蟲棉可以減少農(nóng)藥的使用量，對環(huán)境沒有任何負面影響C如果轉(zhuǎn)基因花粉中含有毒蛋白或過敏蛋白，可能會通過食物鏈傳遞到人體內(nèi)D轉(zhuǎn)基因生物有可能對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和人類的生活環(huán)境造成破壞答案B解析種植抗蟲棉雖然可以減少農(nóng)藥的使用量，但抗蟲害的轉(zhuǎn)基因作物的長期大量種植，會使

21、目標害蟲發(fā)生群體改變，產(chǎn)生抗性，更難殺滅。12在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草過程中，下列操作錯誤的是()A用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和運載體C將重組DNA分子導入煙草受精卵D用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細胞答案A解析煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA，不能用限制性核酸內(nèi)切酶切割；DNA連接酶可以連接具有相同黏性末端的目的基因和運載體；受體細胞可以是受精卵和體細胞，也可以是去除細胞壁的原生質(zhì)體；目的基因為抗除草劑基因，所以未成功導入目的基因的細胞不具有抗除草劑的能力，篩選時應該用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因細胞。13人們試圖利用基因工

22、程的方法，用乙種生物生產(chǎn)甲種生物的一種蛋白質(zhì)，請根據(jù)下面的示意圖回答下列問題。獲得甲生物合成該蛋白質(zhì)的信使RNA目的基因與質(zhì)粒DNA重組導入乙生物細胞獲得甲生物的蛋白質(zhì)(1)操作過程需要加入的四種核苷酸是_。(2)質(zhì)粒是常用的運載體，它存在于許多細菌及酵母菌等生物中。它常含有_基因，這種基因有助于對受體細胞是否導入了目的基因進行檢測。過程首先要用_酶切斷質(zhì)粒DNA，再用_酶將目的基因與質(zhì)粒DNA連接重組在一起。(3)在操作過程中，若目的基因的黏性末端為，則其運載體(質(zhì)粒)與之相對應的黏性末端是_。(4)經(jīng)過過程導入受體細胞的質(zhì)粒是否能夠自主復制？_。答案(1)腺嘌呤脫氧核苷酸、鳥嘌呤脫氧核苷酸

23、、胞嘧啶脫氧核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸(2)抗藥(答出具體抗菌素的抗性也可)限制性核酸內(nèi)切DNA連接(3)(4)能解析第(1)問考查的是利用人工合成的方法合成目的基因，基因的基本組成單位是脫氧核苷酸(4種)；第(2)問，基因工程中最常用的運載體是大腸桿菌的質(zhì)粒；目的基因和運載體的連接，需要產(chǎn)生相同的黏性末端，所以要用同一種限制性核酸內(nèi)切酶，再在DNA連接酶的作用下連接起來；質(zhì)粒帶著目的基因在宿主細胞中能夠自主復制。14酵母菌的維生素、蛋白質(zhì)含量高，可生產(chǎn)食品和藥品等?？茖W家將大麥細胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下：(1)該技術(shù)定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬