高中生物 第6章 第2节 基因工程及其应用课时作业 新人教版必修2 (2)

基因工程及其应用【目标导航】1.结合教材图文，简述基因工程的基本原理和基本步骤。2.结合具体实例，举例说出基因工程的应用及其安全性。一、基因工程的原理(阅读P102103)1概念2基因工程的操作工具(1)基因的“剪刀”与“针线”名称作用“剪刀”即限制性核酸内切酶识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子“针线”即DNA连接酶连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口(2)运载体作用：将外源基因导入受体细胞。种类3基因工程的步骤二、基因工程的应用(阅读P104106)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判断正误：(1)基因工程的生物学原理是基因重组。()(2)通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传性状。()(3)基因工程属于分子水平的操作。()(4)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。()(5)转基因生物可能会破坏生态平衡。()(6)对待转基因技术应该趋利避害，不能因噎废食。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)一、基因工程的原理1基因工程操作的三种工具(1)基因的“剪刀”限制酶存在：主要存在于微生物中，种类有4 000多种。作用与特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割DNA分子，也就是说限制酶具有专一性和特异性。作用结果：一般产生黏性末端(碱基能互补配对)。(2)基因的“针线”DNA连接酶其作用为：黏性末端可通过碱基互补配对连接起来，两条DNA分子切点断口处的“缝合”则需DNA连接酶，如下图：(3)基因的“运输工具”运载体作用：a作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中去；b利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。需要具备的条件：a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细胞的基础。b具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。c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。常见的种类：质粒、噬菌体的衍生物和动植物病毒等。但天然运载体往往不能满足上述条件，需经人工改造。2基因工程的步骤(操作“四步曲”)3基因工程成功的基础1要想从DNA上切下目的基因，应切几个切口？产生几个末端？质粒运载体需切出几个切口，几个黏性末端？答案目的基因：2个切口，2个黏性末端；运载体：1个切口，两个黏性末端。2下图表示一段DNA序列，请确定限制酶和DNA连接酶的作用部位。答案限制酶和DNA连接酶都作用于b部位。3若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有哪些产物？答案产物可能有三种：目的基因目的基因、目的基因运载体、运载体运载体。4基因工程中的运载体和细胞膜上的载体相同吗？答案不同；基因工程中的运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等；细胞膜上的载体是位于细胞膜上的载体蛋白，与控制物质进出细胞有关。5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。6DNA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【问题导析】审图，明确此题主要涉及基因工程第二步：目的基因与运载体的结合。(1)在此过程中目的基因为人类的胰岛素基因，所需工具为限制酶和DNA连接酶；(2)作为运载体的质粒必须具备多个标记基因和多个限制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)目的基因与运载体的结合(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、基因工程的应用及其安全性1转基因生物和转基因食品的安全性(1)转基因生物和转基因食品的优点解决粮食短缺问题；减少农药使用，从而减少环境污染；节省生产成本，降低粮食售价；增加食物营养，提高附加价值；增加食物种类，提升食物品质；提高生产效率，带动相关产业发展。(2)转基因生物和转基因食品的缺点可能产生新毒素和新过敏原；可能产生抗除草剂的杂草；可能使疾病的散播跨越物种障碍；可能会损害农作物的生物多样性；可能会干扰生态系统的稳定性。2要理性看待转基因技术要理性看待科学技术，在看到转基因技术的应用前景非常广阔的同时，也要正视转基因技术带来的安全性问题，要趋利避害，而不能因噎废食。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奶牛D抗除草剂玉米【问题导析】(1)转基因生物是指运用基因工程操作程序，即通过提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测和鉴定等获得的含有外源基因的生物。(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奶牛，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C1.改良缺乏某种抗病性的棉花品种，不宜采用的方法是()A诱变育种B单倍体育种C基因工程育种 D杂交育种答案B解析诱变育种、基因工程育种和杂交育种均可获得抗病基因，而单倍体育种不能。2.科学家们经过多年的努力创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()A定向提取生物体的DNA分子B定向地对DNA分子进行人工“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造D定向地改造生物的遗传性状答案D解析基因工程就是通过对生物体的基因进行修饰改造，使之按照人们的意愿表现出人们所需要的性状，产生人类所需要的基因产物，可见基因工程的目的是定向改造生物的遗传性状。3.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()ADNA连接酶和解旋酶BDNA聚合酶和限制性核酸内切酶C限制性核酸内切酶和DNA连接酶DDNA聚合酶和RNA聚合酶答案C解析目的基因和运载体结合所需基因的“剪刀”限制性核酸内切酶和基因的“针线”DNA连接酶。此过程不涉及DNA复制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。4.干扰素是一种糖蛋白，过去从人的血液中的白细胞中提取，产量很低。我国的科研人员侯云院士等一批人，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)图中过程叫_。(2)图中物质的化学本质是_，它之所以能作为运载体，必须具备的特点是_(写出任两点)。(3)切割和过程所需的酶一般是相同的，其原因是_。(4)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)，在形成的过程中需要_。(5)大肠杆菌等微生物是基因工程最常用的实验材料，这是因为_。(6)人的干扰素基因能在大肠杆菌内表达，其根本原因是_。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)为了产生相同的黏性末端(4)人的体细胞bDNA连接酶(5)大肠杆菌结构简单、繁殖快，其内的遗传物质少(任写两点即可)(6)它们共用一套密码子解析图中为目的基因的提取过程，采用的方法为酶切法；图中为从大肠杆菌中提取的质粒；表示重组DNA分子；切割和过程所需的酶叫限制酶，所用的酶相同，产生的黏性末端也相同，便于构建重组DNA分子。在该过程中，供体细胞是人的体细胞，受体细胞是大肠杆菌b，选择大肠杆菌作为受体细胞是因为其繁殖快、结构简单，其内的遗传物质少。人的基因能在大肠杆菌中表达是由于它们共用一套密码子。【基础巩固】1为了知道苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花细胞是否已表达，最佳的检测方法是()A是否有抗生素抗性B是否有目的基因的产物C是否能分离到目的基因D是否有相应的性状答案D解析基因表达包括转录和翻译两个过程，苏云金芽孢杆菌的抗虫基因如果表达成功应该产生相应蛋白质，并具有相应的性状。2基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因工程操作的基本步骤中，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目的基因的检测与鉴定答案C3质粒是基因工程最常用的运载体，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，存在于核(区)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答案C解析质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够自我复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的，故A错误；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上，故B错误。4下列关于限制酶和DNA连接酶的理解，正确的是()A其化学本质都是蛋白质BDNA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连接酶答案A解析限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA连接酶连接的是两个DNA片段间相邻两个碱基间的磷酸二酯键；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聚合酶是在细胞内DNA分子复制时发挥作用的，不能替代DNA连接酶。【巩固提升】5.某农业研究所将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因(Bt)导入棉花细胞，筛选出Bt基因成功整合到染色体上的抗虫植株，假定Bt基因都能正常表达。某些抗虫植株体细胞含两个Bt基因，这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型，黑点表示Bt基因的整合位点。让这些含两个Bt基因抗虫的植株自交，正常情况下后代不可能出现含四个抗虫基因的个体是()A甲 B乙C丙 D甲、乙、丙答案A解析甲的两个Bt基因位于一对同源染色体上，减数分裂时，同源染色体分离，每一个生殖细胞中只有一个Bt基因，所以不可能出现含四个抗虫基因的个体。乙、丙均可能产生含两个Bt基因的生殖细胞，则有可能出现含四个抗虫基因的个体。6科学家将含人的抗胰蛋白酶基因的DNA片段注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育成的羊能分泌含抗胰蛋白酶的奶。这一过程不涉及()ADNA的自我复制B以DNA的一条链为模板合成RNACRNA的自我复制D按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质答案C解析目的基因表达过程中可涉及DNA复制、转录及翻译过程，不涉及RNA复制。7人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质，请根据下面的示意图回答下列问题。获得甲生物合成该蛋白质的信使RNA目的基因与质粒DNA重组导入乙生物细胞获得甲生物的蛋白质(1)操作过程需要加入的四种核苷酸是_。(2)质粒是常用的运载体，它存在于许多细菌及酵母菌等生物中。它常含有_基因，这种基因有助于对受体细胞是否导入了目的基因进行检测。过程首先要用_酶切断质粒DNA，再用_酶将目的基因与质粒DNA连接重组在一起。(3)在操作过程中，若目的基因的黏性末端为，则其运载体(质粒)与之相对应的黏性末端是_。(4)经过过程导入受体细胞的质粒是否能够自主复制？_。答案(1)腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸(2)抗性(答出具体抗菌素的抗性也可)限制性核酸内切DNA连接(3)(4)能解析第(1)问考查的是利用人工合成的方法合成目的基因，基因的基本组成单位是脱氧核苷酸(4种)；第(2)问，基因工程中最常用的运载体是大肠杆菌的质粒；目的基因和运载体的连接，需要产生相同的黏性末端，所以要用同一种限制性核酸内切酶，再在DNA连接酶的作用下连接起来；质粒带着目的基因在宿主细胞中能够自我复制。【走进高考】8(2013江苏卷，25)(多选)现有小麦种子资源包括：高产、感病；低产、抗病；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、品种间杂交筛选获得aB对品种进行染色体加倍处理筛选获得bCa、b和c的培育均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中获得c答案CD解析利用、品种间杂交后筛选可获得a；染色体加倍并不改变原有的基因，只有通过诱变育种，可由选育出b；诱变育种和转基因技术均可获得原品种不具有的新性状。9(2013浙江卷，32)在玉米中，控制某种除草剂抗性(简称抗性，T)与除草剂敏感(简称非抗，t)，非糯性(G)与糯性(g)的基因分别位于两对同源染色体上。有人以纯合的非抗非糯性玉米(甲)为材料，经过EMS诱变处理获得抗性非糯性个体(乙)；甲的花粉经EMS诱变处理并培养等，获得可育的非抗糯性个体(丙)。请回答：(1)获得丙的过程中，运用了诱变育种和_育种技术。(2)若要培育抗性糯性的新品种，采用乙与丙杂交，F1只出现抗性非糯性和非抗非糯性的个体；从F1中选择表现为_的个体自交，F2中有抗性糯性个体，其比例是_。(3)采用自交法鉴定F2中抗性糯性个体是否为纯合子。若自交后代中没有表现型为_的个体，则被鉴定个体为纯合子；反之则为杂合子。请用遗传图解表示杂合子的鉴定过程。(4)拟采用转基因技术改良上述抗性糯性玉米的抗虫性。通常从其它物种获得_，将其和农杆菌的_用合适的限制性核酸内切酶分别切割，然后借助_连接，形成重组DNA分子，再转移到该玉米的培养细胞中，经筛选和培养等获得转基因抗虫植株。答案(1)单倍体(2)抗性非糯性(3)非抗性糯性P抗性糯性 Ttgg F1雌配子雄配子 TgtgTgTTgg抗性糯性Ttgg抗性糯性tgTtgg抗性糯性Ttgg非抗糯性(4)抗虫基因(或目的基因)质粒DNA连接酶解析(1)利用花粉离体培养技术育种属于单倍体育种。(2)乙是抗性非糯，丙是纯合非抗性糯性，杂交F1既有抗性又有非抗，性说明抗性基因是Tt与tt杂交的结果，F1只有非糯性，说明非糯性是显性性状，从F1中选择抗性非糯(TtGg)自交，F2中抗性非糯的比例是。(3)若F2中抗性糯性个体自交后代出现非抗性个体则为杂合子。(4)从其他生物中获取目的基因，用限制酶切割目的基因和农杆菌的质粒然后用DNA连接酶将目的基因与质粒连接起来。