2019-2020年高中生物 1.4基因工程的发展前景课时作业（含解析）浙科版选修3.doc

2019-2020年高中生物 1.4基因工程的发展前景课时作业（含解析）浙科版选修3目标导航1.举例说出科学家在基因工程方面的最新尝试。2.知道基因工程未来的发展趋势。一、科学家在基因工程方面的最新尝试 1光合作用(1)光合作用的概念：光合作用是_和_利用_把_合成_并释放_的过程。(2)基因工程和光合效率通过基因工程技术，提高_活性，降低其_活性，可以提高光合作用效率，提高农作物的产量。2生物固氮(1)氮是作物生长发育的_元素。(2)概念：生物固氮是指某些微生物把空气中_的氮固定，使其转化为植物可利用的_，像这样微生物将_转化为_的过程称为生物固氮。(3)固氮微生物：_。(4)利用根瘤菌固氮的作物：_、_、_。(5)固氮基因工程：将固氮细菌体内的_转移到_粮食作物的细胞内，让这些粮食作物的细胞内合成出固氮酶并且固氮。3生物反应器(1)产品：利用转基因的栽培植物和饲养动物作为生物反应器，可以用来生产_或_。(2)优点：利用植物反应器生产的疫苗，可以通过_的方式接种疫苗，不仅可以免除由于注射疫苗所带来的痛苦，还能_。4蛋白质工程(1)含义：蛋白质工程是利用_技术对_进行改造，以便获得具有_功能的蛋白质。(2)基础：蛋白质工程是在_的基础上发展起来的。(3)优点：蛋白质工程主要是改造现有的蛋白质，通过修改蛋白质中的氨基酸序列来改进蛋白质的结构和构象，提高蛋白质的_、_和_。(4)热点：目前研究最多、取得成果最显著的是_和_的蛋白质工程。二、基因工程的未来1基因工程已经在_、_和医学以及_等领域崭露头角，并将继续在解决人类粮食问题、健康问题和环境问题上大显身手。同时还会为人类认识生命世界和人类自己做出重要贡献，如对人类基因组学的研究、受精卵发育机制的研究以及人类学习和记忆分子基因的研究等。2我们相信以_为核心的现代生物技术将会成为未来的领头产业，并将对人类的生产和生活产生巨大影响。知识点一光合作用、生物固氮与生物反应器1下列有关基因工程的发展前景，叙述不正确的是()A利用基因工程可以提高作物光合作用，进而提高农作物的产量B利用基因工程改造根瘤菌，可以使水稻、小麦和玉米等非豆科作物进行生物固氮C目前，利用转基因生物可以生产蛋白药物或疫苗，这样的生物称为生物反应器D蛋白质工程的基因是基因工程2下列关于生物反应器的说法，不正确的是()A通过基因工程生产目标蛋白的过程中，用于生产的转基因生物或器官可以称为生物反应器B转基因生物反应器可以用来生产青霉素C利用植物生物反应器生产疫苗，可以免除注射疫苗带来的痛苦D可以在转基因动物的乳汁或尿液中获得目标蛋白3继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得一定进展。最近，科学家培育出一种转基因小鼠，其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是_。(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入_中，原因是_。(3)通常采用_技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的_细胞中特异表达。知识点二蛋白质工程4蛋白质工程制造的蛋白质是()A天然蛋白质B稀有蛋白质C自然界中不存在的蛋白质D血红蛋白5下列有关基因工程和蛋白质工程的说法中，正确的是()A蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别B基因工程是蛋白质工程的关键技术C通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质D蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的6科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠人嵌合抗体的过程，据图回答：(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，属于_(生物工程)的范畴。(2)图示过程是根据预期的_，设计_，最终必须对_进行操作，此操作中改变的是_。(3)经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_(从免疫角度考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是_。基础落实1下列属于基因工程应用的是()A提高光合作用效率，进而提高农作物的产量的措施B利用大肠杆菌生产人的胰岛素C利用青霉菌大量生产青霉素D工业大量繁殖工程菌2下列哪项不是蛋白质工程研究内容()A分析蛋白质分子的精细结构B对蛋白质进行有目的的改造C分析氨基酸的化学组成D按照人们的意愿将天然的蛋白质改造成新的蛋白质3蛋白质工程的基本流程正确的是()蛋白质分子结构设计DNA合成预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A BC D4关于蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程的核心问题是对蛋白质分子进行直接改造B蛋白质工程是与基因工程并列的两大生物工程技术C蛋白质工程中不涉及基因结构问题D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多5蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是()A氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少C仍为天然存在蛋白质 D可合成天然不存在蛋白质6下列说法中错误的是()A科学家在转基因动物的乳汁中成功表达了多种蛋白质药物B蛋白质工程的核心技术是转基因技术C用生物反应器生产的药物同传统生产药物本质相同D目前科学家已经成功应用转基因技术培育出具有固氮能力的非豆科作物能力提升7若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，其在环境保护上的重要意义是()A减少氮肥使用量，降低生产成本B减少氮肥生产量，节约能源C避免使用氮肥过多引起的环境污染D改良土壤的群落结构8采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵，培育出了转基因羊。但是，人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是()A人体细胞中凝血因子基因编码区的碱基对数目等于凝血因子氨基酸数目的3倍B可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵C在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中D人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板合成mRNA9上海医学研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛。他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高了30多倍。以下与此有关的叙述中，正确的是()A“转基因动物”是指体细胞中出现了新基因的动物B“提高基因表达水平”是指设法使牛的乳腺细胞中含有更多的人白蛋白基因C只在转基因牛乳汁中才能获取人白蛋白，是因为人白蛋白基因只在牛乳腺细胞中是纯合的D转基因牛的肌肉细胞中也有人白蛋白基因，但不发生转录、翻译，故不合成人白蛋白10.蛋白质工程是指根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计、生产的过程。下图是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题：(1)图中过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的_，后者位于_分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着_关系。(2)通过过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_和_，在这个过程中需要_酶的参与。(3)完成过程需要涉及_技术。11利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶段：将人的基因转入细菌细胞；第二阶段：将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物；第三阶段：将人的基因转入高等动物体，饲养这些动物，从乳汁、尿液等中提取药物。(1)将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是基因能控制_过程(以遗传信息图示表示)。(2)为了获得更多的目的基因，可以用_技术使目的基因在生物体外大量扩增。(3)由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率_，所以在转化后通常需要进行_操作。(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可以直接饮用治病。如果将药物蛋白基因转移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用转基因牛、羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的_(填性别)动物均可生产药物。综合拓展12基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的，并有赖于微生物学理论和技术的发展运用。基因工程基本操作流程如下图，请据图分析回答：(1)图中A是_；在基因工程中，需要在_酶的作用下才能完成剪接过程。(2)在上图基因工程的操作过程中，可以遵循碱基互补配对原则的步骤有_。(用图中序号表示)(3)从分子水平分析不同种生物之间的基因移植成功的主要原因是_，也说明了不同生物共用一套_。(4)目的基因导入到受体细胞后，需要进行目的基因的检测与鉴定，首先要检测转基因生物染色体上是否插入了目的基因；其次检测目的基因是否_；最后检测目的基因是否表达出蛋白质，在分子水平上采用_进行检测。(5)利用基因工程生产的胰岛素服用后起效较慢，很难完全模拟体内胰岛素的释放曲线，从而很难精准的调整人体血糖浓度，患者可能出现_症状。现在采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，使之起效时间缩短，保证餐后血糖高峰和血胰岛素高峰的一致。如果你是科研工作者，请写出研制速效胰岛素的思路：_。第4课时基因工程的发展前景答案知识清单一、1.(1)植物细胞某些细菌太阳的光能无机物有机物氧气(2)二磷酸核酮糖羧化酶的羧化酶加氧酶2.(1)必需(2)游离含氮化合物分子氮含氮化合物(3)根瘤菌(4)大豆花生豌豆(5)固氮基因非豆科3.(1)蛋白药物疫苗(2)食用节约大量的费用4.(1)基因工程天然蛋白质理想生物学(2)基因工程(3)活性稳定性产率(4)生物技术制药工业用酶二、1.农业生物医药环境保护2.基因工程对点训练1B利用基因工程固氮是将固氮细菌中的固氮基因转移到非豆科作物的细胞内，而不是改造根瘤菌。知识链接1.基因工程与光合作用(1)光合作用的概念：光合作用是植物细胞和某些细菌利用太阳的光能把无机物(CO2和H2O)合成有机物(C6H12O6)并释放氧气(O2)的过程。(2)影响光合作用的因素外部因素：光照、二氧化碳浓度、矿质元素的含量。内在因素：叶绿体色素、酶等。(3)基因工程与光合作用通过基因工程技术，提高二磷酸核酮糖羧化酶的羧化酶活性，降低其加氧酶活性，从而提高光合作用效率，提高农作物的产量。2基因工程与生物固氮(1)氮在植物体中的作用氮是构成蛋白质的主要成分；核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等都含有氮，所以氮为基本生命元素，必须不断补充。(2)植物体的氮吸收的形式： 主要是无机态氮，即铵态氮和硝态氮，也可以吸收利用有机态氮，如尿素等。(3)根瘤菌：原核单细胞；代谢类型是异养需氧型；侵入豆科作物根部后不断繁殖，可刺激根薄壁细胞分裂、组织膨大成根瘤。(4)生物固氮：固氮微生物将N2还原为含氮(N)化合物的过程。(5)固氮基因工程：将固氮细菌体内的固氮基因转移到非豆科粮食作物的细胞内，让非豆科粮食作物的细胞内合成固氮酶并且固氮。2B生物反应器是指可以将外源基因的信息转变为蛋白质的生物体，因此这样的生物体称为生物反应器，当然甚至可以是动物的器官。生物反应器常用来生产蛋白药物或疫苗，故A、C正确。利用转基因生物的乳汁生产药品，称为乳腺生物反应器，利用尿液生产药品的膀胱，可以称为膀胱生物反应器，故D正确。青霉素是青霉菌产生的，并不是基因工程的范畴，而是发酵工程。思路导引生物反应器是指可以将外源基因的信息转变为蛋白质的生物体，因此这样的生物体称为生物反应器，当然甚至可以是动物的器官。生物反应器常用来生产蛋白药物或疫苗。知识拓展乳腺生物反应器的优点及操作过程(1)优点：产量高、质量好、成本低、易提取。(2)操作过程：获取目的基因构建重组DNA显微注射导入哺乳动物受精卵中形成早期胚胎将胚胎移植到母体子宫内发育成转基因动物在雌性个体中使转入基因表达，从分泌的乳汁中提取所需的蛋白质。(3)注意事项：要想让目的基因在特定的细胞内表达，就需要让在该组织细胞内特异性表达的基因的调控组件与目的基因重组在一起。生物反应器的培育中一般会用到基因工程技术、动物细胞培养、胚胎的早期培养技术、胚胎移植技术。3(1)显微注射技术(2)受精卵(或早期胚胎)受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织表达(3)DNA分子杂交(4)膀胱上皮解析(1)将目的基因(人生长激素基因)导入动物细胞(小鼠受体细胞)的常用方法是显微注射技术。(2)在哺乳动物细胞中，受精卵或早期胚胎细胞具有全能性更容易表达，因此，在动物细胞工程中常将受精卵或早期胚胎细胞作为受体细胞。(3)检测转基因生物的染色体上是否插入了目的基因的方法是DNA分子杂交技术。(4)由题中信息可知，人生长激素基因在小鼠的膀胱上皮细胞内进行了特异性表达。思路导引正确解答该题的关键是熟练掌握将目的基因导入动物细胞的方法、动物细胞的类型及原因、目的基因检测及特异性表达的细胞类型等相关内容。归纳提升(1)生物反应器与工程菌在实际应用中的比较比较项目动物乳腺或膀胱反应器大肠杆菌生产系基因结构与人类基因结构相同，使克隆基因相对简单与人类基因结构有差异基因产物与天然蛋白质完全相同由于缺少内质网、高尔基体等细胞器，合成的蛋白质可能不存在生物活性产物提取存在乳汁或尿液中，易于提取从细胞中提取分离，相对复杂生产设备农业生产，提纯设备，成本低工业生产，精良的生产设备，成本高(2)从乳腺生物反应器中提取蛋白质，受体细胞所在个体必须是雌性的，若从尿液中提取目的基因的产物则不受此限制。4C基因工程产生的天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要，因此在基因工程的基础上产生了蛋白质工程。蛋白质工程产生的蛋白质是经过人类对基因设计、改造而产生的自然界中不存在的蛋白质。思路导引基因工程产生的天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要，因此在基因工程的基础上产生了蛋白质工程。蛋白质工程产生的蛋白质是经过人类对基因设计、改造而产生的自然界中不存在的蛋白质。知识链接(1)蛋白质工程的原理天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因表达(转录和翻译)形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能。蛋白质工程与之相反，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)。(2)蛋白质工程的应用5B蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因而实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。思路导引蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。其中，基因工程是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因而实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。归纳提升蛋白质工程与基因工程的区别和联系项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列合成DNA表达出蛋白质获取目的基因形成重组DNA分子导入受体细胞筛选含有目的基因的重组细胞目的基因的表达实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现6.(1)蛋白质工程(2)嵌合抗体功能嵌合抗体的结构基因碱基对(3)对人体的不良反应减少(4)设计嵌合抗体的空间结构解析(1)通过图示可知鼠人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)通过基因工程操作生产预期的蛋白质。(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原，若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的负作用会减少。(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。规律方法(1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。(2)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。(3)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。课后作业1B利用大肠杆菌生产人的胰岛素一定要将人的胰岛素原基因导入大肠杆菌内，并成功表达，属于基因工程；提高光合作用的效率有很多，并不都是基因工程；青霉菌大量生产青霉素和繁殖工程菌都属于发酵工程。2C蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和功能之间的关系，按照人们的意愿改造蛋白质分子，形成自然界不存在的蛋白质分子。为了改造某种蛋白质分子，必须对其精细结构进行分析，但不包括对组成蛋白质的氨基酸的化学成分的分析。3C蛋白质工程的流程是逆基因表达的顺序进行的，首先预期蛋白质功能，然后再分析出蛋白质的分子结构从而得出氨基酸的序列，再推出基因中脱氧核苷酸序列，最后进行人工DNA合成。4D用排除法可以选出正确的答案。A、B、C三项说法均有明显错误。A项不能对蛋白质分子进行直接改造，而是对基因进行改造；B项二者不并列，基因工程是基础；C项蛋白质工程对基因进行改造，故涉及基因结构的问题。5D蛋白质工程是获取人类所需要的蛋白质，可以是天然蛋白质的改造，也可以是天然不存在的蛋白质，但在获取时要对基因进行相应改造，所以又被称为第二代基因工程。6D转基因固氮植物正在开展这方面的研究，并没成功。7C农业生产中大量施用氮肥、磷肥，往往造成水体富营养化，引起淡水“水华”、海洋“赤潮”现象的发生。造成水体恶化，污染环境。利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种，可减少氮肥施用量，避免水体富营养化，在环保方面具有重要意义。解决该类题型的规律，基因工程的应用包括两方面内容：一是外源基因，如固氮基因；二是外源基因的表达成果，如水稻固氮，减轻环境污染。把握这两个方面，问题就可迎刃而解。8B人体细胞是真核细胞，其基因中含有内含子，其碱基对数大于氨基酸数的三倍；山羊的受精卵中导入人凝血因子基因，长成的山羊每个体细胞中都含有这种基因；DNA连接酶是把两条DNA链末端之间的缝隙“缝合”起来，而不是参与转录。基因工程外源基因的导入多采用人工的方法，使体外重组的DNA分子转移到受体细胞，在本题中可采用显微注射法。9D转基因动物的受体细胞是受精卵，所以含有转基因的受精卵在形成个体时，所有细胞都会含有转入的基因。但在机体发育过程中，基因要进行选择性表达。10(1)密码子信使RNA碱基互补配对(2)启动子终止子DNA连接(3)基因工程解析(1)蛋白质工程从氨基酸序列推测基因中的脱氧核苷酸序列，氨基酸与脱氧核苷酸之间的联系枢纽是信使RNA，信使RNA由DNA转录形成，而密码子是信使RNA上特定的能决定一个氨基酸的三个相邻的碱基序列。(2)由人工合成的基因只是基因的编码序列，完整的基因还包括启动子、终止子等结构，把启动子、终止子等DNA片段连接到基因的编码区需要DNA连接酶。(3)由基因合成蛋白质涉及基因工程。11(1)DNARNA蛋白质(性状)(2)PCR(聚合酶链式反应)(3)低筛选(4)雌性、雄性解析基因工程成功的标志是合成相应的蛋白质，表达出相应的性状来；在实验室中可以通过PCR技术对目的基因进行扩增；目前条件下，基因工程的成功率还是比较低的，所以要进行逐步地筛选；在选择基因表达生物时，要注意其方便与可行性。12(1)载体限制性核酸内切酶和DNA连接(2)()(3)基因都由四种脱氧核糖核苷酸组成，都是通过碱基互补配对原则构成双链密码子(4)转录出了mRNA抗原抗体杂交法(5)高血糖或低血糖预期的胰岛素类似物的功能设计预期的胰岛素类似物结构推测应用的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列，据此改造胰岛素基因