2020_2021學(xué)年高中生物第6章從雜交育種到基因工程第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用學(xué)案新人教版必修220210313220

1、第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用1.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀,闡明基因工程的概念、操作工具及過(guò)程。 (生命觀念、科學(xué)思維)2.通過(guò)實(shí)例理解基因工程的應(yīng)用。(社會(huì)責(zé)任)必備知識(shí)自主學(xué)習(xí)答案解析P170一、基因工程的原理1.概念:(1)別名:又稱為。(2)過(guò)程:按照人們的意愿,把一種生物的某種基因提取出來(lái),加以,然后放到另一種生物的細(xì)胞里。(3)優(yōu)點(diǎn):。將目的基因直接導(dǎo)入受體細(xì)胞中,這種做法可以嗎?為什么?3.基因工程的操作程序(連一連):二、基因工程的應(yīng)用1.基因工程與作物育種:(1)應(yīng)用:利用基因工程的方法,獲得的農(nóng)作物,培育各種作物新品種。(2)實(shí)例:抗蟲(chóng)煙草、耐鹽堿棉花等。2.基因工程與藥物研制:(1)應(yīng)用

2、:利用基因工程的方法高效率地生產(chǎn)出各種、的藥品。(2)實(shí)例:胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。3.環(huán)境保護(hù):利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解,吸收環(huán)境中的重金屬,分解,處理工業(yè)廢水等。關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí)答案解析P170知識(shí)點(diǎn)一 基因工程的工具和步驟1.基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶):(1)存在:主要存在于微生物中。(2)作用:斷裂兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。(3)特點(diǎn):具有特異性,即一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列,并在特定的位點(diǎn)切割DNA分子。2. 基因的“針線”DNA連接酶:(1)催化位置:脫氧核糖與磷酸之間的缺口。(2)催化結(jié)果:形成重組DNA。(3)限制酶與DNA連接酶的關(guān)系:3.運(yùn)載體

3、:(1)質(zhì)粒。存在:許多細(xì)菌及酵母菌等生物細(xì)胞中。本質(zhì):擬核或細(xì)胞核外的環(huán)狀DNA分子。特點(diǎn):能夠自主復(fù)制。(2)運(yùn)載體應(yīng)具備的條件。能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制保證目的基因能在細(xì)胞分裂過(guò)程中復(fù)制并傳遞給子細(xì)胞。有多個(gè)限制酶切點(diǎn)運(yùn)載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。有標(biāo)記基因檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中的重要判斷依據(jù)。4.基因工程各步驟需要用到的酶及技術(shù):操作步驟用到的酶及技術(shù)提取目的基因限制酶目的基因與運(yùn)載體結(jié)合限制酶、DNA連接酶續(xù)表操作步驟用到的酶及技術(shù)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、顯微注射技術(shù)等目的基因的檢測(cè)與鑒定DNA分子雜交技術(shù)、分子雜交技術(shù)、抗原-抗體雜交技術(shù)、個(gè)體

4、生物學(xué)水平檢測(cè)1.拓展探究:為什么限制酶切開(kāi)DNA后形成的兩個(gè)黏性末端是相同的?(科學(xué)思維)2.情境探究:若使用某種致病性很強(qiáng)的病毒做載體DNA,需要對(duì)病毒做什么處理?(科學(xué)思維)基因工程是在現(xiàn)代生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來(lái)的,并依賴于微生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展、運(yùn)用,基因工程基本操作流程如圖所示。請(qǐng)據(jù)圖分析回答:(1)圖中A是,最常用的是,在基因工程中,需要在酶的作用下才能完成剪接過(guò)程。(2)不同種生物之間的基因移植成功說(shuō)明了生物共用一套。(3)研究中發(fā)現(xiàn),番茄體內(nèi)的蛋白酶抑制劑對(duì)害蟲(chóng)的消化酶有抑制作用,導(dǎo)致害蟲(chóng)無(wú)法消化食物而被殺死,人們成功地將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩左w內(nèi),

5、玉米獲得了與番茄相似的抗蟲(chóng)性狀,玉米這種變異的來(lái)源是?！緦彺鹫`區(qū)】本題易把圖示各環(huán)節(jié)弄混圖示是基因工程的基本操作流程,其中A為運(yùn)載體;第一步表示基因表達(dá)載體的構(gòu)建過(guò)程;第二步表示將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞;第三步表示篩選含有重組DNA的受體細(xì)胞并進(jìn)行擴(kuò)增;最后進(jìn)行重組細(xì)胞克隆。(2020鄭州高一檢測(cè))下列有關(guān)基因工程操作的敘述,正確的是()A.用同種限制酶切割運(yùn)載體與目的基因可獲得相同的黏性末端B.以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因一定與原基因的堿基序列相同C.檢測(cè)到受體細(xì)胞含有目的基因就標(biāo)志著基因工程操作成功D.用含抗生素抗性基因的質(zhì)粒作為載體是因?yàn)槠淇剐曰虮阌谂c外源基因連接知識(shí)點(diǎn)二 基

6、因工程的應(yīng)用1.基因工程育種中受體細(xì)胞的選擇:(1)對(duì)于動(dòng)物而言,一般選擇受精卵作為基因工程的受體細(xì)胞。(2)對(duì)于植物來(lái)說(shuō),一般選擇受精卵或愈傷組織細(xì)胞作為基因工程的受體細(xì)胞,原因是這些細(xì)胞全能性高,更容易發(fā)育為個(gè)體。2.基因工程育種中兩個(gè)概念比較:項(xiàng)目抗蟲(chóng)抗病不同抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因植物抵抗蟲(chóng)害抗病轉(zhuǎn)基因植物抵抗微生物病原體相同種植一段時(shí)間后,害蟲(chóng)和微生物病原體均有可能產(chǎn)生抗性(2020杭州高一檢測(cè))基因污染是指在天然物種的DNA中嵌入了人工重組基因,這些外來(lái)基因可隨被污染生物的繁殖、傳播而發(fā)生擴(kuò)散。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.基因工程間接導(dǎo)致了基因污染B.基因工程破壞了生物原有的基因組成C.基因工程是通

7、過(guò)染色體的重組發(fā)生基因交換,從而獲得了生物的新性狀D.人類在推廣轉(zhuǎn)基因作物時(shí),沒(méi)有充分考慮生物和環(huán)境之間的相互影響【審答誤區(qū)】本題常見(jiàn)錯(cuò)因C項(xiàng)中基因工程是將其他生物的基因片段重組到目的生物的DNA中,易誤認(rèn)為是通過(guò)染色體的重組發(fā)生基因交換。 下列不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是()A.干擾素B.白細(xì)胞介素C.青霉素D.乙肝疫苗核心素養(yǎng)情境探究答案解析P170【科技情境】南方科技大學(xué)賀建奎副教授宣布:世界上首例基因編輯嬰兒在中國(guó)順利降生。然而,在這兩個(gè)健康嬰兒的背后,是22對(duì)胚胎的備用試驗(yàn)品,16個(gè)被基因編輯過(guò),其中11個(gè)胚胎做過(guò)6次植入嘗試。人們憂慮:潘多拉盒子就此打開(kāi)探究:(1)賀建奎團(tuán)隊(duì)的基

8、因編輯試驗(yàn)發(fā)生在試管受精階段?；蚓庉嬛饕玫降墓ぞ呙赣心男?(生命觀念)(2)胚胎移植能夠成功的主要原因是什么?(科學(xué)思維)課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)答案解析P1701.現(xiàn)代基因技術(shù)與人類生活息息相關(guān),在育種、制藥、遺傳等方面取得了飛速的進(jìn)步。下列與基因工程有關(guān)的說(shuō)法,正確的是。限制酶切開(kāi)一個(gè)DNA分子,要斷裂兩個(gè)磷酸二酯鍵DNA連接酶主要是連接黏性末端部位的氫鍵目的基因只能來(lái)自動(dòng)植物作運(yùn)載體的DNA分子一般來(lái)說(shuō)不能太大用一種限制酶切開(kāi)不同的DNA分子,形成的黏性末端是不同的2.基因工程的設(shè)計(jì)施工是在什么水平上進(jìn)行的()A.細(xì)胞B.細(xì)胞器C.原子D.分子3.(2020天津高一檢測(cè))下列關(guān)于基因工程的敘

9、述,不正確的是()A.一種限制酶一般只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列B.基因工程依據(jù)的原理主要是基因突變C.基因工程是在 DNA 上進(jìn)行的分子水平的設(shè)計(jì)施工D.基因工程能夠定向地改變生物的性狀,培育出新品種4.(2020石家莊高一檢測(cè))下列有關(guān)基因工程的敘述,正確的是 ()A.限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用B.重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞內(nèi)完成的C.質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體D.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為合成目的基因提供資料5.(2020西安高一檢測(cè))下列有關(guān)基因工程技術(shù)的應(yīng)用中,對(duì)人類不一定有利的是()A.制造“工程菌”用于藥品生產(chǎn)B.制造“超級(jí)菌”分解石油、DDTC.重組DNA誘發(fā)受體細(xì)胞基因突變D.導(dǎo)入外源基因替換缺陷

10、基因6.表中有關(guān)基因表達(dá)的選項(xiàng)中,不可能的是()選項(xiàng)基因表達(dá)的細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)物A細(xì)菌抗蟲(chóng)蛋白基因抗蟲(chóng)棉葉肉細(xì)胞細(xì)菌抗蟲(chóng)蛋白B人酪氨酸酶基因正常人皮膚細(xì)胞人酪氨酸酶C動(dòng)物胰島素基因大腸桿菌工程菌細(xì)胞動(dòng)物胰島素D兔血紅蛋白基因兔成熟紅細(xì)胞兔血紅蛋白7.在某些深海魚(yú)中發(fā)現(xiàn)的抗凍蛋白基因afp對(duì)提高農(nóng)作物的抗寒能力有較好的應(yīng)用價(jià)值。如圖所示是獲得轉(zhuǎn)基因萵苣的技術(shù)流程,請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題:(1)質(zhì)粒A的化學(xué)本質(zhì)是。(2)過(guò)程需要的酶有、。(3)質(zhì)粒A做運(yùn)載體,其一般要具備(至少寫(xiě)兩條)特點(diǎn)。(4)若受體細(xì)胞C1為細(xì)菌,其與受體細(xì)胞C2的區(qū)別有(至少寫(xiě)兩條)。第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用一、1.(1)基因拼接技術(shù)或

11、DNA重組技術(shù)(2)修飾改造(3)定向地改造生物的遺傳性狀2.限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)核苷酸特定的切點(diǎn)DNA連接酶連接脫氧核糖與磷酸質(zhì)粒噬菌體的衍生物將外源基因送入受體細(xì)胞【問(wèn)答】提示:不可以。目的基因本身一般不能自我復(fù)制、不夠穩(wěn)定,也不具備相關(guān)標(biāo)記能力,因此需要和具有上述特征的運(yùn)載體結(jié)合,才能導(dǎo)入受體細(xì)胞。3.CADB二、1.(1)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)抗逆性2.(1)高質(zhì)量低成本3.有毒有害的化合物泄漏的石油知識(shí)點(diǎn)一【思考探究】1.提示:限制酶在DNA上的識(shí)別序列是一段回文結(jié)構(gòu)(堿基是反向?qū)ΨQ排列的),而且在兩條鏈上的切點(diǎn)是對(duì)稱的,因此切開(kāi)后形成的兩個(gè)黏性末端是相同的。2.提示:載

12、體DNA必須能夠在受體細(xì)胞中“友好”借居,這樣就需要對(duì)病毒載體做滅活、減毒處理?！镜淅痉丁俊窘馕觥?1)圖中A是運(yùn)載體,常用的是質(zhì)粒;圖中“剪接”過(guò)程需要限制性核酸內(nèi)切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運(yùn)載體,還需要DNA連接酶將目的基因和運(yùn)載體連接起來(lái)。(2)自然界所有生物共用一套密碼子,因此目的基因在不同的生物細(xì)胞中能正確表達(dá)。(3)玉米通過(guò)基因工程獲得抗蟲(chóng)性狀,基因工程的原理是基因重組,因此玉米這種變異的來(lái)源屬于基因重組。答案:(1)運(yùn)載體質(zhì)粒限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接(2)密碼子(3)基因重組【類題精練】ADNA分子經(jīng)限制酶切割產(chǎn)生的DNA片段末端通常有兩種形式:黏性末端和平末端

13、,又因?yàn)橐环N限制酶只能識(shí)別并切割特定的核苷酸序列,所以用同種限制酶切割運(yùn)載體和目的基因,可以獲得相同的黏性末端,A正確。以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成目的基因,需要由氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列,但在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中,一種氨基酸可能有多個(gè)密碼子,與同種氨基酸對(duì)應(yīng)的堿基序列可能有多種,因此合成的目的基因不一定與原基因的堿基序列相同,B錯(cuò)誤?；蚬こ滩僮鞯某晒π枰獧z測(cè)到目的基因成功表達(dá),產(chǎn)生表達(dá)產(chǎn)物,檢測(cè)到受體細(xì)胞含有目的基因,但如果目的基因不能轉(zhuǎn)錄、翻譯,就不能視為成功的操作,C錯(cuò)誤?？剐曰虻淖饔檬菫榱撕Y選出含有目的基因的細(xì)胞,并非為了與外源基因連接,D錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)二【典例示范】C基因工程間

14、接導(dǎo)致了基因污染,A正確?；蚬こ淌峭ㄟ^(guò)人工導(dǎo)入外源基因,破壞了生物原有的基因組成,B正確?；蚬こ淌峭ㄟ^(guò)人工導(dǎo)入外源基因,未發(fā)生基因交換,C錯(cuò)誤。人類在推廣轉(zhuǎn)基因作物時(shí),沒(méi)有充分考慮生物和環(huán)境之間的相互影響,D正確?！绢愵}精練】C青霉素是青霉菌產(chǎn)生的一種代謝產(chǎn)物,高產(chǎn)青霉素菌株的獲得是通過(guò)人工誘變育種實(shí)現(xiàn)的。(1)提示:基因編輯技術(shù)指對(duì)DNA中特定片段的敲除、加入等,用到的工具酶包括限制酶和DNA連接酶。(2)提示:子宮對(duì)外來(lái)胚胎基本不發(fā)生免疫排斥,這是胚胎移植能夠成功的一個(gè)關(guān)鍵原因。1.【解析】選。DNA是雙鏈結(jié)構(gòu),因此切開(kāi)一個(gè)DNA分子要斷裂兩個(gè)磷酸二酯鍵,正確。DNA連接酶連接的是磷酸

15、二酯鍵,錯(cuò)誤。目的基因可以來(lái)自動(dòng)植物和微生物,錯(cuò)誤。運(yùn)載體DNA分子太大不易導(dǎo)入受體細(xì)胞,而且過(guò)大的目的基因可能對(duì)受體造成更多影響,正確。同一種限制酶,因?yàn)樽R(shí)別序列、切點(diǎn)均相同,因此形成的黏性末端是相同的,錯(cuò)誤。2.D基因工程是通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù),賦予生物以新的遺傳特性,從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品,基因工程的操作對(duì)象是基因,屬于分子水平。3.B一種限制酶一般只能特異性識(shí)別一種特定的核苷酸序列,并在特定兩個(gè)核苷酸之間切割,A正確?；蚬こ虒⒛康幕蛑踩胧荏w細(xì)胞,為基因重組,B錯(cuò)誤?；蚬こ桃獙?duì)基因進(jìn)行切割和連接,為DNA水平,C正確?；蚬こ虒⒛康幕?qū)胧荏w

16、細(xì)胞,使之表現(xiàn)出目的性狀,D正確。4.D基因工程中在構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí),需要限制酶來(lái)切割運(yùn)載體和獲取目的基因,A錯(cuò)誤。重組質(zhì)粒的形成是在細(xì)胞外完成的,在重組質(zhì)粒構(gòu)建完成后,才將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,B錯(cuò)誤?？勺鳛檫\(yùn)載體的質(zhì)粒需要有標(biāo)記基因、能自主復(fù)制,且不危害受體細(xì)胞,有些質(zhì)?？赡軙?huì)對(duì)受體細(xì)胞造成影響,C錯(cuò)誤。可根據(jù)氨基酸的順序推測(cè)密碼子,進(jìn)而推出DNA中堿基序列,D正確。5.C制造“工程菌”用于藥品生產(chǎn),幫助治療疾病,對(duì)人類有利,A與題意不符。制造“超級(jí)菌”分解石油、DDT,減少環(huán)境污染,對(duì)人類有利,B與題意不符。由于基因突變的少利多害性,所以重組DNA誘發(fā)受體細(xì)胞基因突變往往產(chǎn)生對(duì)人類不利的變異,C與題意相符。導(dǎo)入外源基因替換缺陷基因,使該基因的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮功能,從而達(dá)到治療疾病的目的,對(duì)人類有利,D與題意不符。6.D哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核,所以也就沒(méi)有血紅蛋白基因的表達(dá),血紅蛋白基因的表達(dá)發(fā)生在逐漸成熟的紅細(xì)胞中。7.【解析】(1)質(zhì)粒是細(xì)菌擬核外的裸露、環(huán)狀、小型DNA。 (2)過(guò)程需要用限制酶將運(yùn)載體切開(kāi),用DN