2021版高中生物第四章遗传的分子基础第四节基因突变和基因重组第2课时教学案苏教版必修2

1、第2课时基因工程及其应用学习导航1.结合教材图文，概述基因工程的根本原理和根本步骤。2.结合具体实例，了解基因工程的应用及其平安性。重难点击基因工程的根本原理和根本步骤。课堂导入科幻电影?蜘蛛侠?中的男主角意外被转基因的蜘蛛咬伤，蜘蛛的基因整合到了他的基因上，并且在他体内表达，从而使他成了具有特殊本领的超级英雄。现实中，我们已经运用类似的技术来改造生物的性状，获得人们所需要的品种，这就是基因工程。【解决学生疑难点、基因工程的原理m根底梳理夯实根底突破妾点1. 基因工程的概念(1) 基因工程，又叫做DNA重组技术，是把在一个生物体内别离得到或人工合成的目的基因导 入另一个生物的细胞，定向地使后者

2、获得新的遗传性状或表达所需产物的技术。(2) 基因工程是把一种生物的某种基因转移到另一种生物体的细胞内，基因的结构根本没有变化，只是位置发生了变化，所以应该属于基因重组。2. 基因工程的根本工具(1) 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，形成许多DNA片段。(2) DNA连接酶：连接同种限制酶切割后产生的DNA片段。(3) 运载体 作用：将外源基因送入受体细胞。 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。3. 基因工程的操作步骤目的基因：人们所需要

3、的特定基因提取目的基因直接别离基因取得途径人工合成基因用同一种限制性核酸内切酶切割运载体目的基因与一一、和目的基因，参加 DNA1接酶使运载运载体结合体和目的基因结合形成重组 DN分子导入目的基因：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法检测与鉴定目的基因目的基因的表达：目的基因在受体细胞中表达，产生蛋白质问题探究理解升华亜难透析以下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图答复。人幽胰甜索 a/怛一/嗔J _ '电Qi昨& 心)O。一-畑杆憎B° DUf皿斷就1. 能否利用人的皮肤细胞进行过程？过程需要的酶是哪一种？答案 不能，皮肤细胞中胰岛素基因不表达；过

4、程是逆转录，需要逆转录酶。2. 如何将A和B连接成Q操作后的产物只有 C吗？答案 用同一种限制酶切割 A和B,再参加DNA连接酶，才能形成 C。操作后的产物除了 C, 还可能有A与A结合、B与B结合的产物。3. 如果要检测D中是否含有C,通常如何检测？答案 利用C上的标记基因进行检测。4. 人的胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达的根底是什么？答案 所有生物共用一套遗传密码。5. 该方法和诱变育种相比，有什么优点？答案 可以定向地改造生物的遗传性状。知识整合 胰岛素基因只在胰岛细胞中转录出mRNA目的基因和运载体结合时，通常用同一种限制酶切割，再参加 DNA连接酶；操作后的产物也有目的基因和运载

5、体自我环化的产物。基因工程可以定向地改造生物的遗传性状。拓展应用剖析範型 提炼方法1. 某科学家从细菌中别离出耐高温淀粉酶Amy基因a,通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析以下有关这一过程的表达，不正确的选项是 -4a -=-A A-T-TCI I I I I I J | ' >11 A. 获取基因a的限制酶的作用部位是图中的B. 连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的C. 基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞D. 通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状答

6、案 B解析 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即处，二者作用相反，分别是翻开和连 接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。2. 如下图为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。以下有关说法不正确的选项是A. X是能合成胰岛素的细菌细胞B. 质粒具有标记基因和多个限制酶切点C. 外源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答案 C解析 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，A正确;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

7、因，同时具有标记基因以便检测目的基因是否导入受体细胞内，B正确；基因与运载体的重组需要限制酶和DNA连接酶，C错误；基因工程的特点是能够定向改造生物的性状，D正确。二、基因工程的应用及其平安性年础梳理舟实根底 突破叢点1. 基因工程的应用(1) 生产特殊蛋白质如胰岛素、生长激素等。 按照人们的意愿定向改造动植物。(3) 运用转基因技术进行环境保护。2. 转基因生物和转基因食品的平安性I_ 4,|相互对立|不平安，奧产樹曲|姿全，删决范團攜广孫国金度：十仆吐觇转幣用生 期及其产胡為盜全ft问越问题探究理解升华重难透析1 你所知道的我国转基因成果都有哪些？答案 我国科学家培育的转基因猪、牛、鸡、鲤

8、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假设干代后是否 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假设干代后，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。拓展应用剖析砸型捉炼方法3. 转基因成果令人叹为观止，以下不是转基因成果的一项为哪一项()A. 抗虫棉花B. 能去除石油污染的假单胞杆菌C. 我国奶牛的主要品种一一中国荷斯坦奶牛D. 抗除草剂玉米

9、答案 C解析 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、目的基因的检测与鉴定等获得的含有外源基因的生物。转基 因生物包括转基因植物、转基因动物和转基因微生物。抗虫棉花、能去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。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。4. 以下关于基因工程及转基因食品的平安性的表达，正确的选项是A. 基因工程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

10、酶处理运载体DNAD. 假设转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，那么生产出来的甘蔗不存在平安性问题答案 B解析 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注意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使它们产生相同的黏性末端；假设转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，那么仍可能存在食品平安、环境平安等平安性 问题。课堂小站转加阖生恂与转爆冈作拘鑫品的平安性问趣育种圈用环走 侃护基因的刀目的菇宦1. 科学家们经过多年的努力创立了一种新兴生物技术一一基因工程，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

11、. 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。2. 如图是基因工程主要技术环节的一个根本步骤，这一步骤需用到的工具是抗氨岸就班曲也禺四环就抗件瓏阳点為H的早禺与 喷翅A的祐金总A. DNA连接酶和解旋酶B. DNA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D. DNA聚合酶和RNA聚合酶答案 C解析 如下图为目的基因与运载体结合过程，需要基因的“剪刀一一限制性核酸内切酶和基因的“针线 一

12、一 DNA连接酶。此过程不涉及 DNA复制，不需要 DNA聚合酶和解旋酶。3. 一旦禽流感病毒与人类病毒重组，从理论上讲，就有可能在人与人之间传播该疾病。届时，这种病毒就会成为人类病毒。这里所说的重组与以下哪项本质相同A. 基因工程B.太空育种C.单倍体育种D.多倍体育种答案 A解析 不同类型的病毒重组实质是病毒间的基因转移和拼接，与基因工程本质是相同的，都是基因重组，只是基因工程是人为操作的，病毒之间的基因重组是自发的。4. 以下关于转基因生物与环境平安的表达，错误的选项是A. 重组的微生物在降解污染物的过程中可产生二次污染B. 种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响C. 如

13、果转基因花粉中含有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内D. 转基因生物有可能对生态系统的稳定性和人类的生活环境造成破坏答案 B解析种植抗虫棉虽然可以减少农药的使用量，但由于抗虫害的转基因作物的长期大量种植，会使目标害虫发生群体改变，产生抗性，更难杀灭。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。根本的操作过程如下:a ltfi尢畅朴值蝴胞转堪因 酯母曲 地抱1该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传的变异的来源中属于2本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞

14、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。答案1基因重组 2质粒3同一种限制酶4DNA连接酶解析1基因工程能克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因组合到一起， 使生物具有特定性状，其原理为基因重组。2运载体是取自大肠杆菌的质粒 见图。34基因 工程中的“剪刀为限制酶，两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用DNA连接酶“缝合。课时作业学考达标1. 以下图表示限制酶切割某 DNA分子的过程，从图中可知，该限制酶能识别的碱基序列及切点是GA A 1 TC111141C T T A AGGCT TAAA AA. CT

15、TAAG切点在C和T之间B. CTTAAG切点在T和A之间C. GAATTC切点在 G和A之间D. GAATTC切点在 C和T之间答案 C解析一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。该限制酶能专一性识别 GAATTC勺序列，并在 G和A之间将这段序列切开。2. 以下关于限制酶和 DNA连接酶的理解，正确的选项是 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

16、碱基间的磷酸二酯键；酶在化学反响前后其数量、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。3. 质粒是基因工程最常用的运载体，以下有关质粒的说法正确的选项是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，存在于拟核或细胞核 区外的细胞质中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，故A错误；细菌的基因除少局部在质粒上外，大局部在拟核中的 DN

17、A分子上，故B错误；质粒是基因工程中的主要运载体，故D错误。DNA分子重组，并且在大肠杆4. 科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒菌体内获得成功表达。图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA吉合的位置，它们彼此能结合的依据是iJ-./人的I用我:A. 基因自由组合定律B. 半保存复制原那么C. 基因别离定律D. 碱基互补配对原那么答案 D解析 用限制酶切割人的 DNA分子，获得胰岛素基因，用同一种限制酶切割质粒，产生相同 的黏性末端，它们通过碱基互补配对形成重组DNA分子。5. 基因工程的正确操作步骤是 目的基因与运载体相结合将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定提 取目的

18、基因A. B.C.D.答案 C解析 基因工程技术操作的四个步骤是：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。6. 美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后发现，这种玉米含有包括苏云金芽孢杆 菌 一种产生抗虫毒蛋白的细菌 基因在内的转基因作物的基因，由此可见： 转基因作物的基因可传播到野生植物中 转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威 胁 为防止基因污染，应当禁止转基因作物的研究自然杂交过程实质是一个长期的转基因过程，两者没有任何区别 其中正确的说法是 A. B. C.D.答案 C解析 根据题意可知：转基因植物的基因传播到野生植物中，这样会对植物的

19、遗传多样性构 成威胁。自然杂交是通过受粉的方式实现转基因过程，与转基因技术中通过重组运载体实现 转基因过程有一定区别。 高考提能 7. 水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中 Asp天冬氨酸、Gly甘氨酸、Ser丝氨酸构成发光环，现已将这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，在转基因技术中，这种蛋白质 的作用是 A. 促使目的基因导入受体细胞B. 使目的基因容易被检测出来C. 促使目的基因在受体细胞内复制D. 使目的基因容易成功表达答案 B解析 该发光蛋白的作用是使目的基因容易被检测出来，从而确认目的基因是否已经成功导 入受体细胞中。8. 以下关于基因工程的表达，错误的选项是 A. 目的基因和受

20、体细胞均可来自动物、植物或微生物B. 限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C. 人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D. 运载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达答案 D解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和 DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定处理后，才能有生物活性；载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达，所以D错误。9. 基因工程技术在农业、医药等领域中得到广泛的应用，以下关于基因工程成果的表达中，错误的选

21、项是()A. 在农业上主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物B. 在医药卫生方面，主要用于生产药品和诊断治疗疾病C. 在畜牧养殖业方面培育了体型巨大，品质优良的动物D. 在环境保护方面主要用于环境监测和对环境的净化 答案 C解析 基因工程技术在畜牧业上的主要目的是能生产人们所需要的各种品质优良的动物，如 具有抗病能力、高产仔率、高产奶率等，而不是要求体型巨大。10. 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以下图所示的三种类型，

22、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I 11'1'乙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，同源染色体别离，每一个生殖细胞中只有一个 Bt基因，所以后代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，所以有可能出现含四个抗虫基因的个体。11. 棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方 法，我国已将毒蛋白基

23、因转入棉花植株并成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株 后就会死亡，所以该棉花新品种在 1998年推广后，已取得了很好的经济效益。请根据上述材 料答复以下问题：(1) 毒蛋白对人畜无害，但能使棉铃虫致死，从蛋白质特性来看，是因为蛋白质具有 。(2) 利用苏云金芽孢杆菌防治棉铃虫属于生物防治，它突出的优点是 。(3) 转基因棉花的抗虫变异来源属于可遗传变异类型中的 。(4) 从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是 ，其特点是 5进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是6“毒蛋白基因转入棉花植株内并成功表达的含义是 。答案1特异性 2不用农药或减少农药用量，减少环境的污染3基因重组 4限制

24、酶一种限制酶只能识别某种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割 DNA分子5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 导入目的基因目的基因的 检测与鉴定 6棉花植株产生了苏云金芽孢杆菌的毒蛋白解析 每种蛋白质分子往往都有特定的结构和功能，具有特异性。区别于化学防治，生物防治的优点是可以减少农药的用量，减少对环境的污染。转基因技术的原理是基因重组。所谓 基因的表达就是目的基因在受体细胞内通过转录和翻译合成蛋白质的过程。12. 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

25、图答复F面的问题:人的怵甑魁OOOfliF扰秦基园71图中过程叫做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。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分子具有一个至多个限制酶切割 位点，在细胞中能够自主复制，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 b5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

26、遗传密码子解析 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为限制酶，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遗传密码子。13. 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根本过程，在该工程中所用的基因“剪刀能识别的 序列和切点是一GJ GATC ，请据图答复以下问题：人麋色炒 甲集色障国一仆斶的押屮需人休帯白质(1)从羊染色体中“剪下羊蛋白质基因的酶是 ，人体蛋白质基因“插入后连接在羊染色体中需要的酶是 。 人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体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平安可靠吗？理由是什么？答案(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2) 具有相同的物质根底和结构根底(有互补的碱基序列)细菌质粒或病毒 人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合