1、人教版高中生物必修二知识讲解巩固练习教学资料补习资料30基因工程及其应用基因工程及其应用【学习目标】1、简述基因工程的原理。2、举例说明基因工程在农业、医药等领域的应用。3、关注转基因生物和转基因食品的安全性。【要点梳理】要点一、基因工程的原理1、对概念的理解基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切拼接导入表达结果人类需要的基因产物2、基因工程的工具（1）基因的“剪刀”限制性核酸内切酶 概念：限制酶是生物体内的一种酶，能将外来的DNA分子切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。 特点：特异性。即一种限制酶
2、只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。要点诠释：限制酶切割的是脱氧核苷酸之间（磷酸和脱氧核糖之间）的化学键磷酸二酯键，不是切割碱基之间的氢键。限制酶切割目的基因不一定都产生黏性末端，也可能产生整齐的末端。（2）基因的“针线”DNA连接酶 把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，这样一个重组DNA分子就形成了。如下图：要点诠释：DNA连接酶连接的也是磷酸和脱氧核糖之间的化学键磷酸二酯键，而不是碱基之间的氢键。（3）基因的“运载工具”运载体 常用的运载体:细菌细胞质的质粒、噬菌体或某些动植物病毒。其中，质粒是基因工程最常用的运载体。 条件： a能在受体细胞内稳定保存并大量复制
3、； b有多个限制酶切点，以便与外源基因连接； c有标记基因，便于进行筛选。3、基因工程的原理：基因重组4、基因重组与基因工程比较比较项目基因重组基因工程不同点概念在生物体内，有性生殖过程中，控制不同性状的基因重新组合按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状重组方式同一物种的不同基因不同物种的不同基因繁殖方式有性生殖无性生殖变异大小小大意义是生物变异的来源之一。对生物进化有重要意义使人类有可能按照自己的意愿直接定向地改造基因结构，培育出新品种相同点都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异要点二、基因工程的基本操作步骤
4、第一步：获取目的基因第二步：目的基因与运载体结合第三步：将目的基因导入受体细胞第四步：目的基因的检测和表达要点三、基因工程的应用【基因工程及其应用】1、基因工程与遗传育种（1）获得高产、抗逆性强的优质转基因植物抗虫转基因植物抗病（病毒、细菌、真菌）转基因植物抗逆转基因植物利用转基因改良植物的品质（2）具有优良性状或特殊用途的转基因动物2、基因工程与疾病治疗（1）生产基因工程药品：利用基因工程菌等生产的药物有：胰岛素、干扰素、人生长激素、乙肝疫苗等60余种。（2）基因诊断DNA探针（3）基因治疗：将正常的基因导入有基因缺陷的细胞中，使该基因的表达产物发挥功能以达到治疗的目的。分为：体外基因治疗和
5、体内基因治疗。3、基因工程与环境保护（1）用DNA分子探针检测水体中细菌、病毒等污染物。（2）转基因抗虫作物的栽培减少农药使用，避免污染。（3）科学家通过转基因创造出多种“超级菌”，有的能分解污染陆地和海洋的石油，有的能“吞噬”汞，有的能降解农药DDT。要点四、转基因生物和转基因食品的安全性 1、转基因生物可能带来的风险主要表现在哪几个方面？ （1）转基因作物与其野生亲缘种间的杂交，把具有抗性的基因转移到野生亲缘种中，可能使野生亲缘种成为具有抗性的杂草，或者由于转移基因在野生种群中的固定导致野生等位基因的丢失，最终造成遗传多样性的降低。 （2）转基因生物中的抗病毒基因可能与病毒的基因发生重组，
6、产生超级病毒，给生物界带来巨大的灾难。 （3）转基因植物及其产物进入土壤后，可能会与土壤中的微生物发生作用，影响一些微生物的活动过程，从而对地球化学循环产生重要影响。转基因生物可能带来的潜在风险，会影响或威胁到生物多样性及生态环境。因此，慎重对待转基因生物是非常必要的。2、转基因食品的安全性专家对转基因食品的解释是，转基因食品包括以下三类：第一类转基因食品来源于转基因植物，但其产品本身并不含有任何转移来的基因。例如，以转基因甜菜为原料生产出来的蔗糖和传统的甜菜生产出的蔗糖完全一样。第二类转基因食品，如豆粉、色拉油等确实含有转基因成分，但在加工过程中其特性已发生了改变，转移的活性基因已不存在。第
7、三类转基因食品，如土豆和其他植物，确实带有有活性的基因成分，任何人食用这种转基因植物或食物后，转移来的基因和植物本身固有的基因都会被人体消化。面对越来越多的转基因食品，人们的态度各不相同。自从转基因食品出现后，人们对于转基因食品安全性的争论就没有停止过。目前，对于转基因食品安全性的评价主要集中在环境安全性和食用安全性两个方面。环境安全性集中体现在生产转基因食品时应用的转基因生物的安全性；食用安全性体现在转基因食品经过代谢后可能会产生一些有毒物质，对人体和动物的健康造成一定的危害。【典型例题】类型一：基因工程的原理例1、能打破物种世界，定向改造生物的遗传性状，按照人类的意愿培育生物新品种的方法有
8、（ ）A诱变育种和转基因 B杂交育种和诱变育种 C杂交育种和基因工程 D基因工程 【答案】D【解析】诱变育种的原理是基因突变，基因突变具有不定向性；杂交育种利用的原理是基因重组，基因重组利用同种生物的不同品种进行交配，然后选育新品种的方法。只有基因工程可以定向地改造生物的性状。【点评】本题考查基因工程的概念。同时要和几种育种方法区分开。【举一反三】：【变式一】下列有关基因工程的叙述中，正确的是（ ）A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D只要目的基因进入了受体细胞就能够成功地表达【答
9、案】C【变式二】下列有关基因工程中，限制性内切酶的描述，错误的是（ ）A一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列 B限制性内切酶的活性受温度影响 C限制性内切酶能识别和切割RNAD限制性内切酶可从原核生物中提取【答案】C【变式三】由同一种限制酶切割成的黏性末端是（ ）。 A B C D【答案】A【解析】同一种限制酶所识别的特定的核苷酸序列相同、切点相同。切割成的黏性末端的碱基正好互补配对。类型二：基因工程的应用例2、下列关于基因工程应用的叙述，正确的是（ ） A基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因 B基因诊断的基本原理是DNA分子杂交 C一种基因探针能检测水体中的各种病毒 D原核细胞基
10、因不能用来进行真核生物的遗传改良【答案】B【解析】基因治疗是将健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中。在病人体细胞中正常基因和缺陷基因都存在；DNA分子有特异性，一种探针只能检测水中的一种病毒；抗虫基因来自原核细胞，导入棉花细胞后仍能表达，改良了棉花的遗传性状【点评】本题考查基因工程的应用，基因工程的应用与合成蛋白质有关，一方面是生产蛋白质产物，另一方面是基因控制蛋白质合成表达出一定的性状。【举一反三】：【变式一】基因诊断是用荧光分子标记的DNA分子做探针，鉴定出所测标本上的遗传信息。下列说法不正确的是（ ） A基因诊断利用了DNA分子杂交原理 B采用基因诊断方法可快速诊断由病毒引起的传染病 C
11、使用同一种DNA分子探针，可以诊断多种遗传病 D利用白血病患者细胞中分离出的癌基因做探针可以检测白血病【答案】C【变式二】基因治疗是把将健康的外源基因导入（ ）A有基因缺陷的细胞B有基因缺陷的染色体中C有基因缺陷的细胞器中D有基因缺陷的DNA分子中【答案】A【变式三】我国科学家运用基因工程技术，将苏云金杆菌的抗虫基因导入棉花细胞并成功表达，培育出了抗虫棉。下列叙述不正确的是（ ） A基因非编码区对于抗虫基因在棉花细胞中的表达不可缺少 B重组DNA分子中增加一个碱基对，不一定导致毒蛋白的毒性丧失 C抗虫棉的抗虫基因可通过花粉传递至近缘作物，从而造成基因污染 D转基因棉花是否具有抗虫特性是通过检测
12、棉花对抗生素的抗性来确定的 【答案】D类型三：转基因生物和转基因食品的安全性例3、美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后发现，这种玉米含有苏云金芽孢杆菌（一种产生抗虫毒蛋白的细胞）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作物的遗传多样想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 其中说法正确的是（ ） A B C D. 【答案】C【举一反三】：【变式】根据以下材料回答问题。 自1983年诞生了第一株转基因植物以来，转基因技术迅速发展，通过转基因技术已培育了很多具有高产、优质、抗病
13、毒、抗虫害等特性的作物新品种，并以转基因生物为原料加工生产出了某些转基因食品。转基因食品的开发利用缓解了世界食品短缺的危机，提高了食品的品质，甚至可以生产出具有特定疗效的转基因食品。同时，这一技术也给人们带来了忧患，美国发现杂志把“生物技术灾难”列入“21世纪威胁人类的20大危害”之一。（1）转基因技术涉及生命科学中的哪些研究领域及原理？（各举一例）（2）试从自然及人文的角度来评述转基因技术可能带给人类的忧患。（各举一例）【答案】（1）基因工程（遗传工程）、中心法则（基因控制蛋白质合成）、基因重组等。 （2）自然方面：基因污染（或破坏生物多样性、影响生物的遗传性、影响食品的安全性）；人文方面：
14、利用转基因技术制造生物武器用于战争和恐怖组织活动。（其他合理答案也可以）【巩固练习】一、 单项选择题：1.以下有关基因工程的叙述，正确的是（ ） A基因工程是细胞水平上的生物工程 B基因工程的产物对人类都是有益的 C基因工程产生的变异属于人工诱变 D基因工程育种的优点之一是目的性强2.基因工程是将目的基因通过一定过程，转入受体细胞，经过受体细胞的分裂，使目的基因的遗传信息扩大，再进行表达，从而培养成工程生物或生产基因产品的技术，你认为不支持基因工程技术的理论有（ ） A遗传密码的通用性 B不同基因可独立表达 C不同基因可表达互相影响DDNA作为遗传物质能够严格地自我复制 3. 限制性核酸内切酶
15、的特点是（ ） A只能识别GAATTC序列 B识别特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位点 C识别黏性末端 D切割质粒DNA的标记基因4. 质粒之所以能作基因工程的运载体，是由于它（ ） A含蛋白质从而能完成生命活动 B能够自我复制而保持连续性 C是RNA能够指导蛋白质的合成 D具有环状结构，能够携带目的基因5.下列关于质粒的叙述，正确的是（ ） A质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子B质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器 C质粒也存在于病毒体内D细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行6. 质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是（ ） 能自我复制 不能自我复制 结
16、构很小 成分是蛋白质 环状RNA分子 环状DNA分子 链状DNA分子 能“友好”地“借居”在受体细胞中 A B C D7. 下列关于DNA连接酶的叙述，正确的是（ ） 催化具有相同黏性末端的DNA片段之间的连接 催化具有不同黏性末端的DNA片段之间的连接 催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成 催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸间磷酸二酯键的形成A B C D8. 下列技术依据DNA分子杂交原理的是（ ） 用DNA分子探针诊断疾病 B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的杂交 快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量 目的基因与运载体结合形成重组DNA分子A B C D9. 基因工程的第一步是把所需的基因从供体细胞内
17、分离出来，这要利用限制性核酸内切酶。从大肠杆菌中提取的一种限制性核酸内切酶EcoR 能识别DNA分子中的GAATTC序列，切点在G与A之间，这是应用了酶的（ ） A高效性 B专一性 C多样性 D催化活性受外界条件影响10. 中国农业科学院的科学家继成功培育出了抗棉铃虫转基因抗虫棉后，又成功培育出了抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻等多种农作物，下列属于转基因抗虫作物的推广意义的是（ ） 使危害农作物的害虫灭绝 减少农药用量 作物产量明显提高 降低环境污染 降低农业生产成本A B C D11.基因工程也称DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是（ ） A工具酶、目的基因、运载体、受体细胞 B重组
18、DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶 C模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞D目的基因、限制性内切酶、运载体、体细胞12.有关基因工程的成果及其应用的说法，正确的是（ ）A用基因工程的方法培养的抗虫植物也能抗病毒 B基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物 C目前任何一种药物都可以用基因工程来生产D基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物13. 下列哪一项不是由转基因生物可能带来的安全性问题？（ ） A导入的外源基因及其产物可能会对受体生物产生不利影响 B转基因生物与其他生物杂交，可能会对生物多样性构成威胁 C食用转基因食品可能会对人体造
19、成某种伤害 D用转基因技术培育的抗虫棉可减少农药的使用，减轻环境污染二、 非选择题1. 糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋势，以致西方发达国家把它列为第三号“杀手”。 治疗这种病用的胰岛素过去主要从动物（如猪、牛）中得到。自20世纪70年代遗传工程（又称基因工程）发展起来以后，人们开始采用这种高新技术生产，其操作的基本过程如图所示： （1）进行基因操作一般要经过的四个步骤是：_；_；_；_。 （2）合成胰岛素的遗传信息传递过程是_。 （3）图中的质粒存在于细菌细胞内，从其分子结构看，可确定它是一种_。请根据碱基互补配对的规律，在连接酶的作用下，把图中甲与乙拼接起来。（在方框内画出） （
20、4）细菌丙进行分裂后，其中被拼接的质粒也由1个变成2个，2个变成4个质粒的这种增加方式在遗传学上称为_。目的基因通过活动（即表达）后，能使细菌产生治疗糖尿病的激素。这是因为基因具有控制_合成的功能。 （5）利用基因工程生产的药物还有哪些？2. 在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因（kanr）常作为的标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在含卡那霉素的培养基上生长。下图为获得抗虫棉的技术流程： 请据图回答： （1）A过程需要的酶有_。 （2）B过程及其结果体现了质粒作为运载体必须具备的两个条件是_、_。 （3）C过程的培养基除含有必需营养物质、琼脂和激素外，还必须加入_。 （4）如果利
21、用DNA分子杂交原理对再生植株进行检测，D过程应该用_作为探针。 （5）科学家发现转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律。 将转基因植株与_杂交，其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为11。 若该转基因植株自交，则其后代中抗卡那霉素型与卡那霉素敏感型的数量比为_。 若将该转基因植株的花药在含卡那霉素的培养基上作离体培养，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占_。 【答案与解析】一、单选题1【答案】D2【答案】C【解析】转基因之所以在不同物种间可以进行，是因为遗传密码的通用性，不同基因表达的独立性，DNA自我复制的严格性。3【答案】B【解析】限制性核酸内切酶有许多种，但是
22、每一种限制性核酸内切酶都具有专一性，能识别特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位点。4【答案】B【解析】质粒存在于细菌和酵母菌等生物中，是一种很小的环状DNA，上有标记基因，便于在受体细胞中检测。质粒在受体细胞中，能随受体细胞DNA的复制而复制，进行目的基因的扩增和表达。5【答案】A【解析】质粒不是细胞器，病毒内无质粒，细菌质粒的复制过程是在宿主细胞内进行的。6【答案】C【解析】质粒是基因工程中常用的运载体，它存在于许多细菌和酵母菌等生物细胞中，是能够自我复制的小型的环状DNA分子。质粒能够“友好”地“借居”在受体细胞中，并能在受体细胞中复制和表达。 7【答案】D【解析】在DNA重组技术中，两个D
23、NA片段问必须有相同的黏性末端才能互补配对，进行结合。而DNA连接酶的作用是催化脱氧核糖与磷酸之间形成磷酸二酯键。8【答案】B【解析】本题考查几种生物技术依据的原理。基因诊断是用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被标记的遗传信息，从而达到检测疾病的目的。用DNA探针还可以检测饮用水中病毒的含量，具体方法是使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来，这种方法具有快速、灵敏的特点。B淋巴细胞与骨髓瘤细胞杂交，属于细胞融合。9【答案】B【解析】限制性核酸内切酶具有专一性，即一种酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点
24、切割DNA分子。10【答案】D【解析】 抗虫作物的推广能提高作物本身的抗虫能力，减少农药用量，减轻农药对环境的污染，也能减少购买农药的费用，但作物的产量不一定明显提高，如种子作物结实率的高低与抗虫性状无直接对应关系。11【答案】A12【答案】D【解析】用基因工程的方法培养的抗虫植物只能杀死害虫；基因工程在畜牧业上应用的主要目的不仅仅是培养体型巨大、品质优良的动物；还有其他的用途；目前基因工程只是实现了一部分药物的生产。13【答案】D【解析】A、B、C三项都是转基因生物可能带来的安全性问题，而D项则是转基因生物对人类有利的实例。二、非选择题：1【答案】（1）提取目的基因 目的基因与运载体结合将目
25、的基因导入受体细胞 目的基因的检测和鉴定（2）复制胰岛素基因mRNA蛋白质 （3）DNA如下图。（4）复制 蛋白质 （5）干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子等 【解析】 目前对糖尿病的治疗，大多采用静脉注射胰岛素的方法，这种激素在人体的胰腺内是由胰岛B细胞产生的。胰岛素的基因工程生产已成为现实，就是将人胰岛素基因导入受体细菌，通过培养这种工程菌来获得胰岛素。2【答案】（1）限制性核酸内切酶和DNA连接酶（2）具有标记基因 能在受体细胞中复制并稳定地保存（3）卡那霉素 （4）放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因（5）非转基因植株 31 100【解析】（1）在基因工程中构建重组质粒时，需用
26、限制性核酸内切酶将目的基因切断，露出黏性末端，并切割质粒使之露出相同的黏性末端。此外，还需用DNA连接酶将目的基因与质粒连接在一起。（2）只有含卡那霉素抗性基因（kanr）即标记基因的土壤农杆菌，才能在特定的选择培养基中生存和繁殖。这既体现了质粒需具有标记基因的特点，又体现了质粒能在受体细胞中复制并稳定保存的特点。（3）C过程的培养基应是选择培养基，通过培养，应将含有卡那霉素抗性基因（kanr）的细胞选择出来，故培养基中应含有卡那霉素。（4）检测再生植株是否含有目的基因抗虫基因，应用放射性同位素（或荧光分子）标记的抗虫基因作为探针，这样易于杂交和检测。（5）转基因植株的卡那霉素抗性基因的传递符合孟德尔遗传规律，说明该基因整合到细胞核中的DNA分子上，且为显性基因。那么，该转基因植株（显性杂合子）与非转基因植物（隐性纯合子）杂交，其后代显性（抗卡那霉素型）与隐性（卡那霉素敏感型）的数量比应为11。该转基因植株（显性杂合子）自交，其后代显性与隐性的数量比为31。在含有卡那霉素的培养基上，只有含抗卡那霉素基因的花药才能生存，则获得的再生植株群体中抗卡那霉素型植株占100。
