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第26课时 基因工程及其应用
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基础梳理
一、基因工程的原理
1、基因工程最基本的工具有“基因的剪刀”——________________，“基因的针线”——_______________，基因的运载体。
2、目前常用的运载体有质粒、_____________和________________等。其中质粒是存在于_________和____ _________等细胞中的________________。
3、基因工程的操作包括四个步骤，依次是______________ ________________、_________________________________、_______________________、__________________________。
二、基因工程的应用
1、利用基因工程，可培育出高产、稳产和具有优良性状的农作物，以及各种____________的作物新品种。
2、转基因抗虫棉的外源抗虫基因来自于______________ _____。转基因抗虫作物的使用，不仅减少了_____________ _______，大大降低了______________，而且还减少了农药对环境的影响。
3、利用基因工程生产药物，一般是将相关基因转入到________________________中实现的。
4、基因工程还能用于环境保护，如利用转基因的细菌降解___________________，吸收_______________，分解石油污染，处理工业废水等。
考点突破
考点一、基因工程的原理
1、基因工程的基本工具
（1）限制性核酸内切酶，简称为限制酶。限制酶比普通的酶具有更强的专一性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。限制酶识别的序列很特别，由于DNA分子的结构具有反向平行的特点，被限制酶识别的位点DNA两条链的碱基序列是相同的：
如EcoRⅠ酶识别GAATTC序列，并且G和A之间切开，从示意图中看，链1的序列是GAATTC（从左到右），链2的序列也是GAATTC（从右到左）。
（2）DNA连接酶，黏性末端的碱基可以通过互补配对形成氢键，但断口处的磷酸和脱氧核糖需要DNAl连接酶相连。因此，DNA连接酶的作用位置和DNA聚合酶相似，都是连接磷酸和脱氧核糖，所不同的是，DNA聚合酶是将一个脱氧核苷酸连接到复制过程中形成的子链上，而DNA连接酶是将两个DNA分子两条链相连。
（3）基因的运载体，最常用的是质粒，也可以用噬菌体或动植物病毒。质粒上有很多重要基因，在基因工程中，重要的基因有抗生素的抗性基因（作为标记基因）和控制质粒转移的基因，这是重组质粒能进入受体细胞的前提。
例1、某DNA分子中含有某限制酶的一个识别序列，用该限制酶切割该DNA分子，可能形成的两个DNA片段是
片段1 片段2
① ┬┬┬G┴┴┴C—C—T—A—G A—G—C—T—T┬┬┬A┴┴┴
② ┬┬┬G—G┴┴┴C—C A—T┬┬┬T—A┴┴┴
③ ┬┬┬A—G┴┴┴T—C C—T┬┬┬G—A┴┴┴
④ ┬┬┬G┴┴┴C—T—T—A—A A—A—T—T—C┬┬┬G┴┴┴
A ①② B ③④ C ①④ D ②③
【解析】一种限制酶应识别两条链上的相同序列，并且在相同的位置切开。①②不符合，两条链的序列不同，切点也不同。③④符合：③的识别序列是AGCT，切点在G—C之间，④的识别序列是GAATTC，切点在G和A之间。
【答案】B
变式1、下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是
供体 剪刀 针线 运载体 受体
A 质粒 限制性内切酶 DNA连接酶 提供目的基因的生物 大肠杆菌等
B 提供目的基因的生物 DNA连接酶 限制性内切酶 质粒 大肠杆菌等
C 提供目的基因的生物 限制性内切酶 DNA连接酶 质粒 大肠杆菌等
D 大肠杆菌等 DNA连接酶 限制性内切酶 提供目的基因的生物 质粒
【解析】供体是提供目的基因的生物，剪刀是限制性内切酶，针线是DNA连接酶，运载体是质粒，受体是相应的细胞。
【答案】C
2、基因工程操作的基本步骤
（1）提取目的基因。最常用的方法是从细胞中取出DNA（关于选修三的内容，必修部分不作要求）同时从细菌中取出质粒。
（2）目的基因与运载体结合。用同种限制酶切割质粒及目的基因所在的DNA分子，使它们形成相同的黏性末端，用DNA连接酶将二者相连形成重组质粒（或称为重组DNA分子）。
（3）将目的基因导入受体细胞。（不同的受体细胞采用不同的方法手段）
（4）目的基因的检测与鉴定。需要掌握目的基因成功表达的标志是合成相应的蛋白质，检测方法需要掌握从个体水平上检测，如抗虫棉的个体水平检测方法是让棉铃虫吞食棉花叶片，观察是害虫是否死亡，若死亡，则转基因成功，已合成毒蛋白，若害虫没有死亡，则证明转基因没有成功，可能是目的基因没有导入，也可能是导入后没有表达。
例2、利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列各项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是
A．棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因
B．大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNA
C．山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列
D．酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白
【解析】目的基因的表达是指在受体细胞中产生了目的基因所控制的蛋白质。
【答案】D
变式2人类利用基因工程的方法培育出抗虫棉，以下说法正确的是
A 苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞中表达
B 抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状稳定遗传下去
C 标记基因的作用是便于鉴别受体细胞中是否含有目的基因
D 转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫
【解析】目的基因与载体结合后，还需要对其进行进一步处理，以构建成基因表达载体；导入受体细胞后，只有结合在染色体上，才可能稳定遗传下去；抗性的产生与是否抗虫没有关系，种植抗虫棉，害虫中仍然有抗性个体。
【答案】C
考点二、基因工程的应用
在必修复习中，对基因工程的应用要掌握转基因抗虫棉的培育和利用基因工程生产胰岛素的两个实例，从而了解基因工程在农牧业中的应用。
1、抗虫转基因作物的培育
目的基因来源：苏云金杆菌的毒蛋白基因
毒蛋白的作用特点：能使棉铃虫等鳞翅目昆虫瘫痪致死，而对人等高等动物没有影响
转基因作用类型：抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻和抗虫棉等
种植转基因抗虫植物的优点：减少农药的使用量，降低生产成本，减少了农药对环境的污染
种植转基因抗虫作用的潜在危险：抗虫基因可能随花粉传播，造成基因污染
2、其它转基因作物
耐贮存的蕃茄，耐盐碱的棉花，抗除草剂的玉米、油菜、大豆
3、转基因动物
转基因奶牛（使牛奶中乳糖的结构和含量和人乳相似），超级绵羊（将牛的生长激素基因导入绵羊细胞，使绵羊的体型比正常大50%，生长速度快30%）
4、基因工程药品
（1）基因工程胰岛素：将人的胰岛素基因导入到大肠杆菌中，培养大肠杆菌，从培养液中提取胰岛素
（2）基它药品：干扰素、白细胞介素（这两种都是淋巴因子），溶血栓剂、凝血因子，疫苗（乙肝疫苗、霍乱疫苗、伤寒疫苗、疟疾疫苗）
5、用于环境保护
主要是培育转基因细菌，使细菌能速高效地分解有毒污染物或吸收重金属盐离子。
例3、运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白质，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，据以上信息，下列叙述正确的是
A、Bt基因的化学成分是蛋白质
B、Bt基因中有菜青虫的遗传物质
C、转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因
D、转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
【解析】Bt基因和其它基因一样，是由脱氧核苷酸组成的DNA片段，Bt基因是外源基因，不含油菜的任何基因，但转基因油菜中含有Bt基因，能产生杀虫蛋白就是由于bt基因的存在，杀虫蛋白是蛋白质，是有机物。
【答案】C
变式3、下列关于基因工程的有关说法，正确的是
①用基因工程方法培育的抗虫植物能抗病毒 ②基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培育各种品质优良的动物 ③利用基因工程生产胰岛素时，可以使用反转录法得到胰岛素基因，反转录所需的mRNA可以人体任何细胞提供 ④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
A.①② B.③④
C.②③ D.②④
【解析】抗虫和抗病毒的原理不同，抗虫植物不能抗病毒，反之，抗病毒植物也不能抗虫；由于基因的选择性表达，mRNA只在特定细胞中出现。
【答案】D
课时作业
1、下列有关基因操作的工具的说法，正确的是
A限制性内切酶是作用于DNA的酶，其化学本质是RNA
B一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，并在特定位置进行切割
C一个DNA分子用不同的限制酶处理，得到的黏性末端一定不同
D在DNA连接酶的催化下，可以形成磷酸二脂键，因此DNA连接酶和DNA聚合酶的作用完全相同
【解析】限制酶的化学本质仍是蛋白质，不同的限制酶处理，可以得到相同的黏性末端。
【答案】B
2、下列有关基因工程操作的顺序组合中正确的是（ ）
①目的基因的检测和鉴定②目的基因与运载体的结合
③将目的基因导入受体细胞④提取目的基因
A①②③④ B④③②① C④②③① D③④②①
【答案】C
3.目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基因抗虫棉，以下说法正确的是（ ）
A．苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进入棉花的叶肉细胞表达
B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精的方法，使抗虫性状遗传下去
C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基因
D．转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这样可以有效消灭棉铃虫
【答案】C
4、科学家将DNA连接酶基因大量注入牛的受精卵细胞中，结果在该受精卵发育成雌牛后，从其乳汁中获得了大量的DNA连接酶，在该牛乳腺细胞中，与DNA连接酶的合成和分泌直接有关的细胞器是（ ）
A线粒体、高尔基体B核糖体、高尔基体
C核糖体、内质网D内质网、线粒体
【解析】合成由核糖体完成，分泌最终由高尔基体实现。
5.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质，下列叙述不正确的是（ ）
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒
B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶
C.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D.导入大肠杆菌的目的基因不一定成功表达
【解析】限制性核酸内切酶具有特异性，能识别特定的序列，并在特定的位点切割，切割后留下两个黏性末端，目的基因要连接到质粒上，需要用相同的限制性核酸内切酶处理；DNA连接酶和限制性核酸内切酶构建重组质粒，RNA聚合酶的功能是催化DNA转录为RNA，不是重组质粒必需的工具酶；目的基因的检测是利用质粒上的标记基因，如质粒中含有抗青霉素基因，将用该质粒做运载体的生物放在带有青霉素的培养基中培养。若有抗性，说明导入成功；目的基因导入受体细胞后，表达不一定能成功，有时还需对目的基因进行修饰。
【答案】B
6.下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（ ）
①利用杂交技术培育出超级水稻②通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒③通过体细胞克隆技术培养出克隆牛④将苏云金杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉⑤将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病⑥用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄
A.①③⑤B.①②④
C.①④⑤D.①②⑥
【解析】通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒属于太空育种，其原理为基因突变；通过体细胞克隆技术培养出克隆牛属于无性生殖，应用的原理是细胞核的全能性；用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄应用的是生长素的生理作用。
【答案】C
7.如图表示某种农作物品种①和②培育出⑥的几种方法，有关说法错误的是（ ）
A.经过Ⅲ培育形成④常用的方法是花药离体培养
B.过程Ⅵ常用一定浓度的秋水仙素处理④的幼苗
C.由品种①直接形成⑤的过程必须经过基因突变
D.由品种①和②培育能稳定遗传的品种⑥的最快途径是Ⅰ→Ⅴ
【解析】品种①的基因型为AABB，品种②的基因型为aabb，要培育出基因型为AAbb的品种⑥最快的途径应为单倍体育种，所以应为途径Ⅰ→Ⅲ→Ⅵ，而Ⅰ→Ⅴ途径获得的子代中既有纯合体又有杂合体，还需要不断的连续自交进行筛选才能获得需要的品种⑥。
【答案】D
8.下列关于作物育种的叙述，正确的是（ ）
A.把两个小麦优良性状结合在一起常采用植物体细胞杂交技术
B.改良缺乏某种抗病性的水稻品种常采用单倍体育种
C.培育无子西瓜可用适宜浓度的生长素处理三倍体西瓜雌蕊柱头
D.袁隆平培育的高产、抗逆性强的杂交水稻是基因突变的结果
【解析】选项A常采用杂交育种，选项B常采用基因工程，选项D应该是基因重组，选项C一般采用花粉刺激，如果用生长素处理亦能达到目的。
【答案】C
9.假设A、b代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。现有AABB、aabb两个品种，为培育出优育品种AAbb，可采用的方法如图所示，有关叙述不正确的是（ ）
A.由品种AABB、aabb经过①、②、③过程培育出新品种的育种方式称为杂交育种
B.基因型为Aabb的类型经过过程③，子代中AAbb与aabb的数量比是1∶1
C.与过程①②③的育种方法相比，过程⑤⑥的优势是明显缩短了育种年限
D.过程④在完成目的基因和运载体的结合时，必须用到的工具酶是限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体
【解析】AABB、aabb经过①、②、③过程培育出新品种称为杂交育种，过程⑤⑥为单倍体育种。与杂交育种方法相比，单倍体育种可明显缩短育种年限。过程④为基因工程育种，必须用到的工具酶有限制性核酸内切酶、DNA连接酶，而运载体是将目的基因导入受体细胞时用到的运输工具，不属于工具酶。
【答案】D
10.双子叶植物大麻(2N＝20)为雌雄异株，性别决定为XY型，若将其花药离体培养，再将幼苗用秋水仙素处理，所得植株的染色体组成应是（ ）
A.18＋XX或18＋YYB.18＋YY
C.9＋X或9＋YD.18＋XY
【解析】由题意得花药的染色体组成是9＋X或9＋Y，经培养且用秋水仙素处理后染色体数目加倍，所以得到的植株的染色体组成是18＋XX或18＋YY。
【答案】A
11.科学家在水稻中发现了GIF1基因，该基因的表达产物能催化淀粉的生成，当该基因出现突变时，水稻则无法长出正常籽粒。
（1）上述资料表明，基因可通过____________________，进而控制生物性状。
（2）水稻的早熟（D）对晚熟（d）为显性，抗病（R）对易感病（r）为显性，两对相对性状独立遗传。现将早熟易感病和晚熟抗病两个纯种植株杂交，得到F1。F1自交，获得F2植株1616株，理论上早熟抗病植株有_________________株，其中杂合子占________________。
（3）要想在较短时间内培育出早熟抗病的新品种，最佳的育种方法是________________________。
【解析】虽然本题考到基因控制性状，但未进行基因工程，还是按照常规的基因突变问题解决。
【答案】（1）生物体的性状
（2）909 8/9
（3）单倍体育种
12.下表为4个不同小麦杂交组合及其子代的表现型和植株数目，其中抗病性用A、a表示，抗盐性用B、b表示。据表推断
组合序号] 亲本 子代的表现型和植株数目
抗病抗盐 抗病不抗盐 易感病抗盐 易感病不抗盐
父本 母本
一 易感病、不抗盐 抗病、抗盐 145 0 110 0
二 易感病、不抗盐 易感病、抗盐 0 0 414 0
三 抗病、抗盐 抗病、不抗盐 0 422 0 130
四 抗病、抗盐 易感病、不抗盐 0 184 0 182
(1)在小麦抗病与易感病这对性状中，_____________是显性性状；抗盐与不抗盐这对相对性状的遗传属于________________。现有抗病不抗盐和易感病抗盐植株，要通过杂交培育抗病抗盐植株，则应选择___________________为母本，__________________为父本。
(2)现有多株抗病抗盐小麦，若想鉴定并保留纯合品系，最好采用的交配方式是_______________。
(3)若通过基因工程将该抗病基因转入棉花体细胞内，通常采用土壤农杆菌的质粒作为____________，该过程需要用到的工具酶有_______________和_______________；将导入抗病基因的棉花细胞培养成抗病植株，需要采用的技术手段是_____________。
【解析】由于第三组合两亲本均抗病而后代出现感病类型可知抗病为显性性状而感病为隐性性状；从上表四组组合来分析，抗盐与不抗盐这对性状在遗传上表现为母系遗传，因此为细胞质遗传；通过杂交育种培育抗病抗盐植株，应选择易感病抗盐植株为母本，抗病不抗盐植株为父本。小麦为自花传粉植物，因此鉴定并保留纯合品系最好为自交。植物基因工程常用土壤农杆菌的质粒为运载体，该工程需要限制性核酸内切酶与DNA连接酶。受体细胞获得外源基因后，需要再经植物组织培养技术才能培育出转基因植物。
【答案】(1)抗病细胞质遗传易感病抗盐植株抗病不抗盐植株(2)自交(3)运载体限制性核酸内切酶DNA连接酶植物组织培养
第八单元 现代生物进化理论
课标考纲要求
课标要求 考纲说明
说明现代生物进化理论的主要内容概述生物进化与生物多样性的形成探讨生物进化观点对人们思想观念的影响 辨别拉马克与达尔文进化学说的异同概述达尔文自然选择学说的主要观点评述拉马克和达尔文进化学说的局限性说明现代生物进化理论的主要内容阐明种群、物种、基因库、基因频率、基因型频率、隔离、共同进化的概念解释生物多样性形成的原因
考纲分析解读和复习指导
本专题理论性强，是生物学理论知识中不可缺少的部分。但从高考命题的角度看，生物进化理论是高考的冷点内容之一，因此本专题的复习，不必拓展加深，了解生物进化理论的基础知识，但要全面了解拉马克的用进废退学说、达尔文的自然选择学说和现代生物进化理论的主要观察，批判性的接受拉马克和达尔文的进化观点。
现代生物进化理论中的名词概念是需要重点分析的，建议列表比较这些概念。能用现代生物进化理论解释生物的进化和物种多样性的形成，对于不同情况下基因频率的计算是本单元复习的难点，特别是教材中探究自然选择对种群基因频率变化的影响中的实例计算，要在理解的基础上掌握它的计算方法

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