2021_2021年新教材高中生物第4章生物技术的安全性与伦理问题阶段复习课学案+练习含解析新人教版选择性必修.doc

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1、生物技术的安全性与伦理问题 知识整合思维脉图 主题归纳能力培优主题一基因工程的操作程序 典题示范某种质粒上有Sal、Hind、BamH三种限制酶切割位点,它们的识别序列和黏性末端各不相同,该质粒同时含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。科学家利用此质粒培育转基因抗盐作物,提高粮食种植面积取得重大进展。其培育过程如图所示,请回答下列问题。 (1)在构建重组质粒时,应选用_两种酶对质粒和含抗盐基因的DNA进行切割,以保证重组质粒序列的唯一性。(2)基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农杆菌,下图表示运用影印培养法(使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法)

2、检测重组质粒是否导入了土壤农杆菌。 培养基除了含有土壤农杆菌生长繁殖必需的成分和琼脂外,培养基A和培养基B分别还要含有_、_。从检测筛选的结果分析,含有目的基因的是_(填数字)菌落中的细菌。(3)为了确定抗盐作物是否培育成功,要用_等方法在分子水平进行检测,还要从个体水平用_(方法)鉴定作物的耐盐性。(4)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整植株需要用组织培养技术,组织培养技术依据的原理是_。(5)将抗盐基因导入作物细胞内,使作物具有了抗盐性状,这种变异类型属于_。【解析】(1)质粒和含有目的基因的外源DNA分子上都含有Sal、Hind 、BamH三种限制酶切割位点,其中BamH的切割位点位于目

3、的基因上,用该酶切割会破坏目的基因;若只用Sal一种限制酶切割可能会导致目的基因与运载体反向连接;因此在构建重组质粒时,应选用Sal和Hind 两种限制酶对质粒和抗盐基因的DNA进行切割,以保证重组质粒序列的唯一性。(2)用Sal和Hind 两种限制酶对质粒进行切割时,会破坏四环素抗性基因,但不会破坏氨苄青霉素抗性基因,因此导入重组质粒的农杆菌能在含有氨苄青毒素的培养基上能生存,但不能在含有四环素培养基上生存,所以培养基A和培养基B分别还含有氨苄青霉素、四环素,含目的基因的是4和6菌落中的细菌。(3)利用PCR可在分子水平上进行检测,除了从分子水平上进行检测,还可以从个体水平上进行鉴定,即用一

4、定浓度的盐水浇灌作物来鉴定作物的耐盐性。(4)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用植物组织培养技术,组织培养技术依据的原理是细胞的全能性。(5)将抗盐基因导入作物细胞内,使作物具有了抗盐性状,这属于基因工程技术,变异类型是基因重组。答案:(1)Sal、Hind (2)氨苄青霉素四环素4和6(3)PCR一定浓度的盐水浇灌作物(将作物移栽到盐碱地中种植)(4)细胞的全能性(5)基因重组【答题关键】基因工程的原理和操作程序:1.基因工程原理:基因重组。2.操作程序: 类题精练1.(2020烟台高二检测)某研究小组计划通过多聚酶链式反应(PCR)扩增获得目的基因,构建转基因工程菌,下列有关P

5、CR扩增过程相关叙述不正确的是()A.为方便构建重组质粒,在引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶位点B.设计引物时需要避免引物之间形成碱基互补配对,而造成引物自连C.PCR扩增时,复性时温度的设定与引物长度、碱基组成无关D.如果PCR反应得不到任何扩增产物,则需要降低退火温度或重新设计引物【解析】选C。构建重组质粒,首先要用限制性内切核酸酶切割含目的基因的DNA片段和质粒,所以位于目的基因两端的引物中需要增加适当的限制性内切核酸酶位点,A正确;设计的引物之间不能有碱基互补配对,否则会导致引物自连,而不能与模板相连,B正确;PCR扩增时,复性时温度的设定与引物长度、碱基组成有关,因为不同长度和碱

6、基组成的引物中氢键数量不同,C错误;PCR反应得不到任何扩增产物,可能是退火温度过高,导致引物与模板不能相连;或引物间相互配对,引物自连,不能与模板相连,可通过降低退火温度或重新设计引物进行改进,D正确。2.B基因存在于水稻基因组中,仅在体细胞和精子中正常表达,在卵细胞中不转录。为研究B基因表达对卵细胞的影响,设计了如下实验来获取能够在卵细胞中表达B基因的转基因植株。下列关于该实验的叙述,不正确的是() 注:启动子指可在水稻卵细胞中启动转录的启动子;Luc基因表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光。A.B基因在水稻卵细胞中不转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中无法启动转录B.可从水稻体细胞和精子中

7、提取mRNA构建cDNA文库,从中获得B基因中编码蛋白的序列C.过程在培养基中应加入卡那霉素以检测T-DNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上D.在鉴定和筛选转基因植株时,可以检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光【解析】选C。启动子是与RNA聚合酶结合并能启动mRNA合成的序列,所以B基因在水稻卵细胞中不能转录,可能是B基因的启动子在卵细胞中无法启动转录,A正确;目的基因获取途径之一就是从cDNA文库中获得,B正确;检测T-DNA是否整合到水稻细胞染色体DNA上,应该用PCR等,C错误;由于基因表达载体上有Luc基因,其表达的荧光素酶能催化荧光素产生荧光,所以在鉴定和筛选转基因植株时,可以

8、检测加入荧光素的该植株卵细胞中是否发出荧光,D正确。主题二基因工程与蛋白质工程 典题示范干扰素是动物体内合成的一种蛋白质,可以用于治疗病毒感染和癌症,但体外保存相当困难,如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸,就可以在-70 条件下保存半年,给广大患者带来了福音。(1)蛋白质的合成是受基因控制的,因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键,依据蛋白质工程原理,设计实验流程,让动物生产“可以保存的干扰素”: (2)基因工程和蛋白质工程相比较,基因工程在原则上只能生产_的蛋白质,不一定符合_的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过_或_,对现有蛋

9、白质进行_,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活需要。(3)蛋白质工程实施的难度很大,原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。(4)对天然蛋白质进行改造,应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现?_。原因是_。【解析】(1)蛋白质工程的基本途径是: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)基因工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质,但不一定能满足人们生产和生活的需要;蛋白质工程的定义是:以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或

10、制造一种新的蛋白质,以满足人类对生产和生活的需求。(3)蛋白质是大分子化合物,具有十分复杂的空间结构。(4)对天然蛋白质的改造,应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造,原因有以下几个方面:任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因也就是对蛋白质进行了改造;改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传下去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子也无法遗传;对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作,难度要小得多。答案:(1)预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列(基因) (2)自然界已存在 人类生产和生活 基因修饰 基因合成 改造 (3)空

11、间(或高级)(4)应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造首先,任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因也就是改造了蛋白质,并且改造过的蛋白质可以通过改造过的基因遗传给下一代。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传;其次,对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作,难度要小得多【答题关键】蛋白质工程和基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程过程预期蛋白质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获得所需要的蛋白质获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的

12、遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品结果可生产自然界没有的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程基础上,延伸出来的第二代基因工程;基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造类题精练1.科研人员利用相关技术改变了胰岛素B链的第9位氨基酸,从而避免了胰岛素结合成无活性的二聚体形式。下列相关叙述中,不正确的是()A.胰岛素的本质是蛋白质,不宜口服B.可通过测定DNA的序列确定突变是否成功C.对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程D.该过程的操作对象是胰岛素分子【解析】选D。胰岛素的本质是蛋白质,只能注射,不宜口服,A正确;可通过测定DNA的序列确定突变是否成功,B

13、正确;通过改变氨基酸对胰岛素结构的改造属于蛋白质工程,C正确;蛋白质工程属于基因工程,蛋白质工程的操作对象是基因,D错误。2.某种植物甲的A基因编码的蛋白质富含赖氨酸,科研人员欲通过转基因技术培育富含赖氨酸的玉米,提高玉米的营养价值。请回答下列问题:(1)从植物甲提取相关的_后,通过逆转录技术合成cDNA片段,利用_技术扩增目的基因。(2)直接导入的cDNA无法在玉米细胞内正常表达,原因是基因表达载体缺少_(答出一点即可)。(3)将重组的目的基因导入玉米的薄壁组织,这些细胞可在含_(填植物激素)的培养基上诱导培养,形成愈伤组织。挑取部分愈伤组织,用_技术,检测目的基因是否导入玉米细胞并转录。(

14、4)改造玉米的B基因也可能产生富含赖氨酸的蛋白质,具体的思路是先设计预期的蛋白质结构,其次推测出多肽链中的_,再在B基因上改造对应的_。【解析】(1)从植物甲中获取目的基因的方法为:从植物甲提取A基因的mRNA后,通过逆转录技术合成cDNA片段,利用PCR技术扩增目的基因。(2)直接导入的cDNA由于缺少相关的启动子(或终止子),故无法在玉米细胞内正常表达,所以构建的基因表达载体必须包含相关的启动子(或终止子)。(3)将重组的目的基因导入玉米的薄壁组织,将这些细胞在含有生长素和细胞分裂素的培养基上进行诱导培养,形成愈伤组织。为了检测愈伤组织细胞中的目的基因是否成功导入并转录,需要用分子杂交技术来实现。(4)如果对玉米的B基因进行改造也可能产生富含赖氨酸的蛋白质,具体的思路是先设计预期的蛋白质结构,其次推测出多肽链中的氨基酸序列,然后推测出相关的脱氧核苷酸序列,进而根据该序列对B基因中相应的脱氧核苷酸序列进行改造。答案:(1)mRNAPCR(2)启动子(或终止子)(3)生长素和细胞分裂素分子杂交(4)氨基酸序列脱氧核苷酸序列- 8 -