（新教材）人教版生物選擇性必修三學(xué)案第4章生物技術(shù)的安全性與倫理問題階段復(fù)習(xí)課

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(2)基因工程中的檢測篩選是一個(gè)重要的步驟。為篩選出導(dǎo)入了重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌,下圖表示運(yùn)用影印培養(yǎng)法(使一系列培養(yǎng)皿的相同位置上能出現(xiàn)相同菌落的一種接種培養(yǎng)方法)檢測重組質(zhì)粒是否導(dǎo)入了土壤農(nóng)桿菌。培養(yǎng)基除了含有土壤農(nóng)桿菌生長繁殖必需的成分和瓊脂外,培養(yǎng)基A和培養(yǎng)基B分別還要含有____________、______________。從檢測篩選的結(jié)果分析,含有目的基因的是______________(填數(shù)字)菌落中的細(xì)菌。

(3)為了確定抗鹽作物是否培育成功,要用____________等方法在分子水平進(jìn)行檢測,還要從個(gè)體水平用____________________(方法)鑒定作物的耐鹽性。

(4)將轉(zhuǎn)入抗鹽基因的煙草細(xì)胞培育成完整植株需要用組織培養(yǎng)技術(shù),組織培養(yǎng)技術(shù)依據(jù)的原理是________________________。

(5)將抗鹽基因?qū)胱魑锛?xì)胞內(nèi),使作物具有了抗鹽性狀,這種變異類型屬于____________。

【解析】(1)質(zhì)粒和含有目的基因的外源DNA分子上都含有SalⅠ、HindⅢ、BamHⅠ三種限制酶切割位點(diǎn),其中BamHⅠ的切割位點(diǎn)位于目的基因上,用該酶切割會破壞目的基因;若只用SalⅠ一種限制酶切割可能會導(dǎo)致目的基因與運(yùn)載體反向連接;因此在構(gòu)建重組質(zhì)粒時(shí),應(yīng)選用SalⅠ和HindⅢ兩種限制酶對質(zhì)粒和抗鹽基因的DNA進(jìn)行切割,以保證重組質(zhì)粒序列的唯一性。(2)用SalⅠ和HindⅢ兩種限制酶對質(zhì)粒進(jìn)行切割時(shí),會破壞四環(huán)素抗性基因,但不會破壞氨芐青霉素抗性基因,因此導(dǎo)入重組質(zhì)粒的農(nóng)桿菌能在含有氨芐青毒素的培養(yǎng)基上能生存,但不能在含有四環(huán)素培養(yǎng)基上生存,所以培養(yǎng)基A和培養(yǎng)基B分別還含有氨芐青霉素、四環(huán)素,含目的基因的是4和6菌落中的細(xì)菌。(3)利用PCR可在分子水平上進(jìn)行檢測,除了從分子水平上進(jìn)行檢測,還可以從個(gè)體水平上進(jìn)行鑒定,即用一定濃度的鹽水澆灌作物來鑒定作物的耐鹽性。(4)將轉(zhuǎn)入抗鹽基因的煙草細(xì)胞培育成完整的植株需要用植物組織培養(yǎng)技術(shù),組織培養(yǎng)技術(shù)依據(jù)的原理是細(xì)胞的全能性。(5)將抗鹽基因?qū)胱魑锛?xì)胞內(nèi),使作物具有了抗鹽性狀,這屬于基因工程技術(shù),變異類型是基因重組。答案:(1)SalⅠ、HindⅢ(2)氨芐青霉素四環(huán)素4和6(3)PCR一定濃度的鹽水澆灌作物(將作物移栽到鹽堿地中種植)(4)細(xì)胞的全能性(5)基因重組【答題關(guān)鍵】基因工程的原理和操作程序:1.基因工程原理:基因重組。2.操作程序:類題精練1.(2020·煙臺高二檢測)某研究小組計(jì)劃通過多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增獲得目的基因,構(gòu)建轉(zhuǎn)基因工程菌,下列有關(guān)PCR擴(kuò)增過程相關(guān)敘述不正確的是 ()A.為方便構(gòu)建重組質(zhì)粒,在引物中需要增加適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切核酸酶位點(diǎn)B.設(shè)計(jì)引物時(shí)需要避免引物之間形成堿基互補(bǔ)配對,而造成引物自連C.PCR擴(kuò)增時(shí),復(fù)性時(shí)溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成無關(guān)D.如果PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物,則需要降低退火溫度或重新設(shè)計(jì)引物【解析】選C。構(gòu)建重組質(zhì)粒,首先要用限制性內(nèi)切核酸酶切割含目的基因的DNA片段和質(zhì)粒,所以位于目的基因兩端的引物中需要增加適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切核酸酶位點(diǎn),A正確;設(shè)計(jì)的引物之間不能有堿基互補(bǔ)配對,否則會導(dǎo)致引物自連,而不能與模板相連,B正確;PCR擴(kuò)增時(shí),復(fù)性時(shí)溫度的設(shè)定與引物長度、堿基組成有關(guān),因?yàn)椴煌L度和堿基組成的引物中氫鍵數(shù)量不同,C錯(cuò)誤;PCR反應(yīng)得不到任何擴(kuò)增產(chǎn)物,可能是退火溫度過高,導(dǎo)致引物與模板不能相連;或引物間相互配對,引物自連,不能與模板相連,可通過降低退火溫度或重新設(shè)計(jì)引物進(jìn)行改進(jìn),D正確。2.B基因存在于水稻基因組中,僅在體細(xì)胞和精子中正常表達(dá),在卵細(xì)胞中不轉(zhuǎn)錄。為研究B基因表達(dá)對卵細(xì)胞的影響,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來獲取能夠在卵細(xì)胞中表達(dá)B基因的轉(zhuǎn)基因植株。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的敘述,不正確的是 ()注:啟動子﹡指可在水稻卵細(xì)胞中啟動轉(zhuǎn)錄的啟動子;Luc基因表達(dá)的熒光素酶能催化熒光素產(chǎn)生熒光。A.B基因在水稻卵細(xì)胞中不轉(zhuǎn)錄,可能是B基因的啟動子在卵細(xì)胞中無法啟動轉(zhuǎn)錄B.可從水稻體細(xì)胞和精子中提取mRNA構(gòu)建cDNA文庫,從中獲得B基因中編碼蛋白的序列C.過程②在培養(yǎng)基中應(yīng)加入卡那霉素以檢測T-DNA是否整合到水稻細(xì)胞染色體DNA上D.在鑒定和篩選轉(zhuǎn)基因植株時(shí),可以檢測加入熒光素的該植株卵細(xì)胞中是否發(fā)出熒光【解析】選C。啟動子是與RNA聚合酶結(jié)合并能啟動mRNA合成的序列,所以B基因在水稻卵細(xì)胞中不能轉(zhuǎn)錄,可能是B基因的啟動子在卵細(xì)胞中無法啟動轉(zhuǎn)錄,A正確;目的基因獲取途徑之一就是從cDNA文庫中獲得,B正確;檢測T-DNA是否整合到水稻細(xì)胞染色體DNA上,應(yīng)該用PCR等,C錯(cuò)誤;由于基因表達(dá)載體上有Luc基因,其表達(dá)的熒光素酶能催化熒光素產(chǎn)生熒光,所以在鑒定和篩選轉(zhuǎn)基因植株時(shí),可以檢測加入熒光素的該植株卵細(xì)胞中是否發(fā)出熒光,D正確。主題二基因工程與蛋白質(zhì)工程典題示范干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì),可以用于治療病毒感染和癌癥,但體外保存相當(dāng)困難,如果將其分子中的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸,就可以在-70℃條件下保存半年(1)蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的,因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵,依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程,讓動物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”:(2)基因工程和蛋白質(zhì)工程相比較,基因工程在原則上只能生產(chǎn)____________的蛋白質(zhì),不一定符合__________的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系為基礎(chǔ),通過____________或____________,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行______________,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活需要。

(3)蛋白質(zhì)工程實(shí)施的難度很大,原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的____________結(jié)構(gòu)。

(4)對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)?__________________________________。原因是________________________________________________________。

【解析】(1)蛋白質(zhì)工程的基本途徑是:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)。(2)基因工程只能生產(chǎn)自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì),但不一定能滿足人們生產(chǎn)和生活的需要;蛋白質(zhì)工程的定義是:以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過化學(xué)、物理和分子生物學(xué)的手段進(jìn)行基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。(3)蛋白質(zhì)是大分子化合物,具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。(4)對天然蛋白質(zhì)的改造,應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造,原因有以下幾個(gè)方面:①任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,改造了基因也就是對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造;②改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造,即使改造成功,被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳;③對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作,難度要小得多。答案:(1)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的氨基酸序列相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)(2)自然界已存在人類生產(chǎn)和生活基因修飾基因合成改造(3)空間(或高級)(4)應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造首先,任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,改造了基因也就是改造了蛋白質(zhì),并且改造過的蛋白質(zhì)可以通過改造過的基因遺傳給下一代。如果對蛋白質(zhì)直接改造,即使改造成功,被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳;其次,對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作,難度要小得多【答題關(guān)鍵】蛋白質(zhì)工程和基因工程的比較項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程基因工程過程預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列→獲得所需要的蛋白質(zhì)獲取目的基因→構(gòu)建基因表達(dá)載體→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定實(shí)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上,延伸出來的第二代基因工程;②基因工程中所利用的某些酶需要通過蛋白質(zhì)工程進(jìn)行修飾、改造類題精練1.科研人員利用相關(guān)技術(shù)改變了胰島素B鏈的第9位氨基酸,從而避免了胰島素結(jié)合成無活性的二聚體形式。下列相關(guān)敘述中,不正確的是 ()A.胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì),不宜口服B.可通過測定DNA的序列確定突變是否成功C.對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程D.該過程的操作對象是胰島素分子【解析】選D。胰島素的本質(zhì)是蛋白質(zhì),只能注射,不宜口服,A正確;可通過測定DNA的序列確定突變是否成功,B正確;通過改變氨基酸對胰島素結(jié)構(gòu)的改造屬于蛋白質(zhì)工程,C正確;蛋白質(zhì)工程屬于基因工程,蛋白質(zhì)工程的操作對象是基因,D錯(cuò)誤。2.某種植物甲的A基因編碼的蛋白質(zhì)富含賴氨酸,科研人員欲通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育富含賴氨酸的玉米,提高玉米的營養(yǎng)價(jià)值。請回答下列問題:(1)從植物甲提取相關(guān)的______________后,通過逆轉(zhuǎn)錄技術(shù)合成cDNA片段,利用______________技術(shù)擴(kuò)增目的基因。

(2)直接導(dǎo)入的cDNA無法在玉米細(xì)胞內(nèi)正常表達(dá),原因是基因表達(dá)載體缺少____________(答出一點(diǎn)即可)。

(3)將重組的目的基因?qū)胗衩椎谋”诮M織,這些細(xì)胞可在含______________(填植物激素)的培養(yǎng)基上誘導(dǎo)培養(yǎng),形成愈傷組織。挑取部分愈傷組織,用____________技術(shù),檢測目的基因是否導(dǎo)入玉米細(xì)胞并轉(zhuǎn)錄。

(4)改造玉米的B基因也可能產(chǎn)生富含賴氨酸的蛋白質(zhì),具體的思路是先設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),其次推測出多肽鏈中的______________,再在B基因上改造對應(yīng)的________________________。

【解析】(1)從植物甲中獲取目的基因的方法為:從植物甲提取A基因的mRNA后,通過逆轉(zhuǎn)錄技術(shù)合成cDNA片段,利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的基因。(2)直接導(dǎo)入的cDNA由于缺少相關(guān)的啟動子(或終止子),故無法在玉米細(xì)胞內(nèi)正常表達(dá),所以構(gòu)建的基因表達(dá)載體必須包含相關(guān)的啟動子(或終止子)。(3)將重組的目的基因?qū)胗衩椎谋”诮M織,將這些細(xì)胞在含有生長