高中生物第3单元遗传与变异的分子基础第2章基因对性状的控制第4节第5节人类基因组计划学案中图版必修.docx
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高中生物第3单元遗传与变异的分子基础第2章基因对性状的控制第4节第5节人类基因组计划学案中图版必修
第四节 转基因生物和转基因食品
第五节 人类基因组计划
1．概述重组DNA技术的步骤和应用。
（重难点）
2．关注转基因生物和转基因食品的安全性。
（重点）
3．掌握核基因组、线粒体基因组等基因组的含义。
（重点）
转基因生物和转基因食品
1．重组DNA技术
（1）概念：
又称转基因技术，指利用分子生物学和基因工程的手段，将某种生物的基因转移到其他生物物种中，使其出现原物种不具有的新性状的技术。
（2）操作步骤：
获取目的基因：
利用限制性内切酶从目的基因所在的生物的体细胞中直接提取，或利用mRNA逆转录等方法人工合成
↓
体外重组DNA分子：
将外源DNA插入载体，将两种DNA分子连接起来
↓
重组DNA分子导入受体细胞：
利用显微注射等方法导入
↓
筛选和鉴定：
目的是获得能够表达所需遗传性状或所需产物的受体细胞
（3）意义：
实现了种间遗传物质的转移，并能将获得的新性状稳定地遗传给后代。
2．转基因生物和转基因食品
（1）转基因生物：
由于目的基因的导入，引起原有遗传物质组成改变的生物。
（2）转基因食品：
用转基因生物生产或制造的食品、食品原料以及食品添加剂等。
（3）转基因生物可能带来的风险主要表现在：
①造成遗传多样性的降低。
②产生超级病毒。
③对地球化学循环产生重要影响。
（4）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。
[合作探讨]
探讨1：
转基因生物具有了新的性状，从变异来源上属于哪一类？
提示：
基因重组。
探讨2：
把一种生物的基因植入另一种生物体内后，该基因为什么能表达？
提示：
因为不同生物基因的物质组成相同、空间结构相同，且所有生物在表达过程中共用一套密码子。
探讨3：
种植抗虫棉可以减少农药的使用量，减少环境污染，那么对环境有没有负面影响呢？
提示：
转基因生物可能对生物的多样性、生态环境和人类健康构成威胁。
[思维升华]
1．转基因技术
技术原理
不同生物之间的基因重组
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
操作步骤
获取目的基因
↓
体外重组DNA分子
↓
重组DNA导入受体细胞
↓
筛选和鉴定
结果
人类需要的基因产物或生物类型
优点
可定向改造生物的遗传性状
2.基因工程的应用
（1）作物育种：
利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种，如抗虫棉等。
（2）药物研制：
利用基因工程的方法，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。
（3）环境保护：
如利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。
3．转基因生物的优缺点
优点
缺点
①解决粮食短缺问题；
②大大减少农药的使用量，减少环境污染；
③增加食物营养，提高附加值；
④增加食物种类，提升食物品质；
⑤提高生产效率，带动相关产业发展
①可能出现新的过敏原或重组形成新病毒；
②可能产生抗除草剂的杂草；
③可能使疾病的传播跨越物种障碍；
④可能会损害生物多样性；
⑤可能会对人类生活环境造成二次污染
（1）转基因生物存在安全性问题的原因
①目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
②目的基因往往是异种生物的基因。
③外源基因插入宿主细胞基因组的部位往往是随机的。
（2）基因工程育种与传统育种的区别
①基因工程育种的优势在于突破物种间的界限，实现真正意义的远缘杂交。
②基因工程技术是定向改造生物，获得目的产品。
4．基因重组与转基因技术的比较
基因重组
转基因技术
不
同
点
概念
在生物体有性生殖过程中，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
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、定向地改造生物的性状，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
1．科学研究发现，P53基因是一种遏制细胞癌变的基因。
科学家发现几乎所有的癌细胞中都有P53基因异常的现象。
现在通过动物病毒转导的方法将正常P53基因转入到癌细胞中，发现能引起癌细胞产生“自杀现象”。
对于该基因疗法，从变异的角度分析属于（ ）
A．基因突变
B．基因重组
C．染色体结构变异
D．染色体数目变异
【解析】 此疗法运用了转基因技术，过程中动物病毒
DNA做为载体，所依据的原理为基因重组。
【答案】 B
2．下图表示一项重要生物技术的关键步骤，字母X可能代表（ ）
A．不能合成胰岛素的细菌细胞
B.能合成抗体的人类细胞
C.能合成胰岛素的细菌细胞
D．不能合成抗生素的人类细胞
【解析】 图示为DNA重组技术，受体细胞成功导入目的基因后，目的基因可在受体细胞内稳定存在并表达。
【答案】 C
人类基因组计划
1．基因组和人类基因组
（1）基因组是指一个单倍体细胞核中、一个细胞器（如线粒体、叶绿体）中或一个病毒中所包含的全部DNA（或RNA）分子的总称。
基因组可分为核基因组、线粒体基因组、叶绿体基因组、病毒基因组等。
通常所说的基因组是指核基因组。
（2）人类基因组是指单倍体细胞中整套染色体，即22条常染色体、一条X染色体和一条Y染色体上所具有的全部DNA分子。
2．人类基因组计划概述
（1）人类基因组计划的目标。
①最初目标：
测定人类基因组DNA分子的核苷酸排列次序，绘制成精细的DNA序列图，定位约10万个基因，并对其他生物进行类似研究。
②终极目标：
阐明人类基因组全部DNA序列、识别基因等。
（2）意义
①对于人类疾病的预防、诊断及治疗方式都会有全新的改变。
②极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展。
[合作探讨]
探讨1：
人类基因组计划的目的是什么？
提示：
人类基因组计划的目的是测定人类基因组的全部DNA序列，解读其中包含的遗传信息。
探讨2：
人类基因组计划需测定多少条染色体上的DNA序列？
线粒体DNA是否在内？
提示：
需测定24条染色体（22＋X＋Y）上的DNA序列，不包括线粒体DNA。
探讨3：
若要进行果蝇基因组研究，研究多少条染色体上的DNA序列？
提示：
果蝇基因组：
3条常染色体和X、Y两条性染色体，共5条染色体。
[思维升华]
1．染色体组和基因组的确定
（1）染色体组：
染色体组是指细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部遗传信息。
（2）基因组：
对于有性染色体的生物（二倍体），其基因组为常染色体/2＋性染色体；对于无性染色体的生物，其基因组与染色体组相同。
如下图所示果蝇核基因组为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X和Y五条染色体，即3（常）＋X、Y。
2.核基因组与染色体组的联系
（1）基因组可分为核基因组、线粒体基因组、叶绿体基因组、病毒基因组等，通常所说的基因组是指核基因组。
（2）对于性染色体决定性别的二倍体生物，其核基因组等于染色体组加上另一条性染色体的全部遗传信息。
（3）对于非性染色体决定性别的生物，如水稻、玉米，因其无性染色体，其核基因组与染色体组一样，就是一个染色体组所包含的全部遗传信息。
3．常见生物基因组和染色体组中的染色体如下
1．下列关于人类基因组计划的叙述，合理的是（ ）
A．该计划的实施将有助于人类对自身疾病的诊治和预防
B．该计划是人类从细胞水平研究自身遗传物质的系统工程
C．该计划的目的是测定人类一个染色体组中全部DNA序列
D．该计划的实施不可能产生种族歧视、侵犯个人隐私等负面影响
【解析】 人类基因组计划的目的是测定人类基因组（24条染色体）的全部DNA序列，而一个染色体组仅含23条染色体（22＋X或22＋Y），C项错误；人类基因组计划是人类从分子水平上研究自身遗传物质，B项错误；该项计划的实施虽对于人类疾病的诊治和预防有重要意义，但也可能产生种族歧视、侵犯个人隐私等负面影响，因此，A项正确，D项错误。
【答案】 A
2．人类的染色体组和人类的基因组的研究对象各包括哪些染色体？
（ ）
【导学号：
】
①46条染色体 ②22条常染色体＋X染色体或22条常染色体＋Y染色体 ③22条常染色体＋X、Y染色体 ④44条常染色体＋X、Y染色体
A．①② B．②③
C．①③D．③④
【解析】 人类的染色体组可从配子中分析出组合方式：
22条常染色体＋X染色体或22条常染色体＋Y染色体。
但研究人类基因组时，X和Y两条性染色体存在非同源区段，所以为22条常染色体＋X染色体＋Y染色体。
【答案】 B
1．下列关于转基因植物的叙述，正确的是（ ）
A．转入油菜的抗除草剂基因，不会传入环境中
B．转基因植物及其产物进入土壤后，可能会对地球化学循环产生重要影响
C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题
【解析】 转入油菜的基因，可以通过花粉传入环境中，A项错误；动物的生物激素基因转入植物后也能表达，C项错误；转基因技术的安全性问题，要通过验证才能得到证实，D项错误。
【答案】 B
2．下列实践活动包含基因工程技术的是（ ）
A．水稻F1花药经培养和染色体加倍，获得基因型纯合新品种
B．抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
C．将含抗病基因的重组DNA导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植株
D．用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异的大豆
【解析】 本题要求学生综合理解单倍体育种、杂交育种、基因工程育种和诱变育种的原理。
A项为单倍体育种，原理是染色体变异；B项为杂交育种，原理为基因重组；C项为基因工程育种，需要利用基因工程技术将重组DNA分子导入受体细胞，原理为基因重组；D项为诱变育种，原理为基因突变。
【答案】 C
3．玉米体细胞中共有20条染色体，要测定玉米基因组的核苷酸序列，需要测定的染色体数为（ ）
【导学号：
】
A．20条 B．15条
C．10条D．11条
【解析】 玉米是雌雄同体的生物，细胞内不含性染色体，所以测定玉米基因组只需测定每对染色体中的一条即可，也就是10条染色体。
【答案】 C
4．“人类基因组计划”的主要工作是测定基因组的整体序列，其序列是指
（ ）
A．DNA的碱基排列顺序
B．mRNA的碱基排列顺序
C．tRNA的碱基排列顺序
D．蛋白质的氨基酸排列顺序
【答案】 A
5．下图为果蝇染色体图，若要对此果蝇进行染色体的脱氧核糖核苷酸序列的测定，那么需要测定的染色体是（ ）
A．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、YB．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
C．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X、YD．Ⅱ、Ⅱ、Ⅳ、X、Y
【解析】 对果蝇染色体的测定应分别测定5条不同形态和大小的染色体。
根据果蝇的染色体图可知，果蝇的体细胞含有2个染色体组，每一个染色体组中含有4条染色体，由于果蝇的性染色体是XY型，所以应分别对其进行测定。
【答案】 C
学业分层测评（十七）
（建议用时：
45分钟）
[学业达标]
1．科学家经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术——重组DNA技术，实施该技术的最终目的是（ ）
A．定向提取生物体的DNA分子
B．定向地对DNA分子进行“剪切”
C．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
2．将人的生长激素基因导入鲫鱼，培育出能快速生长的鲫鱼新品种。
该育种方法属于（ ）
A．诱变育种B．转基因技术
C．单倍体育种D．杂交育种
【解析】 将“外源”基因导入受体细胞中表达的技术应为转基因技术。
【答案】 B
3．下列科技成果中，根据基因重组的原理进行的是（ ）
①我国科学家袁隆平利用杂交技术培育出超级水稻 ②我国科学家将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内培育抗虫棉 ③我国科学家通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒
A．①B．①②
C．①②③D．②③
【解析】 ③是诱变育种，利用的是基因突变的原理。
【答案】 B
4．在人类基因组计划的研究中，科学家认为：
人类基因组全部DNA约有31.6亿个碱基对，估计基因的碱基对数目约占全部碱基的10%。
这里所说的基因是指（ ）
A．编码区与非编码区
B．外显子和内含子
C．蛋白质编码基因
D．起调控作用的基因
【解析】 在人类基因组计划中所指的基因均指蛋白质编码基因即结构基因，每个蛋白质编码基因其内部结构分为编码区与非编码区，其中编码区又分为若干个外显子和内含子。
【答案】 C
5．下列关于转基因生物可能对生物多样性造成威胁的叙述是（ ）
【导学号：
】
A．转基因在野生种群的固定导致野生等位基因的丢失
B．转基因生物中的抗病毒基因可能与某种病毒发生重组，产生超级病毒
C．转基因植物及其产物影响一些微生物活动
D．转基因生物食品在人食用后可能会产生一些有毒物质，影响人体健康
【解析】 A造成遗传多样性的降低，B、D对人类健康造成威胁，C对地球化学循环产生重要影响。
【答案】 A
6．我国科学家运用DNA重组技术，将苏云金芽孢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．基因的完整性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其野生亲缘中，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棉花对抗生素的抗性来确定的
【解析】 基因只有保持完整性，才能表达；重组DNA分子中增加一个碱基对，如果对抗虫基因没有造成破坏，通过转录、翻译合成的蛋白质同样具有生物活性；转基因抗虫棉是否具有抗虫特性，可通过让害虫吞吃抗虫棉后观察效果。
【答案】 D
7．以下有关转基因技术的叙述，正确的是（ ）
A．转基因技术是细胞水平上的操作
B．转基因技术的产物对人类都是有益的
C．转基因技术产生的变异属于人工诱变
D．转基因技术育种的优点之一是目的性强
【解析】 转基因技术是在分子水平上的操作，A错；其产物对人类可能存在安全性问题，B错；此技术产生的变异属于基因重组，C错；育种优点是定向改变生物的遗传性状，目的性强，D正确。
【答案】 D
8．（2016·湛江模拟）要将基因型为AaBB的植物，培育出以下基因型的品种①AaBb；②AaBBC；③AAaaBBBB；④aB。
则对应的育种方法依次是（ ）
A．诱变育种、转基因技术、细胞融合、花药离体培养
B．杂交育种、花药离体培养、转基因技术、多倍体育种
C．花药离体培养、诱变育种、多倍体育种、转基因技术
D．多倍体育种、花药离体培养、诱变育种、转基因技术
【解析】 用基因型为AaBB的植物要培育出AaBb的品种，可利用物理或化学方法处理材料，通过基因突变获得；要获得AaBBC的品种，由于本物种没有C基因，所以必须通过转基因技术；要获得AAaaBBBB的品种，可通过细胞融合；要获得aB的品种，可利用花药离体培养。
【答案】 A
9．（2013·江苏高考改编）现有小麦种子资源包括：
①高产、感病；②低产、抗病；③高产、晚熟等品种。
为满足不同地区及不同环境条件下的栽培需求，育种专家要培育3类品种：
a.高产、抗病；b.高产、早熟；c.高产、抗旱。
下述育种方法可行的是（ ）
（1）利用①、③品种间杂交筛选获得a
（2）对品种③进行染色体加倍处理筛选获得b
（3）a、b和c的培育均可采用诱变育种方法
（4）用转基因技术将外源抗旱基因导入③中获得c
A．
（1）
（2）B．
（2）（3）
C．（3）（4）D．
（1）（4）
【解析】 欲获得高产、抗病品种，应利用①和②进行品种间杂交筛选，
（1）错误；欲获得高产、早熟品种，则应对③进行诱变育种，
（2）错误；诱变育种可以产生新基因，因此a、b、c都可以通过诱变育种获得，（3）正确；基因工程可定向改变生物性状，要获得高产、抗旱品种，可通过基因工程转入抗旱基因实现，（4）正确。
【答案】 C
10．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可生产食品和药品等。
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。
基本的操作过程如下图。
（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内，所用的载体是_______。
（3）要使载体与LTP1基因连接，首先应使用________________对载体和含LTP1基因的DNA进行切割。
（4）饮用转基因的酵母菌酿造的啤酒安全吗？
___________________________________________________________。
【解析】
（1）由于重组DNA技术利用定向技术克服远缘杂交不亲和的障碍，使原来不在一起的基因组合到一起，使生物具有特定性状，其原理应为基因重组。
（2）载体取自大肠杆菌的质粒（见图）。
（3）基因工程中的“剪刀”为限制性内切酶。
（4）可以从正、反两个角度考虑。
转基因的酵母菌酿造的啤酒对人类的健康有害，因为：
①转基因食物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用；②食物中的免疫或致敏物质可使人类机体产生过敏反应。
或答对人体安全，因为：
两种食品成分相同，目前暂未找到不安全的证据。
（合理即可）
【答案】
（1）基因重组
（2）质粒
（3）同一种限制性内切酶
（4）反对观点：
不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体免疫系统 赞成观点：
安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，经毒性分析其不对人体健康产生影响（目前还未找到不安全的证据，回答上述两种观点之一即可）
[能力提升]
11．人的体细胞中含有46条染色体，水稻的体细胞中含有24条染色体，那么，人的一个单倍体基因组和水稻的一个单倍体基因组含有的DNA数分别是（ ）
A．24、23 B．24、12
C．46、24D．23、12
【解析】 人的单倍体基因组包含22条常染色体和X、Y两条性染色体，而水稻单倍体基因组只有12条染色体。
【答案】 B
12．（2016·深圳检测）水母发光蛋白由236个氨基酸构成，其中Asp、Gly和Ser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中
B．促使目的基因在受体细胞中复制
C．筛选出获得目的基因的受体细胞
D．使目的基因容易成功表达
【解析】 发光蛋白基因是转基因技术中的标记基因，其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因（或目的基因是否导入成功），C项符合题意。
【答案】 C
13．已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。
现在多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是（ ）
线性DNA分子的酶切示意图
A．3B．4
C．9D．12
【解析】 每一种限制性内切酶切割DNA后会把DNA分割成两个片段，且不同的限制性内切酶切割后的片段不一样，如果将图中的三个切割位点自左至右依次标为甲乙丙，由甲处切，可产生两个片段，即a和右边的b＋c＋d段，如果只从乙处切，就有a＋b和c＋d段，如果只从丙处切，就有a＋b＋c和d段，甲乙同时切，就有a、b和c＋d段，乙丙同时切，就有a＋b和c、d段，甲丙同时切，就有a、b＋c、d段三种片段，甲乙丙三者都同时切，就有a、b、c、d四种片段。
【答案】 C
14．质粒是基因工程中最常用的运载体，质粒上有标记基因，如下图所示，通过标记基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。
如图表示外源基因的插入位置（插入点有a、b、c）。
【导学号：
】
Ⅰ.
（1）质粒的基本组成单位是________。
（2）将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养，属于基因工程操作中的________________步骤。
（3）在插入外源基因过程中用到的工具酶有_____________。
Ⅱ.设计实验探究外源基因插入的位置。
（1）步骤：
①将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。
②分组：
将细菌平均分成两组并标号为1、2。
③培养：
将第1组细菌放入________________中培养，将第2组细菌放入________________中培养。
④观察并记录结果。
（2）预测实验结果及结论：
①若1组、2组均能正常生长，则外源基因插入点是________；
②若1组能正常生长，2组不能生长，则外源基因插入点是________；
③若1组不能生长，2组能生长，则外源基因插入点是________。
【解析】 Ⅰ.
（1）质粒是小型环状DNA分子，其基本单位是脱氧核糖核苷酸。
（2）抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因都属于标记基因，其目的是便于目的基因的检测与鉴定。
Ⅱ.若目的基因插入a点，则受体细胞既具有抗四环素的能力，又具有抗氨苄青霉素的能力；若目的基因插入b点，则受体细胞只具有抗四环素的能力；若目的基因插入c点，则受体细胞只具有抗氨苄青霉素的能力，以此可判断目的基因插入的位置。
【答案】 Ⅰ.
（1）脱氧核糖核苷酸
（2）目的基因的检测与鉴定 （3）限制性内切酶、DNA连接酶
Ⅱ.
（1）③含氨苄青霉素的培养基 含四环素的培养基
（2）①a ②c ③b
15．苏云金芽孢杆菌产生的毒蛋白能使螟虫死亡。
研究人员将表达这种毒蛋白的抗螟基因转入非糯性抗稻瘟病水稻的核基因组中，培育出一批转基因抗螟水稻。
请回答下列问题。
（1）染色体主要由________组成，若要确定抗螟基因是否已整合到水稻的某一染色体上，方法之一是测定该染色体的________。
（2）选用上述抗螟非糯性水稻与不抗螟糯性水稻杂交得到F1，从F1中选取一株进行自交得到F2，F2的结果如下表：
表现型
抗螟非糯性
抗螟糯性
不抗螟
非糯性
不抗螟
糯性
个体数
142
48
50
16
分析表中数据可知，控制这两对性状的基因位于________染色体上，所选F1植株的表现型为________。
亲本中抗螟非糯性水稻可能的基因型最多有________种。
（3）现欲试种这种抗螟水稻，需检验其是否为纯合体，请用遗传图解表示检验过程（显、隐性基因分别用B、b表示），并作简要说明。
（4）上表中的抗螟水稻均能抗稻瘟病（抗稻瘟病为显性性状），请简要分析可能的原因。
①___________________________________________________________。
②___________________________________________________________。
【解析】
（1）染色体主要由DNA和蛋白质组成，还含有少量RNA。
可通过检测染色体的DNA碱基
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