高中生物 第三單元 第二章 第四、五節(jié) 轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品 人類基因組計(jì)劃學(xué)案（含解析）中圖版必修2

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1、第四節(jié) 轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品 第五節(jié) 人類基因組計(jì)劃 1．簡述基因工程的基本原理。 2．舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。 3．關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。 4．關(guān)注人類基因組計(jì)劃及其意義。 一、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品 1．重組DNA技術(shù) （1）按照人們的需要，將外源的DNA片段或人工合成的基因在生物體外與載體進(jìn)行拼接，形成重組DNA分子后導(dǎo)入受體細(xì)胞中，使新的基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的物質(zhì)或得到新的生物性狀。 （2）重組DNA技術(shù)的步驟 ①獲取目的基因：常用的方法有利用限制性內(nèi)切酶從目的基因所在的生物的體細(xì)胞中直接提取，或利用信使RN

2、A逆轉(zhuǎn)錄等方法人工合成。 ②體外重組DNA分子：常用的載體有細(xì)菌的質(zhì)?；虿《綝NA。 ③重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞：將重組DNA分子通過顯微注射等方法導(dǎo)入受體細(xì)胞。 ④篩選和鑒定：通過一定的手段篩選和鑒定出含有目的基因并且能夠表達(dá)所需遺傳性狀或所需基因產(chǎn)物的受體細(xì)胞。 （3）優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了種間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移；獲得具有新性狀并穩(wěn)定地遺傳給后代的個(gè)體。 2．轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品 （1）轉(zhuǎn)基因生物：由于目的基因的導(dǎo)入，引起原有遺傳物質(zhì)組成改變的生物。 （2）轉(zhuǎn)基因食品：用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)或制造的食品、食品原料以及食品添加劑等。 （3）轉(zhuǎn)基因生物可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在： ①造成遺傳多

3、樣性的降低。 ②產(chǎn)生超級病毒。 ③對地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生重要影響。 （4）對于轉(zhuǎn)基因食品安全性的評價(jià)主要集中在環(huán)境安全性和食用安全性兩個(gè)方面。 二、人類基因組計(jì)劃 1．基因組和人類基因組 （1）基因組是指一個(gè)單倍體細(xì)胞核中、一個(gè)細(xì)胞器（如線粒體、葉綠體）中或一個(gè)病毒中所包含的全部DNA（或RNA）分子的總稱。基因組可分為核基因組、線粒體基因組、葉綠體基因組、病毒基因組等。通常所說的基因組是指核基因組。 （2）人類基因組是指人的所有遺傳信息的總和，包括核基因組和線粒體基因組。通常情況下，人類基因組一般是指核基因組，即22條常染色體、一條X染色體和一條Y染色體上所具有的全部DNA分子。

4、 思考：果蠅的體細(xì)胞中有8條染色體，它的一個(gè)基因組的組成是怎樣的？ 提示：果蠅的基因組是由3條常染色體、一條X染色體和一條Y染色體上所具有的全部DNA分子組成的。 2．人類基因組計(jì)劃概述 （1）1990年，國際人類基因組計(jì)劃正式啟動，美國、德國、日本、英國、法國、中國等國家正式加入這一計(jì)劃，中國承擔(dān)了1%的測序任務(wù)，即3號染色體上的3 000萬個(gè)堿基對，中國是參與此研究的唯一一個(gè)發(fā)展中國家。 （2）人類基因組計(jì)劃最初的目標(biāo)是，通過國際合作，用15年的時(shí)間，測定人類基因組DNA的全部核苷酸序列，繪制成精細(xì)的DNA序列圖，定位約10萬個(gè)基因，并對其他生物進(jìn)行類似研究。終極目標(biāo)是：闡明人類基

5、因組全部DNA序列，識別基因，建立儲存這些信息的數(shù)據(jù)庫，開發(fā)數(shù)據(jù)分析工具以及研究人類基因組計(jì)劃實(shí)施所帶來的倫理、法律和社會問題。 （3）后基因組是在基因組的基礎(chǔ)上，研究所有基因的表達(dá)、調(diào)控與功能，闡明執(zhí)行生命活動的全部蛋白質(zhì)的表達(dá)規(guī)律和生物功能。 （4）意義。 ①對于人類疾病的預(yù)防、診斷及治療方式都會有全新的改變。 ②極大地促進(jìn)了生命科學(xué)領(lǐng)域一系列基礎(chǔ)研究的發(fā)展。 1．轉(zhuǎn)基因技術(shù)中獲取目的基因的方法 方法 過程 直接分離法 供體細(xì)胞中的DNADNA片段受體細(xì)胞―→DNA片段擴(kuò)增目的基因細(xì)胞―→目的基因 人 工 合 成 逆轉(zhuǎn)錄法 mRNA單鏈DNA雙鏈DNA

6、直接合成 從已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列，推測出目的基因的核苷酸序列，再通過化學(xué)方法直接合成目的基因 2．基因重組與轉(zhuǎn)基因技術(shù)的比較 比較項(xiàng)目 基因重組 轉(zhuǎn)基因技術(shù) 不 同 點(diǎn) 概念 在生物體有性生殖過程中，控制不同性狀的基因重新組合 按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀 重組 方式 同一物種的不同基因 不同物種的不同基因 繁殖 方式 有性生殖 無性生殖 變異 大小 小 大 意義 是生物變異的來源之一，對生物進(jìn)化有重要意義 使人類有可能按照自己的意愿直接、定向地改造生物的遺

7、傳性狀，培育出新品種 相同點(diǎn) 都實(shí)現(xiàn)了不同基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生變異 3．基因、基因組和人類基因組 基因是DNA（脫氧核糖核酸）分子上具有遺傳效應(yīng)的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段?；蚪M是指生物體DNA分子所攜帶的全部遺傳信息，它包括核基因組、線粒體基因組和葉綠體基因組等。而染色體是遺傳物質(zhì)（基因）的載體，基因在染色體上呈線性排列。通常情況下，基因組一般是指核基因組。人類核基因組大約有3萬～3.5萬個(gè)基因，約32億個(gè)堿基對。 人類體細(xì)胞的細(xì)胞核中含有46條染色體（23對同源染色體）。但人類屬于XY型性別決定類型，而X、Y為異型的同源染色體，其上所含的遺

8、傳信息有所不同，所以人類基因組計(jì)劃研究的是24條染色體，即22條常染色體和X、Y性染色體，而不是46條或23條。 對人類基因組的研究，就是要發(fā)現(xiàn)所有人類基因并搞清其在染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識自我。 4．核基因組與染色體組比較 含義 研究對象 表示方法（以人為例） 核基 因組 一個(gè)單倍體細(xì)胞核中所包含的全部DNA（或RNA） 基因 22（常）＋X、Y 染色 體組 一組形態(tài)大小各不相同的染色體，或二倍體配子中的全部染色體 染色體 22（常）＋X或22（常）＋Y 題型一 基因工程原理的應(yīng)用 【例1】下表有

9、關(guān)基因表達(dá)的選項(xiàng)中，不可能的是（　?。? 基因 表達(dá)的細(xì)胞 表達(dá)產(chǎn)物 A 細(xì)菌抗蟲蛋白基因 抗蟲棉葉肉細(xì)胞 細(xì)菌抗蟲蛋白 B 人酪氨酸酶基因 正常人皮膚細(xì)胞 人酪氨酸酶 C 動物胰島素基因 大腸桿菌工程菌細(xì)胞 動物胰島素 D 兔血紅蛋白基因 兔成熟紅細(xì)胞 兔血紅蛋白 解析：抗蟲棉葉肉細(xì)胞中存在細(xì)菌抗蟲蛋白基因，細(xì)菌抗蟲蛋白基因能夠表達(dá)產(chǎn)生細(xì)菌抗蟲蛋白；正常人皮膚細(xì)胞中含有人酪氨酸酶基因，人酪氨酸酶基因能夠表達(dá)產(chǎn)生人酪氨酸酶；大腸桿菌工程菌細(xì)胞存在動物胰島素基因，動物胰島素基因能夠表達(dá)產(chǎn)生動物胰島素；兔成熟紅細(xì)胞中無細(xì)胞核，所以無兔血紅蛋白基因，不能表

10、達(dá)產(chǎn)生兔血紅蛋白。 答案：D 反思領(lǐng)悟：不同種生物的基因通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)移并且在另一物種中成功表達(dá)，說明不同物種共用一套密碼子，共用一套轉(zhuǎn)運(yùn)RNA；說明各種生物之間有或遠(yuǎn)或近的親緣關(guān)系。 題型二 抗蟲棉的培育 【例2】采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)的方法培育抗蟲棉，下列導(dǎo)入目的基因的做法正確的是（　?。? ①將毒素蛋白注射到棉受精卵中?、趯⒕幋a毒素蛋白質(zhì)的DNA序列，注射到棉受精卵中　③將編碼毒素蛋白的DNA序列，與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，再進(jìn)行組織培養(yǎng)?、軐⒕幋a毒素蛋白的DNA序列，與細(xì)菌質(zhì)粒重組，用花粉管通道法使其進(jìn)入受精卵 A．①② B．②③ C

11、．③④ D．①④ 解析：轉(zhuǎn)基因技術(shù)操作分為目的基因的提取、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、重組DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞、篩選和鑒定共四個(gè)步驟。 答案：C 反思領(lǐng)悟：轉(zhuǎn)基因技術(shù)的核心是重組DNA的構(gòu)建，目的基因必須與運(yùn)載體結(jié)合才能進(jìn)入受體細(xì)胞中，進(jìn)一步完成表達(dá)。 1 （2011·湖南湘潭二模）下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全的敘述錯(cuò)誤的是（　?。?。 A．重組的微生物在降解污染物的過程中可能產(chǎn)生二次污染 B．種植抗蟲棉可以減少農(nóng)藥的使用量，對環(huán)境沒有任何負(fù)面影響 C．如果轉(zhuǎn)基因花粉中有毒蛋白或過敏蛋白，可能會通過食物鏈傳遞到人體內(nèi) D．轉(zhuǎn)基因生物所帶來的環(huán)境安全問題在今后有可能得到解決 答案：B 2 人類的染色體組和人類的基因組的研究對象各包括哪些染色體？（　?。? ①46條染色體　②22條常染色體＋X染色體或22條常染色體＋Y染色體?、?2條常染色體＋X、Y染色體?、?4條常染色體＋X、Y染色體 A．①② B．②③ C．①③ D．③④ 答案：B 3 關(guān)于人類基因組研究的敘述，正確的是（　?。? A．基因組在人的一條染色體上 B．人類基因組計(jì)劃是要確定人DNA的核苷酸序列 C．基因組要測定23條染色體上的核苷酸 D．基因組計(jì)劃是人類科學(xué)史上最偉大的工程計(jì)劃 答案：B 4