高中生物選擇性必修三P76基因工程的基本操作程序答案

高中生物選擇性必修三P76基因工程的基本操作程序答案從社會(huì)中來(lái)1997年，我國(guó)政府首次批準(zhǔn)商業(yè)化種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。到2015年，我國(guó)已育成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉新品種100多個(gè)，減少農(nóng)藥用量40萬(wàn)噸，增收節(jié)支社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益450億元。你知道轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉抗蟲(chóng)的機(jī)制是什么嗎？培育轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉一般需要哪些步驟？提示：參見(jiàn)本節(jié)正文中的內(nèi)容。旁欄思考題1.用PCR技術(shù)可以擴(kuò)增mRNA嗎？提示：mRNA不可以直接擴(kuò)增，需要將它逆轉(zhuǎn)錄成cDNA再進(jìn)行擴(kuò)增。由mRNA逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA的過(guò)程是：第一步，逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成一條與DNA鏈，形成RNA-DNA雜交分子；第二步，核酸酶H降解RNA-DNA雜交分子中的使之變成單鏈DNA；第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另DNA鏈，形成雙鏈DNA分子(圖3-1)。2.將生物的所有DNA直接導(dǎo)入受體細(xì)胞不是更簡(jiǎn)便嗎？如果這么做，效果會(huì)怎樣？提示：有人采用總DNA注射法進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，即將一個(gè)生物的總DNA提取出來(lái)，花粉管通道法導(dǎo)入受體植物，沒(méi)有進(jìn)行基因表達(dá)載體的構(gòu)建。這種方法針對(duì)性差，完全靠運(yùn)氣也無(wú)法確定哪些基因?qū)肓耸荏w植物。到社會(huì)中去1.在實(shí)際種植過(guò)程中，棉鈴蟲(chóng)是否對(duì)轉(zhuǎn)濟(jì)基因的抗蟲(chóng)棉產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗性？證據(jù)是什么？提示：這是一個(gè)開(kāi)放性的問(wèn)題，需要學(xué)生查找資料來(lái)回答。隨著田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的更科研論文發(fā)表，每年學(xué)生獲得的證據(jù)是不一樣的。例如，科研人員對(duì)長(zhǎng)江流域種植的抗蟲(chóng)棉進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，2011年的數(shù)據(jù)顯示，大部分轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種的抗蟲(chóng)性屬于中抗及高抗水平；2013年的數(shù)據(jù)表明，如果棉田周?chē)嬖诖罅刻烊槐幼o(hù)所，靶標(biāo)害蟲(chóng)棉鈴蟲(chóng)、紅鈴蟲(chóng)等基因的抗蟲(chóng)棉產(chǎn)生明顯抗性。在我國(guó)、澳大利亞、印度等國(guó)的多個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)毒抗性篩選，已經(jīng)培育出多個(gè)高抗水平的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種。教師要注意引導(dǎo)學(xué)生搜集的證據(jù)，如科研論文、權(quán)威的官方報(bào)道等。2.科研工作者在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲(chóng)出現(xiàn)抗性之前，就應(yīng)該想辦法應(yīng)對(duì)，他們想出的延緩棉鈴蟲(chóng)對(duì)Bt抗蟲(chóng)蛋白產(chǎn)生抗性的措施有哪些？這些措施的原理是什么？有效嗎？答案：科研人員想出的延緩棉鈴蟲(chóng)對(duì)Bt抗蟲(chóng)蛋白產(chǎn)生抗性的措施有很多，主要可以分為幾個(gè)方面。(1)基因策略。該策略是在分子水平上提高轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的抗蟲(chóng)性和抗蟲(chóng)持久性，包括在棉花中轉(zhuǎn)入多個(gè)殺蟲(chóng)基因、構(gòu)建組織特異性表達(dá)的啟動(dòng)子、提高殺蟲(chóng)基因的表達(dá)量等。例如，最早種植的抗蟲(chóng)棉中只轉(zhuǎn)入了一種Bt基因，抗性比較單一；現(xiàn)在經(jīng)常將兩種或兩種以上的Bt基因(如CrylAa和CryIAc基因)同時(shí)轉(zhuǎn)入棉花細(xì)胞，這樣既可以提高殺蟲(chóng)活性，又可以延緩害蟲(chóng)抗性的產(chǎn)生和發(fā)展，還可以通過(guò)不同基因間的互補(bǔ)作用擴(kuò)大抗蟲(chóng)范圍。(2)田間策略。這是在種植時(shí)采取的措施，如提供庇護(hù)所、與其他作物輪作或套種等。例如，在澳大利亞和美國(guó)等地普遍采取的措施是在轉(zhuǎn)基因棉田中，總面積的4%種植不使用任何殺蟲(chóng)劑的非轉(zhuǎn)基因棉花，或在轉(zhuǎn)基因棉田周?chē)N植20%~30%面積的可使用化學(xué)殺蟲(chóng)劑的非轉(zhuǎn)基因棉花；在印度，一些地區(qū)要求，在轉(zhuǎn)基因棉田周?chē)辽俜N植5行或者20%面積的非轉(zhuǎn)基因棉花。我國(guó)除新疆棉區(qū)及大型農(nóng)場(chǎng)需設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的庇護(hù)所外，其他棉區(qū)如長(zhǎng)江、黃河流域棉區(qū)多采用多種作物混作的耕作制度(如將轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉與番茄、向日葵、高粱、玉米、辣椒等棉鈴蟲(chóng)寄主作物混作)，這些作物可以構(gòu)成天然的庇護(hù)所，一般無(wú)須種植非轉(zhuǎn)基因棉花作為庇護(hù)所。這樣做的原理是為少部分害蟲(chóng)提供一個(gè)正常的取食環(huán)境，始終保持一定的敏感目標(biāo)害蟲(chóng)種群。這樣，即使目標(biāo)害蟲(chóng)對(duì)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉產(chǎn)生了抗性，但是因?yàn)槠渑c敏感目標(biāo)害蟲(chóng)交配，后代抗性基因會(huì)發(fā)生分離，所以抗性目標(biāo)害蟲(chóng)的種群也不至于迅速增加。(3)國(guó)家宏觀(guān)調(diào)控策略。該策略包括實(shí)施分區(qū)種植管理、加強(qiáng)抗性監(jiān)測(cè)、進(jìn)行嚴(yán)格的安全性評(píng)價(jià)等。練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)1.研究人員將一種海魚(yú)的抗凍蛋白基因加整合到土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒上，然后用它侵染番茄細(xì)胞，獲得了抗凍的番茄品種。判斷下列相關(guān)表述是否正確。（1）將加基因整合到Ti質(zhì)粒上就是構(gòu)建基因表達(dá)載體。（√）（2）構(gòu)建含有加基因的Ti質(zhì)粒需要限制酶、DNA連接酶和核酸酶。（×）（3）只要檢測(cè)出番茄細(xì)胞中含有物基因，就代表抗凍番茄培育成功。（×）2.利用PCR既可以快速擴(kuò)增特定基因，也可以檢測(cè)基因的表達(dá)。下列有關(guān)PCR的敘述錯(cuò)誤的是（D）A.PCR用的DNA聚合酶是一種耐高溫酶B.變性過(guò)程中雙鏈DNA的解開(kāi)不需要解旋酶C.復(fù)性過(guò)程中引物與模板鏈的結(jié)合遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則D.延伸過(guò)程中需要DNA聚合酶、ATP和4種核糖核苷酸二、拓展應(yīng)用1.研究人員在研究轉(zhuǎn)基因煙草中外源卡那霉素抗性基因的遺傳穩(wěn)定性時(shí)，發(fā)現(xiàn)44株轉(zhuǎn)基因煙草中有4株該基因的遺傳不符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律，在它們的自交后代中出現(xiàn)了較多的沒(méi)有卡那霉素抗性的植株。請(qǐng)查找相關(guān)資料，嘗試對(duì)這個(gè)問(wèn)題作出解釋。提示：外源基因插入基因組中可能為單位點(diǎn)插入，或者同一染色體多位點(diǎn)插入，或者不同染色體多位點(diǎn)插入。大多數(shù)情況下，插入的位點(diǎn)難以做到定點(diǎn)插入；插入的拷貝數(shù)也是隨機(jī)的。因此，外源基因在轉(zhuǎn)基因植物中的遺傳是很復(fù)雜的。例如，科研人員在對(duì)轉(zhuǎn)GUS基因(β-葡糖醛酸糖苷酶基因)的煙草進(jìn)行基因表達(dá)分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)基因植株的染色體DNA中整合了多個(gè)拷貝的基因，從而導(dǎo)致GUS基因失活。除此之外，外源基因丟失、基因重排等也都可能影響外源基因的穩(wěn)定性。2.八氫番茄紅素合酶（其基因用psy表示）和胡蘿卜素脫飽和酶（其基因用crtl表示）參與β-胡蘿卜素的合成。pmi為磷酸甘露醇異構(gòu)酶基因，它編碼的蛋白質(zhì)可使細(xì)胞在特殊培養(yǎng)基上生長(zhǎng)?？茖W(xué)家將psy和crtl基因轉(zhuǎn)入水稻，使水稻胚乳中富含β-胡蘿卜素，由此生產(chǎn)出的大米稱(chēng)為“黃金大米”。請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列問(wèn)題。（1）科學(xué)家在培育“黃金大米”時(shí)，將ctrl和psy基因?qū)牒琾mi基因的質(zhì)粒中，構(gòu)建了質(zhì)粒pSYN12424。該項(xiàng)研究的目的基因是______，標(biāo)記基因是_____，質(zhì)粒pSYN12424的作用是______。答案：ctrl基因和psy基因Pmi基因?qū)⒛康幕蛩腿胨炯?xì)胞。（2）在構(gòu)建質(zhì)粒載體時(shí)，目的基因序列中能否含有用到的限制酶的識(shí)別序列？為什么？答案：不能。如果目的基因序列中含有用到的限制酶的識(shí)別序列，限制酶可能將它切斷。（3）請(qǐng)查找相關(guān)資料，了解科學(xué)家為什么要培育“黃金大米”以及當(dāng)前關(guān)于“是否要推廣'黃金大米’”的各種爭(zhēng)論。你還可以提出自己的看法，并與同學(xué)交流討論。提示：維生素A在人體內(nèi)具有非常重要的生理功能，對(duì)視力、骨骼生長(zhǎng)、免疫功能等都有調(diào)節(jié)作用。但是，人體不能合成維生素A，需要從食物中攝取。維生素A缺乏癥是南亞地區(qū)常見(jiàn)的由營(yíng)養(yǎng)不良導(dǎo)致的疾病，該地區(qū)的居民一般以秈稻作為主食。β-胡蘿ト素是維生素A的前體，在人體內(nèi)它可以轉(zhuǎn)化為維生素A。因此，科學(xué)家將兩個(gè)參與β-胡蘿ト素合成的酶的基因轉(zhuǎn)入了秈稻中，使其胚乳中富含β-胡蘿ト素，期望讓人們通過(guò)日常食用主食就能補(bǔ)充足夠量的維生素A，從而降低維生素A缺乏癥的患病率。關(guān)于“是否要推廣“黃金大米””的爭(zhēng)論主要圍繞其安全性、有效性等方面展開(kāi)。在學(xué)生交流討論的過(guò)程中，教師要注意引導(dǎo)他們理性地表明觀(guān)點(diǎn)和參與討論。探究?實(shí)踐1.你是否成功擴(kuò)增出DNA片段？判斷的依據(jù)是什么？提示：可以通過(guò)在紫外燈下直接觀(guān)察DNA條帶的分布及粗細(xì)程度來(lái)評(píng)價(jià)擴(kuò)增的結(jié)果。2.你進(jìn)行