第四节 转基因生物和转基因食品
第五节 人类基因组计划
学习目标 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) 掌握核基因组、线粒体基因组等基因组的含义。(重点)
一、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。
二、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。
1．判断对错
(1)只要目的基因导入了受体细胞，基因工程就获得了成功。
( )
(2)对于基因工程或分子生物学实验室向外排放转基因细菌等必须严加管制。 ( )
(3)人类基因组测序需要测定每对常染色体中的一条和X、Y染色体，即24条染色体的碱基序列。 ( )
[答案](1)× 分析：导入受体细胞的基因能正常表达，并表现出生物活性才标志着基因工程的成功。
(2)√ (3)√
2．基因工程的设计施工是在什么水平上进行的( )
A．细胞 B．细胞器
C．原子 D．分子
D [基因工程是通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，基因工程的操作对象是基因，属于分子水平。]
3．下列提到的物质不是基因工程常用的工具的是( )
①限制性内切酶 ②DNA聚合酶
③DNA连接酶 ④载体 ⑤解旋酶
A．②④⑤ B．①③④
C．①②③ D．②⑤
D [基因工程常用的工具：①限制性内切酶、③DNA连接酶、④载体。②DNA聚合酶和⑤解旋酶均在DNA复制过程中发挥作用。综上所述，D项符合题意。]
转基因生物和转基因食品
[思考交流]
1．转基因生物具有的新性状，从变异来源上属于哪一类？
提示：基因重组。
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。
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。
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
特别提醒：(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
B [此疗法运用了转基因技术，过程中动物病毒DNA作为载体，所依据的原理为基因重组。]
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
C [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。]
人类基因组计划
[思考交流]
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。
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。
3．若要进行果蝇基因组研究，需要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。
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 5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
人
(44＋XY)
果蝇
(6＋XY)
家蚕
(54＋ZW)
玉米
(22，♀♂
同株)
小麦六倍
体(42，♀
♂同株)
基因组
22＋X＋Y
3＋X＋Y
27＋Z＋W
10
7
染色
体组
22＋X
(或Y)
3＋X
(或Y)
27＋Z
(或W)
10
7
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
A [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的系统工程，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。]
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？( )
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．①③ D．③④
B [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。]
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
B [转入油菜的基因，可以通过花粉传入环境中，A项错误；动物的生长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。]
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
C [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。]
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( )
A．20条 B．15条
C．10条 D．11条
C [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。]
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、Y B．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X
C．Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、X、Y D．Ⅱ、Ⅱ、Ⅳ、X、Y
C [对果蝇染色体进行测定应分别测定5条不同形态、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。]
课件48张PPT。第三单元 遗传与变异的分子基础第二章 基因对性状的控制
第四节 转基因生物和转基因食品
第五节 人类基因组计划
转基因技术分子生物学基因工程基因新性状
限制性内切酶mRNA逆转录外源DNA载体显微注射遗传性状产物新性状种间遗传物质转基因生物 食用安全性遗传多样性超级病毒地球化学循环环境安全性全部DNA单倍体细胞核线粒体叶绿体病毒核基因组线粒体基因组叶绿体基因组病毒基因组核基因组常染色体Y染色体DNA序列核苷酸排列次序DNA序列图转基因生物和转基因食品 人类基因组计划 点击右图进入…Thank you for watching !
