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,第十二單元 現(xiàn)代生物科技專題,第41講 基因工程及其安全性,,第十二單元 現(xiàn)代生物科技專題,[考綱考頻] 1．基因工程的誕生 Ⅰ(3年1考) 2.基因工程的原理及技術(shù) Ⅱ(3年7考) 3.基因工程的應(yīng)用 Ⅱ(3年8考) 4．蛋白質(zhì)工程 Ⅰ(3年3考) 5.轉(zhuǎn)基因生物的安全性 Ⅰ(3年6考) 6.生物武器對人類的威脅 Ⅰ(3年3考),,第十二單元 現(xiàn)代生物科技專題,一、基因工程的概念理解 1．供體：提供目的基因。 2．操作環(huán)境：_______________。 3．操作水平：_______________水平。 4．原理：基因重組。 5．受體：表達(dá)目的基因。 6．本質(zhì)：性狀在_______________體內(nèi)表達(dá)。 7．優(yōu)點(diǎn)：克服_________________障礙，定向改造生物的遺傳性狀。,無菌,DNA分子,受體生物,遠(yuǎn)緣雜交不親和,二、DNA重組技術(shù)的基本工具 1．限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱：限制酶) (1)來源：主要是從__________生物中分離純化出來的。 (2)作用：識別雙鏈DNA分子的某種特定______________并使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。 (3)結(jié)果：產(chǎn)生_______________或平末端。,原核,核苷酸序列,黏性末端,2．DNA連接酶,大腸桿菌,黏性末端和平末端,質(zhì)粒,限制酶切割位點(diǎn),標(biāo)記基因,PCR技術(shù),啟動(dòng)子,標(biāo)記基因,農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法,顯微注射,DNA分子雜交,分子雜交技術(shù),抗原—抗體雜交,四、基因工程的應(yīng)用,抗逆,器官移植,五、蛋白質(zhì)工程 1．目標(biāo)：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對_____________________進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。 2．操作手段：基因修飾或基因合成。 3．設(shè)計(jì)流程：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_______________序列→找到相對應(yīng)的_______________序列(基因)。 六、轉(zhuǎn)基因生物的安全性 1．轉(zhuǎn)基因成果 (1)工程菌——DNA重組微生物。 (2)基因制藥。 (3)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物——_______________。 (4)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物。,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),氨基酸,脫氧核苷酸,生物反應(yīng)器,2．安全性問題 (1)食物安全：_______________ (產(chǎn)生毒性蛋白質(zhì))、新的過敏原、營養(yǎng)成分改變。 (2)生物安全：生物入侵，破壞生物__________。 (3)環(huán)境安全：破壞生態(tài)系統(tǒng)的_______________和人 類 生活環(huán)境。 3．理性看待轉(zhuǎn)基因技術(shù) (1)需要正確的_____________________，趨利避害，不能因噎廢食。 (2)制定符合本國利益的政策和法規(guī)，最大程度地保證轉(zhuǎn)基因_______________的安全性。,滯后效應(yīng),多樣性,穩(wěn)定性,社會輿論導(dǎo)向,技術(shù)和產(chǎn)品,七、禁止生物武器 1．種類：病菌、病毒、生化毒劑及經(jīng)過_______________的致病菌。 2．我國政府態(tài)度：任何情況下不發(fā)展、不生產(chǎn)、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術(shù)和設(shè)備的擴(kuò)散。,基因重組,1．以下關(guān)于基因工程的操作工具的說法正確的是( ) A．所有的限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列 B．質(zhì)粒是基因工程中唯一的載體 C．載體必須具備的條件之一是：具有多個(gè)限制性核酸內(nèi)切酶切點(diǎn)，以便與外源基因連接 D．DNA連接酶使黏性末端的堿基之間形成氫鍵 解析：每一種限制性核酸內(nèi)切 酶只能識別一種 (或者一類)特定的核苷酸序列，不同的限制性核酸內(nèi)切酶所 識別的核苷酸序列不同。質(zhì)粒是常用的載體，但不是唯一的。DNA連接酶連接的是兩個(gè)被同一限制性核酸內(nèi)切酶切割的DNA片段的切口，互補(bǔ)的堿基之間通過氫鍵連接。,C,2．下圖表示轉(zhuǎn)基因動(dòng)、植物的培育過程。據(jù)圖分析下列有關(guān)敘述正確的是( ) A．在獲得目的基因的過程中，需要使用限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具酶 B．受體細(xì)胞A、B一定均為受精卵 C．②過程需要用到胚胎體外培養(yǎng)、胚胎移植等生物技術(shù) D．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞B時(shí)常使用大腸桿菌作為工具去侵染植物細(xì)胞,C,解析：選項(xiàng)A，在獲得目的基因的過程中，需要使用限制性 核酸內(nèi)切酶，但不需要DNA連接酶，說法錯(cuò)誤；選項(xiàng)B，受 體細(xì)胞A將發(fā)育為轉(zhuǎn)基因綿羊，屬于動(dòng)物細(xì)胞，當(dāng)受體細(xì)胞 為動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，最常選用的是受精卵細(xì)胞，受體細(xì)胞B將發(fā) 育為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，屬于植物細(xì)胞，當(dāng)受體細(xì)胞為植物細(xì)胞 時(shí)，常常選用的是體細(xì)胞，說法錯(cuò)誤；選項(xiàng)C，通過轉(zhuǎn)基因 技術(shù)獲得的含有目的基因的受體細(xì)胞，必須經(jīng)過胚胎體外培 養(yǎng)以獲得早期胚胎，再經(jīng)過胚胎移植技術(shù)在受體子宮中發(fā) 育，說法正確；選項(xiàng)D，在培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉時(shí)，將目的基 因?qū)胧荏w細(xì)胞時(shí)，常借助土壤農(nóng)桿菌侵染植物細(xì)胞，而非 大腸桿菌，說法錯(cuò)誤。,3．(2014·高考天津卷)為達(dá)到相應(yīng)目的，必須通過分子檢測的是( ) A．?dāng)y帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選 B．產(chǎn)生抗人白細(xì)胞介素-8抗體的雜交瘤細(xì)胞的篩選 C．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉植株抗蟲效果的鑒定 D．21三體綜合征的診斷,B,解析：根據(jù)受體菌是否對鏈霉素產(chǎn)生抗性進(jìn)行攜帶鏈霉素抗性基因受體菌的篩選，不需要分子檢測，A錯(cuò)誤；用特定選擇培養(yǎng)基篩選出的雜交瘤細(xì)胞，還需要進(jìn)行克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，才能獲得足夠多的能分泌抗人白細(xì)胞介素-8抗體的雜交瘤細(xì)胞，B正確；轉(zhuǎn)基因抗蟲棉是否具有抗蟲特性，需要做抗蟲的接種實(shí)驗(yàn)，C錯(cuò)誤；21三體綜合征可通過用顯微鏡直接觀察體細(xì)胞中的21號染色體數(shù)目的方法進(jìn)行檢測，D錯(cuò)誤。,4．(2013·高考江蘇卷)下列關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物安全性的敘述中，錯(cuò)誤的是( ) A．我國已經(jīng)對轉(zhuǎn)基因食品和轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品強(qiáng)制實(shí)施了產(chǎn)品標(biāo)識制度 B．國際上大多數(shù)國家都在轉(zhuǎn)基因食品標(biāo)簽上警示性注明可能的危害 C．開展風(fēng)險(xiǎn)評估、預(yù)警跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理是保障轉(zhuǎn)基因生物安全的前提 D．目前對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論主要集中在食用安全性和環(huán)境安全性上,B,解析：我國農(nóng)業(yè)部頒布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識管理辦 法》，要求對轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)品及其加工品加貼標(biāo)注，以方便 消費(fèi)者自主選擇。但國際上并非大多數(shù)國家都在轉(zhuǎn)基因食品 標(biāo)簽上警示性注明可能的危害，A項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯(cuò)誤；目前 對轉(zhuǎn)基因生物安全性的爭論主要集中在轉(zhuǎn)基因食物的安全性 和轉(zhuǎn)基因生物對環(huán)境安全的影響上，但這些通過風(fēng)險(xiǎn)評估、 預(yù)警跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理等都是可以解決的，C、D兩項(xiàng)正確。,考點(diǎn)一 基因工程的操作工具,考點(diǎn)二 基因工程的基本操作程序和應(yīng)用,考點(diǎn)一 基因工程的操作工具,堿基互補(bǔ)對稱,堿基互補(bǔ),(2)切割后末端的種類：,2．限制酶和DNA連接酶的關(guān)系：,(1)限制酶和DNA連接酶的作用部位都是_______________。 (2)限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在該酶的___________________________________。 (3)DNA連接酶起作用時(shí)，不需要模板。,磷酸二酯鍵,識別序列或識別序列已經(jīng)被修飾,3．作為載體的條件及作用：,穩(wěn)定并能復(fù)制,一個(gè)至多個(gè),標(biāo)記基因,鑒定和選擇,深度思考 1．下圖為部分雙鏈DNA片段 切斷a、b處的酶分別是什么酶？DNA連接酶的作用位點(diǎn)是什么(a或b)? ___________________________ 2．切取1個(gè)目的基因和切割質(zhì)粒時(shí)用限制酶分別切割幾次？ ___________________________,3．質(zhì)粒是基因工程中經(jīng)常選用的載體， 如圖Ampr表示青霉素抗性基因，Tetr表 示四環(huán)素抗性基因，限制酶PstⅠ、 EcoRⅠ和HindⅢ切割形成的末端均不相同。如果用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ和HindⅢ對質(zhì)粒進(jìn)行切割，用1種酶、2種酶和3種酶分別切割時(shí)，則形成的DNA片段共幾種？其中含有完整四環(huán)素抗性基因的DNA片段的比例是多少？ ___________________________ 4．基因工程中的載體與細(xì)胞膜上物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體有何 不同？ ___________________________,1．圖1表示含有目的基因D的DNA片段長度(bp即堿基對)和部分堿基序列，圖2表示一種質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)和部分堿基序列?，F(xiàn)有MspⅠ、BamHⅠ、MboⅠ、SmaⅠ4種限制性核酸內(nèi)切酶，它們識別的堿基序列和酶切位點(diǎn)分別為C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。 請回答下列問題：,(1)圖1的一條脫氧核苷酸鏈中相鄰兩個(gè)堿基之間依次由__________________________________連接。 (2)若用限制酶SmaⅠ完全切割圖1中DNA片段，產(chǎn)生的末端是________末端，其產(chǎn)物長度為_________________________________________________。 (3)若圖1中虛線方框內(nèi)的堿基對被T—A堿基 對替換，那么基因D就突變?yōu)榛騞。從雜合子中分離出圖 1及其對應(yīng)的DNA片段，用限制酶SmaⅠ完全切割，產(chǎn)物中共有________種不同長度的DNA片段。,脫氧核糖、磷酸、脫氧核糖,平,537 bp、790 bp、661 bp,4,(4)若將圖2中質(zhì)粒和目的基因D通過同種限制酶處理后進(jìn)行連接，形成重組質(zhì)粒，那么應(yīng)選用的限制酶是__________。在導(dǎo)入重組質(zhì)粒后，為了篩選出含重組質(zhì)粒的大 腸桿菌，一般需要用添加__________的培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。經(jīng)檢測，部分含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌株中目的基因D不能正確表達(dá)，其最可能的原因是_____________________________________________________ __________________________________________________。,BamHⅠ,抗生素B,同種限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D與質(zhì)粒反向連接,解析：(1)一條脫氧核苷酸鏈中相鄰的兩個(gè)堿基之間是通過 “—脫氧核糖—磷酸—脫氧核糖—”相連的，要注意與兩條 脫氧核苷酸鏈的相鄰堿基之間通過氫鍵相連進(jìn)行區(qū)分。(2)從 Sma Ⅰ的識別序列和切點(diǎn)可見，其切割后產(chǎn)生的是平末端， 圖1中DNA片段有Sma Ⅰ的兩個(gè)識別序列，故切割后產(chǎn)生的 產(chǎn)物長度為537(534＋3)bp、790(796－3－3)bp和661(658＋ 3)bp三種。(3)圖示方框內(nèi)發(fā)生堿基的替換后，形成的d基因 失去了1個(gè)SmaⅠ的識別序列，故D基因、d基因用SmaⅠ完 全切割后產(chǎn)物中除原有的3種長度的DNA片段外，還增加一 種(537＋790)bp的DNA片段。,(4)目的基因的兩端都有BamHⅠ的識別序列，質(zhì) 粒的啟動(dòng)子后抗生素A抗性基因上也有BamH Ⅰ的識別序 列，故應(yīng)選用的限制酶是BamHⅠ，此時(shí)抗生素B抗性基因作為標(biāo)記基因，故篩選時(shí)培養(yǎng)基中要添加抗生素B。若重組質(zhì)粒 已導(dǎo)入了受體細(xì)胞卻不能表達(dá)，很可能是因?yàn)橛猛N限制 酶切割后，目的基因和質(zhì)粒有兩種連接方式，導(dǎo)入受體細(xì) 胞的重組質(zhì)粒是目的基因和質(zhì)粒反向連接形成的。,考點(diǎn)二 基因工程的基本操作程序和應(yīng)用,基因文庫,PCR,較小,反轉(zhuǎn)錄酶,2．基因表達(dá)載體的構(gòu)建 (1)基因表達(dá)載體的組成及作用：,目的基因,啟動(dòng)子,終止子,標(biāo)記基因,(2)基因表達(dá)載體的構(gòu)建過程：,同種限制酶切割,__________,DNA連接酶,3．將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：,體細(xì)胞,顯微注射技術(shù),T-DNA,染色體DNA,顯微注射,Ca2＋,DNA,4.目的基因的檢測與鑒定：,DNA分子雜交,分子雜交,抗原- 抗體雜交,深度思考 1．(2014·高考廣東卷T25改編)下圖為利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)羧酸酯酶(CarE)制劑的流程 (1)過程①②分別需使用哪一類酶？ (2)過程③使用的感受態(tài)細(xì)胞可用哪種溶液制備？ (3)過程④欲鑒定目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞可利用什么方法？ ___________________________,2．[2014·高考全國卷ⅡT40(4)]假如用得到的二倍體 轉(zhuǎn) 基因耐旱植株自交，子代中耐旱與不耐旱植 株的數(shù)量比為3∶1時(shí)，則可推測該耐旱基因整合到了什么位置上？(答“同源染色體的一條上”或“同源染色體的兩條上”)。 ___________________________ 提示：1.(1)逆轉(zhuǎn)錄酶，限制酶。 (2)CaCl2溶液。 (3)DNA分子雜交。 2．同源染色體的一條上。,2．(2015·福建普高畢業(yè)班質(zhì)檢)為探究SHH基因與角化囊腫 發(fā)生的相關(guān)性，科研人員利用SHH基因的非模板 鏈轉(zhuǎn)錄合成的RNA作為探針，進(jìn)行分子雜交實(shí)驗(yàn)，以檢測 SHH基因在角化囊腫中的表達(dá)情況。其基本流程如下圖： (Amp表示氨芐青霉素抗性基因；LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá)),請回答： (1)重組載體中SHH基因轉(zhuǎn)錄合成RNA探針時(shí)，________ (需要/不需要)啟動(dòng)子。 (2)步驟②中，用Ca2＋處理大腸桿菌，使之成為_________細(xì)胞，然后導(dǎo)入重組載體。實(shí)驗(yàn)中，用添加氨芐青霉素的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌，未導(dǎo)入質(zhì)粒的細(xì)菌將會死亡，原因是這些細(xì)菌不含有________________________________基因。 (3)能表達(dá)LacZ基因的大腸桿菌在含有IPTG和X-gal的培養(yǎng)基上會形成藍(lán)色菌落，易于識別。根據(jù)上述原理可以初步判斷________(藍(lán)色/白色)菌落中的大腸桿菌為重組菌。 (4)將制備的探針加入角化囊腫切片中，探針將與__________________形成雜交帶，進(jìn)而判斷SHH基因的轉(zhuǎn)錄情況。,需要,感受態(tài),Amp(或氨芐青霉素抗性或抗性),白色,SHH轉(zhuǎn)錄的mRNA,解析：(1)重組載體中SHH基因表達(dá)需要啟動(dòng)子。(2)大腸桿菌 細(xì)胞用Ca2＋處理后就成為感受態(tài)細(xì)胞；能在添加氨芐青霉素 的培養(yǎng)基上生存的細(xì)菌含有氨芐青霉素抗性基因，沒有 氨芐 青霉素抗性基因的細(xì)菌將會死亡。(3)能表達(dá)LacZ基因的大腸 桿菌在含有IPTG和X-gal的培養(yǎng)基上會形成藍(lán)色 菌落，重 組 菌中LacZ基因被SHH基因插入后不表達(dá)，重組菌在含有 IPTG和X-gal的培養(yǎng)基上會形成白色菌落。(4)判斷SHH基因 的轉(zhuǎn)錄情況，也就是判斷SHH基因是否轉(zhuǎn)錄出mRNA。,易錯(cuò)點(diǎn)1 基因工程操作工具易錯(cuò)辨析 [點(diǎn)撥] (1)限制酶是一類酶，而不是一種酶。 (2)限制酶的成分為蛋白質(zhì)，其作用的發(fā)揮需要適宜的理化條件，高溫、強(qiáng)酸或強(qiáng)堿均易使之變性失活。 (3)在切割目的基因和載體時(shí)要求用同一種限制酶，目的是產(chǎn)生相同的黏性末端。 (4)將一個(gè)基因從DNA分子上切割下來，需要切兩處，同時(shí)產(chǎn)生4個(gè)黏性末端。,(5)不同DNA分子用同一種限制酶切割產(chǎn)生的黏性末端都相同，同一個(gè)DNA分子用不同的限制酶切割，產(chǎn)生的黏性末端一般不相同。 (6)限制酶切割位點(diǎn)應(yīng)位于標(biāo)記基因之外，不能破壞標(biāo)記基因，以便于進(jìn)行檢測。 (7)基因工程中有3種工具，但工具酶只有2種。 易錯(cuò)點(diǎn)2 基因工程操作過程中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤 [點(diǎn)撥] (1)目的基因的插入位點(diǎn)不是隨意的：基因表達(dá)需要啟動(dòng)子與終止子的調(diào)控，所以目的基因應(yīng)插入到啟動(dòng)子與終止子之間的部位。,(2)基因工程操作過程中只有第三步(將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞)沒有堿基互補(bǔ)配對現(xiàn)象：第一步存在逆轉(zhuǎn)錄法獲得 DNA，第二步存在黏性末端連接現(xiàn)象,第四步存在檢測分子水平雜交。 (3)農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法原理：農(nóng)桿菌易感染植物細(xì)胞，并將其Ti 質(zhì)粒上的T-DNA轉(zhuǎn)移并整合到受體細(xì)胞染色體DNA上。 (4)目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并且在受 體細(xì)胞 內(nèi)維持穩(wěn)定和表達(dá)的過程，稱為轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)是目的基因整合到受體細(xì)胞染色體基因組中。 (5)標(biāo)記基因的種類和作用：標(biāo)記基因的作用——篩選、檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，常見的有抗生素抗性基因、發(fā)光基因(表達(dá)產(chǎn)物為帶顏色的物質(zhì))等。,(6)受體細(xì)胞的選擇：受體細(xì)胞常用植物受精卵或體細(xì)胞(經(jīng)組織培養(yǎng))、動(dòng)物受精卵(一般不用體細(xì)胞)、微生物(大腸桿菌、酵母菌)等。要合成糖蛋白、有生物活性的胰島素則必須用真核生物酵母菌(需內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工、分 泌)；一 般不用支原體，原因是它營寄生生活；一定不能用哺乳動(dòng)物 成熟的紅細(xì)胞，原因是它無細(xì)胞核，也沒有核糖體等 細(xì)胞器，不能合成蛋白質(zhì)。 (7)還應(yīng)注意的問題有：①基因表達(dá)載體中，啟 動(dòng) 子(DNA片段)≠起 始密碼 子(RNA)；終止 子(DNA片 段)≠終止密碼子(RNA)。 ②基 因表達(dá) 載體的 構(gòu) 建是最核心、最關(guān)鍵的一步，在 體外進(jìn)行。,易錯(cuò)點(diǎn)3 基因工程應(yīng)用中的易錯(cuò)分析 [點(diǎn)撥] (1)Bt毒蛋白基因編碼的Bt毒蛋白并無毒性，進(jìn)入昆蟲消化道被分解成多肽后產(chǎn)生毒性。 (2)青霉素是誘變后的高產(chǎn)青霉菌產(chǎn)生的，不是通過基因工程改造的工程菌產(chǎn)生的。 (3)動(dòng)物基因工程主要為了改善畜產(chǎn)品的品質(zhì)，不是為了產(chǎn)生體型巨大的個(gè)體。,1．限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶和質(zhì)粒是基因工程中常 用的三種工具酶。( ) 2．DNA連接酶可把目的基因與載體的黏性末端的堿基黏 合，形成重組DNA。( ) 3．E·coliDNA連接酶既可以連接平末端，又可以連接黏性末 端。( ) 4．Taq酶是用PCR儀對DNA分子擴(kuò)增過程中常用的一種耐高 溫的DNA連接酶。( ) 5．基因表達(dá)載體中含有啟動(dòng)子和密碼子。( ),×,×,×,×,×,6．如果某種生物的cDNA文庫中的某個(gè)基因與該生物的基因 組文庫中的某個(gè)基因控制的性狀相同，則這兩個(gè)基因的結(jié)構(gòu) 也完全相同。( ) 7．目的基因?qū)腭R鈴薯細(xì)胞后，隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù) 制而復(fù)制，傳給子代細(xì)胞并表達(dá)。( ) 8．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作， 定向改變分子的結(jié)構(gòu)。( ) 9．(2013·廣東卷T3C)目前在抗菌性和溶血性均較強(qiáng)的多肽P1 的基礎(chǔ)上研發(fā)抗菌性強(qiáng)但溶血性弱的多肽藥物，首先要做的 是依據(jù)P1氨基酸序列設(shè)計(jì)多條模擬肽。( ) 10．(2014·重慶卷T4D)利用基因工程培育抗蟲植物時(shí)，只要 表現(xiàn)出抗蟲性狀就表明植株發(fā)生了可遺傳變異。( ),×,√,×,√,√,