1、第2节基因工程及其应用学 习 目 标核 心 素 养1.说出基因工程的概念。2说出基因工程的基本工具。(重点)3阐述基因工程的基本操作。(重、难点)4举例说明基因工程的应用。1.理解遗传物质的研究为基因工程提供了理论基础。2通过联想制作拼接画的过程，理解基因工程的操作工具。3采用绘图方法逐步理解基因工程的基本操作。一、基因工程的基本操作工具1基因工程的概念2基因工程的操作工具(1)“剪刀”和“针线”项目名称作用“剪刀”限制酶识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子“针线”DNA连接酶连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口(2)运载体作用：将外源基因送入受体细胞。二、基因工程的操作及应用1基本操
2、作步骤2应用及安全性应用内容作物育种目的培育出具有各种抗逆性的作物新品种实例抗虫的转基因抗虫棉意义减少了农药用量，而且还减少了农药对环境的污染药物研制实例生产人的胰岛素过程胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并在大肠杆菌内成功表达环境保护实例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，处理工业废水等判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1基因工程能够定向地改造生物的性状。()2基因工程导入了新的基因，其原理是基因突变。()3一种限制酶可以识别多种核苷酸序列。()4含有目的基因的运载体是否进入受体细胞需要检测。()5基因工程中的运载体只有质粒。()提示：1.2基因工
3、程导入的基因是自然界原来就存在的基因，原理是基因重组。3一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。45基因工程中常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。基因工程的基本操作工具问题探究下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图回答。1能否利用人的皮肤细胞进行过程？过程特别需要的酶是哪一种？提示：不能，皮肤细胞中胰岛素基因不表达；过程是逆转录，需要逆转录酶。2如图表示一段DNA序列，请确定限制酶和DNA连接酶的作用部位。提示：二者的作用部位都是b。3如何将A和B连接成C？操作后的产物只有C吗？提示：用同一种限制酶切割A和B，再加入DNA连接酶，才能形成C。操作后的产物除了C，还可能有A与
4、A结合、B与B结合的产物。4人的胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达的基础是什么？提示：所有生物共用一套遗传密码。5该方法和诱变育种相比，有什么优点？提示：可以定向改造生物的遗传性状。归纳总结 1基因工程成功的基础2基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶)(1)存在：主要存在于微生物中。(2)作用：断裂两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)特点：具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA分子。(4)作用结果：一般产生黏性末端。3基因的“针线”DNA连接酶(1)催化对象：两个具有相同末端的DNA片段。(2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。(3)催化结果：形成
5、重组DNA。(4)限制酶与DNA连接酶的比较 比较项目 作用应用限制酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体DNA连接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于重组DNA分子(重组质粒)构建两者的关系可表示为：(5)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较项目比较DNA连接酶DNA聚合酶作用对象DNA片段将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上作用条件不需要模板需要模板作用部位连接相邻脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖形成化学键磷酸二酯键4.运载体(1)质粒存在：许多细菌及酵母菌等生物细胞中。本质：拟核或细胞核外的环状DNA分子。特点：能够自主复制。(2)运载体应具备的条件能在宿主细胞内稳定保存并大
6、量复制保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子细胞。有一至多个限制酶切点运载体能够接入多种目的基因所必备的条件。有标记基因检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。1下列有关基因工程和酶的相关叙述，正确的是()A同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒，因此不具备专一性B运载体的化学本质与载体蛋白相同C限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸DDNA连接酶可催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链C一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，具备专一性，A错误；运载体的化学本质是DNA，与载体蛋白不同，B错误；限制酶能切割DNA，不能切割烟草花叶病毒的核酸RNA，C
7、正确；DNA连接酶可催化不同的DNA片段连接在一起，不能催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，D错误。2限制性核酸内切酶是一种核酸切割酶，可辨识并切割DNA分子上特定的核苷酸序列，如图依次为4种限制酶BamH，EcoR，Hind以及Bgl的辨识序列，箭头表示每一种限制酶的特定切割部位，其中哪两种限制酶所切割出来的DNA片段末端可以互补黏合？()DBamH和EcoR切割形成的黏性末端不互补配对，因此不能互补黏合，A错误；BamH和Hind切割形成的黏性末端不互补配对，因此不能互补黏合，B错误；EcoR和Hind切割形成的黏性末端不互补配对，因此不能互补黏合，C错误；BamH和Bgl切割形成的黏
8、性末端可以互补配对，因此能互补黏合，D正确。基因工程的操作及应用问题探究1生产基因产物的受体细胞为什么常选用微生物？提示：因为微生物为单细胞，繁殖快、代谢快、产生的基因产物多。2培育转基因动物与转基因植物，常用的受体细胞分别是什么？ 提示：培育转基因动物，一般选用受精卵作为受体细胞；而培育转基因植物，可选用受精卵或体细胞作为受体细胞。3转基因抗虫棉有性生殖产生的后代都具有抗虫特性吗？为什么？提示：不都具有；因为会出现性状分离。归纳总结 1基因工程操作的基本步骤知识拓展：(1)在基因工程操作过程中，将目的基因导入受体细胞的过程不涉及碱基互补配对。(2)受体细胞常选用微生物的原因：微生物繁殖快、代
9、谢快、目的产物多。(3)培育转基因动物时，常采用显微注射法将目的基因导入受精卵，原因是受精卵的全能性高。(4)培育转基因植物时，受体细胞可用受精卵和其他高度分化的细胞，因为高度分化的植物细胞仍具有全能性。可用植物组织培养技术将其培育成个体。2基因工程的应用3转基因育种与杂交育种、诱变育种的比较(1)杂交育种能使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，但育种周期长；诱变育种可以提高变异频率，大幅度改良某些性状，但有利变异个体不多，需要大量供试材料。(2)与杂交育种、诱变育种相比，转基因育种能克服传统育种方法的缺点，具有目的性强、育种周期短、能克服远缘杂交不亲和的障碍等优点。1下列有关基因工
10、程的叙述中，错误的是()ADNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B限制性核酸内切酶可用于目的基因的获得C目的基因可由运载体导入受体细胞D人工合成目的基因时不用限制性核酸内切酶ADNA连接酶使两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，A错误。限制性核酸内切酶能够识别特定核苷酸序列，从目的基因所在的DNA上切割获取目的基因，B正确。目的基因要通过运载体导入受体细胞，C正确。可以根据已知目的基因的序列或mRNA序列人工合成目的基因，不用限制性核酸内切酶，D正确。2下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述，正确的是()A基因工程中经常以抗生素抗性基因作为目的基因B通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮
11、食产量，减少农药使用C通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNAD若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题B基因工程中经常以抗生素抗性基因作为标记基因，A错误；通过转基因技术可获得抗虫的粮食作物，这样可以减少农药使用，增加粮食的产量，B正确；基因工程中，通常使用同一种限制酶处理含目的基因的DNA和运载体DNA，使它们产生相同的黏性末端，以便形成重组DNA分子，C错误；转入甘蔗中的外源基因即使来源于自然界，生产出来的甘蔗仍可能存在食品安全、环境安全等安全性问题，D错误。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳
12、1.基因工程的优点是可定向改造生物的遗传性状。2限制性核酸内切酶具有特异性，能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。3DNA连接酶的作用是将两个DNA片段连接起来。4质粒是最常用的运载体，是小型环状DNA分子。除此之外，噬菌体、动植物病毒也可充当运载体。5基因工程的四个步骤：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。1下列有关基因工程的叙述，正确的是()ADNA重组技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和运载体B所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D目的基因只要进入受体细胞就能实现表达
13、C基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA连接酶，运载体是基因的运载工具，而不是工具酶。每种限制酶都只能识别特定的核苷酸序列，而并非同一种核苷酸序列。目的基因进入受体细胞后，只有受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因成功表达，基因工程的目的是让目的基因完成表达。2下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A BC DC限制性核酸内切酶用于切割DNA片段；而与之作用相反的是DNA连接酶，用于连接DNA片段；DNA聚合酶用于DNA的复制过程，它需要模板；解旋酶会使DNA双链解旋而分开，它作用于碱基对之间的氢键。
14、3下列哪组是基因工程技术中常用的运载体()A大肠杆菌、噬菌体B蓝藻、质粒C动物病毒、噬菌体 D线粒体、质粒C运载体是将外源基因送入受体细胞的专门运输工具，目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。4下列不属于利用基因工程技术制取药物的是()A从大肠杆菌体内获取白细胞介素B从酵母菌体内获得干扰素C从青霉菌体内获取青霉素D从大肠杆菌体内获取胰岛素C基因工程是使外源基因在受体细胞中表达目的基因产品的技术，A、B、D均为外源基因的表达，而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达，故青霉菌产生的青霉素不属于基因工程药物。51979年，科学家将鼠体内的能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且
15、在大肠杆菌中发现了胰岛素的前体物质胰岛素原。如下图所示，请根据下图回答：(1)图中2、5、3、7表示通过从供体细胞的DNA中直接分离基因，获得 的过程。(2)图中3代表 ，在它的作用下将目的基因和质粒切割获得相同的黏性末端。(3)经9 的作用可将7、6“缝合”形成8重组DNA分子。8往往含有 基因，以便将来检测。(4)图中10表示将重组DNA分子导入 的过程。(5)如在大肠杆菌细胞内发现了胰岛素原，说明成功导入了 ，并使之完成了表达过程。解析(1)图中的2、5、3、7过程是为了获取目的基因。(2)获取目的基因需要用限制酶对DNA进行切割。(3)将目的基因和运载体质粒连接起来构成重组质粒的过程中
16、需要DNA连接酶。8中含有标记基因，便于初步筛选。(4)重组质粒需要导入受体中，在该工程中是导入了大肠杆菌体内，常用氯化钙处理得到感受态的大肠杆菌，图中10代表了该过程。(5)如果在大肠杆菌细胞内发现了胰岛素原，说明成功导入了目的基因，并且成功表达。答案(1)目的基因(2)限制酶(3)DNA连接酶标记(4)受体细胞(5)目的基因教材课后习题(教师用书独具)一、基础题1提示：基因工程操作通常包括以下四步：提取目的基因(外源基因)；目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子；将目的基因(重组DNA分子)导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定。2提示：ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTC
17、GAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGA互补链： TAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT3提示：常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。二、拓展题1提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。2提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。