1、第2节 基因工程及其应用学 习 目 标知 识 体 系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。(重点、难点)4.举例说明基因工程的应用。01 探新知 自主梳理02 破重难 讲练互动03 固双基 当堂达标04 课后 巩固提升单元质量检测(六)(含第6章)一、基因工程的原理1操作对象：。2操作水平：。3原理：。4目的：可以按照人类的意愿直接改变生物的遗传性状，培育出新品种。5优点定向改造生物的打破的障碍基因DNA分子水平基因重组定向遗传性状远缘杂交不亲和二、基因工程的基本工具1基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶(限制酶)(1)作用：识别一种，并在上切割D
2、NA分子。(2)作用特点：。2基因的“针线”：DNA连接酶。作用：连接和之间的缺口。特定的核苷酸序列特定的切点专一性脱氧核糖磷酸3基因的运载体(1)作用：将外源基因送入。(2)种类质粒分布：以及酵母菌等生物拟核或细胞核外特性：能够组成：环状DNA分子受体细胞细菌自主复制噬菌体动植物病毒三、基因工程的操作步骤提取目的基因：直接分离基因和人工合成基因目的基因与运载体结合：用处理目的基因和运载体，借助使目的基因和运载体结合形成重组 DNA 分子将目的基因导入受体细胞：将重组 DNA 分子导入受体细胞目的基因的检测与鉴定同种限制酶DNA连接酶四、基因工程的应用及安全性1基因工程的应用应用内容作物育种目
3、的培育出具有各种的作物新品种实例的转基因抗虫棉意义减少了，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，并在大肠杆菌内获得成功的环境保护实例利用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，处理工业废水等抗棉铃虫农药的用量重组表达抗逆性转基因细菌2.转基因生物和转基因食品的安全性(1)两种观点转基因生物和转基因食品不安全，要。转基因生物和转基因食品是安全的，应该。(2)我国的态度重视生物及其产品的安全性。严格控制大范围推广转基因预习小测1想一想处理目的基因和运载体时为什么要用同一种限制酶？提示：用同一种限制酶处理目的基因和运载体，可以获
4、得相同的黏性末端，便于将目的基因和运载体结合起来。2判一判(1)基因工程可以定向地改造生物的遗传性状()(2)基因工程是在染色体水平上操作的一种技术()(3)限制酶和其他酶一样也具有专一性(特异性)()(4)限制酶和DNA连接酶作用的部位相同()(5)基因工程中使用的运载体包括质粒、噬菌体和动植物病毒等()(6)基因工程的操作步骤包括提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞和目的基因的检测与鉴定()探究主体 1 基因工程的操作工具问题情境 1.在大肠杆菌中，有一种叫作 EcoR 的限制酶，能够专一识别GAATTC 的序列，并在 G 和 A 之间将这段序列切开。如图所示：请思考
5、下列问题：(1)限制酶作用的部位是哪里？在上图中限制酶作用后得到的产物是什么？提示：每条脱氧核苷酸链上的磷酸二酯键。黏性末端。(2)为什么说限制酶具有专一性(特异性)?提示：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上进行切割。2如图为DNA连接酶的作用示意图，请思考下列问题：(1)一般来说，要用同一种限制酶处理目的基因和运载体，其原因是什么？提示：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上进行切割。(2)DNA聚合酶和DNA连接酶都可形成磷酸二酯键，二者的主要区别是什么？提示：DNA聚合酶是将单个的脱氧核苷酸与脱氧核苷酸链连接起来，但DNA连接酶是将两段DNA片段连
6、接起来。1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。2基因的“针线”DNA连接酶(1)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。(2)催化结果：形成重组DNA。(3)限制酶与DNA连接酶的关系3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。有多个限制酶切点运载体
7、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。易错警示基因工程工具的两个误区(1)区分工具酶与工具基因工程的工具酶有两种限制酶和DNA连接酶。而工具有三种，除上述两种工具酶外，还包括运载体。(2)区分与DNA有关的酶参与基因工程的酶有限制酶和DNA连接酶。参与DNA复制的酶有DNA解旋酶、DNA聚合酶等。参与DNA水解的酶是DNA酶。1某科学家从某细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。下列有关这一过程的叙述，错误的是()A获取基因a所用的限制酶，其作
8、用部位是图中的B连接基因a与运载体的DNA连接酶，其作用部位是图中的C一般采用同一种限制酶分别处理运载体和含目的基因a的DNAD通过该技术，人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状解析：由题图可知，分别为磷酸二酯键和氢键，限制酶和DNA连接酶均作用于；一般采用同一种限制酶分别处理运载体和含目的基因的DNA，以形成相同的末端；基因工程的结果是将目的基因导入受体细胞中并使其成功表达，由此达到定向改造生物遗传性状的目的。答案：B2下面是质粒的示意图，其中ori为复制必需的序列，ampr为氨苄青霉素抗性基因，tetr为四环素抗性基因，箭头表示限制酶的酶切位点。若要得到一个能在含四环素的培养基上生长而不能在含
9、氨苄青霉素的培养基上生长的含重组质粒的细胞，应选择合适的酶切位点是()解析：ori为复制必需的序列，不能含有酶切位点，A项不符合题意；要得到能在含四环素的培养基上生长而不能在含氨苄青霉素的培养基上生长的含重组质粒的细胞，限制酶的酶切位点应在氨苄青霉素抗性基因内，限制酶切割后破坏了氨苄青霉素抗性基因，但不能破坏四环素抗性基因，C项符合题意。答案：C探究主体 2 基因工程的操作步骤问题情境 通过 DNA 重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊乳中含有人体蛋白质。如图表示这一技术的基本过程，讨论相关问题：(1)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是什么？提
10、示：具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列)。(2)人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是什么？提示：细菌质粒或动物病毒。(3)此过程中目的基因的检测与表达中的“表达”是指什么？提示：人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质。基因工程的操作步骤(如图)(1)提取目的基因：如图中a过程，通过一定的方法获取目的基因，并用限制酶处理。(2)目的基因与运载体结合(核心步骤)：图中b表示的是目的基因与运载体的结合。限制酶：图中EcoR 这种限制酶所识别的序列是GAATTC，切点位于G与A之间；从图中能够看出，提取目的基因B和切开质粒A所用的是同一种限制酶。DNA连接酶：此酶用于质粒A与目的基
11、因B的结合过程，形成重组DNA分子C。运载体：常选质粒，用以运载目的基因。(3)将目的基因导入受体细胞：图中c过程表示将目的基因导入受体细胞中，此过程不存在碱基互补配对；将目的基因导入受体细胞的染色体DNA上，目的基因可在受体细胞中复制和表达。(4)目的基因的检测与鉴定检测：根据标记基因或DNA分子杂交技术检测目的基因是否导入受体细胞。鉴定：受体细胞是否表现出特定性状，如棉花抗虫性状的表现。易错警示(1)外源基因一般很难直接进入受体细胞，即使进入受体细胞，也会被细胞内的一些酶分解掉，因此要想把外源基因导入另一种生物体内，必须要有专门的运载工具。(2)在基因工程操作过程中，将目的基因导入受体细胞
12、的过程不涉及碱基互补配对，其他三步都涉及碱基互补配对。1采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是()将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵A BCD解析：基因工程中，在导入目的基因前，要将目的基因与运载体结合，即形成重组DNA分子后才能将目的基因导入受体细胞；目的基因导入受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制；将毒素蛋白直接注射到棉受精卵中，棉受精卵没有获得目的基因，其发育形成的子代不会表
13、现出抗虫性状；将编码毒素蛋白的DNA序列直接注射到棉受精卵中而没有将目的基因与运载体结合，这样目的基因很容易被酶分解掉，不会保留下来。答案：C2在基因工程中，科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是()A结构简单，操作方便B繁殖速度快C遗传物质含量少D性状稳定，变异少解析：基因工程的操作步骤之一是将目的基因导入受体细胞，以获得该目的基因的产物，因此在选择受体细胞时，考虑的一个重要条件是受体细胞的繁殖速度要快，以便得到大量的含目的基因的细胞及产生更多的基因产物。答案：B夯实生命观念1基因工程又叫作基因拼接技术或DNA重组技术，能定向地改造生物的遗传性状。2基因工程的工具：限制性核酸内
14、切酶；DNA连接酶；运载体。3DNA连接酶连接两个DNA片段；DNA聚合酶是将单个脱氧核苷酸连接到DNA片段上。4基因工程的基本步骤：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。5基因工程育种的优点：目的性强，育种周期短，打破了物种界限，定向改造生物的性状。缺点：技术复杂，转基因生物及其产物具有一定的安全隐患。注重语言表达1原核生物存在的限制酶为何不切割自身DNA?提示：限制酶具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的碱基序列，并在特定的位点上进行切割；限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。2DNA连接酶和DNA聚合酶
15、的作用相同吗？试简要说明。提示：不相同。DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。1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分子解析：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。答案：D2从大肠杆菌中提取的一种限制酶EcoR，能识别并切割DNA分子中的GAATTC序列，切点在G与A之间。这是应用了酶的()A高效性B专一性C多样性D催化活性受外界条件影响解析：酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类反应，限制酶EcoR能识别并
16、切割DNA分子中的GAATTC序列，这是应用了酶的专一性。答案：B3下列说法正确的是()ADNA连接酶连接的是碱基之间的氢键B限制酶的识别位点一定是GAATTC碱基序列C质粒是基因工程中唯一用作运载目的基因的载体D目的基因在宿主细胞内随载体复制而复制解析：DNA连接酶连接的是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而不是碱基之间的氢键，A错误；限制酶的种类不同，识别的位点也不相同，B错误；质粒是最常用的运载体，此外还有动植物病毒等，C错误；运载体可自我复制，从而使目的基因大量复制。答案：D4下列关于基因工程技术的叙述，不正确的是()A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和运载体B某限制酶能
17、识别GAATTC序列并在G和A之间切开利用了酶的专一性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成功将抗虫基因导入棉花后产生的变异属于基因重组解析：重组DNA技术所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶，运载体不是工具酶。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，即具有特异性；细菌繁殖快、易培养、遗传物质少，常用作受体细胞；将抗虫基因导入棉花后，基因发生了重新组合，这种变异属于基因重组。答案：A5下列各项不属于基因工程的应用的是()A转基因抗虫棉的培育成功B利用DNA探针检测饮用水中有无病毒C利用工程菌生产胰岛素D将甲植物的叶绿体移入乙植物，使光合效率提高解析：将甲植物的叶绿体移入乙植物，移入
18、的是细胞器而非基因，故不属于基因工程的应用范畴。答案：D6下面为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题：(1)a代表的物质和质粒的化学本质都是_，二者还具有其他共同点，如：_，_(写出两条即可)。(2)若质粒DNA分子的切割末端为A TGCGC，则与之连接的目的基因切割末端应为_；可使用_把质粒和目的基因连接在一起。(3)氨 苄 青 霉 素 抗 性 基 因 在 质 粒 DNA 上 称 为 _，其 作 用 是_。解析：(1)a代表的物质是拟核DNA分子，质粒是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核之外的小型环状DNA分子，两者都能自我复制，并蕴含遗传信息。(2)质粒DNA分子的切割末端能够与目的基因切割末端发生碱基互补配对，可使用DNA连接酶将它们连接在一起。(3)质粒DNA分子上的氨苄青霉素抗性基因可以作为标记基因，便于对重组DNA进行鉴定和筛选。答案：(1)DNA 能够自我复制 具有遗传特性(2)CGCGT A DNA 连接酶(3)标记基因 供重组 DNA 的鉴定和选择04 课后 巩固提升单元质量检测(六)(含第6章)
