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1、-1- 第第2 2节节 基因工程及其应用基因工程及其应用 一二 一、基因工程的原理 一二 预习反馈 1.判断正误。 (1)所有的限制酶都识别GAATTC序列。( ) (2)一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。 ( ) (3)限制酶能识别和切割RNA。( ) (4)DNA连接酶可将黏性末端之间的碱基连接起来。( ) (5)基因工程中的运载体只有质粒。( ) 2.若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两连接,可能有哪些产 物? 答案:目的基因目的基因、目的基因运载体、运载体运载 体。 一二 3.切割目的基因和运载体应用相同的限制酶,请分析这样操作的 目的是什么? 答案:用同一种限制酶切割出相同的
2、黏性末端,有利于目的基因 与运载体结合。 4.不同生物的DNA能够重组在一起的基础是什么? 答案:不同生物的DNA都是由4种脱氧核苷酸组成的;都是规则的 双螺旋结构;都遵循碱基互补配对原则。 一二 5.下列关于基因工程的叙述,正确的是( ) A.基因工程所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B.所有限制酶都只能识别同一种按规定排列的核苷酸序列 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.只要目的基因进入了受体细胞就能成功地表达 解析:基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶。一种限制 酶只能识别一种特定的核苷酸序列。目的基因进入受体细胞不一 定能成功表达。 答案:C 一二 二、基
3、因工程的应用及安全性 一二 预习反馈 1.基因工程育种的原理是什么?与杂交育种、诱变育种相比,基因 工程育种的主要优点有哪些? 答案:基因工程的原理是基因重组。基因工程育种的主要优点有 育种周期短,能定向改造生物的遗传性状等。 一二 2.中国农业科学院的科学家继成功培育出了抗棉铃虫的转基因 抗虫棉后,又成功培育出了抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻等多种 农作物,下列属于转基因抗虫作物的推广意义的是( ) 使危害农作物的害虫灭绝 农药用量减少 环境污染降 低 农业生产成本降低 A. B. C.D. 解析:抗虫基因产生对害虫有害的物质,使害虫食用后死亡,从而 减少了农药的使用量,降低了农业生产成本,也
4、降低了对环境的污 染。 答案:B 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 基因工程的操作工具基因工程的操作工具 限制酶与DNA连接酶作用的部位分别是什么?运载体必须具备 哪些条件? 1.EcoR限制酶只能识别GAATTC的序列,并在G和A之间将这 段序列切开,产生黏性末端,请写出下列DNA片段被切割后产生的 黏性末端。 答案: 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 2.下图表示一段DNA序列,限制酶和DNA连接酶的作用部位是a 还是b? 答案:b。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 下图为DNA分子的某一片段,其中分别表
5、示某种酶的作用 部位, 则相应的酶依次是( ) A.DNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶 B.限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶 C.解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶 D.限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶 解析:使氢键断裂的是解旋酶,限制性核酸内切酶使相邻两个脱 氧核苷酸的磷酸二酯键断裂;连接DNA片段间磷酸二酯键的是 DNA连接酶。 答案:C 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 知识总结与DNA有关的四种酶的比较 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 1.基因工程的基本工具 (1)限制酶 作用与特性:一种限制酶只能识别一种特
6、定的核苷酸序列,并 在特定的位点切割DNA分子,也就是说限制酶具有专一性和特异性。 作用结果:一般产生黏性末端(碱基能互补配对)或平末端。 (2)DNA连接酶 催化对象:两个具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。 催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口。 催化结果:形成重组DNA。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 (3)运载体 作用:作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中;使目的基 因在宿主细胞内进行大量复制。 需要具备的条件:能够在宿主细胞中复制并稳定地保存;具备 多个限制酶切点,以便与外源基因连接;具有某些标记基因,便于进 行筛选。 常见的种类:质粒、噬菌体和动植
7、物病毒等。质粒是一种相对 分子质量较小、独立于拟核或细胞核之外的环状DNA分子(一般 有100200 kb,kb为千碱基对),存在于许多细菌和酵母菌等生物的 细胞中。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 问题导引典例剖析归纳提升 探究点一探究点二 活学活练 温故知新 1.下列关于DNA连接酶的叙述,正确的是( ) A.催化有互补配对的黏性末端的DNA片段之间的连接 B.催化不同黏性末端的DNA片段之间的连接 C.催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成 D.在基因工程的操作中,可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 解析:在DNA重组技术
8、中,DNA连接酶催化两个具有互补配对的 黏性末端的DNA片段连接,DNA连接酶和DNA聚合酶都能催化脱 氧核糖与磷酸间的磷酸二酯键的形成,但两者作用的底物不同。 答案:A 问题导引典例剖析归纳提升 探究点一探究点二 活学活练 温故知新 2.要使目的基因与相应的运载体重组,所需的两种酶是( ) 限制酶 DNA连接酶 解旋酶 还原酶 A. B. C.D. 答案:A 3.基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是 ( ) A.质粒、线粒体、噬菌体 B.染色体、叶绿体、线粒体 C.质粒、噬菌体、动植物病毒 D.细菌、噬菌体、动植物病毒 答案:C 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知
9、新 基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤 基因工程的基本操作步骤是怎样的? 酵母菌的维生素、蛋白质含量高,可用来生产食品和药品等。科 学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中,获得的啤酒酵母 菌种可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如 下图,请回答下列问题。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 (1)图中过程是提取目的基因;过程是目的基因与运载体结 合;过程是将目的基因导入受体细胞。 (2)本操作过程中为了将LTP1基因导入啤酒酵母菌细胞内,所用的 运载体是质粒。 (3)要使运载体与LTP1基因连接,首先应使用同一种限制酶对二者 进行切割。切割
10、完成后,用DNA连接酶将运载体与LTP1基因连接。 (4)有C进入的啤酒酵母菌在分别含有青霉素、四环素的两种选择 培养基上的生长情况是在含青霉素的培养基上能存活,但在含四环 素的培养基上不能存活。 (5)除了看啤酒泡沫的丰富程度外,还可以怎样检测LTP1基因在啤 酒酵母菌中的表达?检测转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白。 (6)该技术定向改变了酵母菌的性状,这在可遗传变异中属于基因 重组。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 基因工程基本操作流程如下图,请据图分析回答。 (1)图中A是 ;在基因工程中,需要在 酶的作用下才能完成 剪接过程。 (2)图中遵循碱基互补配
11、对原则的步骤有 。(用图中序号表示) (3)从分子水平分析,不同种生物之间的基因拼接能够成功的主要 原因是 ,也说明了不同生物共用一套 。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 解析:图中A与目的基因结合形成重组DNA分子,所以A应为运载 体;基因工程中的“剪”需要限制酶,“接”需要DNA连接酶;图中的“拼 接”和“扩增”过程需进行碱基互补配对,如果目的基因的获取方法 是人工合成法,也需进行碱基互补配对;不同种生物之间基因拼接 成功的原因也就是基因工程的理论基础,即生物界共用一套遗传密 码和不同生物的DNA分子的结构基本相同。 答案:(1)运载体 限制酶和DNA连接 (
12、2)() (3)不同生物的DNA分子基本结构是相同的 遗传密码 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 基因工程操作步骤图解 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 (1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸 二酯键,只是前者切开,后者连接。 (2)从DNA上切下某个基因,会产生2个切口,产生4个黏性末端。 (3)获取目的基因、切割运载体需要用同种限制酶,目的是产生相 同的黏性末端。 (4)动物一般用受精卵作为受体细胞;植物可以用体细胞作为受体 细胞,也可以用受精卵作为受体细胞,再通过植物组织培养方式培 养成新个体。 探究点一探究点
13、二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 规律方法(1)基因工程的四个步骤中只有第三步将目的基因导入 受体细胞不涉及碱基互补配对。 (2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞,才能稳定地 保存,并进行复制。 (3)受体细胞常用微生物的原因:繁殖快、代谢快、目的产物多。 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 1.下图表示利用基因工程培育抗虫棉过程的示意图已知甲硫 氨酸(AUG)、甘氨酸(GGA)、丝氨酸(UCU)、酪氨酸(UAC)、精氨 酸(AGA)、丙氨酸(GCU),下列叙述不正确的是( ) 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 A.
14、操作要用不同限制性核酸内切酶分别切割运载体和含目的 基因的DNA片段 B.形成的重组DNA分子有标记基因,可特异性地表达某一性状 C.由于发生性状分离,抗虫棉植株后代种子可能不具有抗虫特性 D.根据密码子表可知,图中合成的多肽的前三个氨基酸为甲硫氨 酸、丙氨酸、丝氨酸 解析:基因表达载体的构建要用同一种限制酶切割运载体和含目 的基因的DNA片段;运载体有标记基因,便于筛选;抗虫棉植株自交 后代会发生性状分离;由图可知,合成的多肽的前三个氨基酸为甲 硫氨酸、丙氨酸、丝氨酸。 答案:A 探究点一探究点二 问题导引典例剖析归纳提升活学活练 温故知新 2.据报道,科学家近日培育出了世界上第一头携带有两
15、个人类基 因的牛,因此有望生产出和人类母乳极其类似的奶制品。下列叙述 正确的是( ) 该技术将导致定向变异 DNA连接酶将目的基因与运载体 黏性末端的碱基对连接起来 蛋白质中的氨基酸序列可为合成 目的基因提供资料 受精卵是理想的受体 A. B. C. D. 解析:转基因导致的变异都属于定向变异。DNA连接酶连接起来 的是目的基因和运载体黏性末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二 酯键,而不是碱基对之间的氢键。由蛋白质中的氨基酸序列可逆推 出相应mRNA的碱基序列,进而为人工合成目的基因提供资料。动 物的受精卵具有全能性,是理想的受体。 答案:D 探究点一探究点二温故知新 1.基因工程的1个原理:遵循基因重组的原理。 2.基因工程的3种工具 (1)限制性核酸内切酶:能识别并切割特定的核苷酸序列。 (2)DNA连接酶:连接两个DNA片段之间的脱氧核糖和磷酸(磷酸 二酯键)。 (3)运载体:将外源基因送入受体细胞。常用的运载体有质粒、噬 菌体和动植物病毒等。 3.基因工程的4个步骤 (1)提取目的基因。 (2)目的基因与运载体结合。 (3)将目的基因导入受体细胞。 (4)目的基因的检测与鉴定。 4.基因工程的3个应用:作物育种、药物研制以及环境保护等。