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1、第2课时 基因工程及其应用 第四章 第四节 基因突变和基因重组 学习导航 1.结合教材图文，概述基因工程的基本原理和基本步骤。 2.结合具体实例，了解基因工程的应用及其安全性。 重难点击 基因工程的基本原理和基本步骤。 课堂导入 科幻电影蜘蛛侠中的男主角意外被转基因的蜘蛛咬伤，蜘蛛的基因 整合到了他的基因上，并且在他体内表达，从而使他成了具有特殊本领 的超级英雄。 现实中，我们已经运用类似的技术来改造生物的性状，获得人们所需要 的品种，这就是基因工程。 解决学生疑难点 _ 一、基因工程的原理 当堂检测 二、基因工程的应用及其安全性 内容索引 一、基因工程的原理 基础梳理 1.基因工程的概念基因
2、工程的概念 (1)基因工程，又叫做DNA重组技术，是把在一个生物体内分离得到或人 工合成的 导入另一个生物的细胞，定向地使后者获得新的 _或表达所需产物的技术。 (2)基因工程是把一种生物的某种基因转移到另一种生物体的细胞内，基 因的结构基本没有变化，只是位置发生了变化，所以应该属于_。 目的基因 遗传性状 基因重组 2.基因工程的基本工具基因工程的基本工具 (1)限制性核酸内切酶 限制性核酸内切酶的作用特点是识别 序列，并在_ 上切割DNA分子，形成许多DNA片段。 (2)DNA连接酶：连接同种限制酶切割后产生的DNA片段。 (3)运载体 作用：将外源基因送入 。 种类：质粒、 和动植物病毒
3、等。质粒存在于许多细菌以及酵母 菌等生物细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。 特定的核苷酸特定的切点 受体细胞 噬菌体 3.基因工程的操作基因工程的操作步骤步骤 提取目的基因 取得途径 目的基因：人们所需要的特定基因 直接分离基因 人工合成基因 目的基因与 运载体结合 用同一种限制性核酸内切酶切割运载体和目的基 因， 使运载体和目的基因结合 形成重组DNA分子 加入DNA连接酶 导入目的基因：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法 检测与鉴定目的基因 目的基因的表达：目的基因在受体细胞中表达，产生_ 蛋白质 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。
4、答案 答案 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。 问题探究 答案 1.能否利用人的皮肤细胞进行过程？过程需要的酶是哪一种？ 答案 答案 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A结合、B与B结合的产物。 2.如何将A和B连接成C？操作后的产物只有C吗？ 答案 答案 利用C上的标记基因进行检测。 3.如果要检测D中是否含有C，通常如何检测？ 答案 答案 答案 所有生物共用一套遗传密码。 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？ 答案 答案 可以定向地改造生物的遗传性状。 5.该方法和诱变育种相比，有什
5、么优点？ 答案 知识知识 整合整合 胰岛素基因只在胰岛细胞中转录出mRNA；目的基因和运载体结合时， 通常用同一种限制酶切割，再加入DNA连接酶；操作后的产物也有目 的基因和运载体自我环化的产物。基因工程可以定向地改造生物的遗 传性状。 拓展应用 1.某科学家从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。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是 A.获取基因a的限制酶的作用部位是图中的 B.连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的 C.基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子
6、的复制而复制，传给子 代细胞 D.通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状 答案解析 解析 解析 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即处，二者作用 相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随 着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异， 从而改变其遗传性状。 2.如图所示为一项重要生物技术的关键步骤，X是获得外源基因并能够 表达的细胞。下列有关说法不正确的是 答案解析 A.X是能合成胰岛素的细菌细胞 B.质粒具有标记基因和多个限制酶切点 C.外源基因与运载体的重组只需要DNA连接酶 D.该细菌的性状被定向改造 解析 解析 根据图示，重组质粒导入的
7、是细菌细胞，所以X是能合成胰岛素 的细菌细胞，A正确； 质粒作为运载体需要有多个限制酶切点以便转运多种目的基因，同时 具有标记基因以便检测目的基因是否导入受体细胞内，B正确； 基因与运载体的重组需要限制酶和DNA连接酶，C错误； 基因工程的特点是能够定向改造生物的性状，D正确。 二、基因工程的应用及其安全性 基础梳理 1.基因工程的应用基因工程的应用 (1)生产特殊 如胰岛素、生长激素等。 (2)按照人们的意愿 动植物。 (3)运用转基因技术进行环境保护。 2.转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物和转基因食品的安全性 蛋白质 定向改造 严格控制大范围推广 安全性 问题探究 答案 答案 我国
8、科学家培育的转基因猪、牛、鸡、鲤鱼等，还有大批具有抗 虫、抗病、抗除草剂、抗逆等全新性状的农作物。 1.你所知道的我国转基因成果都有哪些？ 答案 答案 减少了农药使用对环境造成的污染。转基因生物独立种植若干代 后，也会出现不抗虫的植株，因为玉米螟(玉米植株上的一种害虫)可能 会发生基因突变，基因突变是不定向的，突变后的玉米螟可能对苏云金 芽孢杆菌杀虫晶体蛋白不敏感。 2.转基因抗虫玉米在环境保护上的重要作用是什么？此种转基因玉米独 立种植若干代后是否会出现不抗虫的植株，为什么？ 答案 拓展应用 3.转基因成果令人叹为观止，下列不是转基因成果的一项是 A.抗虫棉花 B.能清除石油污染的假单胞杆菌
9、 C.我国奶牛的主要品种中国荷斯坦奶牛 D.抗除草剂玉米 答案解析 解析 解析 转基因生物是指运用基因工程操作程序，即通过提取目的基因、 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 鉴定等获得的含有外源基因的生物。转基因生物包括转基因植物、转基 因动物和转基因微生物。抗虫棉花、能清除石油污染的假单胞杆菌、抗 除草剂玉米都属于转基因成果。我国奶牛的主要品种中国荷斯坦奶牛， 是杂交育种技术的结果。 4.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，从而增加粮食产量，减少农药 使用 C.通常
10、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DNA D.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 答案解析 解析 解析 基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因；在基因工程的实验 操作中一定要注意用同一种限制性核酸内切酶来处理含目的基因的DNA 和运载体DNA，使它们产生相同的黏性末端；若转基因甘蔗中的外源基 因来源于自然界，则仍可能存在食品安全、环境安全等安全性问题。 课堂小结 作物 育种 药物 研制 环境 保护 运 载体受体 细胞 检 测与鉴 定 限制酶 DNA连接酶 运载体 当堂检测 1.科学家们经过多年的努力创立了一种新
11、兴生物技术基因工程，实 施该工程的最终目的是 A.定向提取生物体的DNA分子 B.定向地对DNA分子进行人工“剪切” C.在生物体外对DNA分子进行改造 D.定向地改造生物的遗传性状 23451 答案 解析 解析 基因工程就是通过对生物体的基因进行修饰改造，使之按照人们 的意愿表现出人们所需要的性状，产生人类所需要的基因产物，可见基 因工程的目的是定向改造生物的遗传性状。 解析 2.如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工 具是 答案 23415 解析 A.DNA连接酶和解旋酶 B.DNA聚合酶和限制性核酸内切酶 C.限制性核酸内切酶和DNA连接酶 D.DNA聚合酶和RNA
12、聚合酶 23415 解析 解析 如图所示为目的基因与运载体结合过程，需要基因的“剪 刀”限制性核酸内切酶和基因的“针线”DNA连接酶。此过 程不涉及DNA复制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。 23415 3.一旦禽流感病毒与人类病毒重组，从理论上讲，就有可能在人与人之 间传播该疾病。届时，这种病毒就会成为人类病毒。这里所说的重组与 下列哪项本质相同 A.基因工程 B.太空育种 C.单倍体育种 D.多倍体育种 答案解析 解析 解析 不同类型的病毒重组实质是病毒间的基因转移和拼接，与基因工 程本质是相同的，都是基因重组，只是基因工程是人为操作的，病毒之 间的基因重组是自发的。 23415 4.下列关
13、于转基因生物与环境安全的叙述，错误的是 A.重组的微生物在降解污染物的过程中可产生二次污染 B.种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响 C.如果转基因花粉中含有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到 人体内 D.转基因生物有可能对生态系统的稳定性和人类的生活环境造成破坏 答案 解析 解析 种植抗虫棉虽然可以减少农药的使用量，但由于抗虫害的转基因作 物的长期大量种植，会使目标害虫发生群体改变，产生抗性，更难杀灭。 解析 5.酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。科学家 将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生 LTP1蛋白，并酿出泡沫丰
14、富的啤酒。基本的操作过程如下： 23415 答案解析 (1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传的变异的来源中属于 _。 基因重组 解析 解析 基因工程能克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因 组合到一起，使生物具有特定性状，其原理为基因重组。 (2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是_。 23415 解析 解析 运载体是取自大肠杆菌的质粒(见图)。 答案解析 质粒 (3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用_进行切割。 (4)切割完成后，利用_将运载体与LTP1基因连接。 解析 解析 基因工程中的“剪刀”为限制酶，两个序列相同、能互补配对的 黏性末端可用DNA连接酶“缝合”。 同一种限制酶 DNA连接酶