PAGE8-第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用[學習目標]1.概述基因工程的基本原理及基本步驟。2.了解基因工程的應(yīng)用及其平安性。學問點一基因工程的原理學問梳理1.概念：基因工程，又叫做eq\o(□,\s\up3(01))基因拼接技術(shù)或eq\o(□,\s\up3(02))DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是根據(jù)eq\o(□,\s\up3(03))人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以eq\o(□,\s\up3(04))修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，eq\o(□,\s\up3(05))定向地改造生物的遺傳性狀。2．原理：eq\o(□,\s\up3(06))基因重組。3．操作水平：eq\o(□,\s\up3(07))DNA分子水平；操作環(huán)境：體外。4．基本工具(1)基因的“剪刀”——eq\o(□,\s\up3(08))限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)。①特點：一種限制酶只能識別一種eq\o(□,\s\up3(09))特定的核苷酸序列，并在eq\o(□,\s\up3(10))特定的切點上切割DNA分子。②作用位點：eq\o(□,\s\up3(11))磷酸二酯鍵。③實例：大腸桿菌的一種限制酶能專一識別GAATTC序列，并在G和A之間切割，產(chǎn)生兩個帶有黏性末端的DNA片段，如圖所示：(2)基因的“針線”——eq\o(□,\s\up3(12))DNA連接酶。①作用對象：兩個具有eq\o(□,\s\up3(13))相同末端的DNA分子。②作用位置：DNA骨架上eq\o(□,\s\up3(14))脫氧核糖與eq\o(□,\s\up3(15))磷酸之間的缺口。③產(chǎn)物：形成重組DNA分子。(3)基因的運載體①作用：將外源基因送入eq\o(□,\s\up3(16))受體細胞。5．操作步驟1.運載體和細胞膜上的載體相同嗎？提示：不同。運載體是將外源基因?qū)胧荏w細胞的特地運輸工具，常用的運載體有質(zhì)粒、動植物病毒、噬菌體等；載體是位于細胞膜上的載體蛋白，與限制物質(zhì)進出細胞有關(guān)。2．限制酶與DNA連接酶作用的化學鍵相同嗎？提示：相同，均作用于磷酸二酯鍵。3．切割目的基因和運載體為什么常用同一種限制酶？提示：因為用同一種限制酶可以切割出相同的黏性末端，有利于目的基因與運載體結(jié)合。4．與誘變育種、雜交育種相比，基因工程育種的優(yōu)點又是什么？提示：目的性強，定向改造生物的性狀；克服遠緣雜交不親和障礙。5．基因工程中，為什么目的基因在不同物種中均能勝利表達？提示：不同的生物體共用一套遺傳密碼。典題精析[例1]如圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是()A．DNA連接酶、限制酶、解旋酶B．限制酶、解旋酶、DNA連接酶C．解旋酶、限制酶、DNA連接酶D．限制酶、DNA連接酶、解旋酶解題分析①處為氫鍵，解旋酶可斷開氫鍵，使DNA分子解旋；②處為磷酸和脫氧核糖形成的化學鍵，限制酶可斷開此化學鍵，常用于基因工程中切割運載體和目的基因；③處為斷開的DNA片段的切口，可將此連接起來的酶是DNA連接酶。答案C[例2]如圖表示一項重要的生物技術(shù)，對圖中物質(zhì)a、b、c、d的描述(a、b、c為三種工具)，正確的是()A．a(chǎn)具有多個標記基因和多個限制酶切點，最為常用的是噬菌體B．要獲得相同的黏性末端，通常用同種b去切割a和dC．c連接雙鏈間的氫鍵，使黏性末端處堿基互補配對D．重組DNA導(dǎo)入受體細胞中即可表達解題分析在基因工程中，最常用的運載體是質(zhì)粒，其上有標記基因和限制酶切點，A錯誤；通常運用同種限制酶切割目的基因和運載體，以獲得相同的黏性末端，B正確；c為DNA連接酶，其作用是使兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，C錯誤；重組DNA導(dǎo)入受體細胞后，有可能表達，也可能不表達，須要檢測和鑒定，D錯誤。答案B題后歸納1.DNA相關(guān)六種酶的比較2.提示目的基因與運載體結(jié)合的過程中，形成的重組分子中不只有目的基因和運載體的結(jié)合物，還有目的基因之間或運載體之間的結(jié)合物。學問點二基因工程的應(yīng)用及其平安性學問梳理1.基因工程的應(yīng)用(1)作物育種①現(xiàn)狀：近幾年來，人們利用基因工程的方法，獲得了eq\o(□,\s\up3(01))高產(chǎn)、eq\o(□,\s\up3(02))穩(wěn)產(chǎn)和具有eq\o(□,\s\up3(03))優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種eq\o(□,\s\up3(04))抗逆性的作物新品種。②實例：a.抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、煙草、玉米等?？瓜x基因來自eq\o(□,\s\up3(05))蘇云金芽孢桿菌，該基因能夠指導(dǎo)合成一種eq\o(□,\s\up3(06))毒性很強的蛋白質(zhì)晶體，使棉鈴蟲等害蟲死亡。科學家將編碼這個蛋白質(zhì)的基因?qū)胱魑?，使作物自身具有eq\o(□,\s\up3(07))抵擋蟲害的實力。b．轉(zhuǎn)基因奶牛、超級綿羊等。③意義：抗蟲基因作物的運用，不僅eq\o(□,\s\up3(08))削減了農(nóng)藥的用量，大大eq\o(□,\s\up3(09))降低了生產(chǎn)成本，而且還削減了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。(2)藥物研制①現(xiàn)狀：在藥品生產(chǎn)中，有些藥品由于受原料來源的限制，價格特別昂貴。用基因工程的方法能夠高效率地生產(chǎn)出各種eq\o(□,\s\up3(10))高質(zhì)量、eq\o(□,\s\up3(11))低成本的藥品，如胰島素、eq\o(□,\s\up3(12))干擾素、eq\o(□,\s\up3(13))乙肝疫苗。②實例：胰島素科學家將人體內(nèi)能夠產(chǎn)生eq\o(□,\s\up3(14))胰島素的基因與大腸桿菌的eq\o(□,\s\up3(15))DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)獲得勝利eq\o(□,\s\up3(16))表達。③意義：大大降低了藥品生產(chǎn)的成本。(3)環(huán)境愛護利用轉(zhuǎn)基因細菌降解有毒有害的化合物，汲取環(huán)境中的eq\o(□,\s\up3(17))重金屬，分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。2．轉(zhuǎn)基因生物及轉(zhuǎn)基因食品的平安性目前對轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的平安性問題存在兩個觀點：(1)轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是平安的，應(yīng)當eq\o(□,\s\up3(18))大范圍推廣。(2)轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是擔心全的，應(yīng)當eq\o(□,\s\up3(19))嚴格限制?？捶ǎ阂硇钥创茖W技術(shù)，在看到轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用前景特別廣袤的同時，也要正視轉(zhuǎn)基因技術(shù)帶來的平安性問題，要eq\o(□,\s\up3(20))趨利避害，而不能eq\o(□,\s\up3(21))因噎廢食。1.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對人體有毒害作用嗎？提示：沒有。因為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉表達出的“毒蛋白”只特異性地對鱗翅目的昆蟲有毒害作用，人體食用這種毒蛋白后，會被消化系統(tǒng)消化成氨基酸。2．轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米獨立種植若干代后是否會出現(xiàn)不抗蟲的植株，為什么？提示：轉(zhuǎn)基因生物獨立種植若干代，也會出現(xiàn)不抗蟲的植株。因為玉米螟(玉米植株上的一種害蟲)可能會發(fā)生基因突變，基因突變是不定向的，突變后的玉米螟可能對蘇云金芽孢桿菌殺蟲晶體蛋白不敏感。典題精析[例1]下列應(yīng)用中不屬于基因工程的是()A．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的勝利培育B．利用工程菌生產(chǎn)胰島素C．用紫外線處理青霉菌以提高青霉素的產(chǎn)量D．用奶牛生產(chǎn)人干擾素解題分析用紫外線處理青霉菌提高青霉素產(chǎn)量屬于誘變育種。答案C[例2]下列關(guān)于基因工程及轉(zhuǎn)基因食品的平安性的敘述，正確的是()A．基因工程常以抗生素抗性基因為目的基因B．通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可獲得抗蟲糧食作物，從而增加糧食產(chǎn)量，削減農(nóng)藥運用C．通常用一種限制性核酸內(nèi)切酶處理含目的基因的DNA，用另一種限制性核酸內(nèi)切酶處理運載體D．若轉(zhuǎn)入甘蔗中的外源基因來源于自然界，則生產(chǎn)出來的甘蔗不存在平安性問題解題分析基因工程常以抗生素抗性基因作為標記基因，A錯誤；在基因工程的實際操作中一般用同一種限制性核酸內(nèi)切酶來處理含目的基因的DNA和運載體，使它們產(chǎn)生相同的末端，C錯誤；轉(zhuǎn)基因甘蔗中的外源基因來源于自然界，仍可能存在食品平安、環(huán)境平安等平安性問題，D錯誤。答案B學問拓展在轉(zhuǎn)基因過程中，目的基因可以整合到細胞核中的染色體上，也可能整合到線粒體或葉綠體DNA上。若整合到細胞核中染色體上隨染色體遺傳，若整合到線粒體或葉綠體DNA上，則會隨著細胞質(zhì)遺傳而遺傳。當堂檢測——查漏補缺鞏固提升1．基因工程的正確操作步驟是()①目的基因與運載體相結(jié)合②將目的基因?qū)胧荏w細胞③目的基因的檢測與鑒定④提取目的基因A．③④②①B．②④①③C．④①②③D．③④①②答案C2．某科學家從細菌中分別出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程的方法，將基因a與運載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測發(fā)覺Amy在成熟塊莖細胞中存在。結(jié)合圖形分析下列有關(guān)這一過程的敘述，不正確的是()A．獲得基因a的限制酶的作用部位是圖中的①B．連接基因a與運載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的②C．基因a進入馬鈴薯細胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細胞D．通過該技術(shù)人類實現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀答案B解析限制酶和DNA連接酶均作用于磷酸二酯鍵，即①處，二者作用相反，分別是切割和連接該化學鍵，A正確，B錯誤；目的基因進入受體細胞后，會隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細胞，使之產(chǎn)生定向變異，從而變更其遺傳性狀，C、D正確。3．要將目的基因與運載體連接起來，在基因操作上應(yīng)選用()A．只需DNA連接酶B．同一種限制酶和DNA連接酶C．只需限制酶D．不同的限制酶與DNA連接酶答案B解析要將目的基因與運載體連接起來，應(yīng)選用同一種限制酶切割目的基因和運載體，兩者暴露出相同的黏性末端，其次再用DNA連接酶將目的基因和運載體連接形成重組DNA。4．運用現(xiàn)代生物技術(shù)，將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)氲矫藁毎?，為檢測試驗是否勝利，最便利的方法是檢測棉花植株是否有()A．抗蟲基因 B．抗蟲基因的產(chǎn)物C．新的細胞核 D．抗蟲的性狀答案D解析基因工程中目的基因?qū)胧欠駝倮臋z測，主要是檢測受體細胞是否出現(xiàn)了預(yù)期的目的基因產(chǎn)物，在這里最簡便的方法就是看棉花植株是否出現(xiàn)抗蟲的性狀。5．為了防止轉(zhuǎn)基因作物的目的基因通過花粉轉(zhuǎn)移到自然界中的其他植物中，科學家設(shè)法將目的基因整合到受體細胞中的葉綠體基因組中，其緣由是()A．葉綠體基因組不會進入到生殖細胞中B．受精卵中的細胞質(zhì)幾乎全部來自于卵細胞C．轉(zhuǎn)基因植物與其他植物間不能通過花粉發(fā)生基因溝通D．植物雜交的后代