第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用

學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)

1.理解遺傳物質(zhì)的研究為基因工程提供了理

1.說出基因工程的概念。論基礎(chǔ)。

2.說出基因工程的基本工具。（重點）2.通過聯(lián)想制作拼接畫的過程，理解基因工

3.闡述基因工程的基本操作。（重、難點）程的操作工具。

4.舉例說明基因工程的應(yīng)用。3.采用繪圖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“針線”

項目名稱作用

識別特定的核昔酸序列，并在特定的切點上切割DNA

“剪刀”限制酶

分子

“針線，，DNA連接酣連接脫?核糖和磷酸之間的缺口

⑵運載體

①作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。

'噬菌體

［分布：許多紐逋以及酵母菌等生物細(xì)胞質(zhì)中

②種類《質(zhì)粒，特性：能夠自主復(fù)制

［實質(zhì)：環(huán)狀DNA分子

＜動植物病毒

二、基因工程的操作及應(yīng)用

1.基本操作步驟

2.應(yīng)用及安全性

(1)應(yīng)用

應(yīng)用內(nèi)容

目的培育出具有各種抗逆性的作物新品種

作物育

實例抗蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉

種

意義減少了農(nóng)藥用量,而且還減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染

實例生產(chǎn)人的胰島素

藥物研

胰島素基因與大腸桿菌的DNA分了?重組,并在大腸桿菌內(nèi)成功表

制過程

達(dá)

環(huán)境保利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒有害的化合物,吸收環(huán)境中的重金屬，

實例

護(hù)分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等

(2)安全性

-----------------相互對立-----------------------

不安全，要產(chǎn)格控制/；安全，應(yīng)該大范圍推廣

我國態(tài)度：十分重視轉(zhuǎn)基因生

物及其產(chǎn)品的安仝性問題

1.基因的“剪刀”一一限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)

(1)存在：主要存在于微生物中。

(2)作用：斷裂兩個核苜酸之間的磷酸二酯鍵。

(3)特點：具有特異性，即一種限制酶只能識別一種峙定的核甘酸序列，并在特定的位點

切割DNA分子。

(4)作用結(jié)果：一般產(chǎn)生黏性末端。

2.基因的“針線”一一DNA連接酶

(1)催化對象：兩個具有相同末端的DNA片段。

(2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。

(3)催化結(jié)果：形成重組DNA。

(4)限制酶與DNA連接腳的比較

比較

作用應(yīng)用

項目

限制酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂用于提取目的基因和切割載體

DNA在DNA片段之間重新形成磷酸二用于重組DNA分子（重組質(zhì)粒）構(gòu)

連接能酯鍵建

兩者的關(guān)系可表示為:

GAATTC限制制GAATTC

1111111+1

CTTAAGLDNA連接隨CTTAAG

（5）DNA連接酶與DNA聚合酶的比較

目

DNA連接酶DNA聚合酶

比較

將游離的脫氧核甘酸連接到脫氧核甘酸

作用對象DNA片段

鏈上

作用條件不需要模板需要模板

作用部位連接相鄰）兌氧核有酸的磷酸和脫氧核糖

形成化學(xué)鍵磷酸二酯鍵

⑴質(zhì)粒

①存在：許多細(xì)菌及酵母菌等生物細(xì)胞中。

②本質(zhì)：擬核或細(xì)胞核外的環(huán)狀DNA分子。

③特點：能夠自主復(fù)制O

（2）運載體應(yīng)具備的條件

①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制一一保證目的基因能在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制并傳

遞給子細(xì)胞。

②有一至多個限制能切點一一運載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。

③有標(biāo)記基因一一檢測目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中的重要判斷依據(jù)。

包）對面練電.

1.下列有關(guān)基因工程和酶的相關(guān)敘述，正確的是（）

A.同種限制酶既可以切割目的基因又可以切割質(zhì)粒，因此不具備專，性

B.運載體的化學(xué)本質(zhì)與載體蛋白相同

0.限制酶不能切割煙草花葉病毒的核酸

D.DNA連接酶可催化游離的脫氧核昔酸連接成脫氧核甘酸鏈

C［一種限制能只能識別一種特定的核甘酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子，具

備專一性，A錯誤；運載體的化學(xué)本質(zhì)是DNA,與載體蛋白不同，B錯誤；限制酶能切割DNA,

不能切割煙草花葉病毒的核酸RNA,C正確；DNA連接酶可催化不同的DNA片段連接在一起，

不能催化游離的脫氧核甘酸連接成脫氧核甘酸鏈，D錯誤。］

2.限制性核酸內(nèi)切酶是一種核酸切割酶，可辨識并切割DNA分子上特定的核甘酸序列，

如圖依次為4種限制酶展砒I,歷出I,必/用11以及旅川的辨識序列，箭頭表示每一種限

制酶的特定切割部位，其中哪兩種限制酶所切割出來的DW片段末端可以互補黏合？（）

Hank\Ia樂1HirvWW圖/II

1111

GGATCCGAATTCAAGCTTAGATCT

CCTAGGCTTAAGTTCGAATCTAGA

tttt

A.Ba漏I和EcoRIB.Ba源I和HiMW

C.EcoRI和省ndlHD.由礎(chǔ)I和磨/II

I）［MlI和%㈤I切割形成的黏性末端不互補配對，因此不能互補黏合，A錯誤；BanW

I和MT/diii切割形成的黏性末端不互補配對，因此不能互補黏合，B錯誤；比加I和應(yīng)//din

切割形成的黏性末端不互補配對，因此不能互補黏合，c錯誤；物礎(chǔ)I和寤八【切割形成的黏

性末端可以互補配對，因此能互補黏合，D正確。］

［問題探究］

卜.圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請據(jù)圖回答。

人胰島胰島素

—A人/事＜兩人__胰島索

大場桿菌BCD0人胰島素

1.能否利用人的皮膚細(xì)胞進(jìn)行過程①？過程②特別需要的酸是哪一種？

提示：不能，皮膚細(xì)胞中胰島素基因不表達(dá)；過程②是逆轉(zhuǎn)錄，需要逆轉(zhuǎn)錄酶。

2.如何將A和B連接成C?操作后的產(chǎn)物只有C嗎？

提示：用同一種限制將切割A(yù)和B,再加入DNA連接酶，才能形成晨操作后的產(chǎn)物除了

C,還可能有A與A結(jié)合、3與B結(jié)合的產(chǎn)物。

3.人的胰島素基因能夠在大腸桿菌細(xì)胞中表達(dá)的基礎(chǔ)是什么？

提示：所有生物共用一套遺傳密碼。

4.該方法和誘變育種相比，有什么優(yōu)點？

提示：可以定向改造生物的遺傳性狀。

［歸納總結(jié)］

1.基因工程操作的基本步驟

(目的基因：人們所需的特定基因

提取目

獲取(直接分離基因

的基因I途徑(人工合成基因

(用一種限制睥切割質(zhì)粒

用同一種限制酶切割目的基因

目的基因與

運載體結(jié)合’▼

加入DNA連接薜

質(zhì)粒和目的基因結(jié)合成重組DNA分子

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：主要是借助細(xì)菌或病毒侵染

細(xì)胞的方法

'檢測：根據(jù)運載體特有的標(biāo)記基因或分子

雜交技術(shù)檢測目的基因是否導(dǎo)入受體

目的基因的

細(xì)胞

檢測與鑒定

鑒定：受體細(xì)胞是否表現(xiàn)出特定性狀，如棉

、花抗蟲性狀的表現(xiàn)

知識拓展：

(1)在基因工程操作過程中，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程不涉及堿基互補配對。

(2)受體細(xì)胞常選用微生物的原因：微生物繁殖快、弋謝快、FI的產(chǎn)物多。

(3)培育轉(zhuǎn)基因動物時，常采用顯微注射法將目的基因?qū)胧芫?，原因是受精卵的全?/p>

性高。

(4)培育轉(zhuǎn)基因植物時，受體細(xì)胞可用受精卵和其他高度分化的細(xì)胞，因為高度分化的植

物細(xì)胞仍具有全能性?？捎弥参锝M織培養(yǎng)技術(shù)將其培育成個體。

2.基因工程成功的基礎(chǔ)

基本單位相同：著

是由脫氧核谷酸構(gòu)

成的

運載體與目的基因空間結(jié)構(gòu)相同：卷是

結(jié)合成功的基礎(chǔ)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

兩

個

方

面

3.基因工程的應(yīng)用

目的：獲得高產(chǎn)、度產(chǎn)和具有優(yōu)良1s點的農(nóng)作

物.培育出具有各種抗逆性的作物新品種

作物實例:抗棹性蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲林

育種意義:抗立基因作物的種植，不僅斌少了農(nóng)藥

的使用量，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減

應(yīng)少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染

用實例：用基因工程方法生產(chǎn)胰島素

藥物

過程:膠島素茶因與大師桿盲的DNA分子直

研制

組，并且在大,揚桿菌內(nèi)成功地表達(dá)

環(huán)境保護(hù):利用轉(zhuǎn)基因細(xì)曾降解有毒有害的化合物、

吸收環(huán)境中的重金屬、分解泄漏的石油、處理

工業(yè)廢水等

4.轉(zhuǎn)基因育種與雜交育種、誘變育種的比較

(1)雜交育種能使位于不同個體上的多個優(yōu)良性狀集中于一個個體上，但育種周期長；誘

變育種可以提高變異頻率，大幅度改良某些性狀，但有利變異個體不多，需要大量供試材料。

(2)與雜交育種、誘變育種相比，轉(zhuǎn)基因育種能克服傳統(tǒng)育種方法的缺點，具有目的性強、

育種周期短、能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙等優(yōu)點。

1.用基因工程技術(shù)可使大腸桿菌合成人的蛋白質(zhì)。下列敘述不正確的是()

A.常用相同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒

B.DNA連接酶和RNA聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的二具酶

C.質(zhì)粒作為運載體應(yīng)具有標(biāo)記基因

D.人和大腸桿菌在合成相關(guān)蛋白質(zhì)時，轉(zhuǎn)錄和翻譯的場所不同

B［為得到相同的黏性末端，常用相同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，A正確。DNA連接

酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的酶，而RNA聚合酶則用于DNA的轉(zhuǎn)錄過程，B錯誤。質(zhì)粒作為運載體,

應(yīng)具有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組DNA的鑒定和選擇，C正確。人是真核生物，大腸桿菌

是原核生物，真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄場所主要在細(xì)胞核，而原核細(xì)胞沒有成形的細(xì)胞核，D正確。］

2.某種轉(zhuǎn)基因玉米能高效合成一種多肽類的蛋白酶加制劑，積累于莖葉中，讓取食它的

害蟲的消化酶受抑制，使其無法消化食物而死亡。下列就該玉米對人類安全性的評論1,不

符合生物學(xué)原理的是（）

A.不安全。這種玉米的果實（種子）中也可能含有蛋白酶抑制劑，使人食用后因無法消化

食物而患病

B.不安全。該玉米的蛋白酶抑制劑基因可通過食物性進(jìn)入人體細(xì)胞內(nèi)，使人體無法消化

食物而患病

C.安全。因為人與害蟲消化酶的結(jié)構(gòu)存在差異，玉米的蛋白酶抑制劑對人體很可能無影

響

D.安全。人類通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白陶抑制劑已被高溫破壞，不會影響

人的消化

B［基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，屬于大分子有機物，外源基因進(jìn)入動物和人體的消

化道后會被消化成小分子物質(zhì)，不能直接進(jìn)入動物和人體細(xì)胞內(nèi)，更談不上通過食物鏈富集

并在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。］

［課堂小結(jié)］

知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建