1、第2節(jié)基因工程及其應用學習導航1概述基因工程的原理和應用。2.了解轉基因生物和轉基因食品的安全性。一、基因工程的原理(閱讀教材P102P103)1含義2操作工具(1)(2)(3)運載體作用：將外源基因導入受體細胞。點撥限制酶具有特異性，DNA連接酶能連接任意兩個DNA片斷，不具有特異性。運載體與細胞膜中的載體不同。運載體是DNA分子，而膜載體是蛋白質。3基因工程的步驟(1)提取目的基因；(2)目的基因與運載體結合；(3)將目的基因導入受體細胞；(4)目的基因的檢測與鑒定。二、基因工程的應用及安全性(閱讀教材P104P106)1基因工程與作物育種(1)目的：獲得高產、穩(wěn)產和具有優(yōu)良品質的農作物，

2、培育出具有各種抗逆性的作物新品種。(2)實例：抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉。2基因工程與藥物研制(1)實例：用基因工程方法生產胰島素。(2)過程：胰島素基因與大腸桿菌的DNA分子重組，并且在大腸桿菌體內獲得成功的表達。3基因工程的安全性判斷(1)基因工程的原理是基因突變。()分析：基因工程的原理是基因重組。(2)基因工程能夠定向的改變生物的性狀。()分析：基因工程可以向受體細胞中導入目的基因，讓其表達，定向地改變生物的性狀。(3)所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列。()分析：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列。(4)基因工程中的運載體只有質粒。()分析：基因工程中常見的運載體有質粒、噬

3、菌體和動植物病毒。(5)只要目的基因進入了受體細胞就能成功實現(xiàn)表達。()分析：目的基因進入受體細胞不一定能進行轉錄、翻譯。(6)轉基因生物和轉基因食品都是不安全的。()分析：對于轉基因生物和轉基因食品的安全性問題不能片面地一概而論。主題一基因工程的操作工具1結合下圖，探究以下問題：(1)過程需要限制酶，過程需要DNA連接酶。(2)限制性核酸內切酶的作用特點是識別特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子，形成2個黏性末端。(3)同種限制酶切割不同DNA分子后形成的黏性末端是可以通過堿基互補配對連接起來的，但是脫氧核糖和磷酸之間的缺口要靠DNA連接酶進行連接。2結合下面大腸桿菌質粒的分子結

4、構示意圖分析：質粒存在于許多細菌以及酵母菌等生物細胞中，是擬核或細胞核外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子。上面的標記基因為抗生素抗性基因，其作用為用于目的基因是否導入受體細胞的檢測依據。同時還含有多個酶切位點，其作用是便于質粒接入目的基因。1DNA連接酶與DNA聚合酶的比較比較項目DNA連接酶DNA聚合酶不同點作用對象連接DNA片段連接游離的脫氧核苷酸作用條件不需要模板需要模板相同點作用部位連接不同脫氧核苷酸之間的磷酸和脫氧核糖之間的磷酸二酯鍵2.運載體應具備的條件：(1)能在宿主細胞內穩(wěn)定保存并大量復制這是保證目的基因能在細胞分裂過程中復制并傳遞給子代細胞的基礎。(2)有多個限制酶切點這是

5、運載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。(3)有標記基因這是檢測目的基因是否導入受體細胞中的重要判斷依據。1如圖所示為一項重要生物技術的關鍵步驟，X是獲得外源基因并能夠表達的細胞。下列有關說法不正確的是()AX是能合成胰島素的細菌細胞B質粒具有多個標記基因和多個限制酶切點C外源基因與運載體的重組只需要DNA連接酶D該細菌的性狀被定向改造解析：選C。根據圖示，重組質粒導入的是細菌細胞，所以X是能合成胰島素的細菌細胞。質粒作為運載體需要有多個限制酶切點以便轉運多種目的基因，同時具有標記基因以便檢測目的基因是否導入受體細胞內。基因與運載體的重組需要限制酶和DNA連接酶?；蚬こ痰奶攸c是能夠定向改造生

6、物的性狀。2下圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化，圖中依次表示限制性核酸內切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是()A BC D解析：選C。限制性核酸內切酶用于切割DNA片段；而與之作用相反的是DNA連接酶，用于連接DNA片段；DNA聚合酶用于DNA的復制過程，它需要模板；解旋酶會使DNA雙鏈解旋而分開，它作用于堿基對之間的氫鍵。方法技巧根據作用部位判斷與DNA分子有關的酶(1)斷開氫鍵的酶：解旋酶。(2)斷開(相鄰核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶：若結果生成若干DNA片段，可判定為限制酶；若生成其基本單位核苷酸，可判定為DNA水解酶。(3)生成(相鄰核苷酸之間的)磷酸二

7、酯鍵的酶：若將兩個DNA片段連接在一起，可判定為DNA連接酶；若作用于DNA復制的過程中，或將游離的脫氧核苷酸連接到DNA鏈上，可判定為DNA聚合酶。主題二基因工程的操作步驟結合下圖探究以下問題：1圖中過程為提取目的基因，采用直接分離的方法，目的基因是指人們所需要的外源基因。2如圖中過程屬于目的基因與運載體結合。(1)從圖中可以看出，提取目的基因B和切開質粒A所用的是同一種限制酶。(2)DNA連接酶用于質粒A與目的基因B的結合過程，形成重組DNA分子C。3圖中過程屬于將目的基因導入受體細胞，此過程不存在堿基互補配對。4目的基因的檢測與鑒定(1)檢測：根據標記基因或分子雜交技術檢測目的基因是否導

8、入受體細胞。(2)鑒定：受體細胞是否表現(xiàn)出特定性狀，如棉花抗蟲性狀的表現(xiàn)。小組討論(1)轉基因抗蟲棉有性繁殖產生的后代都具有抗蟲特性嗎？為什么？提示：不一定。因為性狀分離或變異，抗蟲棉的子代可能會失去抗蟲特性。,(2)基因工程中，為什么目的基因在不同物種中均能成功表達？提示：因為不同的生物體共用一套遺傳密碼，控制合成相同的蛋白質?；蚬こ痰幕静僮鞒绦?提取目的基因。2目的基因與運載體結合，如圖：3將目的基因導入受體細胞。4目的基因的檢測與鑒定。3由于乙肝病毒感染的宿主范圍很窄，僅限于人和靈長類動物，因此無法用細胞培養(yǎng)的方法生產疫苗，但可用基因工程的方法進行生產，現(xiàn)已知乙肝病毒的核心蛋白和表面

9、抗原蛋白的氨基酸序列，生產示意圖如下。下列相關說法不正確的是()乙肝病毒有關基因細菌大量生產疫苗A生產乙肝疫苗的過程也達到了定向改造細菌的目的B在過程中需要限制性核酸內切酶和DNA連接酶C用于生產疫苗的目的基因為編碼核心蛋白的基因和表面抗原蛋白基因D這種轉基因的細菌一定是安全的，不用擔心其擴散到自然界解析：選D。上述過程應用了基因工程技術，能定向改造生物的遺傳性狀；在操作時要應用限制酶來獲得目的基因，并用DNA連接酶使之與運載體結合；該過程的目的基因為表面抗原蛋白基因和編碼核心蛋白的基因；轉基因生物的安全性還存在爭議。無法判斷其安全性，應避免其擴散進入自然界。4下圖是應用基因工程技術獲得轉基因

10、動物和植物的過程，相關敘述不正確的是()A通過過程形成重組質粒只需要兩種工具B是重組質粒導入受體細胞的過程C通過過程產生的轉基因牛的細胞中都含有人的生長激素基因D通過過程培育的抗蟲棉需要檢測抗蟲效果解析：選A。是目的基因與運載體結合的過程，既需要限制酶和DNA連接酶，也需要載體質粒。核心知識小結網絡構建關鍵語句1基因工程的原理是基因重組。2基因工程的操作工具有限制酶、DNA連接酶和運載體。3限制性核酸內切酶具有特異性，能識別特定的核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。4DNA連接酶的作用是將目的基因和運載體連接成重組DNA分子。5常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等。6基因工程的四個步

11、驟是：提取目的基因、目的基因與運載體結合、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。隨堂檢測知識點一基因工程概念及操作工具1以下有關基因工程的敘述，正確的是()A基因工程是細胞水平上的生物工程B基因工程的產物對人類都是有益的C基因工程產生的變異屬于人工誘變D基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強解析：選D?；蚬こ淌窃谏矬w外，通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，對生物的基因進行改造(目的性強)和重新組合(基因重組)，然后導入受體細胞內進行復制，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物和新的生物類型，但并不是所有的基因工程產物對人類都是有益的。2下圖為DNA分子的某一片段，

12、其中分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次是()ADNA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、解旋酶解析：選C。使堿基對內氫鍵斷裂的是解旋酶；限制酶將特定部位的相鄰兩脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開；連接DNA片段間磷酸二酯鍵的是DNA連接酶。3(2015長沙高一檢測)下列有關基因工程中運載體的說法，正確的是()A在進行基因工程的操作中，作為運載體的質粒都是天然質粒B所有的質粒都可以作為基因工程的運載體C質粒是一種獨立于細菌擬核DNA外的鏈狀DNA分子D作為運載體的質粒DNA分子上應有對重組DNA分子進行鑒定和選擇的標記基因解

13、析：選D。作為運載體的質粒，都是經過修飾的質粒；并不是所有質粒都能作為運載體，能作為運載體的質粒必須具備一定的條件；質粒是環(huán)狀DNA分子。知識點二基因工程的操作過程4下列關于基因工程的敘述，錯誤的是()A目的基因和受體細胞均可來自動植物或微生物B限制性核酸內切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶C人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性D運載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達解析：選D?；蚬こ讨心康幕蚝褪荏w細胞均可來自動植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內切酶和DNA連接酶；人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性，只有經過一定的物質激活以

14、后，才能有生物活性。運載體上的抗性基因主要是有利于篩選含重組DNA的細胞，不能促進目的基因的表達，所以D錯誤。5水母發(fā)光蛋白由236個氨基酸構成，其中Asp(天冬氨酸)、Gly(甘氨酸)、Ser(絲氨酸)構成發(fā)光環(huán)，現(xiàn)已將這種蛋白質的基因作為生物轉基因的標記，在轉基因技術中，這種蛋白質的作用是()A促使目的基因導入受體細胞B使目的基因容易被檢測出來C促使目的基因在受體細胞內復制D使目的基因容易成功表達解析：選B。該發(fā)光蛋白的作用是使目的基因容易被檢測出來，從而確認目的基因是否已經成功導入受體細胞中。6干擾素是一種糖蛋白，過去從人的白細胞中提取，產量很低。我國的科研人員成功運用基因工程技術提高了

15、其產量，如圖為其原理過程圖。請據圖回答下面的問題：(1)圖中過程叫_。(2)圖中物質的化學本質是_，它作為運載體，必須具備的特點是_(寫出任意兩點)。(3)該過程中，供體細胞是_，受體細胞是_(填字母)，重組DNA分子是_(填序號)，在形成的過程中需要_。答案：(1)提取目的基因(2)雙鏈環(huán)狀DNA分子(或DNA分子)具有一個或多個限制酶切割位點，在細胞中能夠自我復制，有特殊的標記基因等(3)人的體細胞b限制酶和DNA連接酶 課時作業(yè)1科學家們經過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術基因工程，實施該工程的最終目的是()A定向提取生物體的DNA分子B定向地對DNA分子進行人工“剪切”C定向地改造生

16、物的遺傳性狀D在生物體外對DNA分子進行改造解析：選C。根據基因工程的概念可知，實施該工程的最終目的是定向地改造生物的遺傳性狀。2DNA整合到細胞染色體上的過程，屬于()A基因突變 B基因重組C基因分離 D染色體變異解析：選B。基因是有遺傳效應的DNA片段，染色體由DNA和蛋白質組成，DNA整合到細胞染色體上，實現(xiàn)了DNA上的基因與細胞內染色體DNA上基因的重組，因此屬于基因重組。3基因工程中，切割運載體和含有目的基因的DNA片段時，需使用()A同種限制酶 B兩種限制酶C同種DNA連接酶 D兩種DNA連接酶解析：選A。用同種限制酶切割運載體和含有目的基因的DNA片段，可以使兩者產生相同的黏性末

17、端，可通過互補堿基的配對結合起來，再用DNA連接酶使兩條鏈上的缺口結合，就形成一個完整的重組DNA。4結合下圖判斷，有關基因工程中工具酶的功能的敘述，正確的是()A切斷a處的酶簡稱內切酶，被稱為基因的“剪刀”B連接a處的酶為DNA聚合酶，被稱為基因的“針線”CRNA聚合酶可通過識別基因中的特定堿基序列與DNA分子結合DDNA連接酶的作用點是b處解析：選C。切斷a處的是被稱為基因的“剪刀”的限制性核酸內切酶，應簡稱為限制酶而不是內切酶，A項錯誤；連接a處的被稱為基因的“針線”的是DNA連接酶，不是DNA聚合酶，B項錯誤；b處為堿基對內的氫鍵，切斷b處的是解旋酶，但b處的連接是通過堿基互補配對實現(xiàn)

18、的，DNA連接酶的作用點是a處而非b處，D項錯誤。5(2015濟南高一檢測)在下列基因操作的四個基本步驟中，不需要進行堿基互補配對的步驟是()A人工合成目的基因B將目的基因導入受體細胞C目的基因與運載體結合D目的基因的檢測與鑒定解析：選B。用人工方法使體外重組的DNA分子轉移到受體細胞，主要借助于細胞膜的流動性，此過程中不需要堿基互補配對。6上海醫(yī)學研究所成功培育出第一頭攜帶人白蛋白基因的轉基因牛。他們還研究出一種可大大提高基因表達水平的新方法，使轉基因動物乳汁中的藥物蛋白含量提高了30多倍。以下與此有關的敘述中，正確的是()A“轉基因動物”是指體細胞中出現(xiàn)了新基因的動物B“提高基因表達水平”

19、是指設法使牛的乳腺細胞中含有更多的人白蛋白基因C只在轉基因牛乳汁中才能獲取人白蛋白，是因為人白蛋白基因只在牛乳腺細胞中是純合的D轉基因牛的肌肉細胞中也有人白蛋白基因，但不發(fā)生轉錄、翻譯，故不合成人白蛋白解析：選D。轉基因動物的受體細胞一般是受精卵，所以含有轉基因的受精卵在形成個體時，所有細胞都會含有轉入的基因；但在機體發(fā)育過程中，基因要進行選擇性表達。7下列關于基因工程的敘述，不正確的是()A基因工程常以抗生素抗性基因作為目的基因BDNA連接酶和限制酶是構建重組質粒必需的工具酶C通常用同一種限制酶處理含有目的基因的DNA和運載體DNAD為育成抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時可以以受精卵

20、或體細胞作為受體解析：選A。基因工程中抗生素抗性基因一般作為標記基因；在一般情況下用同一種限制酶剪切目的基因和運載體，切出相同的黏性末端有利于堿基互補配對；導入抗除草劑基因時常以受精卵作為受體，但由于植物體細胞的全能性較高，所以也可以用體細胞作為受體。8人的糖蛋白必須經內質網和高爾基體進一步加工合成，通過轉基因技術，可以使人的糖蛋白基因得以表達的受體細胞是()A大腸桿菌 B酵母菌CT4噬菌體 D質粒DNA解析：選B。人的糖蛋白必須經內質網和高爾基體進一步加工合成，故受體細胞內應有內質網和高爾基體，題干中只有酵母菌符合此條件。9下列關于基因工程技術的敘述，不正確的是()A重組DNA技術所用的工具

21、酶是限制酶、DNA連接酶和運載體B某限制酶能識別GAATTC序列并在G和A之間切開利用了酶的專一性C選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌繁殖快D成功將抗蟲基因導入棉花后產生的變異屬于基因重組解析：選A。重組DNA技術所用的工具酶是限制酶和DNA連接酶，運載體不是工具酶。10在用基因工程技術構建抗除草劑的轉基因煙草過程中，下列操作錯誤的是()A用限制酶切割煙草花葉病毒的核酸B用DNA連接酶連接經切割的抗除草劑基因和運載體C將重組DNA分子導入煙草原生質體D用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉基因煙草細胞解析：選A。構建重組DNA分子時，需用同種限制酶切割目的基因和運載體，再用DNA連接酶連接形成重組DN

22、A分子，而煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA，所以A項錯誤。重組DNA分子形成后要導入受體細胞(若是植物細胞，則可導入其原生質體)，若導入的受體細胞是體細胞，經組織培養(yǎng)可獲得轉基因植物。目的基因為抗除草劑基因，所以未成功導入目的基因的細胞不具有抗除草劑的能力，可用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉基因煙草細胞。11你認為支持基因工程技術的理論有()遺傳密碼的通用性不同基因可獨立表達不同基因表達可互相影響DNA作為遺傳物質能夠嚴格地自我復制A BC D解析：選A。轉基因之所以在不同種生物間可以進行是因為：遺傳密碼的通用性同一基因在不同生物中表達產生的蛋白質(或性狀)相同；不同基因表達的獨立性在不同生物中基因的表

23、達不受其他基因的影響；DNA自我復制的嚴格性從而保證遺傳的穩(wěn)定性。12抗逆轉基因作物的培育與推廣帶來的巨大社會效益是()在一定程度上使作物擺脫了土壤和氣候條件的限制減少化學農藥對環(huán)境的污染和對人畜的危害減少了化肥的制造和使用量，有利于環(huán)境保護使得作物在不良環(huán)境下更好地生長，提高產量A BC D解析：選B?？鼓孓D基因作物體內含有抵抗不良環(huán)境條件的基因，如抗病毒、抗蟲、抗鹽堿、抗除草劑、抗低溫等基因，但抗逆轉基因作物的生長仍然需要從土壤中吸收必需的無機鹽成分，缺少了必需的無機鹽成分，任何作物都不能正常生長發(fā)育，所以不能減少化肥的制造和使用量。13中國青年科學家成功地把人的抗病毒干擾素基因“嫁接”到

24、煙草的DNA分子上，使煙草獲得了抗病毒的能力。試分析回答：(1)抗病毒煙草的培育應用了_技術。(2)煙草具有抗病毒能力，說明煙草體內產生了_。(3)煙草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某個基因，但并不影響該基因的表達，從基因功能角度考慮，說明_。答案：(1)基因工程(2)抗病毒干擾素(3)基因是遺傳物質的基本單位14科學家通過基因工程，成功培育出能抗棉鈴蟲的棉花植株抗蟲棉，其過程大致如圖所示：(1)目的基因能否在棉株體內穩(wěn)定維持和表達其遺傳特性的關鍵是目的基因是否插入受體細胞染色體DNA上，這需要通過檢測才能知道，檢測采用的最好方法是_。(2)科學家預言，此種“轉基因抗蟲棉”獨立種植若干代以后，將出現(xiàn)不抗蟲的植株，此現(xiàn)象來源于_。(3)利用基因工程技術培育抗蟲棉，相比誘變育種和雜交育種，具有目的性強和_等突出的優(yōu)點。(4)有人擔心種植上述轉基因抗蟲棉，它所攜帶的目的基因可以通