高中生物必修二課件：6-2 基因工程及其應(yīng)用

第19課時(shí)基因工程及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.說(shuō)出基因工程的概念；2.說(shuō)出基因工程的基本工具(重點(diǎn))；3.闡述基因工程的基本操作(重難點(diǎn))；4.舉例說(shuō)明基因工程的應(yīng)用。|基礎(chǔ)知識(shí)|一、基因工程的原理1.概念(1)操作對(duì)象：

。(2)操作水平：

。(3)優(yōu)點(diǎn)：可

改造生物的遺傳性狀?；駾NA分子定向3.操作步驟

→目的基因與運(yùn)載體結(jié)合→

→目的基因的檢測(cè)與鑒定。限制性核酸內(nèi)切酶核苷酸特定的切點(diǎn)上DNA連接連接脫氧核糖與磷酸質(zhì)粒、噬菌體將外源基因運(yùn)入受體細(xì)胞提取目的基因?qū)⒛康幕驅(qū)胧荏w細(xì)胞二、基因工程的應(yīng)用及安全性1.基因工程的應(yīng)用(1)作物育種：目的是培育出具有

的作物新品種，如抗蟲(chóng)棉的培育，不僅減少了

，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。(2)藥物研制：如生產(chǎn)人的胰島素，將

與大腸桿菌的DNA分子重組，并在大腸桿菌細(xì)胞中成功表達(dá)。(3)環(huán)境保護(hù)：利用

降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄露的石油等。抗逆性農(nóng)藥用量胰島素基因轉(zhuǎn)基因細(xì)菌2.基因工程的安全性嚴(yán)格控制大范圍推廣|自查自糾|1.基因工程可以定向地改造生物的遺傳性狀(

)2.基因工程是在染色體水平上操作的一種技術(shù)(

)3.限制酶和其他酶一樣也具有專(zhuān)一性(特異性)(

)4.限制酶和DNA連接酶作用的部位相同(

)5.基因工程中使用的載體包括質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等(

)6.基因工程的操作步驟包括提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的檢測(cè)與鑒定(

)答案1.√

2.×

3.√

4.√

5.√

6.√|圖解圖說(shuō)|★限制酶的“剪切”與DNA連接酶的“縫合”作用。★轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，專(zhuān)門(mén)破壞害蟲(chóng)的消化系統(tǒng)，導(dǎo)致其死亡?！镛D(zhuǎn)基因食品安全性的爭(zhēng)論?！镛D(zhuǎn)基因食品安全性的爭(zhēng)論。處理目的基因和運(yùn)載體時(shí)為什么要用同一種限制酶？提示：用同一種限制酶處理目的基因和運(yùn)載體，可以獲得相同的黏性末端，便于將目的基因和運(yùn)載體結(jié)合起來(lái)。探究點(diǎn)一基因工程的操作工具1.在大腸桿菌中，有一種叫做EcoRⅠ的限制酶，能夠?qū)Ｒ蛔R(shí)別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開(kāi)。如圖所示：請(qǐng)思考下列問(wèn)題：探究點(diǎn)一基因工程的操作工具1.在大腸桿菌中，有一種叫做EcoRⅠ的限制酶，能夠?qū)Ｒ蛔R(shí)別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開(kāi)。如圖所示：請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)限制酶作用的部位是哪里？作用后得到的產(chǎn)物是什么？提示：每條脫氧核苷酸鏈上的磷酸二酯鍵。黏性末端。(2)為什么說(shuō)限制酶具有專(zhuān)一性(特異性)?提示：一種限制酶可以識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)上進(jìn)行切割。限制酶切割的是脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，不是堿基之間的氫鍵；切割后不一定都產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生平末端。限制酶切割的是脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵，不是堿基之間的氫鍵；切割后不一定都產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生平末端。2.如圖為DNA連接酶的作用示意圖，請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)一般來(lái)說(shuō)，要用同一種限制酶處理目的基因和運(yùn)載體，其原因是什么？提示：用同一種限制酶處理目的基因和運(yùn)載體，可以得到相同的黏性末端，便于DNA連接酶將它們連接起來(lái)。(2)DNA聚合酶和DNA連接酶都可形成磷酸二酯鍵，二者的主要區(qū)別是什么？提示：DNA聚合酶是將單個(gè)的脫氧核苷酸與脫氧核苷酸鏈連接起來(lái)，但DNA連接酶是將兩段DNA片段連接起來(lái)?！镜淅?】

基因工程技術(shù)也稱(chēng)為DNA重組技術(shù)，其實(shí)施必須具備的四個(gè)必要條件是(

)A.目的基因、限制酶、運(yùn)載體、體細(xì)胞B.重組DNA、RNA聚合酶、限制酶、連接酶C.模板DNA、信使RNA、質(zhì)粒、受體細(xì)胞D.工具酶、目的基因、運(yùn)載體、受體細(xì)胞嘗試解答________解析基因工程必須用到限制酶、DNA連接酶等工具酶，并且需要將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，并導(dǎo)入受體細(xì)胞，所以基因工程必須具備的四個(gè)必要條件是工具酶、目的基因、運(yùn)載體和受體細(xì)胞。答案

D【典例1】

基因工程技術(shù)也稱(chēng)為DNA重組技術(shù)，其實(shí)施必須具備的四個(gè)必要條件是(

)A.目的基因、限制酶、運(yùn)載體、體細(xì)胞B.重組DNA、RNA聚合酶、限制酶、連接酶C.模板DNA、信使RNA、質(zhì)粒、受體細(xì)胞D.工具酶、目的基因、運(yùn)載體、受體細(xì)胞嘗試解答________解析基因工程必須用到限制酶、DNA連接酶等工具酶，并且需要將目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，并導(dǎo)入受體細(xì)胞，所以基因工程必須具備的四個(gè)必要條件是工具酶、目的基因、運(yùn)載體和受體細(xì)胞。答案

D【跟蹤訓(xùn)練】1.要將目的基因與運(yùn)載體連接起來(lái)，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連接酶解析要將目的基因與運(yùn)載體連接起來(lái)，應(yīng)選用同一種限制酶切割目的基因和運(yùn)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(yùn)載體連接形成重組DNA分子。答案B探究點(diǎn)二基因工程的操作過(guò)程

1.基因工程的操作過(guò)程中核心步驟是什么？哪個(gè)階段不會(huì)發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)？

提示：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中。2.受體細(xì)胞為什么常采用微生物？

提示：繁殖快、代謝快、目的產(chǎn)物多。3.如果培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，常采用哪種受體細(xì)胞？

提示：受精卵?！镜淅?】

某科學(xué)家從細(xì)菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過(guò)基因工程的方法，將基因a與運(yùn)載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細(xì)胞中存在。結(jié)合圖形分析下列有關(guān)這一過(guò)程的敘述，不正確的是(

)A.獲取基因a的限制酶的作用部位是圖中的①B.連接基因a與運(yùn)載體的DNA連接酶的作用部位是圖中的②C.基因a進(jìn)入馬鈴薯細(xì)胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，并傳給子代細(xì)胞D.通過(guò)該技術(shù)人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀嘗試解答________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，分別是打開(kāi)和連接該化學(xué)鍵；目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞后，會(huì)隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細(xì)胞，使之產(chǎn)生定向變異，從而改變其遺傳性狀。答案B【跟蹤訓(xùn)練】2.在基因工程中，科學(xué)家常采用細(xì)菌、酵母菌等微生物作為受體細(xì)胞，原因是(

)A.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便

B.繁殖速度快C.遺傳物質(zhì)含量少

D.性狀穩(wěn)定，變異少解析基因工程的操作步驟之一是將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞，以獲得該目的基因的產(chǎn)物，因此在選擇受體細(xì)胞時(shí)，考慮的一個(gè)重要條件是受體細(xì)胞的繁殖速度要快，以便得到大量的含目的基因的細(xì)胞及產(chǎn)生更多的基因產(chǎn)物。答案B1.下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是(

)A.目的基因和受體細(xì)胞均可來(lái)自動(dòng)、植物或微生物B.限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類(lèi)常用的工具酶C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無(wú)生物活性D.運(yùn)載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)解析基因工程中目的基因和受體細(xì)胞均可來(lái)自動(dòng)、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶；人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無(wú)生物活性，只有經(jīng)過(guò)一定的物質(zhì)激活以后，才能有生物活性。載體上的抗性基因主要是有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞，不能促進(jìn)目的基因的表達(dá)，所以D錯(cuò)誤。答案

D2.基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。在基因工程操作的基本步驟中，不涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)的是(

)A.人工合成目的基因

B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

D.目的基因的檢測(cè)與鑒定解析人工合成目的基因是將單個(gè)的核苷酸在相關(guān)的模板、酶、ATP的作用下，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成雙鏈DNA，目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的過(guò)程就是將黏性末端的堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合。目的基因的檢測(cè)與鑒定過(guò)程中，當(dāng)然也要遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑，與堿基互補(bǔ)配對(duì)原則沒(méi)有關(guān)系。答案

C3.下列關(guān)于基因工程安全性的說(shuō)法中，不正確的是(

)A.轉(zhuǎn)基因作物的基因可通過(guò)花粉擴(kuò)散到它的近親作物上，可能出現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)不利的“超級(jí)植物”B.雜草、害蟲(chóng)從它的近親獲得抗性基因，可能破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性C.轉(zhuǎn)基因必須在人為控制下才能完成，自然條件下基因污染是不增殖和不擴(kuò)散的D.轉(zhuǎn)基因食品轉(zhuǎn)入的蛋白質(zhì)是新蛋白時(shí)，這些異種蛋白有可能引起人食物過(guò)敏解析轉(zhuǎn)基因食品、生物的安全性是有待討論的，像抗除草劑的雜草是由于基因污染而產(chǎn)生的。答案C4.通過(guò)DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示這一技術(shù)的基本過(guò)程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是____________________，人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細(xì)胞染色體中需要的酶是________________。(2)人體蛋白質(zhì)基因之所以能連接到羊的染色體DNA中，原因是__________________，人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蚣?xì)胞時(shí)常用的工具是___________________________________________________________________________________________。(3)此過(guò)程中目的基因的檢測(cè)與表達(dá)中的表達(dá)是指_________________。解析(1)剪取目的基因的酶是限制性核酸內(nèi)切酶，將不同的DNA片段連接起來(lái)的酶是DNA連接酶。(2)不同生物的DNA化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)相同，即具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞需先與運(yùn)載體結(jié)合，最常用的運(yùn)載體是質(zhì)粒，也可以用動(dòng)物病毒的DNA。(3)基因的表達(dá)是指基因通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成來(lái)控制生物體的性狀，即通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。答案(1)限制性核酸內(nèi)切酶DNA連接酶(2)具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(有互補(bǔ)的堿基序列)細(xì)菌質(zhì)粒或病毒(3)人體蛋白質(zhì)基因在羊體細(xì)胞內(nèi)控制合成人體蛋白質(zhì)4.通過(guò)DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動(dòng)物稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。運(yùn)用這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示這一技術(shù)的基本過(guò)程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識(shí)別的序列和切點(diǎn)是—G↓GATCC—，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：2.基因工程是在DNA分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。在基因工程操作的基本步驟中，不涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)的是(

)A.人工合成目的基因

B.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞

D.目的基因的檢測(cè)與鑒定解析人工合成目的基因是將單個(gè)的核苷酸在相關(guān)的模板、酶、ATP的作用下，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則合成雙鏈DNA，目的基因與運(yùn)載體結(jié)合的過(guò)程就是將黏性末端的堿基互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合。目的基因的檢測(cè)與鑒定過(guò)程中，當(dāng)然也要遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞主要是借鑒細(xì)菌或病毒侵染細(xì)胞的途徑，與堿基互補(bǔ)配對(duì)原則沒(méi)有關(guān)系。答案

C★轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，專(zhuān)門(mén)破壞害蟲(chóng)的消化系統(tǒng)，導(dǎo)致其死亡。|自查自糾|1.基因工程可以定向地改造生物的遺傳性狀(

)2.基因工程是在染色體水平上操作的一種技術(shù)(

)3.限制酶和其他酶一樣也具有專(zhuān)一性(特異性)(

)4.限制酶和DNA連接酶作用的部位相同(

)5.基因工程中使用的載體包括質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等(

)6.基因工程的操作步驟包括提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞和目的基因的檢測(cè)與鑒定(

)答案1.√

2.×

3.√

4.√

5.√

6.√|基礎(chǔ)知識(shí)|一、基因工程的原理1.概念(1)操作對(duì)象：

。(2)操作水平：

。(3)優(yōu)點(diǎn)：可

改造生物的遺傳性狀?；駾NA分子定向2.基因工程的安全性嚴(yán)格控制大范圍推廣★