第19課時基因工程及其應(yīng)用學(xué)習目標1.說出基因工程的概念；2.說出基因工程的基本工具(重點)；3.闡述基因工程的基本操作(重難點)；4.舉例說明基因工程的應(yīng)用。|基礎(chǔ)知識|一、基因工程的原理1.概念(1)操作對象：

。(2)操作水平：

。(3)優(yōu)點：可

改造生物的遺傳性狀。基因DNA分子定向3.操作步驟

→目的基因與運載體結(jié)合→

→目的基因的檢測與鑒定。限制性核酸內(nèi)切酶核苷酸特定的切點上DNA連接連接脫氧核糖與磷酸質(zhì)粒、噬菌體將外源基因運入受體細胞提取目的基因?qū)⒛康幕驅(qū)胧荏w細胞二、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，并在大腸桿菌細胞中成功表達。(3)環(huán)境保護：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)基因細菌2.基因工程的安全性嚴格控制大范圍推廣|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、目的基因與運載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細胞和目的基因的檢測與鑒定(

)答案1.√

2.×

3.√

4.√

5.√

6.√|圖解圖說|★限制酶的“剪切”與DNA連接酶的“縫合”作用。★轉(zhuǎn)基因抗蟲棉，專門破壞害蟲的消化系統(tǒng)，導(dǎo)致其死亡。★轉(zhuǎn)基因食品安全性的爭論。處理目的基因和運載體時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載體，可以獲得相同的黏性末端，便于將目的基因和運載體結(jié)合起來。探究點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別GAATTC的序列，并在G和A之間將這段序列切開。如圖所示：請思考下列問題：(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)為什么說限制酶具有專一性(特異性)?提示：一種限制酶可以識別特定的核苷酸序列，并在特定的位點上進行切割。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。2.如圖為DNA連接酶的作用示意圖，請思考下列問題：(1)一般來說，要用同一種限制酶處理目的基因和運載體，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。(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聚合酶是將單個的脫氧核苷酸與脫氧核苷酸鏈連接起來，但DNA連接酶是將兩段DNA片段連接起來。【典例1】

基因工程技術(shù)也稱為DNA重組技術(shù)，其實施必須具備的四個必要條件是(

)A.目的基因、限制酶、運載體、體細胞B.重組DNA、RNA聚合酶、限制酶、連接酶C.模板DNA、信使RNA、質(zhì)粒、受體細胞D.工具酶、目的基因、運載體、受體細胞嘗試解答________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載體結(jié)合，并導(dǎo)入受體細胞，所以基因工程必須具備的四個必要條件是工具酶、目的基因、運載體和受體細胞。答案

D【跟蹤訓(xùn)練】1.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分子。答案B探究點二基因工程的操作過程

1.基因工程的操作過程中核心步驟是什么？哪個階段不會發(fā)生堿基互補配對？

提示：目的基因與運載體結(jié)合。將目的基因?qū)胧荏w細胞中。2.受體細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)基因動物，常采用哪種受體細胞？

提示：受精卵。【典例2】

某科學(xué)家從細菌中分離出耐高溫淀粉酶(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)現(xiàn)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，并傳給子代細胞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，分別是打開和連接該化學(xué)鍵；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)家常采用細菌、酵母菌等微生物作為受體細胞，原因是(

)A.結(jié)構(gòu)簡單，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細胞，以獲得該目的基因的產(chǎn)物，因此在選擇受體細胞時，考慮的一個重要條件是受體細胞的繁殖速度要快，以便得到大量的含目的基因的細胞及產(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(nèi)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基因工程中目的基因和受體細胞均可來自動、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)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(jīng)過一定的物質(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的細胞，不能促進目的基因的表達，所以D錯誤。答案

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

)A.人工合成目的基因

B.目的基因與運載體結(jié)合C.將目的基因?qū)胧荏w細胞

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

C3.下列關(guān)于基因工程安全性的說法中，不正確的是(

)A.轉(zhuǎn)基因作物的基因可通過花粉擴散到它的近親作物上，可能出現(xiàn)對農(nóng)業(yè)不利的“超級植物”B.雜草、害蟲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散的D.轉(zhuǎn)基因食品轉(zhuǎn)入的蛋白質(zhì)是新蛋白時，這些異種蛋白有可能引起人食物過敏解析轉(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DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運用這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是—G↓GATCC—，請據(jù)圖回答下列問題：(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)胙蚣毎麜r常用的工具是___________________________________________________________________________________________。(3)此過程中目的基因的檢測與表達中的表達是指_________________。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片段連接起來的酶是DNA連接酶。(2)不同生物的DNA化學(xué)組成和空間結(jié)