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第2节基因工程及其应用
一、教学目标
知识目标
（1）简述基因工程的基本原理。
（2）举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
情感态度与价值观
（1）关注转基因生物和转基因食品的安全性。
（2）进行角色扮演，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。
（3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对于生物知识的兴趣，开阔学生的思路，养成学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。
能力目标
（1）利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。
（2）通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身体会基因工程的主要过程。
（3）收集基因工程所取得的成果以及发展前景。
（4）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
二、教学重点和难点
教学重点：
(1) 基因工程的基本原理。
(2) 基因工程的安全性问题。
教学难点：
(1)基因工程的基本原理。
(2)转基因生物与转基因食品的安全性。
三、教学方法：讨论法、演示法、讲授法
四、教学课时：2。
【关键字】教学第2节基因工程及其应用[学习导航] 1.结合教材图文，概述基因工程的基本原理和基本步骤。
2.结合具体实例，了解基因工程的应用及其安全性。
[重难点击] 基因工程的基本原理和基本步骤。
科幻电影《蜘蛛侠》中的男主角意外被转基因的蜘蛛咬伤，蜘蛛的基因整合到了他的基因上，并且在他体内表达，从而使他成了具有特殊本领的超级英雄。
现实中，我们已经运用类似的技术来改造生物的性状，获得人们所需要的品种，这就是基因工程。
一、基因工程的原理1．基因工程的概念(1)基因工程，又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
(2)基因工程是把一种生物的某种基因转移到另一种生物体的细胞内，基因的结构基本没有变化，只是位置发生了变化，所以应该属于基因重组。
2．基因工程的基本工具(1)限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。
(2)DNA连接酶连接黏性末端或平末端脱氧核糖和磷酸之间的缺口。
(3)运载体①作用：将外源基因送入受体细胞。
②种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。
质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。
上面通常含有的抗性基因可以作为标记基因用于目的基因导入受体细胞的检测依据。
3．基因工程的操作步骤提取目的基因——目的基因：人们所需要的特定基因↓目的基因与运载体结合↓将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法↓目的基因的检测与鉴定下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图回答。
1．能否利用人的皮肤细胞进行过程①？过程②特别需要的酶是哪一种？答案不能，皮肤细胞中胰岛素基因不表达；过程②是逆转录，需要逆转录酶。
2．如何将A和B连接成C？操作后的产物只有C吗？答案用同一种限制酶切割A和B，再加入DNA连接酶，才能形成C。
第1节杂交育种与诱变育种一、选择题1．尽管现在的育种方法有多种，但传统方法——杂交育种仍然发挥着重要的作用。
下列有关杂交育种的说法正确的是( )A．育种过程中不可能出现自交现象B．能得到具有杂种优势的种子C．不能得到纯合子D．用时短、操作简便解析：根据育种目的不同可以获得具有优良性状的杂合子，也可获得纯合子，在获得纯合子的过程中要用到自交的方式。
由于显性纯合子不易获得所以用时较长。
答案： B2．“嫦娥1号”胜利奔月，神舟成功发射，这些航天技术的发展，为我国的生物育种创造了更多更好的机会。
下列有关航天育种的说法，不正确的是( )A．航天育种可缩短育种周期B．种子在宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素的诱导下发生基因突变C．航天育种技术作为航天技术与农业育种技术相结合的一项创新性研究成果，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一D．“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种解析：航天育种的原理是基因突变；利用了宇宙辐射、微重力及弱地磁场等因素诱导种子发生基因突变，能大幅度地改良性状，且缩短了育种的周期，是快速培育农作物优良新品种的重要途径之一，但是由于基因突变具有不定向性，因此不是所有的“太空种子”都能培育出高产、优质的新品种。
答案： D3．诱变育种与杂交育种的不同之处表现为 ( )①能大幅度改变某些性状②能形成新基因③能形成新基因型④一般对个体生存有利A．①② B．①③C．②③ D．②④解析：诱变育种的原理是基因突变，它可产生新的基因，能大幅度改变生物的某些性状，但基因突变是多害少利的；杂交育种的原理是基因重组，它不能产生新的基因，但会产生新的基因型。
答案： A4．下列是植物育种的两种方法图解，下列相关说法错误的是( )A．过程①②是将2个物种通过杂交将优良性状集中在一起，再筛选和培育获得新品种B．过程③④⑤的育种方法是单倍体育种，依据的遗传学原理是染色体变异C．过程④体现了植物细胞的全能性，过程⑤可用一定浓度的秋水仙素处理D．若C的基因型为AaBbdd，D植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4解析：过程①②是将2个品种通过杂交将优良性状集中在一起，再筛选和培育获得新品种，两个物种之间存在生殖隔离，无法杂交，A错误；据图可知，过程③④⑤的育种方法是单倍体育种，依据的遗传学原理是染色体变异，B正确；单倍体育种中花药的离体培养运用了植物组织培养的技术，该技术的理论基础为细胞的全能性；过程⑤可用一定浓度的秋水仙素处理，使染色体加倍，C正确；若C品种的基因型为AaBbdd，C植株自交获得的D植株中能稳定遗传的个体类型有AABBdd、AAbbdd、aaBBdd、aabbdd，占总数的1/4，D正确。
课时跟踪检测十六基因工程及其应用
一、选择题(每小题4分，共24分)
1．基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是( )
A．质粒、线粒体、噬菌体
B．染色体、叶绿体、线粒体
C．质粒、噬菌体、动植物病毒
D．细菌、噬菌体、动植物病毒
解析：选C 质粒、噬菌体和动植物病毒是基因工程中常用的运载体。
2．下列有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．DNA重组技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和运载体
B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列
C．选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快
D．目的基因只要进入受体细胞就能实现表达
解析：选C 基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA连接酶，运载体是基因的运载工具，而不是工具酶。
每种限制酶都只能识别特定的核苷酸序列，而并非同一种核苷酸序列。
目的基因进入受体细胞后，只有受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因成功表达，基因工程的目的是让目的基因完成表达，生产
出目的基因的表达产物。
3．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、
DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是( )
B．①②④③
A．①②③④
D．①④③②
C．①④②③
解析：选C ①是切割DNA分子形成两个黏性末端的过程，需限制性核酸内切酶；②是将两个具有互补
末端的DNA片段连接起来的过程，需DNA连接酶；③是DNA分子解旋的过程，需解旋酶；④是DNA复制的
过程，需DNA聚合酶。
4．下列关于基因工程安全性的说法中不．正确的是( ) A．转基因作物的基因可通过花粉扩散到它的近亲作物上，可能出现对农业不利的“超级植物”
B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性C．转基因必须在人为控制下才能完成，自然条件下基因污染是不增殖和不扩散的
D．转基因食品转入的蛋白质是新蛋白时，这些异种蛋白有可能引起人食物过敏
解析：选C 基因工程引起的基因污染，是可增殖和扩散的。
5．科学家运用基因工程技术将人胰岛素基因与大肠杆菌的质粒DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获
得成功表达。
图示a处为胰岛素基因与大肠杆菌质粒DNA结合的位置，它们彼此能结合的依据是( )
B．半保留复制原则
A．基因自由组合定律
D．碱基互补配对原则
C．基因分离定律
解析：选D 用限制酶切割人的DNA分子，获得胰岛素基因，用同一种限制酶切割质粒，产生相同的黏
性末端，它们通过碱基互补配对形成重组DNA分子。
6．中国新闻网曾报道，阿根廷科学家培育出了世界上第一头携带有两个人类基因的牛，因此有望生产
出和人类母乳极其类似的奶制品。
下列叙述正确的是( )
①该技术将导致定向变异
②DNA连接酶将目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来
③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料
④受精卵是理想的受体
B．③④
A．①②③④
D．①③④
C．②③④
解析：选D 转基因导致的变异属于定向变异。
DNA连接酶连接起来的是目的基因和运载体黏性末端的
磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而不是碱基对之间的氢键。
二、非选择题(共26分)
7．(12分)下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答：
(1)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？____________。
为什么？
________________________________________________________________________
________________________________。
(2)过程②必需的酶是________酶。
(3)在利用A、B获得C的过程中，一般用________________切割A和B，使它们产生
____________________，再加入________，才可形成C。
(4)由此可知，基因工程操作一般要经过A的获取、________(填字母)和________(填字母)的结合、
________(填字母)导入D、目的基因在大肠杆菌中表达与检测等四个步骤。
解析：图中①是转录，②是逆转录合成目的基因。
B是质粒，C是重组质粒。
人皮肤细胞中有胰岛素基
因，但却不表达，因此不能用人皮肤细胞完成①过程。
答案：(1)不能皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA (2)逆转录
(3)同一种限制酶相同的黏性末端DNA连接酶(4)A B C
8．(14分)通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。
运用这一技术可使羊奶中含
有人体蛋白质，下图表示了这一技术的基本过程。
在该过程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是
—G↓GATCC—，请回答：
(1)从羊染色体DNA中“剪下”羊蛋白质基因的酶是____________________。
人体蛋白质基因“插入”
后连接在羊体细胞染色体中时需要的酶是________。
(2)请画出质粒被切割形成黏性末端的过程图。
—G↓GATCC—―→
(3)人体蛋白质基因之所以能“插入”到羊的染色体内，原因是______________________，“插入”时
常用的工具是________________________。
(4)这里“表达”的含义是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)你认为此类羊产生的奶安全可靠吗？理由是什么？
解析：在基因工程中用到的工具酶有限制酶和DNA连接酶，在对运载体和目的基因进行切割的时候，
一般选用同一种限制酶，从而切割出相同的黏性末端，当插入目的基因时常用DNA连接酶把二者之间的磷酸二酯键连上。
目的基因成功表达的含义是人体蛋白质基因在羊体细胞内通过转录、翻译两个过程控制合
成人体蛋白质。
答案：(1)限制酶DNA连接酶
(3)有互补的碱基序列细菌质粒或病毒(4)人体蛋白质基因在羊体细胞内合成了人体蛋白质(5)
安全。
因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人体蛋白质成分没有改变(或不安全，因为目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中的某些成分的影响，合成的蛋白质成分发生了一定的改变)。
