高中生物 第6章 第2节 基因工程及其应用名师精选教案 新人教版必修2

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1 基因工程及其应用

一、基因工程的原理

1．基因工程的概念理解

2．基因工程的操作工具

(1)“剪刀”与“针线”

项目 名称 作用

“剪刀” 限制性核酸内切酶(或限制酶)

识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子

“针线” DNA连接酶 连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口

(2)

3．基因工程的操作步骤

提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。

二、基因工程的应用及安全性

1．基因工程的应用

(1)作物育种目的：培育出具有各种抗逆性的作物新品种实例：抗棉铃虫的转基因抗虫棉意义：减少了农药用量，保护环境

(2)药物研制实例：生产人的胰岛素过程：胰岛素基因导入大肠杆菌内，并在大肠 杆菌内表达

(3)环境保护：利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。

2．转基因产物的安全性的两种观点

(1)转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。

(2)转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。 ……………………………………………………………名校名师推荐…………………………………………………

2

一、基因工程的原理

1．阅读教材P102～103内容，仔细观察分析图6－6，探究下列问题。

(1)基因工程中工具酶的作用

①DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，试分析这两种酶的作用部位相同吗？

提示：不相同。DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，而限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的化学键，即磷酸二酯键。

②切割运载体和目的基因用同一种限制酶的原因。

提示：因为只有用同一种限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因与运载体结合。

③限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？

提示：相同，均作用于磷酸二酯键。

④若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有哪些产物？

提示：产物可能有三种：目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。

(2)运载体的特点及其作用

①运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质相同吗？

提示：不相同。运载体是小的DNA分子，载体是蛋白质。

②基因工程中的运载体具有怎样的特点？

提示：a.能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以保证外源基因在宿主细胞内长期稳定存在并复制；

b．具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；

c．具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。

2．判断正误

(1)基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。(√)

(2)基因工程的运载体本质都是DNA分子。(√)

(3)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。(×)

二、基因工程的应用及其安全性

1．转基因技术已经实现了将人的胰岛素基因转入细菌体内，利用细菌生产人的胰岛素，分析讨论下列问题：

(1)试从基本单位、空间结构和碱基配对方式三个方面分析运载体与目的基因结合成功的基础。

提示：①基本单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。

②空间结构相同：不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。

③碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与C配对。

(2)目的基因能够在受体细胞中表达的基础是什么？

提示：所有生物共用一套遗传密码。

2．与杂交育种、诱变育种相比，基因工程育种的原理是什么？主要优点有哪点？

提示：其原理与杂交育种相同，是基因重组。与杂交育种相比，基因工程育种的育种周期短并产生了新性状；与诱变育种相比，基因工程育种能定向改造生物的遗传性状。 ……………………………………………………………名校名师推荐…………………………………………………

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1．限制酶与DNA解旋酶的比较

(1)相同点：作用机理都是破坏化学键。

(2)不同点

①作用部位：限制酶作用于磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于氢键。

②作用范围：限制酶作用于特定的核苷酸序列和特定的切点，DNA解旋酶作用于所有的DNA分子。

2．基因工程操作中的两个注意点

(1)切割目的基因和运载体时，一般用同一种限制酶，使目的基因和运载体产生相同的黏性末端，达到目的基因与运载体结合的目的。

(2)目的基因导入受体细胞并非标志着基因工程的成功，只有目的基因在受体细胞中表达才说明基因工程的成功。

3．基因工程育种的优点

(1)目的性强，能定向改造生物性状。

(2)育种周期短。

(3)能克服远缘杂交不亲和的障碍。

4．有性生殖和基因工程中基因重组的区别

(1)有性生殖：基因重组――→自然发生 同一物种的不同基因重新组合。

(2)基因工程：基因重组――→人为发生 不同物种间的不同基因的重组。

[例1] 某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是(

)

A．获取基因a的限制酶其作用部位是图中的①

B．连接基因a与运载体的DNA连接酶其作用部位是图中的②

C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞

D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状

[解析] 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。

[答案]

B

限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的区别 ……………………………………………………………名校名师推荐…………………………………………………

4

[例2] 酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如图所示：

(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于______________。

(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是______________。

(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用______进行切割。

(4)切割完成后，利用________将运载体与LTP1基因连接。

(5)饮用转基因的酵母菌酿造的啤酒安全吗？

[研析] 本题以过程图为信息载体，考查基因工程的应用及安全性问题。具体解题过程如下：

[审]——提取信息

图中a表示目的基因的获取，b是来自大肠杆菌的质粒，c是重组质粒；目的基因插入抗四环素基因内部。

[联]——联系基础

①：基因工程可使原本不属于同一物种的基因组合在一起，从而使转基因生物产生特定的性状，其原理属于基因重组。

②：重组质粒形成前，需用限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。

[答]——规范解答

设问(5)答案是开放的，只要为自己的观点答出合理的理由即可。

[答案] (1)基因重组 (2)质粒 (3)限制酶(限制性核酸内切酶) (4)DNA连接酶

(5)反对观点：不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体免疫系统。 赞成观点：安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，毒性分析不对人体健康产生影响。(目前还未找到不安全的证据，回答上述两种观点之一即可)

————————————————[课堂归纳]——————————————————

[网络构建] ……………………………………………………………名校名师推荐…………………………………………………

5

填充：①提取目的基因 ②目的基因与运载体结合 ③将目的基因导入受体细胞

④目的基因的检测与鉴定

⑤限制酶 ⑥DNA连接酶

⑦运载体

⑧基因重组

[关键语句]

1．基因工程的原理是基因重组。

2．基因工程的操作工具有限制酶、DNA连接酶和运载体。

3．限制酶具有特异性，能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。

4．DNA连接酶的作用是将目的基因和运载体连接成重组DNA分子。

5．常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

6．基因工程的四个步骤是：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

知识点一、基因工程操作的工具

1．下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是( )

A．一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列

B．限制酶的活性受温度影响

C．限制酶能识别和切割RNA

D．限制酶可从原核生物中提取

解析：选C 限制酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。

2．质粒是基因工程中最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是( )

A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有

B．细菌的基因只存在于质粒上

C．质粒为小型环状DNA分子，存在于核(区)外的细胞质基质中

D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一

解析：选C 质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上。

3．下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是(

)