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1、第25课时基因工程及其应用ks5u目标导读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。ks5u重难点击基因工程的基本原理和基本步骤。1基因是有遗传效应的DNA片段，由于DNA分子具有多样性和特异性，因此基因是多种多样的，其中的脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息。2中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是复制、转录、翻译、逆转录。(2)真核生物中，过程a的主要场所是细胞核，过程b的原料是4种核糖核苷酸。(3)在不同的生物体内，同一种mRNA经过c过程产生的蛋白质中的氨基酸排列顺
2、序是相同的，因为所有生物共用一套遗传密码。3基因对性状的控制方式及实例(1)直接途径：基因控制,蛋白质的结构控制,生物体的性状，如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。(2)间接途径：基因控制,酶的合成控制,细胞代谢控制,生物体的性状，如白化病、豌豆的粒形。课堂导入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。探究点一基因工程的原理基因工程是在分子水平上改造DNA分子，需要特殊的工具和操作步骤，分析下列问题。1基因工程的概念(
3、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)限制性核酸内切酶在大肠杆菌中，有一种叫做EcoR的限制酶，能够专一识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。如图所示：可见，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，形成2个黏性末端。小贴士限制酶切割的是脱氧核苷酸
4、之间的化学键，不是碱基之间的氢键；切割后不一定都产生黏性末端，也可能产生平末端。(2)DNA连接酶同种限制酶切割不同DNA分子后形成的黏性末端是可以通过碱基互补配对连接起来的，但是脱氧核糖和磷酸之间的缺口要靠DNA连接酶进行连接。(3)运载体作用：将外源基因送入受体细胞。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(如图)，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结合教材图66归纳：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
5、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(1)DNA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？答案不相同。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为什么常用同一种限制酶？答案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连接酶作用的化学键相同吗？答案相同，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？答案产物可能有三种：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。(5)目的基因
6、能够在受体细胞中表达的基础是什么？答案所有生物共用一套遗传密码。归纳提炼基因工程操作中应注意的问题(1)四个步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及碱基互补配对。(2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定地保存，并进行复制。(3)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。(4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。活学活用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的限制酶的作用部位是图中的B
7、连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的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问题导析(1)限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键。(2)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解析限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即处，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。探究点
8、二基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性转基因技术已经在生产中有了广泛的应用，对其安全性也存在着争议，请分析讨论：1基因工程的应用(1)基因工程与作物育种目的：获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，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：抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量、大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。(2)基因工程与药物研制实例：用基因工程方法生产胰岛素。过程：胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内获得成功的表达。(3)基因工程与环境保护实例：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
9、、处理工业废水等。2转基因生物和转基因食品的安全性结合教材的“资料分析”，分正方、反方组辩论转基因生物和转基因食品的安全性。正方观点：安全，应大力推广参考论据(1)解决粮食短缺问题；(2)减少农药使用，避免环境污染；(3)节省生产成本，降低食物售价；(4)增加食物营养，提高附加值；(5)增加食物种类，提升食物品质。反方观点：不安全，要严格控制参考论据(1)产生新毒素和新过敏原；(2)产生抗除草剂的杂草；(3)使疾病的散播跨越物种障碍；(4)会损害农作物的生物多样性；(5)干扰生态系统的稳定性。结合以上观点和论据，搜集资料，发表你个人的意见，言之成理即可。归纳提炼基因重组和基因工程的比较比较项目
10、基因重组基因工程不同点重组方式同一种生物不同基因不同生物不同基因繁殖方式有性生殖无性生殖变异大小小大意义生物变异的主要来源，对生物进化有重要意义使人类有可能按自己的意愿定向改造生物相同点都实现了不同基因间的重新组合，都能使生物产生变异活学活用2由于乙肝病毒不能用动物细胞来培养，因此无法用细胞培养的方法生产疫苗，但可用基因工程的方法进行生产，现已知病毒的核心蛋白和表面抗原蛋白的氨基酸序列，生产示意图如下，下列相关说法不正确的是()乙肝病毒有关基因细菌大量生产疫苗A生产乙肝疫苗的过程也达到了定向改造细菌的目的B在过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶C用于生产疫苗的目的基因为编码核心蛋白的基因和
11、表面抗原蛋白基因D这种转基因的细菌一定是安全的，不用担心其扩散到自然界答案D解析上述过程应用了基因工程技术，能定向改造生物性状，在操作时要应用限制酶来获得目的基因，并用DNA连接酶使之与运载体结合，该过程的目的基因为表面抗原蛋白基因和编码核心蛋白的基因，转基因生物的安全性还存在争议，无法判断其安全性，应避免其扩散进入自然界。1基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是()A目的基因、限制酶、运载体、体细胞B重组DNA、RNA聚合酶、限制酶、连接酶C模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞D工具酶、目的基因、运载体、受体细胞答案D解析基因工程必须用到限制酶、DNA连接酶等工具
12、酶，需要将目的基因与运载体结合，并导入受体细胞，所以基因工程必须具备的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。2下列关于基因工程的叙述，错误的是()A目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D运载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达答案D解析基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才能有生物活性。载体上的抗性基因主要是
13、有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达，所以D错误。3基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因工程操作的基本步骤中，不涉及碱基互补配对的是()A人工合成目的基因B目的基因与运载体结合C将目的基因导入受体细胞D目的基因的检测与鉴定答案C解析人工合成目的基因是将单个的核苷酸在相关的模板、酶、ATP的作用下，按照碱基互补配对原则合成双链DNA，目的基因与运载体结合的过程就是将黏性末端的碱基互补配对结合。目的基因的检测与鉴定过程中，当然也要遵循碱基互补配对原则。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途径，与碱基互补配对原则没有关系。4下列关于基因工程安全性的说法中
14、，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答案C解析转基因食品、生物的安全性是有待讨论的，像抗除草剂的杂草是由于基因污染而产生的。5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，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请据图回答下列问题：(1)从羊染色体中“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需要的酶是_。(2)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是_，人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是_。(3)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指_。答案(1)限制性核酸内切酶DNA连接酶(2)具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列)细菌质粒或病毒(
