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1、第2节节 基因工程及其应应用1简简述基因工程的基本原理。2举举例说说出基因工程在农业农业 、医药药等领领域的应应用。3结结合社会实际实际 ，关注转转基因生物和转转基因食品的安全性。一、基因工程的原理1含义义(1)操作对对象： 。(2)目的：可以按照人类类的意愿直接 改变变生物，培育出新品种。基因定向2三种工具及作用(1)基因的“剪刀”： 。作用特点：一种限制酶只能识别识别 一种特定的 ，并在 上切割DNA分子。(2)基因的“针线针线 ”： 。作用：连连接 和 之间间的缺口。限制性内切酶核苷酸序列特定的位点DNA连连接酶磷酸脱氧核糖(4)基因的运载载体作用：将外源基因送入 。种类类：质质粒、 等
2、。质质粒：存在于许许多 以及酵母菌等生物中，是细细胞染色体外能够够 的 。受体细细胞噬菌体和动动植物病毒细细菌自我复制小型环环状DNA分子3基因工程的步骤骤(1) ；(2)目的基因与 结结合；(3)将目的基因导导入 ；(4) 。提取目的基因运载载体受体细细胞目的基因的表达和检测检测1从DNA分子结结构分析，为为什么不同源的DNA分子可用DNA连连接酶连连接到一起？提示：所有DNA分子都是由脱氧核苷酸组成的，都是双螺旋结构，且都遵循碱基互补配对原则。DNA连接酶的作用是使两个DNA分子片段末端的磷酸和脱氧核糖之间形成化学键而连接在一起。二、基因工程的应用1基因工程与作物育种(1)目的：获获得高产
3、产、稳产稳产 和具有优优良品质质的农农作物，培育出具有各种 的作物新品种。(2)实实例： 的转转基因抗虫棉。抗逆性抗棉蛉虫2基因工程与药药物研制(1)实实例：用基因工程方法生产产胰岛岛素。(2)过过程：胰岛岛素基因与大肠肠杆菌的 ，并且在大肠肠杆菌内获获得成功的 。3基因工程与环环境保护护实实例：利用转转基因细细菌 ，吸收环环境中的重金属，分解泄漏的石油，处处理工业废业废 水等。DNA分子重组组表达降解有毒、有害的化合物三、转基因生物和转基因食品的安全性有两种观观点1转转基因生物和转转基因食品不安全，要 。2转转基因生物和转转基因食品是安全的，应该应该 。我国的态态度：十分重视视 生物及其产产
4、品的安全性。禁止支持转转基因2利用大肠肠杆菌生产产出的胰岛岛素没有生物活性，还还需进进一步加工，这这与大肠肠杆菌中的哪些结结构特点有关？提示：大肠杆菌中无内质网、高尔基体等加工分泌蛋白的细胞器，所以形成的胰岛素还不成熟，需进一步加工。一、基因工程的基本原理及步骤1基因工程工具的特点(1)限制酶作用特点：专专一性和特异性。作用结结果：产产生黏性末端。作用部位：脱氧核苷酸之间间的化学键键。(2)DNA连连接酶与DNA聚合酶的比较较比较项目DNA连接酶DNA聚合酶不同点作用对象连接DNA片段连接游离的脱氧核苷酸作用条件不需要模板需要模板相同点作用部位连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖2.基因的运
5、输输工具运载载体(1)作用：作为为运载载工具将目的基因转转移到宿主细细胞中去。利用它在宿主细细胞内对对目的基因进进行大量的复制。(2)具备备的条件：能在宿主细细胞内稳稳定保存并大量复制。有多个限制酶切点，以便于与外源基因连连接。有标记标记 基因，以便于筛选筛选 。【拓展延伸】 (1)限制酶切割的与DNA连连接酶连连接的都是磷酸和脱氧核糖之间间的化学键键，而不是碱基间间的氢键氢键 。(2)质质粒是一种能够够在细细胞核或拟拟核外自主复制的很小的环环状DNA分子，存在于许许多细细菌和酵母菌等生物中。目的基因与目的基因的 检测检测 与鉴鉴定【拓展延伸】 (1)切割运载载体和目的基因时时需用同一种限制酶
6、，才能获获得相同的黏性末端。(2)四个步骤骤中只有第三步将目的基因导导入受体细细胞不涉及到碱基互补补配对对。(3)目的基因必须须与运载载体结结合后才能导导入受体细细胞，才能稳稳定地保存，并进进行复制。4基因工程成功的基础础下列有关基因工程的叙述，正确的是( )ADNA重组组技术术所用的工具酶是限制酶、连连接酶和运载载体B所有的限制酶都只能识别识别 同一种特定的核苷酸序列C选选用细细菌作为为重组质组质 粒的受体细细胞是因为细为细 菌繁殖快D只要目的基因进进入受体细细胞就能实现实现 表达解析：基因工程操作的工具酶是限制酶、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
7、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，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，生产出目的基因的产物。答案：C【触类类旁通】 (1)受体细细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢谢快、目的产产物多。(2)培育转转基因动动物，受体细细胞一般选选用受精卵。(3)区别别基因工程的“工具”与“工具酶”，工具包括工具酶和运载载体。(4)目的基因的检测检测 常用运载载体上的标记标记 基因所控制的特有性状来确定，目的基因导导入，并非一定表达，最后需依据受体细细胞是否表现现出“目的基因”所控制的特有性状来判定。1下列有关基因工程的叙述错误错误 的是( )
8、A培育转转基因抗虫棉时时抗虫基因为为目的基因B常用的运载载体有质质粒、噬菌体和动动植物病毒等C重组组DNA分子的形成利用了DNA分子杂杂交原理D导导入受体细细胞的目的基因不一定能成功表达解析：目的基因与运载体结合，需同一种限制酶切割目的基因和运载体，用DNA连接酶把运载体和目的基因连接起来，形成重组DNA分子，该过程没有利用DNA分子的杂交原理。答案：C二、基因工程的应用与安全性 1应应用 目的实例 作 物 育 种把各种优良基因通过基因 工程导入生物体内，从 而改变生物的遗传 特性 ，培育出新品种。培育高产、稳产 和具有优良品 质的农作物。培育各种抗逆 性的作物新品种。药 物 研 制把控制产生
9、药物的基因通 过基因工程转移到另一 种生物(一般是微生物) 体内，从而获得各种高 质量、低成本的药物。例如胰岛素、干扰素，以及预防 乙肝的疫苗等。环 境 保 护通过基因工程清除环境中 有害废物净化环境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， 处理工业废 水，检测环 境中病 毒含量，生产超级细 菌等。2.安全性因为为科学技术术是一把双刃剑剑，在很多方面展示出美好的应应用前景，但另一方面，基因工程也给给人们带们带 来了许许多潜在的危险险。因此要辩证辩证 地看待基因工程所引发发的问题问题 ：如可能制造超级细级细 菌、超级杂级杂 草等；制造出难难以制服的病原体、生物武器；转转基因动动
10、植物的出现现引发发物种入侵，有可能破坏原有的生态态平衡，对对原有物种产产生威胁胁；还还可能带带来转转基因食品的安全性问题问题 等。酵母菌的维维生素、蛋白质质含量高，可用于生产产食品和药药品等。科学家将大麦细细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获获得的啤酒酵母菌可产产生LTPl蛋白，并酿酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过过程如下：(1)该该技术术定向改变变了酵母菌的性状，这这在可遗传遗传 的变变异的来源中属于_。(2)本操作中为为了将LTP1基因导导入酵母菌细细胞内，所用的运载载体是_。(3)要使运载载体与LTP1基因连连接，首选应选应 使用_进进行切割。(4)切割完成后，利用_将动载动载 体与
11、LTP1基因连连接。(5)饮饮用转转基因的酵母菌酿酿造的啤酒安全吗吗？_。解析：(1)由于基因工程利用定向技术克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因组合到一起，使生物具有特定性状，其原理应为基因重组。(2)运载体取自大肠杆菌的质粒(见图)。(3)(4)基因工程中的剪刀为限制酶，两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用DNA连接酶“缝合”。(5)可以从正、反两个角度考虑。转基因的酵母菌酿造的啤酒对人类的健康有害，因为：转基因作物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用；作物中可能含有致敏物质使人类机体产生过敏反应。或答对人体安全，因为：两种食品成分相同，目前还未找到不安全
12、的证据。(合理即可)答案：(1)基因重组组 (2)质质粒(3)限制性核酸内切酶 (4)DNA连连接酶(5)反对观对观 点：不安全，转转基因食品可能会损伤损伤 人体的消化系统统，破坏人体免疫系统统赞赞成观观点：安全，转转基因食品与非转转基因食品成分相同，毒性分析不对对人体健康产产生影响(目前还还未找到不安全的证证据，回答上述两种观观点之一即可)2目前人类类利用基因工程的方法成功培育出转转基因抗虫棉，以下说说法正确的是( )A苏苏云金芽孢孢杆菌的毒蛋白基因与质质粒结结合后直接进进入棉花的叶肉细细胞表达B抗虫基因导导入棉花叶肉细细胞后，可通过传过传 粉、受精的方法，使抗虫性状遗传遗传 下去C标记标记
13、 基因的作用是鉴别鉴别 受体细细胞中是否含有目的基因D转转基因抗虫棉经过经过 种植，棉铃铃虫不会产产生抗性，这样这样 可以有效消灭灭棉铃铃虫解析：将重组质粒导入受体细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法等；抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可以通过组织培养传递抗虫性状，花粉、卵细胞中不含抗虫基因；棉铃虫可能存在抗药性变异，所以转基因抗虫棉不可能长期有效的消灭棉铃虫。答案：C与本节节内容有关的实验问题实验问题 ：1转转基因动动、植物的培育过过程。2探究转转基因生物的安全性。【案例探究】某些植物能分泌一些化学物质质用于抑制别别种植物在其周围围生长长，这这称为为他感作用。最近，科学家试图试图 往
14、大麦等农农作物中转转入控制合成这这些化学物质质的基因。请请回答：(1)获获取目的基因，需要用到的工具酶是_，对对获获取的目的基因，可以通过过_与运载载体结结合。(2)为为了验证转验证转 基因大麦对邻对邻 近杂杂草生长长具有他感作用。请请在给给出的实验实验 步骤骤的基础础上继续继续 完成实验实验 、预预期实验现实验现 象。方法步骤骤：选选取A、B、C三个栽种盒，在栽种土壤表面画5 cm5 cm的小方格，每小方格中心放一粒大麦或杂杂草种子。三个栽种盒的播种方式依次为为：A：_；B：只种大麦种子；C：_。洒上少许细许细 泥土覆盖种子并浇浇水，把三个实验实验 栽种盒放在_的环环境中培养24周。每天观观
15、察记录记录 ，统计统计 盒内植株的_，比较较三个栽种盒的植物生长长差异。预预期的实验现实验现 象：_。解析：(1)人工获取目的基因是要用限制酶进行切割，并用DNA连接酶将目的基因与运载体结合。(2)他感作用是指对其他植物生长起抑制作用，所以实验自变量是转基因大麦的有无，观察大麦对杂草的影响，应设置对照组和实验组，由于本实验是验证性实验，预期实验结果和已知的结论应是一致的。答案：(1)限制性核酸内切酶(限制酶)DNA连连接酶(2)A：大麦种子和杂杂草种子同行种植C：只种杂杂草种子(顺顺序可变变)相同且适宜 平均株高预预期的实验现实验现 象：A盒中的杂杂草生长长情况明显显比C盒中的差(A盒中的大麦生长长情况和B盒相同，这这句不写也可)(注意与播种方式相对应对应 )
