第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用

學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)

1.理解遺傳物質(zhì)的研究為基因工程提供了理

1.說(shuō)出基因工程的概念。論基礎(chǔ)。

2.說(shuō)出基因工程的基本工具。（重點(diǎn)）2.通過聯(lián)想制作拼接畫的過程，理解基因工

3.闡述基因工程的基本操作。（重、難點(diǎn)）程的操作工具。

4.舉例說(shuō)明基因工程的應(yīng)用。3.采用繪圖方法逐步理解基因工程的基本操

作。

一、基因工程的基本操作工具

1.基因工程的概念

2.基因工程的操作工具

（1）“剪刀”和“針線”

項(xiàng)目名稱作用

識(shí)別特定的核昔酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA

“剪刀”限制酶

分子

“針線，，DNA連接酣連接脫?核糖和磷酸之間的缺口

⑵運(yùn)載體

①作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。

'噬菌體

［分布：許多紐逋以及酵母菌等生物細(xì)胞質(zhì)中

②種類《質(zhì)粒，特性：能夠自主復(fù)制

［實(shí)質(zhì)：環(huán)狀DNA分子

＜動(dòng)植物病毒

二、基因工程的操作及應(yīng)用

1.基本操作步驟

2.應(yīng)用及安全性

(1)應(yīng)用

應(yīng)用內(nèi)容

目的培育出具有各種抗逆性的作物新品種

作物育

實(shí)例抗蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉

種

意義減少了農(nóng)藥用量,而且還減少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染

實(shí)例生產(chǎn)人的胰島素

藥物研

胰島素基因與大腸桿菌的DNA分了?重組,并在大腸桿菌內(nèi)成功表

制過程

達(dá)

環(huán)境保利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒有害的化合物,吸收環(huán)境中的重金屬，

實(shí)例

護(hù)分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等

(2)安全性

-----------------相互對(duì)立-----------------------

不安全，要產(chǎn)格控制/；安全，應(yīng)該大范圍推廣

我國(guó)態(tài)度：十分重視轉(zhuǎn)基因生

物及其產(chǎn)品的安仝性問題

1.基因的“剪刀”一一限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)

(1)存在：主要存在于微生物中。

(2)作用：斷裂兩個(gè)核苜酸之間的磷酸二酯鍵。

(3)特點(diǎn)：具有特異性，即一種限制酶只能識(shí)別一種峙定的核甘酸序列，并在特定的位點(diǎn)

切割DNA分子。

(4)作用結(jié)果：一般產(chǎn)生黏性末端。

2.基因的“針線”一一DNA連接酶

(1)催化對(duì)象：兩個(gè)具有相同末端的DNA片段。

(2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。

(3)催化結(jié)果：形成重組DNA。

(4)限制酶與DNA連接腳的比較

比較

作用應(yīng)用

項(xiàng)目

限制酶使特定部位的磷酸二酯鍵斷裂用于提取目的基因和切割載體

DNA在DNA片段之間重新形成磷酸二用于重組DNA分子（重組質(zhì)粒）構(gòu)

連接能酯鍵建

兩者的關(guān)系可表示為:

GAATTC限制制GAATTC

1111111+1

CTTAAGLDNA連接隨CTTAAG

（5）DNA連接酶與DNA聚合酶的比較

目

DNA連接酶DNA聚合酶

比較

將游離的脫氧核甘酸連接到脫氧核甘酸

作用對(duì)象DNA片段

鏈上

作用條件不需要模板需要模板

作用部位連接相鄰）兌氧核有酸的磷酸和脫氧核糖

形成化學(xué)鍵磷酸二酯鍵

⑴質(zhì)粒

①存在：許多細(xì)菌及酵母菌等生物細(xì)胞中。

②本質(zhì)：擬核或細(xì)胞核外的環(huán)狀DNA分子。

③特點(diǎn)：能夠自主復(fù)制O

（2）運(yùn)載體應(yīng)具備的條件

①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制一一保證目的基因能在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制并傳

遞給子細(xì)胞。

②有一至多個(gè)限制能切點(diǎn)一一運(yùn)載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。

③有標(biāo)記基因一一檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中的重要判斷依據(jù)。

包）對(duì)面練電.

1.下列有關(guān)基因工程和酶的相關(guān)敘述，正確的是（）

A.同種限制酶既可以切割目的基因又可以切割質(zhì)粒，因此不具備專，性

B.運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)與載體蛋白相同

0.限制酶不能切割煙草花葉病毒的核酸

D.DNA連接酶可催化游離的脫氧核昔酸連接成脫氧核甘酸鏈

C［一種限制能只能識(shí)別一種特定的核甘酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子，具

備專一性，A錯(cuò)誤；運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)是DNA,與載體蛋白不同，B錯(cuò)誤；限制酶能切割DNA,

不能切割煙草花葉病毒的核酸RNA,C正確；DNA連接酶可催化不同的DNA片段連接在一起，

不能催化游離的脫氧核甘酸連接成脫氧核甘酸鏈，D錯(cuò)誤。］

2.限制性核酸內(nèi)切酶是一種核酸切割酶，可辨識(shí)并切割DNA分子上特定的核甘酸序列，

如圖依次為4種限制酶展砒I,歷出I,必/用11以及旅川的辨識(shí)序列，箭頭表示每一種限

制酶的特定切割部位，其中哪兩種限制酶所切割出來(lái)的DW片段末端可以互補(bǔ)黏合？（）

Hank\Ia樂1HirvWW圖/II

1111

GGATCCGAATTCAAGCTTAGATCT

CCTAGGCTTAAGTTCGAATCTAGA

tttt

A.Ba漏I和EcoRIB.Ba源I和HiMW

C.EcoRI和省ndlHD.由礎(chǔ)I和磨/II

I）［MlI和%㈤I切割形成的黏性末端不互補(bǔ)配對(duì)，因此不能互補(bǔ)黏合，A錯(cuò)誤；BanW

I和MT/diii切割形成的黏性末端不互補(bǔ)配對(duì)，因此不能互補(bǔ)黏合，B錯(cuò)誤；比加I和應(yīng)//din

切割形成的黏性末端不互補(bǔ)配對(duì)，因此不能互補(bǔ)黏合，c錯(cuò)誤；物礎(chǔ)I和寤八【切割形成的黏

性末端可以互補(bǔ)配對(duì)，因此能互補(bǔ)黏合，D正確。］

［問題探究］

卜.圖是利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)人胰島素的操作過程示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答。

人胰島胰島素

—A人/事＜兩人__胰島索

大場(chǎng)桿菌BCD0人胰島素

1.能否利用人的皮膚細(xì)胞進(jìn)行過程①？過程②特別需要的酸是哪一種？

提示：不能，皮膚細(xì)胞中胰島素基因不表達(dá)；過程②是逆轉(zhuǎn)錄，需要逆轉(zhuǎn)錄酶。

2.如何將A和B連接成C?操作后的產(chǎn)物只有C嗎？

提示：用同一種限制將切割A(yù)和B,再加入DNA連接酶，才能形成晨操作后的產(chǎn)物除了

C,還可能有A與A結(jié)合、3與B結(jié)合的產(chǎn)物。

3.人的胰島素基因能夠在大腸桿菌細(xì)胞中表達(dá)的基礎(chǔ)是什么？

提示：所有生物共用一套遺傳密碼。

4.該方法和誘變育種相比，有什么優(yōu)點(diǎn)？

提示：可以定向改造生物的遺傳性狀。

［歸納總結(jié)］

1.基因工程操作的基本步驟

(目的基因：人們所需的特定基因

提取目

獲取(直接分離基因

的基因I途徑(人工合成基因

(用一種限制睥切割質(zhì)粒

用同一種限制酶切割目的基因

目的基因與

運(yùn)載體結(jié)合’▼

加入DNA連接薜

質(zhì)粒和目的基因結(jié)合成重組DNA分子

將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：主要是借助細(xì)菌或病毒侵染

細(xì)胞的方法

'檢測(cè)：根據(jù)運(yùn)載體特有的標(biāo)記基因或分子

雜交技術(shù)檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體

目的基因的

細(xì)胞

檢測(cè)與鑒定

鑒定：受體細(xì)胞是否表現(xiàn)出特定性狀，如棉

、花抗蟲性狀的表現(xiàn)

知識(shí)拓展：

(1)在基因工程操作過程中，將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過程不涉及堿基互補(bǔ)配對(duì)。

(2)受體細(xì)胞常選用微生物的原因：微生物繁殖快、弋謝快、FI的產(chǎn)物多。

(3)培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物時(shí)，常采用顯微注射法將目的基因?qū)胧芫眩蚴鞘芫训娜?/p>

性高。

(4)培育轉(zhuǎn)基因植物時(shí)，受體細(xì)胞可用受精卵和其他高度分化的細(xì)胞，因?yàn)楦叨确只闹?/p>

物細(xì)胞仍具有全能性。可用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將其培育成個(gè)體。

2.基因工程成功的基礎(chǔ)

基本單位相同：著

是由脫氧核谷酸構(gòu)

成的

運(yùn)載體與目的基因空間結(jié)構(gòu)相同：卷是

結(jié)合成功的基礎(chǔ)規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)

兩

個(gè)

方

面

3.基因工程的應(yīng)用

目的：獲得高產(chǎn)、度產(chǎn)和具有優(yōu)良1s點(diǎn)的農(nóng)作

物.培育出具有各種抗逆性的作物新品種

作物實(shí)例:抗棹性蟲的轉(zhuǎn)基因抗蟲林

育種意義:抗立基因作物的種植，不僅斌少了農(nóng)藥

的使用量，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減

應(yīng)少了農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染

用實(shí)例：用基因工程方法生產(chǎn)胰島素

藥物

過程:膠島素茶因與大師桿盲的DNA分子直

研制

組，并且在大,揚(yáng)桿菌內(nèi)成功地表達(dá)

環(huán)境保護(hù):利用轉(zhuǎn)基因細(xì)曾降解有毒有害的化合物、

吸收環(huán)境中的重金屬、分解泄漏的石油、處理

工業(yè)廢水等

4.轉(zhuǎn)基因育種與雜交育種、誘變育種的比較

(1)雜交育種能使位于不同個(gè)體上的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體上，但育種周期長(zhǎng)；誘

變育種可以提高變異頻率，大幅度改良某些性狀，但有利變異個(gè)體不多，需要大量供試材料。

(2)與雜交育種、誘變育種相比，轉(zhuǎn)基因育種能克服傳統(tǒng)育種方法的缺點(diǎn)，具有目的性強(qiáng)、

育種周期短、能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙等優(yōu)點(diǎn)。

1.用基因工程技術(shù)可使大腸桿菌合成人的蛋白質(zhì)。下列敘述不正確的是()

A.常用相同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒

B.DNA連接酶和RNA聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的二具酶

C.質(zhì)粒作為運(yùn)載體應(yīng)具有標(biāo)記基因

D.人和大腸桿菌在合成相關(guān)蛋白質(zhì)時(shí)，轉(zhuǎn)錄和翻譯的場(chǎng)所不同

B［為得到相同的黏性末端，常用相同的限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，A正確。DNA連接

酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的酶，而RNA聚合酶則用于DNA的轉(zhuǎn)錄過程，B錯(cuò)誤。質(zhì)粒作為運(yùn)載體,

應(yīng)具有標(biāo)記基因，以便重組后進(jìn)行重組DNA的鑒定和選擇，C正確。人是真核生物，大腸桿菌

是原核生物，真核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄場(chǎng)所主要在細(xì)胞核，而原核細(xì)胞沒有成形的細(xì)胞核，D正確。］

2.某種轉(zhuǎn)基因玉米能高效合成一種多肽類的蛋白酶加制劑，積累于莖葉中，讓取食它的

害蟲的消化酶受抑制，使其無(wú)法消化食物而死亡。下列就該玉米對(duì)人類安全性的評(píng)論1,不

符合生物學(xué)原理的是（）

A.不安全。這種玉米的果實(shí)（種子）中也可能含有蛋白酶抑制劑，使人食用后因無(wú)法消化

食物而患病

B.不安全。該玉米的蛋白酶抑制劑基因可通過食物性進(jìn)入人體細(xì)胞內(nèi)，使人體無(wú)法消化

食物而患病

C.安全。因?yàn)槿伺c害蟲消化酶的結(jié)構(gòu)存在差異，玉米的蛋白酶抑制劑對(duì)人體很可能無(wú)影

響

D.安全。人類通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白陶抑制劑已被高溫破壞，不會(huì)影響

人的消化

B［基因是有遺傳效應(yīng)的DNA片段，屬于大分子有機(jī)物，外源基因進(jìn)入動(dòng)物和人體的消

化道后會(huì)被消化成小分子物質(zhì)，不能直接進(jìn)入動(dòng)物和人體細(xì)胞內(nèi)，更談不上通過食物鏈富集

并在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。］

［課堂小結(jié)］

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建