1819　基因工程及其应用

1、第2节基因工程及其应用学习目标知识概览1.说出基因工程的概念。2.说出基因工程的基本工具。(重点)3.阐述基因工程的基本操作。(重、难点)4.举例说明基因工程的应用。自 主 预 习·探 新 知一、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“针线”项目名称作用“剪刀”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)运载体作用：将外源基因送入受体细胞。种类二、基因工程的操作及应用1基本操作步骤2应用及安全性(1)应用应用内容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虫的转基因抗虫棉意义

2、减少了农药用量，而且还减少了农药对环境的污染药物研制实例生产人的胰岛素过程胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并在大肠杆菌内获得成功的表达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，处理工业废水等(2)安全性基础自测1判断对错(1)基因工程能够定向地改造生物的性状。()(2)基因工程导入了新的基因，其原理是基因突变。()(3)一种限制酶可以识别多种核苷酸序列。()(4)含有目的基因的运载体是否进入受体细胞需要检测。()(5)基因工程中的运载体只有质粒。()(6)转基因生物和转基因食品都是不安全的。()提示：(1)(2)×基因工程导入的基因是自

3、然界原来就存在的基因，原理是基因重组。(3)×一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。(4)(5)×基因工程中常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。(6)×对于转基因生物和转基因食品的安全性问题不能片面地一概而论。2下列有关基因工程的叙述，不正确的是()A基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶B所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列C利用基因工程技术，可以定向地改造生物的遗传性状D基因工程的实质是基因重组B基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA连接酶。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，而并非所有的限制酶只能识别同一种核苷酸序列。基因工程的实质是基因重

4、组。利用基因工程技术，可以定向改造生物的遗传性状，获得人类需要的基因产物或生物新品种。3下列不属于利用基因工程技术制取药物的是()A从大肠杆菌体内获取白细胞介素B从酵母菌体内获得干扰素C从青霉菌体内获取青霉素D从大肠杆菌体内获取胰岛素C基因工程是使外源基因在受体细胞中表达目的基因产品的技术，A、B、D均为外源基因的表达，而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达，故青霉菌产生的青霉素不属于基因工程药品。合 作 探 究·攻 重 难基因工程的基本操作工具思考交流1基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶)(1)存在：主要存在于微生物中。(2)作用：断裂两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)

5、特点：具有特异性，即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点切割DNA分子。(4)作用结果：产生黏性末端。2基因的“针线”DNA连接酶(1)催化对象：两个具有相同末端的DNA片段。(2)催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。(3)催化结果：形成重组DNA。(4)限制酶与DNA连接酶的比较作用应用限制酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体DNA连接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于重组DNA分子(重组质粒)构建两者的关系可表示为：(5)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较项目比较DNA连接酶DNA聚合酶作用对象DNA片段将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上作用条件

6、不需要模板需要模板作用部位连接相邻脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖形成化学键磷酸二酯键3.运载体(1)质粒。存在：许多细菌及酵母菌等生物细胞中。本质：拟核或细胞核外的环状DNA分子。特点：能够自主复制。(2)运载体应具备的条件。能在宿主细胞内稳定保存并大量复制保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子细胞。有多个限制酶切点运载体能够接入多种目的 基因所必备的条件。有标记基因检测目的基因是否导入受体细胞 中的重要判断依据。下列关于限制酶和DNA连接酶的叙述，正确的是()A其化学本质都是蛋白质BDNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键C它们不能被反复使用D在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接

7、酶【技巧点拨】基因工程中涉及多种酶，每种酶的作用都不相同，要掌握各种酶的具体作用，比较限制酶和DNA连接酶的区别与联系，并逐项分析。A限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质，A正确；DNA连接酶连接的是两个DNA片段上两个核苷酸间的磷酸二酯键，B错误；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生改变，因此可以被反复利用，C错误；DNA聚合酶只能将单个核苷酸连接到单链DNA片段或引物上，不能催化两个DNA片段连接，故不能替代DNA连接酶，D错误。特别提醒：与工具酶相关的试题的解法基因工程的工具酶，虽然知识点不难，但许多学生都会出错。解题时，第一，审题要谨慎，看清是“工具”还是“工具酶”(基因工程

8、的工具是限制酶、DNA连接酶和运载体，而工具酶仅指两种酶，不包括运载体)，是基因工程中的“运载体”还是细胞膜上的“载体”。第二，概念掌握要透彻，如限制酶与DNA连接酶作用的部位等。第三，紧扣工具酶的作用进行分析，结合酶的特征思考回答。活学活用1下列有关基因工程和酶的相关叙述，正确的是()A同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒，因此不具备专一性B运载体的化学本质与载体蛋白相同C限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸DDNA连接酶可催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链C一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，具备专一性，A错误；运载体的化学本质是DNA，与载体蛋白

9、不同，B错误；限制酶能切割DNA，不能切割烟草花叶病毒的核酸RNA，C正确；DNA连接酶可催化不同的DNA片段连接，不能催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链，D错误。2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()【导学号：77782156】ABCDC限制性核酸内切酶用于切割DNA片段；而与之作用相反的是DNA连接酶，用于连接DNA片段；DNA聚合酶用于DNA的复制过程，它需要模板；解旋酶会使DNA双链解旋而分开，它作用于碱基对之间的氢键。方法规律根据作用部分判断与DNA分子有关的酶(1)断开氢键的酶：解旋酶

10、。(2)断开(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶：若生成若干DNA片段，可判定为限制酶；若生成其基本组成单位核苷酸，可判定为DNA水解酶。(3)生成(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶：若将两个DNA片段连接在一起，可判定为DNA连接酶；若作用于DNA复制的过程中，或将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上，可判定为DNA聚合酶。基因工程的操作及应用背景材料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。思考交流1能否利用人的皮肤细胞进行过程？过程特别需要的酶是哪一种？提示：不能，皮肤细胞中胰岛素基因不表达；过程是逆转录，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？提

11、示：用同一种限制酶切割A和B，再加入DNA连接酶，才能形成C。操作后的产物除了C，还可能有A与A结合、B与B结合的产物。3如果要检测D中是否含有C，通常如何检测？提示：利用C上的标记基因进行检测4人的胰岛素基因能够在大肠杆菌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。5该方法和诱变育种相比，有什么优点？提示：可以定向改造生物的遗传性状。归纳总结 一、基因工程的操作步骤1操作图示2步骤解读(1)提取目的基因：如图中a过程，获取目的基因的方法为直接分离。(2)目的基因与运载体结合：图中b表示的是目的基因与运载体的结合。工具：限制酶：图中EcoR 这种限制酶所识别的序列是GAATTC，切

12、点位于G与A之间；从图中能够看出提取目的基因B和切开质粒A所用的是同一种限制酶。DNA连接酶：此酶用于质粒A与目的基因B的结合过程，形成重组DNA分子C。(3)将目的基因导入受体细胞：图中c过程表示将目的基因导入受体细胞中，此过程不存在碱基互补配对；有可能将目的基因导入受体细胞的染色体DNA上，目的基因将在宿主细胞中复制和表达。(4)目的基因的检测与鉴定：检测：根据运载体特有的标记基因或分子杂交技术检测目的基因是否导入受体细胞。鉴定：受体细胞是否表现出特定性状，如棉花抗虫性状的表现。3基因工程成功的基础二、基因工程的应用1基因工程与作物育种(1)目的：把各种优良基因通过基因工程导入生物体内，从

13、而改变生物的遗传特性，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。(2)基因工程育种的成果及所需的目的基因项目成果举例所需目的基因植物抗虫转基因植物抗虫水稻、抗虫棉抗虫基因，如Bt毒蛋白基因基因抗病转基因植物抗病毒小麦等病毒外壳蛋白基因工程抗逆转基因植物耐盐碱的棉花、抗除草剂的大豆和玉米耐盐碱基因、抗除草剂基因改良品质的转基因植物耐贮存的番茄控制番茄成熟的基因动物基因工程提高生长速度的转基因动物超级绵羊外源生长激素基因改善畜产品品质的转基因动物产乳较多的奶牛产乳基因(3)优点：降低生产成本，减少因农药的使用而对环境造成的污染，提高农作物对不良环境的适应能力。2基因工

14、程与药物研制 把某种生物体内控制合成药物的基因通过基因工程转移到另一种生物体内，从而高效地生产各种高质量、低成本的药物，如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。3转基因生物和转基因食品的优点和缺点(1)优点解决粮食短缺问题；减少农药的使用，从而减少环境污染；节省生产成本，降低粮食售价；增加食物营养，提高附加价值；增加食物种类，提升食物品质；促进生产效率提高，带动相关产业发展。(2)缺点可能产生新毒素和新过敏原；可能产生抗除草剂的杂草；可能使疾病的散播跨越物种的障碍；可能会破坏生物多样性；可能会干扰生态系统的稳定性。如图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程，下列相关叙述不正确的是()A通过过程形成

15、重组质粒只需要两种工具B是重组质粒导入受体细胞的过程C通过过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素基因D通过过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果【技巧点拨】根据基因工程操作步骤，结合图形识别图中表示的过程，即可选出答案。A是目的基因与运载体结合的过程，既需要限制酶和DNA连接酶，也需要基因的运载体。特别提醒：对基因工程步骤的五点说明(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键，只是前者切开，后者连接。(2)要想从DNA上切下某个基因，应切2个切口，产生4个黏性末端。(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。(4)将目的基因导入受体细胞，没

16、有涉及碱基互补配对。(5)动物一般用受精卵作为受体细胞；植物一般用体细胞作为受体细胞，再通过植物组织培养方式形成新个体；微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。活学活用1下列对基因工程的叙述，正确的是()【导学号：77782157】A基因工程必须使用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和RNA聚合酶B基因工程的核心步骤是将目的基因导入受体细胞C运载体上的标记基因可用于检测目的基因是否导入受体细胞D目的基因是否表达可通过DNA分子杂交技术来检测C基因工程必须使用的工具酶是限制酶、DNA连接酶，故A错误；基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，故B错误；运载体上的标记基因可用于检测目的基因是否导入受体细

17、胞，故C正确；目的基因是否表达可通过抗原抗体杂交技术来检测，故D错误。2某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂，积累于茎叶中，让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而死亡。下列就该玉米对人类安全性的评论中，不符合生物学原理的是()A不安全。这种玉米的果实(种子)中也可能含有蛋白酶抑制剂，使人食用后因无法消化食物而患病B不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链进入人体细胞内，使人体无法消化食物而患病C安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对人体很可能无影响D安全。人类通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏，不会影响人的消化B基因是有遗传效应的D

18、NA片段，属于大分子有机物，外源基因进入动物和人体的消化道后会被消化成小分子物质，不能直接进入动物和人体细胞内，更谈不上通过食物链富集并在细胞内表达。当 堂 达 标·固 双 基1科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是 ()A定向提取生物体的DNA分子B定向地对DNA分子进行人工“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造D定向地改造生物的遗传性状D定向地对DNA分子进行人工“剪切”等只是基因工程的中间过程，定向地改造生物的遗传性状才是最终目的。2下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是() 【导学号：77782158】A一种限制性核酸内切

19、酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B限制性核酸内切酶的活性受温度影响C限制性核酸内切酶能识别和切割RNAD限制性核酸内切酶可从原核生物中提取C限制性核酸内切酶主要存在于微生物中。一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并能在特定的位点上切割DNA分子，其作用对象不是RNA分子，而是DNA分子。3下列有关基因工程的叙述，正确的是()ADNA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

20、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。4有关基因工程的成果及应用的说法，正确的是()A用基因工程方法培养的抗虫植物也能抗病毒B基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物C目前任何一种药物都可以运用基因工程来生产D基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物D用基因工程方法培育出的抗虫植物只能杀死害虫，不能抗病毒；基因工程在畜牧业上的应用不仅是培养体型巨大、品质优良的动物，更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳动物体内的表达获得人类所需要的各类物质；目前基因工程只是实现了一部分药物的生产。51979年，科学家将鼠体内的能够