基因工程及其应用经典学案

1、基因工程及其应用教学目标1.简述基因工程的基本原理。2.举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。3.关注转进因生物和转基因食品的安全性。知识重难点梳理1.重点：（1）基因工程的基本原理；（2）基因工程的安全问题。2.难点：（1）基因工程的基本原理；（2）转基因生物与转基因食品的安全性。教学内容一、基因工程1.概念：基因工程又叫基因拼接技术或DNA 重组技术。通俗地说，就是按照人们意愿，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。另 U名基因拼接技术或DNA 重组技术操作环境生物体体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切、拼接、导

2、入、表达结果定向 改造生物的遗传性状，获得人类需要的基因产物2.原理：基因重组。3.优点：（1）与杂交育种相比较明显的优点：克服远缘杂交不亲合的障碍。（2）与诱变育种相比较明显的优点：定向改造生物性状，目的强性。二、基因工程的工具1.基因的“剪刀”一一限制性核酸内切酶（简称限制酶）（1）特点：具有专一性和特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。（2） 作用部位：磷酸二酯键。（3） 例子：EcoRI 限制酶能专一识别 GAATTC 序列，并在 G 和 A 之间将这段序列切开。GA AT T CIC T T A.克&_（黏性末端）（黏性末端）（4） 切割结果：产生 2 个带有黏性末端的

3、 DNA 片断。（5） 作用：基因工程中重要的切割工具，能将外来的DNA 切断，对自己的 DNA 无损害。分析拓展：黏性末端即指被限制酶切割后露出的碱基能互补配对。2. 基因的“针线” DNA 连接酶（1） 作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA 分子。（2） 连接部位：磷酸二酯键。3. 基因的运载体（1） 定义：能将外源基因送入细胞的工具就是运载体。（2） 种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。（3） 条件：1能在宿主细胞稳定保存并大量复制；2有多个限制酶切点，以便于外源基因相连；3有标记基因，便于筛选。分析拓展：DNA 聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接成DNA 片断；DN

4、A 连接酶把 DNA 片连接成 DNA 分子，两者都是连接脱氧核糖和磷酸之间的磷酸二酯键。基因工程操作工具酶只有两种，工具有三种。三、基因工程的操作步骤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. 目的基因的检测和鉴定分析拓展：不同 DNA 分子能够拼接在一起的原因：（1 ）都具有相同的物质组成，都具有规则的双螺旋结构；（2）都遵循碱基互补配对的原则。操作步骤中只有第三步导入受体细胞不涉及到碱基互补配对，其余三步都涉及到。四、 基因工程的应用1. 基因工程与作物育种利用基因工程，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；如 转基因抗

5、虫棉、耐贮存番茄、耐盐碱棉花、抗除草作物、转基因奶牛、超级绵羊等。2. 基因工程与药物研制禾 U 用基因工程，培育转基因生物，禾 U 用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品；干扰素、白细 胞介素、溶血栓剂、凝血因子、疫苗。3. 基因工程与环境保护如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。五、 关于转基因生物和转基因食品的安全性的两种观点1. 转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制2. 转基因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广。六、 几种常见育种方法的比较多倍体 育种染色体变异秋水仙素处理萌发的 种子、幼苗器官巨大，提高产量和宫养成分

6、发育延迟，结 实率低三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦豚粒豚粒用隈制瞬切ftDKA用连樓雀连接目的基園细胞细胞目的基目的基因因目的基目的基因产物因产物車组的质粒車组的质粒基因工 程育种基因重组转基因（DNA 重组）技 术将目的基因引入生 物体内，培育新品种定向改变生物的 性状；克服远缘杂 父不亲和的障碍有可能引起生 态危机产生人胰岛素 的大肠杆菌、抗 虫棉细胞融 合技术细胞膜流动性、细胞全能性让不同生物细胞原生 质融合，同种生物细胞 可融合为多倍体按照人们意愿改 变细胞内遗传物 质或获得细胞产 品且克服了远缘 杂父不亲和的障 碍技术难度咼白菜一甘监、番茄一马铃薯细胞核 移植技 术细胞核的全能性将具备

7、所需性状的体 细胞核移植到去核的 卵细胞中可改良动物品种或保护濒危物种技术要求高克隆羊、鲤鲫移核鱼七、课外阅读我国转基因生物的利用现状1981 年，科学家第一次成功地将外源基因导入动物胚胎，创立了培育转基因动物的技术。1982 年，科学家获得转基因小鼠。1983 年，又获得转基因烟草、马铃薯。目前，国际上获得的转基因植物已达100种以上。以下列举了我国转基因生物的利用情况。基因工程药物基因工程药物主要来自三个方面：一是微生物基因工程，即把目的基因导入大肠杆菌等工程菌中，通过微生物表达目的基因的产物；二是细胞基因工程，即用哺乳动物细胞株表达目的产物； 三是转基因动物，即将目的基因直接导入鼠、兔、

8、羊、猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从而获 得目的产物。下表列举了部分利用基因工程技术研制的药品。表 利用基因工程技术研制的部分药品产品名称菌株或细胞应用人胰岛素大肠杆菌治疗糖尿病人生长激素（GH大肠杆菌治疗生长缺陷症表皮生长因子（EGF大肠杆菌治疗烫伤、胃溃疡等肿瘤坏死因子大肠杆菌杀死某些肿瘤细胞白细胞介素-2 （IL-2）大肠杆菌治疗某些癌症尿激酶原大肠杆菌治疗心脏病a -干扰素酵母菌治疗癌症或病毒感染乙型肝炎疫苗酵母菌预防病毒性肝炎组织溶纤酶原激活剂（tPA）哺乳动物细胞治疗心脏病环境保护中的应用人类活动造成的各种污染（包括工业废水、废气、各种废弃物、有毒化学物质、电磁和放射性物质

9、等）对生态环境的破坏，已成为威胁人民生活的严重问题。生物技术在环境治理上发挥着不可替代的作用。美国培育的基因工程“超级菌”，几小时就可降解自然菌种需1 年才能降解的水上浮油；日本将嗜油酸单胞杆菌的耐汞基因转入腐臭单胞杆菌，使该菌株既能有效处理环境中汞污染，又能将 汞回收利用。目前，已成功培植出一种能高效地吸收重金属的转基因烟草，它对土壤中重金属具有很强的 抵抗能力和吸附能力，如果把转基因的烟草种于被污染的土壤，就能利用它来吸收和排除土壤中的重金属。动物乳腺生物反应器动物乳腺生物反应器是 20 世纪 90 年代出现的利用转基因动物的乳房作为生物发酵工厂，大规模生产某些急需的生物活性物质或药用蛋白

10、的高新技术。目前利用动物乳腺生物反应器生 产医用蛋白质已经受到高度的重视。荷兰用转基因牛生产乳铁蛋白；英国成功研制转基因羊，从其乳汁中 提取抗胰蛋白酶；我国研制出五头转基因羊，乳汁中含有治疗血友病的凝血因子。五、典型例题解析例 1 下列属于基因工程工具酶的是（）限制性核酸内切酶DNA 水解酶 DNA 聚合酶 DNA 连接酶 RNA 聚合酶 解旋酶B.A.例 2 以重组 DNA 技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题。（1 ）获得目的基因的方法通常包括 _和_。（2） 切割和连接 DNA 分子所使用的酶分别是 _ 和_。（3） 运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 _

11、，后者的形状成 _。（4） 由于重组 DNA 分子成功导入受体细胞的频率 _ ，所以在转化后通常需要进行 _操作。（5） 将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者中生产的胰岛素在功能和_ 序列上是相同的。例 3 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.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课后作业1.（2010 山东省临沂市高三一模）转基因植物是通过基因工程拥有其他物种基因即外源基因的植物。下列有关叙述

12、中，正确的是（）A 外源基因就是目的基因B 外源基因的遗传都遵循孟德尔遗传定律C .基因工程中的运载体质粒是细胞核内能够复制的DNA 分子D 通过基因工程，植物细胞也能合成某些细菌的蛋白质2.下列关于基因工程的叙述，正确的是（）A、基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因B、细菌质粒是基因工程常用的运载体C、 通常用一种限制酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制酶处理载体体DNAD、为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时应只能以受精卵为受体3.如右图所示，有关酶功能的叙述错误的是（）A .切断 a 处的酶为限制性核酸内切酶C.D.B 连接 a 处的酶为 DNA 连接酶tC .切断 b 处

13、的酶为解旋酶D 连接 b 处的酶为 DNA 聚合酶4. 用基因工程技术可使大肠秆菌合成人的胰岛素。下列叙述不正确.的是（）A、常用相同的限制酶处理目的基因和质粒B、DNA 连接酶和 RNA 聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C、可用含抗生素的培养基检测大肠秆菌中是否导入了重组质粒D、导入大肠秆菌的目的基因不一定成功表达5. 下列属于基因运载体所必须具有的条件是（）具有某些标志基因具有环状的DNA 分子能够在宿主细胞内复制具有多种限制性内切酶A.B.C. D.6. 下列关于将目的基因导入受体细胞的描述中，不正确的是（）A 重组表达载体 DNA 分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合即完成了转化B .农杆

14、菌转化法是将目的基因导入植物细胞采用最多的方法，但对大多数单子叶植物并不适用C.需通过某种处理使大肠杆菌成为感受态细胞，以便进一步完成转化D 显微注射技术是将含有目的基因的表达载体注射到受精卵中7. 科学家在某种植物中找到了抗枯萎的基因，并以质粒为运载体， 采用转基因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品种，下列有关说法正确的是（）A .抗枯萎病的金茶花与原金茶花之间形成了生殖隔离B .将抗枯萎基因连接到质粒上，用到的工具酶是限制性核酸内切酶C 为了保证金茶花植株抗枯萎病，只能以受精卵作为基因工程的受体细胞D 通过该方法获得的抗病金茶花，将来产生的配子不一定含抗病基因8. 育种的方法有杂交育种、单倍

15、体育种、诱变育种、多倍体育种、基因工程育种等，下面对这五种育种的说法正确的是（）A、涉及的原理有：基因突变、基因重组、染色体变异B、都不可能产生定向的可遗传变异C、都在细胞水平上进行操作D、都不能通过产生新基因从而产生新性状9. （2010 江苏省扬州市高三第二次模拟）某 DNA 分子中含有某限制酶的一个识别序列，用该限制酶切割该 DNA 分子，可能形成的两个 DNA 片段是（）选项H 段 1片段2AI 1 I 91C-C-T-.-CA-G-c-T-y-ii1-XIIIRIII?1 1 1 hlnii-Ii iC 1 i- 9 111.f ; _汁ni厂Dn1n 9-1 1 1- T - T

16、- A - AA - A - T - T - C -q_|_| i i i10.要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是限制酶连接酶解旋酶还原酶11基因工程的正确操作步骤是13 .下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体14.有关基因工程的叙述中，错误的是15、不属于基因工程方法生产的药物是16、下列哪一组生物都是通过基因工程方法培育成功的A、转基因奶牛与无籽西瓜B、超级小鼠与高产青霉菌C、超级绵羊与无籽番茄D、超级绵羊与抗虫棉17.中国青年科学家陈大炬成功地把人的抗病毒干扰素基因嫁接”到烟草的 DNA 分子上，使烟草获得了抗病毒的能力，试分析回答：A.E.C.D.使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表达和检测提取目的基A.E.C.D.12 .科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物 技术一基因工程，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 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A