第2節(jié) 基因工程及其應用,一、基因工程的原理,DNA重組技術,基因,分子,限制性核酸內切酶（簡稱限制酶）,核苷酸,特定的切點上,DNA連接酶,連接脫氧核糖與磷酸,質粒,噬菌體,將外源基因運入受體細胞,3.基因工程的步驟：,目的基因,運載體,受體細胞,檢測與鑒定,二、基因工程的應用及安全性 1.基因工程的應用： (1)作物育種： 過程：利用基因工程的方法，獲得_、_和 具有_的農作物，培育各種_作物新品 種。 實例：抗棉鈴蟲的轉基因抗蟲棉。,高產,穩(wěn)產,優(yōu)良品質,抗逆性,(2)藥物研制： 過程：利用基因工程的方法_地生產出各種 _、_的藥品。 實例：胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。 (3)環(huán)境保護： 利用轉基因細菌_，吸收環(huán)境中 的_，分解_，處理_等。,高效率,高質量,低成本,降解有毒有害的化合物,重金屬,泄漏的石油,工業(yè)廢水,2.轉基因生物和轉基因食品的安全性：,嚴格控制,大范圍推廣,【易錯辨析】 1.基因工程能夠定向地改造生物的性狀。( ) 2.基因工程導入了新的基因，其原理是基因突變。 ( ) 分析：基因工程導入的基因是自然界原來就存在的基 因，原理是基因重組。,3.一種限制酶可以識別多種核苷酸序列。( ) 分析：一種限制酶只能識別特定的核苷酸序列。,4.含有目的基因的運載體是否進入受體細胞需要檢測。( ) 5.基因工程中的運載體只有質粒。( ) 分析：基因工程中常見的運載體有質粒、噬菌體和動 植物病毒。,6.轉基因生物和轉基因食品都是不安全的。( ) 分析：對于轉基因生物和轉基因食品的安全性問題不 能片面地一概而論。,【科技生活】 溶酶體酸性脂肪酶缺乏癥是一種罕見疾病，美國食品藥品監(jiān)督管理局正式批準了一種用于該病治療的新藥和生產該藥物的轉基因母雞。生產藥物所用的母雞被轉入了表達溶酶體酸性脂肪酶的基因，可以在雞蛋蛋白中提取得到這種酶。獲得轉基因母雞過程中轉基因操作的原理是什么？ 提示：基因重組。,知識點一基因工程的基本工具 1.基因的“剪刀”限制性核酸內切酶(簡稱限制酶)。 (1)存在：主要存在于微生物中。 (2)作用：斷裂兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵。,(3)特點：具有特異性，即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的位點切割DNA分子。 (4)作用結果：產生黏性末端。,2.基因的“針線”DNA連接酶： (1)催化對象：兩個具有相同末端的DNA片段。 (2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。 (3)催化結果：形成重組DNA。 (4)限制酶與DNA連接酶的關系：,(5)DNA連接酶與DNA聚合酶的比較：,3.運載體： (1)質粒。 存在：許多細菌及酵母菌等生物細胞中。 本質：擬核或細胞核外的環(huán)狀DNA分子。 特點：能夠自主復制。,(2)運載體應具備的條件。 能在宿主細胞內穩(wěn)定保存并大量復制保證目的基因能在細胞分裂過程中復制并傳遞給子細胞。 有多個限制酶切點運載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。 有標記基因檢測目的基因是否導入受體細胞中的重要判斷依據。,【易錯提醒】 基因工程工具的兩個誤區(qū) (1)區(qū)分工具酶與工具。 基因工程的工具酶有兩種限制酶和DNA連接酶；而工具有三種，除上述兩種工具酶外還包括運載體。,(2)區(qū)分與DNA有關的酶。 參與基因工程的酶有限制酶和DNA連接酶； 參與DNA復制的酶有DNA解旋酶、DNA聚合酶和DNA連接酶； 參與DNA水解的酶是DNA酶。,【典題通關】 1.(2017株洲高一檢測)下列有關基因工程和酶的相關敘述，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粒，因此不具備專一性 B.運載體的化學本質與載體蛋白相同 C.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苷酸連接成脫氧核苷酸鏈,【解析】選C。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子，具備專一性，A錯誤；運載體的化學本質是DNA，與載體蛋白不同，B錯誤；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，不能催化游離的脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸鏈，D錯誤。,2.(2017延安高一檢測)下圖為DNA分子的某一片段，其中、分別表示某種酶的作用部位，則相應的酶依次是 () A.解旋酶、限制酶、DNA聚合酶 B. DNA酶、解旋酶、DNA連接酶 C.解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D.限制酶、DNA連接酶、解旋酶,【解析】選C。圖中部位表示氫鍵，破壞的酶是解旋酶；限制酶能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂，所以是限制酶作用部位；DNA連接酶使兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，所以作用于部位的酶是DNA連接酶。,【方法規(guī)律】根據作用部位判斷與DNA分子有關的酶 (1)斷開氫鍵的酶：解旋酶。 (2)斷開(相鄰核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶：若生成若干DNA片段，可判定為限制酶；若生成其基本組成單位核苷酸，可判定為DNA水解酶。 (3)生成(相鄰核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶：若將兩個DNA片段連接在一起，可判定為DNA連接酶；若作用于DNA復制的過程中，或將游離的脫氧核苷酸連接到脫氧核苷酸鏈上，可判定為DNA聚合酶。,【補償訓練】 除下列哪一項外，都屬于基因工程的運載體必須具備的條件() A.能在宿主細胞中復制并保存 B.具有多個限制酶切割位點，以便與外源基因連接 C.具有標記基因，便于進行篩選 D.是環(huán)狀形態(tài)的DNA分子,【解析】選D。作為基因工程的運載體，要能在宿主細胞中復制并保存，A不符合題意；要具有多個限制酶切割位點，以便與外源基因連接，B不符合題意；要具有標記基因，便于進行篩選，C不符合題意；基因工程的運載體不一定是環(huán)狀形態(tài)的DNA分子，D符合題意。,知識點二基因工程的操作步驟 1.操作圖示：,2.步驟分析： (1)提取目的基因：如圖中a過程，通過一定的方法獲取目的基因，并用限制酶處理。,(2)目的基因與運載體結合(核心步驟)：圖中b表示的是目的基因與運載體的結合。 限制酶：圖中EcoR這種限制酶所識別的序列是GAATTC，切點位于G與A之間；從圖中能夠看出，提取目的基因B和切開質粒A所用的是同一種限制酶。 DNA連接酶：此酶用于質粒A與目的基因B的結合過程，形成重組DNA分子C。 運載體：常選質粒，用以運載目的基因。,(3)將目的基因導入受體細胞：圖中c過程表示將目的基因導入受體細胞中，此過程不存在堿基互補配對；有可能將目的基因導入受體細胞的染色體DNA上，目的基因將在受體細胞中復制和表達。 (4)目的基因的檢測與鑒定： 檢測：根據標記基因或DNA分子雜交技術檢測目的基因是否導入受體細胞。 鑒定：受體細胞是否表現出特定性狀，如棉花抗蟲性狀的表現。,【易錯提醒】 基因工程操作中應注意的三個問題 (1)四個步驟中只有第三步將目的基因導入受體細胞不存在堿基互補配對。 (2)目的基因必須與運載體結合后才能導入受體細胞，才能穩(wěn)定地保存，并進行復制。 (3)培育轉基因動物，受體細胞一般選用受精卵。,【教材易漏知識】 1.大腸桿菌與酵母菌的比較P103圖6-5,1條,否,鏈狀,有,2.乳腺生物反應器P104圖6-9 利用基因工程技術可以使哺乳動物本身變成批量生產 藥物的工廠乳腺生物反應器，過程是將藥用蛋白 基因導入哺乳動物的_(填“受精卵”“體細 胞”或“胚胎干細胞”)中，培育成轉基因動物，進入 泌乳期后，可以從分泌的乳汁中提取所需藥品。該轉 基因動物的性別應該是_(填“雄性”或“雌 性”)。,受精卵,雌性,【典題通關】 【典例】(2017長沙高一檢測)基因工程是在現代生物學、化學和工程學基礎上建立和發(fā)展起來的，并依賴于微生物學理論和技術的發(fā)展運用，基因工程基本操作流程如圖所示。請據圖分析回答：,(1)圖中A是_，最常用的是_，在基因工程中，需要在_酶的作用下才能完成剪接過程。 (2)在上述基因工程的操作過程中，可以遵循堿基互補配對原則的步驟有_(用圖示中序號表示)。,(3)不同種生物之間的基因移植成功說明了生物共用一套_。 (4)研究中發(fā)現，番茄體內的蛋白酶抑制劑對害蟲的消化酶有抑制作用，導致害蟲無法消化食物而被殺死，人們成功地將番茄的蛋白酶抑制劑基因導入玉米體內，玉米獲得了與番茄相似的抗蟲性狀，玉米這種變異的來源是_。,【解題探究】 (1)識圖：圖中步驟分別是：_ _、_。 (2)“剪接過程”包括剪切和拼接兩個步驟，前者需 用_，后者需用_。 (3)可遺傳變異的來源有三種，分別是_、 _、_。,目的基因與運載體,結合,目的基因的檢測與鑒定,限制酶,DNA連接酶,基因突變,基因重組,染色體變異,【解析】(1)圖中A是運載體，常用的是質粒；圖中“剪接”過程需要限制性核酸內切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運載體，還需要DNA連接酶將目的基因和運載體連接起來。 (2)圖中為目的基因的獲取、為目的基因與運載體的結合、為將目的基因導入受體細胞、為目的基因的檢測與鑒定，其中不需要遵循堿基互補配對原則。,(3)自然界所有生物共用一套遺傳密碼，因此目的基因在不同的生物細胞中能正確表達。 (4)玉米通過基因工程獲得抗蟲性狀，基因工程的原理是基因重組，因此玉米這種變異的來源屬于基因重組。,答案：(1)運載體質粒限制性核酸內切酶和DNA連接(2) (3)遺傳密碼(4)基因重組,【互動探究】 (1)利用基因工程技術可以培育抗蟲玉米，相比誘變育種和雜交育種，具有什么優(yōu)點？ 提示：定向改造生物性狀。,(2)若將番茄的蛋白酶抑制劑基因導入葉綠體DNA中，將來產生的配子中一定含有該基因嗎？為什么？ 提示：不一定。葉綠體中基因的遺傳屬于細胞質遺傳，因此把蛋白酶抑制劑基因導入葉綠體DNA中，將來產生的配子中不一定含有該基因。,【方法規(guī)律】“一、二、三、四”巧記基因工程 一個原理：基因重組。 二個基礎：拼接基礎是目的基因與運載體都是DNA分子；異體表達的基礎是生物共用一套遺傳密碼。 三個工具：限制酶、DNA連接酶、運載體。 四個步驟：提取目的基因、目的基因與運載體結合、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。,【過關訓練】 1.(2017宿遷高一檢測)下列對基因工程的敘述，正確的是() A.基因工程必須使用的工具酶是限制酶、DNA連接酶和RNA聚合酶 B.基因工程的核心步驟是將目的基因導入受體細胞 C.運載體上的標記基因可用于檢測目的基因是否導入受體細胞 D.目的基因是否表達可通過DNA分子雜交技術來檢測,【解析】選C?；蚬こ瘫仨毷褂玫墓ぞ呙甘窍拗泼?、DNA連接酶，故A錯誤；基因工程的核心步驟是基因表達載體的構建，故B錯誤；運載體上的標記基因可用于檢測目的基因是否導入受體細胞，故C正確；目的基因是否表達可通過抗原-抗體雜交技術來檢測，故D錯誤。,2.下列關于基因工程的敘述，錯誤的是() A.目的基因和受體細胞均可來自動植物或微生物 B.限制性核酸內切酶和DNA連接酶是兩類常用的工具酶 C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性 D.運載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細胞和促進目的基因的表達,【解析】選D?；蚬こ讨心康幕蚝褪荏w細胞均可來自動植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內切酶和DNA連接酶；人胰島素原基因在大腸桿菌中表達的胰島素原無生物活性，只有經過一定的物質激活以后，才有生物活性；運載體上的抗性基因主要是有利于篩選含重組DNA的細胞，不能促進目的基因的表達，所以D錯誤。,