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第2節(jié) 基因工程及其應用,,第六章 從雜交育種到基因工程,第一篇 教材同步導學篇,一、知識準備 1．基因是有遺傳效應的DNA片段， 基因中的脫氧核苷酸的排列順序就是遺傳信息。 2．中心法則 (1)a、b、c、d所表示的四個過程依次分別是復制、轉錄、翻譯、逆轉錄。 (2)真核生物中，過程a的主要場所是細胞核，過程b的原料是4種核糖核苷酸。 (3)在不同的生物體內，同一種mRNA經過c過程產生的蛋白質中的氨基酸排列順序是相同的，因為幾乎所有生物共用一套遺傳密碼。,3．基因對性狀的控制 (1)基因通過控制蛋白質的結構直接控制生物體的性狀，如鐮刀型細胞貧血癥、囊性纖維病的病因。 (2)基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物體的性狀，如白化病、豌豆的粒形。 二、課標要求 1．簡述基因工程的基本原理。 2．掌握基因工程操作工具的作用。 3．理解基因工程的操作步驟。,一、自主初探 1．基因工程的原理(閱讀P102－103) (1)概念,(2)基因工程的操作工具 ①基因的“剪刀”與“針線”,②運載體：將______________導入受體細胞。 ③常用的運載體：質粒、_________和動植物病毒等。 (3)基因工程的步驟 ①提取____________； ②目的基因與__________結合； ③將目的基因導入_____________； ④目的基因的_______________。,外源基因,噬菌體,目的基因,運載體,受體細胞,檢測與鑒定,2．基因工程的應用(閱讀P104－106) (1)基因工程的應用,探究一 基因工程的工具 二、疑問探究 1．如圖表示一段DNA序列，請確定限制酶和DNA連接酶的作用部位。 提示 限制酶和DNA連接酶都是作用于b部位。,2．要想從DNA上切下目的基因，應切幾個切口？產生幾個末端？質粒運載體需切出幾個切口，幾個黏性末端？ 提示 目的基因：2個切口，2個黏性末端；運載體：1個切口，兩個黏性末端。 3．切割目的基因和運載體應用相同的限制酶，請分析這樣操作的目的是什么。 提示 目的是產生相同的黏性末端，便于連接。,三、新知破解 1．限制性核酸內切酶 (1)分布：主要在微生物體內。 (2)特點：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。 (3)結果：產生兩個帶有黏性末端或平末端的DNA片段。 2．DNA連接酶 (1)作用對象：把兩個具有相同黏性末端或平末端的DNA片段連接起來。 (2)結果：形成重組DNA分子。,(3)DNA連接酶與DNA聚合酶的比較：,3.運載體 (1)作用： ①作為運載工具，將目的基因送入受體細胞中； ②通過它在宿主細胞內的復制對目的基因進行大量復制。 (2)運載體必須具備的條件： ①能在宿主細胞內穩(wěn)定保存并大量復制——這是保證目的基因能在細胞分裂過程中復制并傳遞給子細胞。 ②有多個限制酶切點——這是運載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。 ③有標記基因——這是檢測目的基因是否導入受體細胞中的重要判斷依據。,探究二 基因工程的過程及應用 二、疑問探究 1．生產基因產物的受體細胞為什么常選用微生物？ 提示 因為微生物繁殖快、代謝快、產生的基因產物多。 2．培育轉基因動物與轉基因植物，常用的受體細胞分別是什么？ 提示 培育轉基因動物，一般選用受精卵作為受體細胞；而培育轉基因植物，可選用受精卵或體細胞作為受體細胞。 3．轉基因抗蟲棉有性繁殖產生的后代都具有抗蟲特性嗎？為什么？ 提示 不一定。因為性狀分離或變異的原因，抗蟲棉的子代可能會失去抗蟲特性。,三、新知破解 1．基因工程的操作步驟,2．步驟解讀 (1)提取目的基因：如圖中a過程，獲取目的基因的方法為直接分離的方法。 (2)目的基因與運載體結合： ①圖中b表示的是目的基因與運載體的結合。 ②工具： 限制酶：圖中EcoRⅠ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。,(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，目的基因將在宿主細胞中復制和表達。 (4)目的基因的檢測與鑒定： ①檢測：根據標記基因或分子雜交技術檢測目的基因是否導入受體細胞。 ②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。,考向一 基因工程的工具 [例1] 如圖是基因工程主要技術環(huán)節(jié)的一個基本步驟，這一步驟需用到的工具是( ),A．DNA連接酶和解旋酶 B．DNA聚合酶和限制性核酸內切酶 C．限制性核酸內切酶和DNA連接酶 D．DNA聚合酶和RNA聚合酶 [思路點撥],解析 目的基因和運載體結合所需基因的“剪刀”——限制性核酸內切酶和基因的“針線”——DNA連接酶。此過程不涉及DNA復制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。 答案 C 【方法規(guī)律】 基因工程中的酶與化學鍵 (1)基因工程三種工具中，限制酶和DNA連接酶是兩種酶工具，前者是切割磷酸二酯鍵的，后者是連接磷酸二酯鍵的。 (2)限制酶和DNA連接酶都是一類酶，而不是一種。 (3)氫鍵的斷裂和重新形成與限制酶和DNA連接酶無關，氫鍵的形成不需要酶的作用。 (4)DNA連接酶無識別的特異性，能恢復兩核苷酸間的磷酸二酯鍵，將兩個DNA片段連接起來。,考向二 基因工程的過程及應用 [例2] 酵母菌的維生素、蛋白質含量高，可用于生產食品和藥品等?？茖W家將大麥細胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如下圖：,(1)該技術定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳的變異的來源中屬于______________。 (2)本操作中為了將LTP1基因導入酵母菌細胞內，所用的運載體是______________。 (3)要使運載體與LTP1基因連接，首先應使用________________進行切割。 (4)切割完成后，利用________將運載體與LTP1基因連接。 (5)飲用轉基因的酵母菌釀造的啤酒安全嗎？ _________________________________________,[思路點撥],解析 (1)由于基因工程利用定向技術克服了遠緣雜交不親和的障礙，使原本不在一起的基因組合到一起，使生物具有特定性狀，其原理應為基因重組。(2)運載體取自大腸桿菌的質粒(見圖)。(3)(4)基因工程中的剪刀為限制酶，兩個序列相同、能互補配對的黏性末端可用DNA連接酶“縫合”。(5)可以從正、反兩個角度考慮。轉基因的酵母菌釀造的啤酒對人類的健康有害，因為：①轉基因產物中的毒素可引起人類急、慢性中毒或產生致癌、致畸、致突變作用；②產物中可能含有致敏物質使人類機體產生過敏反應。(或答對人體安全，因為：兩種食品成分相同，目前還未找到不安全的證據)(合理即可),答案 (1)基因重組 (2)質粒 (3)限制性核酸內切酶 (4)DNA連接酶 (5)反對觀點：不安全，轉基因食品可能會損傷人體的消化系統(tǒng)，破壞人體免疫系統(tǒng) 贊成觀點：安全，轉基因食品與非轉基因食品成分相同，不會對人體健康產生影響(目前還未找到不安全的證據，回答上述兩種觀點之一即可) 【方法規(guī)律】 (1)切割運載體和目的基因時需用同一種限制酶，才能獲得相同的黏性末端。 (2)四個步驟中只有第三步將目的基因導入受體細胞不涉及堿基互補配對。 (3)對目的基因的檢測和鑒定雖然是分子水平上的，但都是在體外進行的。,1．基因工程是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。其原理是基因重組。 2．基因工程的操作工具有限制酶、DNA連接酶和運載體。 3．一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。DNA連接酶的作用是將目的基因和運載體連接成重組DNA分子。,4．運載體是將外源基因送入受體細胞，常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等。 5．基因工程的四個步驟是：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。 6．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生、農牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護等方面具有美好的應用前景。,1．下列關于基因工程的敘述，錯誤的是( ) A．基因工程的生物學原理是基因重組 B．通過基因工程技術能夠定向改造生物的遺傳性狀 C．整個過程都需要酶的催化 D．基因工程屬于分子水平的操作 C [目的基因的導入及目的基因的檢測與鑒定等步驟可以不需酶的催化。],2．質粒是基因工程最常用的運載體，下列有關質粒的說法正確的是( ) A．質粒不僅存在于細菌中，某些病毒也具有 B．細菌的基因只存在于質粒上 C．質粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于核(區(qū))外的細胞質基質中 D．質粒是基因工程中的重要工具酶之一 C [質粒存在于許多細菌以及酵母菌等生物中，是細胞染色體外能夠自我復制的很小的環(huán)狀DNA分子，在病毒、動植物細胞中是不存在的，故A錯誤；細菌的基因除少部分在質粒上外，大部分在擬核中的DNA分子上，故B錯誤。],3．工程菌在降解有毒有害化合物、吸收環(huán)境重金屬、分解泄露石油、處理工業(yè)廢水等方面發(fā)揮著重要作用。下列屬于工程菌的是( ) A．通過X射線處理后，青霉素產量明顯提高的青霉菌 B．通過細胞雜交技術獲得繁殖快的酵母菌 C．為抗蟲棉培育提供抗蟲基因的蘇云金桿菌 D．通過轉基因技術培育的能夠分解多種石油成分的細菌 D [通過轉基因技術培育的能夠分解多種石油成分的細菌屬于工程菌。],4．采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導入目的基因的做法正確的是( ) ①將毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 ③將編碼毒素蛋白的DNA序列與質粒重組，導入細菌，用該細菌感染棉的體細胞，再進行組織培養(yǎng) ④將編碼毒素蛋白的DNA序列與細菌質粒重組，注射到棉的子房并進入受精卵 A．①② B．②③ C．③④ D．①④,C [基因工程一般要經歷四個步驟：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及目的基因的檢測和鑒定。所以在導入目的基因前，首先要獲得目的基因即本題中的編碼毒素蛋白的DNA序列，然后要將目的基因與運載體結合即與細菌質粒重組。完成上述兩步以后才將目的基因導入受體細胞即棉的體細胞或受精卵，目的基因導入受體細胞后，可隨受體細胞的繁殖而復制，所以上述③④操作是正確的。],5．下列關于基因工程安全性的說法中不正確的是( ) A．轉基因作物的基因可通過花粉擴散到它的近親作物上，可能出現對農業(yè)不利的“超級植物” B．雜草、害蟲從它的近親獲得抗性基因，可能破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 C．轉基因必須在人為控制下才能完成，自然條件下基因污染是不增殖和不擴散的 D．轉基因食品轉入的蛋白質是新蛋白時，這些異種蛋白有可能引起人食物過敏 C [基因工程引起的基因污染，是可增殖和擴散的。],,,,謝謝觀看！,