第 2節(jié) 基 因 工 程 及 其 應(yīng) 用 教 師 參 考新 課 導(dǎo) 入導(dǎo) 入 1:圖 片 展 示 “ 發(fā) 光 的 水 母 ” 和 “ 不 發(fā) 光 的 熱 帶 魚 ” 。 同 學(xué) 們 能 否讓 熱 帶 魚 也 發(fā) 光 呢 ?用 什 么 技 術(shù) ?提 示 :能 ,轉(zhuǎn) 基 因 技 術(shù) 。 引 出 課 題 。導(dǎo) 入 2:同 學(xué) 們 ,各 種 生 物 間 的 性 狀 千 差 萬 別 ,這 是 為 什 么 呢 ?提 示 :生 物 體 的 不 同 性 狀 是 通 過 基 因 特 異 性 表 達(dá) 而 形 成 的 。 例 如 :蠶 吐出 絲 ;豆 科 植 物 的 根 瘤 菌 能 夠 固 定 空 氣 中 的 氮 氣 ;青 霉 菌 能 產(chǎn) 生 對 人 類有 用 的 抗 生 素 青 霉 素 。能 否 讓 禾 本 科 植 物 能 夠 固 定 空 氣 中 的 氮 氣 ;讓 細(xì) 菌 “ 吐 出 ” 蠶 絲 ;讓 微生 物 生 產(chǎn) 出 人 的 胰 島 素 、 干 擾 素 等 珍 貴 的 藥 物 ?你 知 道 用 什 么 新 技 術(shù) 能實 現(xiàn) ?引 出 基 因 工 程 。 自 主 學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn) 探 究 自 主 學(xué) 習(xí)學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) :1.簡 述 基 因 工 程 的 基 本 原 理 。2.舉 例 說 出 基 因 工 程 在 農(nóng) 業(yè) 、 醫(yī) 藥 等 領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用 。3.關(guān) 注 轉(zhuǎn) 基 因 生 物 和 轉(zhuǎn) 基 因 食 品 的 安 全 性 。 知 識 梳 理一 、 基 因 工 程 的 原 理1.含 義2.基 因 工 程 的 基 本 工 具(1)剪 刀 : (簡 稱 ),識 別 特 定 的 序 列 ,并 在 特 定 的 切 點(diǎn) 上 切 割 DNA分 子 。(2)針 線 :DNA連 接 酶 ,連 接 和 之 間 的 缺 口 。限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 限 制 酶 核 苷 酸脫 氧 核 糖 磷 酸 受 體 細(xì) 胞 目 的 基 因 受 體 細(xì) 胞 檢 測 與 鑒 定 判 斷 (1)基 因 工 程 的 操 作 過 程 可 以 產(chǎn) 生 新 的 基 因 ,因 而 該 過 程 中 產(chǎn) 生 了 基 因 突 變 。( )(2)基 因 工 程 是 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 中 并 獲 得 相 應(yīng) 性 狀 或 基 因 產(chǎn) 物 ,操作 對 象 為 基 因 ,屬 于 分 子 水 平 。 ( )(3)一 種 限 制 酶 可 以 識 別 多 種 核 苷 酸 序 列 。 ( )(4)質(zhì) 粒 是 最 為 常 用 的 運(yùn) 載 體 ,它 只 能 從 原 核 生 物 中 獲 取 。 ( ) 二 、 基 因 工 程 的 應(yīng) 用 及 安 全 性1.基 因 工 程 的 應(yīng) 用應(yīng) 用 內(nèi) 容作 物育 種 目 的 培 育 出 具 有 各 種 的 作 物 新 品 種實 例 的 轉(zhuǎn) 基 因 抗 蟲 棉意 義 減 少 了 ,還 減 少 了 農(nóng) 藥 對 環(huán) 境 的 污 染藥 物研 制 實 例 生 產(chǎn) 人 的 胰 島 素過 程 胰 島 素 基 因 與 大 腸 桿 菌 的 DNA分 子 ,并 且 在 大 腸桿 菌 內(nèi) 獲 得 成 功 的 .環(huán) 境保 護(hù) 實 例 利 用 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 等抗 逆 性抗 棉 鈴 蟲農(nóng) 藥 的 用 量 重 組表 達(dá)轉(zhuǎn) 基 因 細(xì) 菌 2.基 因 工 程 的 安 全 性 思 考 利 用 大 腸 桿 菌 生 產(chǎn) 出 的 胰 島 素 沒 有 生 物 活 性 ,還 需 進(jìn) 一 步 加 工 ,這與 大 腸 桿 菌 中 的 哪 些 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 有 關(guān) ?提 示 :大 腸 桿 菌 中 無 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 、 高 爾 基 體 等 加 工 分 泌 蛋 白 質(zhì) 的 細(xì) 胞 器 ,所 以 形成 的 胰 島 素 還 不 成 熟 ,需 進(jìn) 一 步 加 工 。 問 題 引 領(lǐng) :1.分 別 說 出 限 制 酶 與 DNA連 接 酶 的 作 用 部 位 、 結(jié) 果 及 特 點(diǎn) ?2.作 為 運(yùn) 載 體 應(yīng) 具 備 哪 些 條 件 ?要 點(diǎn) 探 究基 因 工 程 工 具 分 析要 點(diǎn) 一教 師 參 考 1.限 制 酶 與 DNA連 接 酶(1)基 因 的 “ 剪 刀 ” 限 制 酶 作 用 特 點(diǎn) :專 一 性 和 特 異 性 作 用 結(jié) 果 :產(chǎn) 生 黏 性 末 端 或 平 末 端 作 用 部 位 :脫 氧 核 苷 酸 之 間 的 磷 酸 二 酯 鍵(2)基 因 的 “ 針 線 ” DNA連 接 酶 作 用 結(jié) 果 :將 不 同 DNA分 子 片 段 的 末 端 連 接 起 來 作 用 部 位 :脫 氧 核 苷 酸 之 間 的 磷 酸 二 酯 鍵 限 制 酶 與 DNA連 接 酶 的 關(guān) 系 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 保 證 目 的 基 因 能 在 細(xì) 胞 分 裂 過程 中 復(fù) 制 并 傳 遞 給 子 代 細(xì) 胞 。(2)有 多 個 限 制 酶 切 點(diǎn) 運(yùn) 載 體 能 夠 接 入 多 種 目 的 基 因 。(3)有 標(biāo) 記 基 因 檢 測 目 的 基 因 是 否 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 。 解 析 : 處 為 氫 鍵 ,解 旋 酶 可 斷 開 氫 鍵 ,使 DNA分 子 解 旋 ; 處 為 磷酸 和 脫 氧 核 糖 形 成 的 化 學(xué) 鍵 ,限 制 酶 可 斷 開 此 化 學(xué) 鍵 ,常 用 于 基因 工 程 中 切 割 運(yùn) 載 體 和 目 的 基 因 ; 處 為 斷 開 的 DNA片 段 ,可 將 此連 接 起 來 的 酶 是 DNA連 接 酶 ?！?典 例 1】 如 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(yīng) 的 酶 依 次 是 ( )A.DNA連 接 酶 、 限 制 酶 、 解 旋 酶B.限 制 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 酶答 案 :C 方 法 透 析 據(jù) 作 用 部 位 及 結(jié) 果 判 定 與 DNA有 關(guān) 的 酶(1)斷 開 氫 鍵 的 酶 解 旋 酶 。(3) 備 選 例 題圖 中 Pst 、 Sma 、 EcoR 、 Apa 為 四 種 限 制 酶 ,為 了 獲 得 含 有 抗原 基 因 的 重 組 質(zhì) 粒 ,對 質(zhì) 粒 和 含 抗 原 基 因 的 DNA進(jìn) 行 切 割 時 ,需 要 用 的 限制 酶 是 ( )A.Sma B.Pst 、 Sma C.Sma 、 EcoR D.Pst 、 EcoR D解 析 :切 割 的 原 則 是 將 目 的 基 因 從 DNA中 切 下 ,將 質(zhì) 粒 切 開 ,并 且 不 能破 壞 標(biāo) 記 基 因 ,因 此 應(yīng) 該 選 擇 酶 Pst 、 EcoR 。 【 題 組 演 練 】1.下 列 有 關(guān) 基 因 工 程 中 限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 的 描 述 ,錯 誤 的 是 ( )A.一 種 限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 只 能 識 別 一 種 特 定 的 脫 氧 核 苷 酸 序 列B.限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 的 活 性 受 溫 度 影 響C.限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 能 識 別 和 切 割 RNAD.限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 可 從 原 核 生 物 中 提 取解 析 :限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 主 要 存 在 于 原 核 生 物 中 。 一 種 限 制 性 核 酸內(nèi) 切 酶 只 能 識 別 一 種 特 定 的 核 苷 酸 序 列 ,并 能 在 特 定 的 切 點(diǎn) 上 切 割DNA分 子 ,其 作 用 對 象 不 是 RNA分 子 ,而 是 DNA分 子 。 C 2.以 下 說 法 正 確 的 是 ( )A.所 有 的 限 制 酶 只 能 識 別 同 一 種 特 定 的 核 苷 酸 序 列B.質(zhì) 粒 是 基 因 工 程 中 唯 一 的 運(yùn) 載 體C.運(yùn) 載 體 必 須 具 備 限 制 酶 切 點(diǎn) ,以 便 與 外 源 基 因 連 接D.DNA連 接 酶 與 DNA聚 合 酶 作 用 相 同解 析 :一 種 限 制 酶 只 識 別 一 種 特 定 的 核 苷 酸 序 列 ,A錯 誤 ;質(zhì) 粒 是 基 因工 程 中 常 用 的 運(yùn) 載 體 ,動 、 植 物 病 毒 也 可 作 為 運(yùn) 載 體 ,B錯 誤 ;運(yùn) 載 體上 有 多 個 限 制 酶 切 點(diǎn) 能 接 入 多 種 目 的 基 因 ,C正 確 ;DNA連 接 酶 是 連 接DNA片 段 的 酶 ,而 DNA聚 合 酶 是 將 單 個 脫 氧 核 苷 酸 連 接 到 DNA上 。C 3.下 圖 為 DNA分 子 在 不 同 酶 的 作 用 下 所 發(fā) 生 的 變 化 ,圖 中 依 次 表 示 限 制 性 核 酸內(nèi) 切 酶 、 DNA聚 合 酶 、 DNA連 接 酶 、 解 旋 酶 作 用 的 正 確 順 序 是 ( )A. B. C. D. 解 析 :限 制 性 核 酸 內(nèi) 切 酶 用 于 切 割 DNA片 段 ;而 與 之 作 用 相 反 的 是 DNA連 接 酶 ,用 于 連 接 DNA片 段 ;DNA聚 合 酶 用 于 DNA的 復(fù) 制 過 程 ,它 需 要 模板 ;解 旋 酶 會 使 DNA雙 鏈 解 旋 而 分 開 ,它 作 用 于 堿 基 對 之 間 的 氫 鍵 。C 問 題 引 領(lǐng) :1.怎 樣 運(yùn) 用 基 因 工 程 工 具 完 成 基 因 工 程 的 操 作 ?2.怎 樣 檢 測 與 鑒 定 基 因 工 程 操 作 是 否 成 功 ?基 因 工 程 的 操 作 步 驟要 點(diǎn) 二教 師 參 考 1.操 作 圖 示 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(yùn) 載 體 結(jié) 合 圖 中 b表 示 的 是 目 的 基 因 與 運(yùn) 載 體 的 結(jié) 合 。 工 具 :限 制 酶 :圖 中 EcoR 這 種 限 制 酶 所 識 別 的 序 列 是 GAATTC,切 點(diǎn) 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(zhì) 粒 A所 用 的 是 同 一 種 限 制 酶 。DNA連 接 酶 :此 酶 用 于 質(zhì) 粒 A與 目 的 基 因 B的 結(jié) 合 過 程 ,形 成 重 組 DNA分 子 C。(3)將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞圖 中 c過 程 表 示 將 目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 中 ,此 過 程 不 存 在 堿 基 互 補(bǔ) 配 對 ;有 可 能 將目 的 基 因 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 的 染 色 體 DNA上 ,目 的 基 因 將 在 宿 主 細(xì) 胞 中 復(fù) 制 和 表 達(dá) 。 (4)目 的 基 因 的 檢 測 與 鑒 定 檢 測 :根 據(jù) 標(biāo) 記 基 因 或 分 子 雜 交 技 術(shù) 檢 測 目 的 基 因 是 否 導(dǎo) 入 受 體 細(xì) 胞 。 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) 。 解 析 :上 述 過 程 應(yīng) 用 了 基 因 工 程 技 術(shù) ,能 定 向 改 造 生 物 的 遺 傳 性 狀 ;在操 作 時 要 應(yīng) 用 限 制 酶 來 獲 得 目 的 基 因 ,并 用 DNA連 接 酶 使 之 與 運(yùn) 載 體 結(jié)合 ;該 過 程 的 目 的 基 因 為 表 面 抗 原 蛋 白 基 因 和 編 碼 核 心 蛋 白 的 基 因 ;細(xì)菌 沒 有 染 色 體 ,所 以 目 的 基 因 不 會 整 合 到 染 色 體 上 ,故 D項 錯 誤 。答 案 :D 備 選 例 題菌 種 可 產(chǎn) 生 LTP1蛋 白 ,并 釀 出 泡 沫 豐 富 的 啤 酒 。 基 本 的 操 作 過 程 如 圖 :(1)該 技 術(shù) 定 向 改 變 了 酵 母 菌 的 性 狀 ,這 種 變 異 屬 于 。(2)本 操 作 中 為 了 將 LTP1基 因 導(dǎo) 入 啤 酒 酵 母 菌 細(xì) 胞 內(nèi) ,所 用 的 運(yùn) 載 體 是 。(3)要 使 運(yùn) 載 體 與 LTP1基 因 連 接 ,首 先 應(yīng) 使 用 對 兩 者進(jìn) 行 切 割 。 切 割 完 成 后 ,采 用 酶 將 運(yùn) 載 體 與 LTP1基 因 連 接 。(4)有 C進(jìn) 入 的 啤 酒 酵 母 菌 分 別 在 含 有 青 霉 素 、 四 環(huán) 素 的 兩 種 選 擇 培 養(yǎng) 基上 的 生 長 情 況 是 。(5)除 了 看 啤 酒 泡 沫 的 豐 富 程 度 外 ,還 可 以 怎 樣 檢 測 LTP1基 因 在 啤 酒 酵 母 菌 中 的 表 達(dá) ? 。 解 析 :基 因 工 程 可 定 向 改 變 生 物 的 性 狀 ,從 變 異 角 度 分 析 應(yīng) 屬 于 基因 重 組 ;從 圖 中 可 看 出 ,目 的 基 因 插 入 到 了 質(zhì) 粒 的 抗 四 環(huán) 素 基 因 中 ,從 而 破 壞 了 抗 四 環(huán) 素 基 因 結(jié) 構(gòu) 的 完 整 性 ,但 抗 青 霉 素 基 因 仍 完 整 ,因 此 含 有 重 組 質(zhì) 粒 的 啤 酒 酵 母 菌 在 含 青 霉 素 的 培 養(yǎng) 基 上 能 存 活 ,而在 含 四 環(huán) 素 的 培 養(yǎng) 基 上 不 能 存 活 。答 案 : (1)基 因 重 組 (2)(大 腸 桿 菌 的 )質(zhì) 粒(3)同 一 種 限 制 酶 DNA連 接 (4)在 含 有 青 霉 素 的 培 養(yǎng) 基 上 能 存 活 ,但 在 含 有 四 環(huán) 素 的 培 養(yǎng) 基 上不 能 存 活(5)檢 驗 轉(zhuǎn) 基 因 啤 酒 酵 母 菌 能 否 產(chǎn) 生 LTP1蛋 白 A 解 析 :基 因 工 程 中 ,限 制 酶 可 用 于 切 割 含 目 的 基 因 的 DNA和 運(yùn) 載體 ,而 且 切 割 運(yùn) 載 體 和 提 取 目 的 基 因 一 般 用 同 一 種 限 制 酶 ,這 樣產(chǎn) 生 互 補(bǔ) 的 黏 性 末 端 ,進(jìn) 而 在 DNA連 接 酶 的 作 用 下 ,實 現(xiàn) 重 組 ;重組 載 體 是 否 進(jìn) 入 受 體 細(xì) 胞 ,目 的 基 因 是 否 在 受 體 細(xì) 胞 內(nèi) 穩(wěn) 定 存在 并 表 達(dá) 都 需 進(jìn) 行 檢 測 ?！?題 組 演 練 】1.基 因 工 程 是 在 DNA分 子 水 平 上 的 操 作 ,下 列 有 關(guān) 基 因 工 程 的 敘 述 ,錯 誤 的 是( )A.限 制 酶 只 用 于 提 取 目 的 基 因B.載 體 與 目 的 基 因 一 般 用 同 一 種 限 制 酶 處 理C.基 因 工 程 所 用 的 工 具 酶 是 限 制 酶 、 DNA連 接 酶D.帶 有 目 的 基 因 的 載 體 是 否 進(jìn) 入 受 體 細(xì) 胞 需 檢 測 Rkan 抗 蟲 基 因含質(zhì) 粒 解 析 : (1)基 因 工 程 的 四 個 步 驟 中 ,第 二 、 四 步 分 別 是 目 的 基 因 與運(yùn) 載 體 結(jié) 合 、 目 的 基 因 的 檢 測 與 鑒 定 。 (2)切 割 目 的 基 因 和 運(yùn) 載 體使 用 同 一 種 限 制 酶 ,切 出 的 黏 性 末 端 能 夠 完 成 堿 基 互 補(bǔ) 配 對 ,并 且能 夠 連 接 在 一 起 。 (3)目 的 基 因 和 運(yùn) 載 體 結(jié) 合 時 ,用 DNA連 接 酶 催 化該 過 程 ,形 成 的 分 子 稱 為 重 組 DNA分 子 。 (4)由 于 目 的 基 因 是 導(dǎo) 入 植物 中 ,所 以 不 可 能 發(fā) 生 與 人 直 接 相 關(guān) 的 倫 理 道 德 問 題 。 (5)同 一 種基 因 在 不 同 生 物 體 內(nèi) 合 成 了 相 同 的 蛋 白 質(zhì) ,說 明 這 些 生 物 的 密 碼 子與 氨 基 酸 的 對 應(yīng) 關(guān) 系 是 相 同 的 即 共 用 一 套 遺 傳 密 碼 。答 案 :(1)目 的 基 因 與 運(yùn) 載 體 結(jié) 合 目 的 基 因 的 檢 測 與 鑒 定(2)限 制 酶 A (3)DNA連 接 酶 重 組 DNA分 子(4)ABC (5)一 套 遺 傳 密 碼