2019高中生物第6章第2节基因工程及其应用教案新人教版.docx

基因工程及其应用一、基因工程的原理1基因工程的概念理解2基因工程的操作工具(1)“剪刀”与“针线”项目名称作用“剪刀”限制性核酸内切酶(或限制酶)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)3基因工程的操作步骤提取目的基因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检测与鉴定。二、基因工程的应用及安全性1基因工程的应用(1)(2)(3)环境保护：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转基因产物的安全性的两种观点(1)转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。(2)转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。一、基因工程的原理1阅读教材P102103内容，仔细观察分析图66，探究下列问题。(1)基因工程中工具酶的作用DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，试分析这两种酶的作用部位相同吗？提示：不相同。DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，而限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的化学键，即磷酸二酯键。切割运载体和目的基因用同一种限制酶的原因。提示：因为只有用同一种限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因与运载体结合。限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？提示：相同，均作用于磷酸二酯键。若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有哪些产物？提示：产物可能有三种：目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。(2)运载体的特点及其作用运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质相同吗？提示：不相同。运载体是小的DNA分子，载体是蛋白质。基因工程中的运载体具有怎样的特点？提示：a.能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以保证外源基因在宿主细胞内长期稳定存在并复制；b具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；c具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。2判断正误(1)基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。()(2)基因工程的运载体本质都是DNA分子。()(3)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。()二、基因工程的应用及其安全性1转基因技术已经实现了将人的胰岛素基因转入细菌体内，利用细菌生产人的胰岛素，分析讨论下列问题：(1)试从基本单位、空间结构和碱基配对方式三个方面分析运载体与目的基因结合成功的基础。提示：基本单位相同：不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。空间结构相同：不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。碱基配对方式相同：不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与C配对。(2)目的基因能够在受体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。2与杂交育种、诱变育种相比，基因工程育种的原理是什么？主要优点有哪点？提示：其原理与杂交育种相同，是基因重组。与杂交育种相比，基因工程育种的育种周期短并产生了新性状；与诱变育种相比，基因工程育种能定向改造生物的遗传性状。1限制酶与DNA解旋酶的比较(1)相同点：作用机理都是破坏化学键。(2)不同点作用部位：限制酶作用于磷酸二酯键，DNA解旋酶作用于氢键。作用范围：限制酶作用于特定的核苷酸序列和特定的切点，DNA解旋酶作用于所有的DNA分子。2基因工程操作中的两个注意点(1)切割目的基因和运载体时，一般用同一种限制酶，使目的基因和运载体产生相同的黏性末端，达到目的基因与运载体结合的目的。(2)目的基因导入受体细胞并非标志着基因工程的成功，只有目的基因在受体细胞中表达才说明基因工程的成功。3基因工程育种的优点(1)目的性强，能定向改造生物性状。(2)育种周期短。(3)能克服远缘杂交不亲和的障碍。4有性生殖和基因工程中基因重组的区别(1)有性生殖：基因重组同一物种的不同基因重新组合。(2)基因工程：基因重组不同物种间的不同基因的重组。例1某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是()A获取基因a的限制酶其作用部位是图中的B连接基因a与运载体的DNA连接酶其作用部位是图中的C基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞D通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状解析限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。答案B限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的区别例2酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如图所示：(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于_。(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是_。(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用_进行切割。(4)切割完成后，利用_将运载体与LTP1基因连接。(5)饮用转基因的酵母菌酿造的啤酒安全吗？研析本题以过程图为信息载体，考查基因工程的应用及安全性问题。具体解题过程如下：审提取信息图中a表示目的基因的获取，b是来自大肠杆菌的质粒，c是重组质粒；目的基因插入抗四环素基因内部。联联系基础：基因工程可使原本不属于同一物种的基因组合在一起，从而使转基因生物产生特定的性状，其原理属于基因重组。：重组质粒形成前，需用限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端，再用DNA连接酶连接。答规范解答设问(5)答案是开放的，只要为自己的观点答出合理的理由即可。答案(1)基因重组(2)质粒(3)限制酶(限制性核酸内切酶)(4)DNA连接酶(5)反对观点：不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体免疫系统。赞成观点：安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，毒性分析不对人体健康产生影响。(目前还未找到不安全的证据，回答上述两种观点之一即可)课堂归纳网络构建填充：提取目的基因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检测与鉴定限制酶DNA连接酶运载体基因重组关键语句1基因工程的原理是基因重组。2基因工程的操作工具有限制酶、DNA连接酶和运载体。3限制酶具有特异性，能识别特定的核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。4DNA连接酶的作用是将目的基因和运载体连接成重组DNA分子。5常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。6基因工程的四个步骤是：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。知识点一、基因工程操作的工具1下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是()A一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B限制酶的活性受温度影响C限制酶能识别和切割RNAD限制酶可从原核生物中提取解析：选C限制酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。2质粒是基因工程中最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是()A质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有B细菌的基因只存在于质粒上C质粒为小型环状DNA分子，存在于核(区)外的细胞质基质中D质粒是基因工程中的重要工具酶之一解析：选C质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上。3下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是() A B C D解析：选B同一种限制酶切割出的黏性末端应是互补的，而且两者的序列相同，是互补的，切点都是在G与A之间，识别序列为GAATTC。4据图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是()A限制酶可以切断a处BDNA连接酶可以连接a处C解旋酶可以使b处解开DDNA连接酶可以连接b处解析：选D限制酶和DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键即a处，解旋酶作用的部位是氢键即b处。5基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的是()A人工合成目的基因B目的基因与运载体结合C将目的基因导入受体细胞D目的基因的检测和表达解析：选C合成目的基因及其与运载体的结合都进行碱基互补配对，目的基因的检测实质上是标记基因的表达，也进行碱基互补配对，与目的基因的表达原理相同。知识点二、基因工程操作的基本步骤及应用6通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是GGATCC，请回答：(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是_，人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是_。(2)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是_，人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是_。(3)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指_。(4)你认为此类羊产的奶安全可靠吗？理由是什么？_。解析：(1)剪取目的基因的酶是限制酶，将不同的DNA片段连接起来的酶是DNA连接酶。(2)不同生物的DNA化学组成和空间结构相同，即具有相同的物质基础和结构基础。目的基因导入受体细胞需先与运载体结合，最常用的运载体是质粒，也可以用动物病毒的DNA。(3)基因的表达是指基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状，即通过转录和翻译过程合成相应的蛋白质。(4)为开放性问题，理由与观点相对应即可。答案：(1)限制酶DNA连接酶(2)具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列)细菌质粒或病毒(3)人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质(4)安全，因为目的基因导入受体细胞后没有改变，控制合成的人奶蛋白质成分没有改变(或不安全，因为目的基因导入受体细胞后，可能由于羊细胞中某些成分的影响，合成的蛋白质成分发生一定的改变)(时间：30分钟；满分：50分)一、选择题(每小题4分，共32分)1基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是()A目的基因、限制酶、运载体、体细胞B重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶C模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞D工具酶、目的基因、运载体、受体细胞解析：选D基因工程必须用到限制酶、DNA连接酶等工具酶，需要将目的基因与运载体结合，并导入受体细胞，所以基因工程必须具备的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。2下列属于基因工程酶的是()限制酶 DNA水解酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 RNA聚合酶 解旋酶A B C D解析：选A基因工程过程中，需用限制酶切割目的基因所在的DNA分子和运载体，形成相同的黏性末端，并用DNA连接酶将目的基因与运载体结合形成重组DNA分子。3下列有关育种的说法，正确的是()A通过杂交育种可获得农作物新品种B诱变育种只适用于对微生物菌株的选育C无子番茄通常是用多倍体育种方式获得D通过基因工程育种无法获得抗逆性强的新品种解析：选A诱变育种对真、原核生物都适用；无子番茄通常是用生长素处理而获得的。4如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A BC D解析：选C限制酶的作用是切割磷酸二酯键()；DNA聚合酶的作用是在有模板的条件下催化合成DNA子链，形成新的DNA分子()；DNA连接酶的作用是连接磷酸二酯键，即将2个DNA分子片段末端的缺口缝合起来()；解旋酶的作用是使双链DNA解旋()。5如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具是()ADNA连接酶和解旋酶BDNA聚合酶和限制酶C限制酶和DNA连接酶DDNA聚合酶和RNA聚合酶解析：选C该步骤是基因工程的第二步目的基因与运载体结合。切割质粒要用限制酶，目的基因与切割后的质粒结合要用DNA连接酶。6下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是()利用杂交技术培育出超级水稻通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒通过体细胞克隆技术培养出克隆牛将苏云金芽孢杆菌的某些基因移植到棉花体内，培育出抗虫棉将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病A B C D解析：选C通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒属于太空育种，其原理为基因突变；通过体细胞克隆技术培养出克隆牛属于无性生殖，原理是细胞核的全能性。7育种的方法有杂交育种、单倍体育种、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 解析：选A杂交育种和基因工程育种的原理为基因重组，单倍体育种、多倍体育种的原理为染色体变异，诱变育种的原理为基因突变。8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运载体中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解析：选D根据基因工程的目的不同，目的基因和受体细胞均可来自动植物或微生物；基因工程中常用的工具酶有限制酶和DNA连接酶；大肠杆菌为原核生物，不含有内质网和高尔基体等细胞器，不能对蛋白质进行加工，其合成的胰岛素原无生物活性。运载体中的抗性基因为标记基