人教版生物高中必修二《基因工程及其应用》教案

1、基因工程及其应用一、基因工程的原理1基因工程的概念2基因工程的操作工具3基因工程操作的基本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基因工程的应用应用内容作物目的培育出具有各种抗逆性的作物新品种实例抗棉铃虫的转基因抗虫棉育种意义减少了农药用量，而且还减少了农药对环境的污染药物目的高效生产高质量、低成本的药品研制实例生产人的胰岛素过程胰岛素基因与大肠杆菌的 DNA分子重组，并在大肠杆菌内获得成功的表达环境实例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，分保护解泄漏的石油，处理工业废水等2. 转基因生物和转基因食品的安全

2、性(1) 观点一：转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。(2) 观点二：转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。重点聚焦 共研探究 1如图为 DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，请据图分析：(1) 图中表示的酶依次是：限制酶， DNA连接酶，解旋酶， DNA聚合酶。(2)DNA 解旋酶和限制酶都作用于DNA，这两种酶的作用部位不同。 DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键。2如图表示一段 DNA序列，请思考：(1) 限制酶和 DNA连接酶作用的位点相同，均作用于磷酸二酯键 (b 部位 ) 。(2) 若用 DNA连接酶将目的基因与运载体两两结

3、合时，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。3如图为运载体示意图：(1) 常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。(2) 运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质不相同。 运载体是小的 DNA分子，载体是蛋白质。(3) 基因工程中运载体的特点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。具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。4转基因抗虫棉有性繁殖产生的后代不一定都具有抗虫特性，因为性状分离或变异，抗虫棉的子代可能会失去抗虫特性。 总结升华 1基因工程操作工具(1)

4、限制性核酸内切酶 ( 简称限制酶 )特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割 DNA分子。切割结果：产生两个带有黏性末端或平末端的DNA片段。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。(2)DNA 连接酶作用对象：两个具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口。结果：形成重组DNA。(3) 常用的运载体质粒本质：小型环状 DNA分子。作用： a. 作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；b. 用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。作为运载体具备的条件：a. 能在受体细胞内稳定保存并大量复制；b.

5、有多个限制酶切点； c. 有标记基因。2基因工程的操作步骤操作步骤示意图3基因工程的注意事项(1) 限制酶和 DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，只是前者将其切开，后者将其连接。(2) 获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的末端。(3) 将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。【易错易混】限制酶、 DNA连接酶和 DNA聚合酶的区别不同点相同点作用作用特点限制酶切割具有特异性DNA连接酶无特异性，将作用目DNA片段连接成 DNA 标：分子磷酸二连接DNA聚合酶将单个的脱氧酯键核苷酸连接成 DNA片段 对点演练 1. 判断正误(1) 基因工程能够实现不同物种之间基因

6、的重新组合。()(2) 基因工程的操作工具酶有限制酶、 DNA连接酶及运载体。 ()(3) 所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。 ()解析： (2) 运载体的本质是DNA不是酶。 (3) 不同的限制酶识别不同的核苷酸序列。答案： (1) (2) (3) 2下列关于限制酶和DNA连接酶的说法，正确的是()A其化学本质都是蛋白质BDNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键C它们不能被反复使用D在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替 DNA连接酶解析：选 A 限制酶与 DNA连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA连接酶连接两个 DNA片段间的磷酸和脱氧核糖；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发

7、生改变，因此可以反复利用； DNA聚合酶在细胞内 DNA分子复制时将单个的脱氧核苷酸连接成 DNA片段，不能代替 DNA连接酶。 共研探究 1转基因技术已经实现了将人的胰岛素基因转入细菌内，利用细菌( 如图 )生产人的胰岛素。(1) 运载体与目的基因结合成功的基础基本单位相同：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) 基因工程中，目的基因在不同物种中均能成功表达，因为不同的生物体共用一套

8、遗传密码。2基因工程育种的原理为基因重组，优势在于突破了物种间的界限，实现真正意义上的远缘杂交；特点是能定向改造生物的遗传性状。 总结升华 1五种常见育种方式的比较常用方原理优点缺点举例式使不同个体的优育种良性状集中时间长杂交基因矮秆抗在同一个个局限育种重组病小麦体上于亲缘关系操作较近的个体简便有很大提高变的盲目性，辐射、异频率，加诱变基因有利变异青霉素激光、空间速育种进育种突变少，需大量高产菌株诱变等程，大幅度处理实验材改良性状料明显单倍染色花药离缩短育种年技术复单倍体体育体变体培养，秋限杂，需与杂育种获得矮种异水仙素处理子代交育种配合秆抗病小麦均为纯合子用秋水只适用多倍染色器官仙素处理萌于

9、植物，发三倍体体育体变大，提高营发的种子或育延迟，结无子西瓜种异养物质含量幼苗实率低将一种打破物基因生物的特定技术复转基因基因种界限，定工程基因转移到杂，生态安抗虫棉的培重组向改造生物育种另一种生物全问题较多育的遗传性状细胞中2杂交育种和基因工程中“基因重组”的区别(1) 杂交育种：基因重组同一物种的不同基因重新组合。(2) 基因工程：基因重组不同物种之间的不同基因的重组。【规律总结】育种方案的选择育种目标育种方案单倍体育种 ( 明显缩短育种年限 )集中双亲优良性状杂交育种 ( 耗时较长，但简便易行 )对原品系实施“定向”改造基因工程育种诱变育种 ( 可提高变异频率， 加速育让原品系产生新性状

10、 ( 无中生有 )种进程 )对原品系营养器官“增大”或“加多倍体育种强” 对点演练 3抗虫棉在我国棉产区种植的面积占总面积的一半，抗虫棉的种植，不仅有经济效益，还有生态效益，以下叙述正确的是()A抗虫棉的培育利用的是DNA重组技术，切取、导入棉花细胞的抗虫基因是细菌的部分 DNA分子B抗虫棉也能抗病C基因工程利用了基因突变的原理D培育抗虫棉所用的基因重组技术，不属于基因重组解析：选 A 抗虫棉的培育利用了基因工程，基因工程也叫DNA重组技术，切取的是苏云金杆菌DNA分子中的抗虫基因。1下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是()TCACTTAAATTCCAAATTCACTTAA BC D解析：选

11、 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。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 ( 拟 ) 核外的细胞质基质中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；细菌的基因只有少部分在质粒上，大部分在拟核中的DNA分子上。3下列关于基因工程的叙述，错误的是()A基因工程的

12、生物学原理是基因重组B通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传性状C整个过程都需要酶的催化D基因工程属于分子水平的操作解析：选 C 目的基因的导入及目的基因的检测与鉴定等步骤可以不需要酶的催化。4中国新闻网报道，阿根廷科学家近日培育出了世界上第一头携带有两个人类基因的牛，因此有望生产出和人类母乳极其类似的奶制品。下列叙述正确的是 ()该技术将导致定向变异DNA连接酶将目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料受精卵是理想的受体细胞A BC D解析：选 D转基因技术导致的变异属于定向变异。DNA连接酶连接的是目的基因和运载体黏性末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷

13、酸二酯键，而不是碱基对之间的氢键。由蛋白质中的氨基酸序列可逆推出相应mRNA可能的碱基序列，进而为人工合成目的基因提供资料。动物的受精卵具有全能性，是理想的受体细胞。5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

14、 LTP1基因连接。解析：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。(1) 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。(2) 从图示可以看出本实验中的运载体是质粒。 (3) 重组质粒形成前，需用同种限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端。(4) 切割完成后，再用DNA连接酶连接。答案：(1) 基因重组 (2) 质粒 (3) 同种限制酶 ( 限制性核酸内切酶 )(4)DNA 连接酶【基础题组】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

15、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下列关于 DNA连接酶的叙述，正确的是()催化具有互补配对的黏性末端的DNA片段之间的连接催化具有不同黏性末端的DNA片段之间的连接催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成催化 DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成A BC D解析：选 D 在 DNA重组技术中，两个DNA片段之间必须有互补配对的黏性末端才能进行结合； 对具有互补配对的黏性末端的DNA分子连接时， DNA连接酶的作用是催化 DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间的磷

16、酸二酯键的形成。3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 目的基因的合成、目的基因与运载体的结合以及目的基因的检测和表达都进行碱基互补配对。4如图为 DNA分子的某一片段，其中分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是 ()ADNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶B限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶C解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶D限制性核酸内切酶、 DNA连接酶、解旋酶答案： C5基因工程技术也称DNA重组技术，其实施时需要的

17、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，所以基因工程实施时需要的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。6各种育种方法或技术都有其优劣之处，下列相关叙述不正确的是()A传统的育种方法周期长，可选择的范围有限B通过人工诱变，人们有目的地选育新品种，能避免育种的盲目性C杂交育种难以克服远缘杂交不亲和的障碍，耗时长，效率低D基因工程可以实现基因在不同物种

18、之间的转移，人们可以定向选育新品种解析：选 B 杂交育种的缺点：育种周期长，可选择的范围有限；诱变育种的原理是基因突变，突变是不定向的，避免不了盲目性；杂交育种必须选择同种生物进行杂交，不能克服远缘杂交不亲和的障碍；基因工程可在不同物种之间进行基因转移，定向地改造生物的某些性状。7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。8下列关于基因工程及转基因

19、食品的安全性的叙述，正确的是()A基因工程经常以抗生素抗性基因作为目的基因B通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用C通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体DNAD若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题解析：选 B 基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因；在基因工程的实验操作中一定要用同一种限制性核酸内切酶来处理含目的基因的DNA和运载体DNA，使它们产生相同的末端；若转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，则可能存在食品安全、环境安全等安全性问题。【能力题组】9水母发光蛋白由 236 个氨基酸构成

20、，现已将编码这种蛋白质的基因作为生物转基因的标记，应用在转基因技术中。这种蛋白质的作用是()A使目的基因顺利导入受体细胞B使目的基因在宿主细胞中产生多个拷贝C使目的基因的转移易被检测出来D使目的基因成功表达后发出肉眼可见光波解析：选 C 发光蛋白由控制水母发光的基因合成，如通过基因工程将此基因转入受体细胞后能使该生物发光，则说明整个的基因工程过程操作成功。10在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是 ()A用限制酶切割烟草花叶病毒的核酸B用 DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体C将重组 DNA分子导入烟草原生质体D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞解析：选 A

21、 限制酶切割的是DNA，而烟草花叶病毒的遗传物质为RNA；目的基因与运载体的连接由DNA连接酶催化；受体细胞为植物细胞，所以可以是烟草原生质体；目的基因为抗除草剂基因，所以筛选的时候应该用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞。11下图表示一项重要生物技术的关键步骤，X 是获得外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法不正确的是()AX 是能合成胰岛素的细菌细胞B质粒应具有多个标记基因和多个限制酶切点C基因与运载体的重组只需要DNA连接酶D该细菌的性状被定向改造解析：选 C 根据图示，重组质粒导入的是细菌细胞，所以X 是能合成胰岛素的细菌细胞。 质粒作为运载体需要有多个限制酶切点以便转运多种目的基因，

22、同时应具有标记基因以便于检测目的基因是否导入受体细胞。基因与运载体的重组需要限制酶和DNA连接酶。基因工程的特点是能够定向改造生物的遗传性状。12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胡萝卜经组织培养产生完整植株将苏云金芽孢杆菌的某些基因转移到棉花体内，培育出抗虫棉A BC D解析：选 C 通过返回式卫星搭载种子培育出太空椒属于诱变育种，其原理为基因突变；胡萝卜经组织培养形成完整植株属于无性生殖，体现了细胞的全能性。13在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因(kanR) 常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡

23、那霉素培养基上生长。如图为获得抗虫棉的技术流程，请据图回答：(1) 基因工程的基本操作程序主要包括四个步骤：提取目的基因、_、将目的基因导入受体细胞、_。(2) 要使运载体与该抗虫基因连接， A 过程中首先应使用 _进行切割。假如运载体被切割后，得到的分子末端序列为 AATTCG，则能与该运载体连接的抗虫基因分子的末端是 ()ACGTTAA BAATCCTCGCTTTA DTAAATC(3) 切割完成后，用 _将运载体与该抗虫基因连接， 连接后得到的 DNA分子称为_。(4) 来自苏云金杆菌的抗虫基因能在植物体内成功表达， 说明苏云金杆菌和植物等生物共用_。解析： (1) 基因工程的四个步骤中

24、，第二、四步分别是目的基因与运载体结合、目的基因的检测与鉴定。(2) 切割目的基因和运载体时用同一种限制酶，以便切出的黏性末端能够完成碱基互补配对，并且能连接在一起。(3) 目的基因和运载体结合时，用DNA连接酶催化该过程，形成的分子称为重组DNA分子。 (4)同一种基因在不同生物体内合成了相同的蛋白质，说明这些生物的密码子与氨基酸的对应关系是相同的，即共用一套遗传密码。答案：(1) 目的基因与运载体结合目的基因的检测与鉴定(2) 限制酶 A(3)DNA连接酶重组 DNA分子 (4) 一套遗传密码14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

25、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”羊的蛋白质基因的酶是_，人体蛋白质基因“插入”后连接在羊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，将末端具有互补碱基的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) 此题为开放性问题，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，控制合成的人体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