2024高中生物第6章从杂交育种到基因工程第2节基因工程及其应用教案新人教版必修2

PAGE8-第2节基因工程及其应用[学习目标]1.概述基因工程的基本原理及基本步骤。2.了解基因工程的应用及其平安性。学问点一基因工程的原理学问梳理1.概念：基因工程，又叫做eq\o(□,\s\up3(01))基因拼接技术或eq\o(□,\s\up3(02))DNA重组技术。通俗地说，就是根据eq\o(□,\s\up3(03))人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以eq\o(□,\s\up3(04))修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，eq\o(□,\s\up3(05))定向地改造生物的遗传性状。2．原理：eq\o(□,\s\up3(06))基因重组。3．操作水平：eq\o(□,\s\up3(07))DNA分子水平；操作环境：体外。4．基本工具(1)基因的“剪刀”——eq\o(□,\s\up3(08))限制性核酸内切酶(简称限制酶)。①特点：一种限制酶只能识别一种eq\o(□,\s\up3(09))特定的核苷酸序列，并在eq\o(□,\s\up3(10))特定的切点上切割DNA分子。②作用位点：eq\o(□,\s\up3(11))磷酸二酯键。③实例：大肠杆菌的一种限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切割，产生两个带有黏性末端的DNA片段，如图所示：(2)基因的“针线”——eq\o(□,\s\up3(12))DNA连接酶。①作用对象：两个具有eq\o(□,\s\up3(13))相同末端的DNA分子。②作用位置：DNA骨架上eq\o(□,\s\up3(14))脱氧核糖与eq\o(□,\s\up3(15))磷酸之间的缺口。③产物：形成重组DNA分子。(3)基因的运载体①作用：将外源基因送入eq\o(□,\s\up3(16))受体细胞。5．操作步骤1.运载体和细胞膜上的载体相同吗？提示：不同。运载体是将外源基因导入受体细胞的特地运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等；载体是位于细胞膜上的载体蛋白，与限制物质进出细胞有关。2．限制酶与DNA连接酶作用的化学键相同吗？提示：相同，均作用于磷酸二酯键。3．切割目的基因和运载体为什么常用同一种限制酶？提示：因为用同一种限制酶可以切割出相同的黏性末端，有利于目的基因与运载体结合。4．与诱变育种、杂交育种相比，基因工程育种的优点又是什么？提示：目的性强，定向改造生物的性状；克服远缘杂交不亲和障碍。5．基因工程中，为什么目的基因在不同物种中均能胜利表达？提示：不同的生物体共用一套遗传密码。典题精析[例1]如图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()A．DNA连接酶、限制酶、解旋酶B．限制酶、解旋酶、DNA连接酶C．解旋酶、限制酶、DNA连接酶D．限制酶、DNA连接酶、解旋酶解题分析①处为氢键，解旋酶可断开氢键，使DNA分子解旋；②处为磷酸和脱氧核糖形成的化学键，限制酶可断开此化学键，常用于基因工程中切割运载体和目的基因；③处为断开的DNA片段的切口，可将此连接起来的酶是DNA连接酶。答案C[例2]如图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述(a、b、c为三种工具)，正确的是()A．a具有多个标记基因和多个限制酶切点，最为常用的是噬菌体B．要获得相同的黏性末端，通常用同种b去切割a和dC．c连接双链间的氢键，使黏性末端处碱基互补配对D．重组DNA导入受体细胞中即可表达解题分析在基因工程中，最常用的运载体是质粒，其上有标记基因和限制酶切点，A错误；通常运用同种限制酶切割目的基因和运载体，以获得相同的黏性末端，B正确；c为DNA连接酶，其作用是使两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，C错误；重组DNA导入受体细胞后，有可能表达，也可能不表达，须要检测和鉴定，D错误。答案B题后归纳1.DNA相关六种酶的比较2.提示目的基因与运载体结合的过程中，形成的重组分子中不只有目的基因和运载体的结合物，还有目的基因之间或运载体之间的结合物。学问点二基因工程的应用及其平安性学问梳理1.基因工程的应用(1)作物育种①现状：近几年来，人们利用基因工程的方法，获得了eq\o(□,\s\up3(01))高产、eq\o(□,\s\up3(02))稳产和具有eq\o(□,\s\up3(03))优良品质的农作物，培育出具有各种eq\o(□,\s\up3(04))抗逆性的作物新品种。②实例：a.抗棉铃虫的转基因抗虫棉、烟草、玉米等。抗虫基因来自eq\o(□,\s\up3(05))苏云金芽孢杆菌，该基因能够指导合成一种eq\o(□,\s\up3(06))毒性很强的蛋白质晶体，使棉铃虫等害虫死亡。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有eq\o(□,\s\up3(07))抵挡虫害的实力。b．转基因奶牛、超级绵羊等。③意义：抗虫基因作物的运用，不仅eq\o(□,\s\up3(08))削减了农药的用量，大大eq\o(□,\s\up3(09))降低了生产成本，而且还削减了农药对环境的污染。(2)药物研制①现状：在药品生产中，有些药品由于受原料来源的限制，价格特别昂贵。用基因工程的方法能够高效率地生产出各种eq\o(□,\s\up3(10))高质量、eq\o(□,\s\up3(11))低成本的药品，如胰岛素、eq\o(□,\s\up3(12))干扰素、eq\o(□,\s\up3(13))乙肝疫苗。②实例：胰岛素科学家将人体内能够产生eq\o(□,\s\up3(14))胰岛素的基因与大肠杆菌的eq\o(□,\s\up3(15))DNA分子重组，并在大肠杆菌内获得胜利eq\o(□,\s\up3(16))表达。③意义：大大降低了药品生产的成本。(3)环境爱护利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，汲取环境中的eq\o(□,\s\up3(17))重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。2．转基因生物及转基因食品的平安性目前对转基因生物和转基因食品的平安性问题存在两个观点：(1)转基因生物和转基因食品是平安的，应当eq\o(□,\s\up3(18))大范围推广。(2)转基因生物和转基因食品是担心全的，应当eq\o(□,\s\up3(19))严格限制。看法：要理性看待科学技术，在看到转基因技术的应用前景特别广袤的同时，也要正视转基因技术带来的平安性问题，要eq\o(□,\s\up3(20))趋利避害，而不能eq\o(□,\s\up3(21))因噎废食。1.转基因抗虫棉对人体有毒害作用吗？提示：没有。因为转基因抗虫棉表达出的“毒蛋白”只特异性地对鳞翅目的昆虫有毒害作用，人体食用这种毒蛋白后，会被消化系统消化成氨基酸。2．转基因抗虫玉米独立种植若干代后是否会出现不抗虫的植株，为什么？提示：转基因生物独立种植若干代，也会出现不抗虫的植株。因为玉米螟(玉米植株上的一种害虫)可能会发生基因突变，基因突变是不定向的，突变后的玉米螟可能对苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白不敏感。典题精析[例1]下列应用中不属于基因工程的是()A．转基因抗虫棉的胜利培育B．利用工程菌生产胰岛素C．用紫外线处理青霉菌以提高青霉素的产量D．用奶牛生产人干扰素解题分析用紫外线处理青霉菌提高青霉素产量属于诱变育种。答案C[例2]下列关于基因工程及转基因食品的平安性的叙述，正确的是()A．基因工程常以抗生素抗性基因为目的基因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，削减农药运用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D．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平安性问题解题分析基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因，A错误；在基因工程的实际操作中一般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，使它们产生相同的末端，C错误；转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，仍可能存在食品平安、环境平安等平安性问题，D错误。答案B学问拓展在转基因过程中，目的基因可以整合到细胞核中的染色体上，也可能整合到线粒体或叶绿体DNA上。若整合到细胞核中染色体上随染色体遗传，若整合到线粒体或叶绿体DNA上，则会随着细胞质遗传而遗传。当堂检测——查漏补缺巩固提升1．基因工程的正确操作步骤是()①目的基因与运载体相结合②将目的基因导入受体细胞③目的基因的检测与鉴定④提取目的基因A．③④②①B．②④①③C．④①②③D．③④①②答案C2．某科学家从细菌中分别出耐高温淀粉酶(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，经检测发觉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．获得基因a的限制酶的作用部位是图中的①B．连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②C．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答案B解析限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是切割和连接该化学键，A正确，B错误；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，从而变更其遗传性状，C、D正确。3．要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作上应选用()A．只需DNA连接酶B．同一种限制酶和DNA连接酶C．只需限制酶D．不同的限制酶与DNA连接酶答案B解析要将目的基因与运载体连接起来，应选用同一种限制酶切割目的基因和运载体，两者暴露出相同的黏性末端，其次再用DNA连接酶将目的基因和运载体连接形成重组DNA。4．运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入到棉花细胞中，为检测试验是否胜利，最便利的方法是检测棉花植株是否有()A．抗虫基因 B．抗虫基因的产物C．新的细胞核 D．抗虫的性状答案D解析基因工程中目的基因导入是否胜利的检测，主要是检测受体细胞是否出现了预期的目的基因产物，在这里最简便的方法就是看棉花植株是否出现抗虫的性状。5．为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物中，科学家设法将目的基因整合到受体细胞中的叶绿体基因组中，其缘由是()A．叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中B．受精卵中的细胞质几乎全部来自于卵细胞C．转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因沟通D．植物杂交的后代