高中生物人教版必修二讲义：第6章 第2节 基因工程及其应用

第2节基因工程及其应用

1.概述基因工程的原理和应用。（重、难点）

2.了解转基因生物和转基因食品的安全性。

基因工程的基本操作工具

1.基因工程的概念

2.基因工程的操蚱工具

⑴“剪刀”和“针线”：

项目名称作用

识别特定的核甘酸序列，并在特定的切点上切

，，剪刀，，限制酶

割DNA分子

DNA连接

，，针线，，连接脱氧核糖耐1磷酸之间的缺口

酶

⑵运载体:

①作用：将外源基因送入受体细胞。

/噬菌体

八，许多细菌以及酵母菌等生物

分布-----

细胞质中

②种类4质粒＜

特性:能够自主复制

实质:环状DNA分子

动植物病毒

［合作探讨］

探讨/：EcoRI限制酶只能识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段

序列切开，产生黏性末端，请写HI切割后产生的黏性末端。

提示：GAATTC

CTTAAG

探讨2：不同的限制酶切割形成的黏性末端一定不能连接在一起吗？为什

么？

提示：不一定。例如,限制酶1的识别序列为切点分别是GGATCC在G和

G之间切开，限制酶2的识别序列和切点分别是GATC在G之前切开，两者形

成的黏性末端是可以互补配对并连接在一起的。

探讨3：下图表示一段DNA序列，请确定限制酣和DNA连接酶的作用剖位。

提示：限制酶和DNA连接酶均作用于b部位。

［思维升华］

1.工具酶的作用比较

(1)限制前与DNA连接酶的比较：

作用应用

限制酶使特定部位的磷酸二酯键断裂用于提取目的基因和切割载体

DNA在DNA片段之间重新形成磷酸

用于重组DNA分子(重组质粒)构建

连接酶二酯键

⑵两者的关系可表示为：

【特别提醒】(1)氢键的断裂和重新形成与限制酶和DNA连接酶无关，氢

键的形成不需要酶的作用。

(2)DNA连接酶无识别的特异性，能恢复两核甘酸间的磷酸二酯键，将两个

DNA片段连接起来。

2.运载体具备的条件

(1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制——这是保证目的基因能在细胞分

裂过程中复制并传递给子细胞的基础。

(2)有多个限制酶切点——这是运载体能够接入多种目的基因所必备的条

件。

(3)有标记基因——这是检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依

据。

1.如图所示为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()

A.X是能合成胰岛素的细菌细胞

B.质粒具有多个标记基因和多个限制酶切点

C.外源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】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，

同时具有标记基因以便检测目的基因是否导入受体细胞内。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性状。

【答案】C

2.下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示，艮制

性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()

【导学号：】

A.①②③④B.©©④③

C.©©②③D.©©③②

【解析】限制怛核酸内切酶用于切割DNA片段；而与之作用相反的是

DNA连接酶，用于连接DNA片段；DNA聚合酶用于DNA的复制过程，它需

要模板：解旋酶会使DNA双链解旋而分开，它作用于碱基对之间的氢键。

【答案】C

基因工程的操作与应用

1.基本操作步骤

目的基因的将目的基因导

检测与鉴定人受体细胞

2.应用及安全性

(1)应用:

应用内容

目的培育出具有各种一逆性的作物新品种

作物育种

实例抗虫的转基因抗虫棉

意义减少了农药用量,而且还减少了农药对环境的污染

实例生产人的胰岛素

药物研制

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

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

环境保护实例

石油，处理工业废水等

(2)安全性:

f合作探讨］

探讨/：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：目的基因一目的基因、目的基因一运载体、运载体一运载体。

探讨2：将目的基因与运载体结合时为什么用同一种限制酶对两者进行切

割？两者结合的原理是什么？

提示：用同一种限制酶切割形成的是同一种黏性末端。可以通过碱基互补配

对的形式结合到一起，并用DNA连接酶将其“缝合”。

探讨3：转基因抗虫棉有性繁殖产生的后代都具有抗虫特性吗？为什么？

提示：不一定。因为性状分离或变异的原因，抗虫棉的子代可能会失去抗虫

特性。

探讨4：基因工程中，为什么目的基因在不同物种中拼接后均能成功表达？

提示：不同的生物体共用一套遗传密码。

［思维升华］

1.基因工程的步骤

2.基因工程成功的基础

基本单位相同:都

厂是由脱裳核甘酸构

成的

运载体与目的基因空间结构相同:都是

1结合成功的基础规则的双螺旋结构

两碱基配对方式相同:

个

方都是A—T•G—C

面

1.由于乙肝病毒感染的宿主范围很窄，仅限于人和灵长类动物，因此无法

用细胞培养的方法生产疫苗，但可用基因工程的方法进行生产，现已知乙肝病毒

的核心蛋白和表面抗原蛋白的氨基酸序列，生产示意图如下。下列相关说法不正

确的是（）

①②③

乙肝病毒一＞有关基因一＞细菌一＞大量生产疫苗

分离导入发酵

A,生产乙肝疫苗的过程也达到了定向改造细菌的目的

B.在①②过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶

C.用于生产疫苗的目的基因为编码核心蛋白的基因和表面抗原蛋白基因

D.这种转基因的细菌一定是安全的，不用担心其扩散到自然界

【解析】上述过程应用了基因工程技术，能定向改造生物的遗传性状；在

操作时要应用限制酶来获得目的基因，并用DNA连接酶使之与运载体结合；该

过程的目的基因为表面抗原蛋白基因和编码核心蛋白的基因；转基因生物的安全

性还存在争议，无法判断其安全性，应避免其扩散进入自然界。

【答案】D

2.下图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程，相关叙述不正

确的是（）【导学号：】

A.通过①过程形成重组质粒只需要两种工具

B.②是重组质粒导入受体细胞的过程

C.通过③过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素基因

D.通过④⑤过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果

【解析】①是目的基因与运载体结合的过程，既需要限制酶和DNA连接

酶，也需要载体质粒。

【答案】A

1.下列高科技成果中，根据基因重组原理进行的是（）

①利用杂交技术培育出超级水稻②通过返回式卫星搭载种子培育出太空

椒③通过体细胞克隆技术培养出克隆牛④将苏云金杆菌的某些基因移植到

棉花体内，培育出抗虫棉⑤将健康人的正常基因植入病人体内治疗基因病⑥

用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄

A.①③⑤B.®®®

C.@@⑤D.©©⑥

【解析】通过返回式卫星搭载种子培育出入空椒属于太空育种，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，应用的原理是细胞

核的全能性；用一定浓度的生长素处理，获得无子番茄应用的是生长素的生理作

用。

【答案】C

2.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

B.DNA连接酶可以连接a处

C.解旋酶可以使b处解开

D.DNA连接酶可以连接b处

【解析】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

作用的部位是互健即b处。

【答案】D

3.某科学家从细窗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（）

【导学号：】

A.获取基因a的限制酶其作用部位是图中的①

B.连接基因a与运载体的DNA连接酶其作用部位是图中的②

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】限制酪和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

4.用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列叙述不正确的是

()

A.常用相同的限制性内切能处理目的基因和质粒

B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶

C.可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒

D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达

【解析】质粒是小型环状的DNA分子，它的重组不需要RNA聚合晦，

而是需要限制酶和DNA连接酶。

【答案】B

5.关于基因工程的叙述，正确的是()

A.限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位相同，都是氢键

B.作为运载体的质粒，其核DNA分子上应芍对重组DNA分子进行鉴定和

选择的标记基因

C.通过基因工程制备转基因植物，可以选口-肉细胞