2017-2018学年高中生物 第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用学案 新人教版必修2

1、第2节 基因工程及其应用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限制性核酸内切酶具有特异性，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。基因工程的操作工具自读教材夯基础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”DN

2、A连接酶连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口(2)1EcoR I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，请写出切割后产生的黏性末端。2.右图表示一段DNA序列，请确定限制酶和DNA连接酶的作用部位。提示：限制酶和DNA连接酶都作用于b部位。跟随名师解疑难1限制酶与DNA连接酶(1)限制酶：作用特点：专一性和特异性。作用结果：产生黏性末端。作用部位：脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。(2)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较：比较项目DNA连接酶DNA聚合酶不同点作用对象连接DNA片段连接游离的脱氧核苷酸作用条件不需要模板需要模板相同点作用部位连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱

3、氧核糖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。基因工程的操作与应用自读教材夯基础1基本操作步骤2应用应用内容作物育种目的培育出具有各种抗逆性的作物新品种实例抗虫的转基因抗虫棉意义减少了农药的用量，而且还减少了农药对环境的污染药物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保护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

4、解泄漏的石油，处理工业废水等1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：目的基因目的基因、目的基因运载体、运载体运载体。2切割目的基因和运载体应用相同的限制酶，请分析这样操作的目的是什么。提示：目的是产生相同的黏性末端，便于连接。跟随名师解疑难1基因工程操作的基本步骤2目的基因的获取及与运载体结合过程示意图基因工程的操作工具例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错误的是()A获取基因a的限制酶其的作用部位是图中的B连接基

5、因a与运载体的DNA连接酶其的作用部位是图中的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思路点拨解析限制酶和DNA连接酶的作用部位都位于，但两者作用相反。运载体具有在宿主细胞中复制的能力，与目的基因结合后，目的基因也会在宿主细胞中一起复制。基因工程的目的就是定向改造生物的遗传性状。答案B归纳拓展 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。

6、下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是()A一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B限制性核酸内切酶的活性受温度影响C限制性核酸内切酶能识别和切割RNAD限制性核酸内切酶可从原核生物中提取解析：选C限制性核酸内切酶主要存在于微生物中。一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并能在特定的切点上切割DNA分子。其作用对象不是RNA分子，而是DNA分子。基因工程的应用及安全性问题例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。基本的操作过程如下图：

7、(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传的变异的来源中属于_。(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？_思路点拨解析(1)由于基因工程利用定向技术克服了远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因组合到一起，使生物具有特定性状，其原理应为基因重组。(2)运载体取自大肠杆菌的质粒(见图)。(3)(4)基因工程中的剪刀为限制酶，两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用DNA连接酶“缝合”。(5)可以从正、反两个角度考虑

8、。转基因的酵母菌酿造的啤酒对人类的健康有害，因为：转基因作物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用；作物中可能含有致敏物质使人类机体产生过敏反应。(或答对人体安全，因为：两种食品成分相同，目前还未找到不安全的证据)(合理即可)答案(1)基因重组(2)质粒(3)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)1探究目的基因的插入位置。2探究转基因生物的培育过程。典例剖析质粒是基因工程

9、中最常用的运载体，质粒上有标记基因，如右图所示，通过标记基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。如图表示外源基因的插入位置(插入点有a、b、c)。.(1)质粒的基本组成单位是_。(2)将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养，属于基因工程操作中的_步骤。(3)在插入外源基因过程中用到的工具酶有_。.设计实验探究外源基因插入的位置。(1)步骤：将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌；分组：将细菌平均分成两组并标号为1、2；培养：将第1组细菌放入_中培养，将第2组细菌放入_中培养；观察并记录结果。(2)预测实验结果及结论：若1组、2组均能正常生长，则外源

10、基因插入点是_；若1组能正常生长，2组不能生长，则外源基因插入点是_；若1组不能生长，2组能生长，则外源基因插入点是_。解析.(1)质粒是小型环状DNA分子，其基本单位是脱氧核苷酸。(2)抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因都属于标记基因，其目的是便于目的基因的检测与鉴定。.若目的基因插入a点，则受体细胞既具有抗四环素的能力，又具有抗氨苄青霉素的能力；若目的基因插入b点，则受体细胞只具有抗四环素的能力；若目的基因插入c点，则受体细胞只具有抗氨苄青霉素的能力，以此可判断目的基因插入的位置。答案.(1)脱氧核苷酸(2)目的基因的检测与鉴定(3)限制性核酸内切酶、DNA连接酶.(1)含氨苄青霉素的培养基含

11、四环素的培养基(2)acb随堂基础巩固1科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴生物技术基因工程，实施该工程的最终目的是()A定向提取生物体的DNA分子B定向地对DNA分子进行人工“剪切”C在生物体外对DNA分子进行改造D定向地改造生物的遗传性状解析：选D定向地对DNA分子进行人工“剪切”等只是中间过程，定向地改造生物的遗传性状才是最终目的。2下列关于基因工程的叙述，错误的是()A基因工程的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整个过程都在细胞外进行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发生在细胞内。3基因工程中用来修饰改造生

12、物基因的工具是()A限制酶和连接酶B限制酶和水解酶C限制酶和运载体 D连接酶和运载体解析：选A基因工程的工具是限制酶、DNA连接酶和运载体，其中限制酶和DNA连接酶用于修饰和改造基因。4质粒是基因工程中最常用的运载体，它的主要特点是()能自主复制不能自主复制结构很小蛋白质环状RNA环状DNA能“友好”地“借居”A BC D解析：选C质粒必须能自主复制，故错误；质粒的化学本质是DNA，不是蛋白质，错误；质粒为小型环状DNA，错误。5在下列基因操作的步骤中，不需要进行碱基互补配对的是()A人工合成目的基因B将目的基因导入受体细胞C目的基因与运载体结合D目的基因的检测和表达解析：选B用人工方法使体外

13、重组的DNA分子转移到受体细胞中，主要是借助噬菌体或病毒侵染细胞的途径，在此过程中不需要进行碱基互补配对。6(2014全国卷)植物甲具有极强的耐旱性，其耐旱性与某个基因有关。若从该植物中获得该耐旱基因，并将其转移到耐旱性低的植物乙中，有可能提高后者的耐旱性。回答下列问题：(1)理论上，基因组文库含有生物的_基因，而cDNA文库中含有生物的_基因。(2)若要从植物甲中获得目的基因，应首先建立该植物的基因组文库，再从中_出所需的耐旱基因。(3)将耐旱基因导入农杆菌，并通过农杆菌转化法将其导入植物_的体细胞中，经过一系列的过程得到再生植株。要确认该耐旱基因是否在再生植株中正确表达，应检测此再生植株中

14、该基因的_，如果检测结果呈阳性，再在田间试验中检测植株的_是否得到提高。(4)假如用得到的二倍体转基因耐旱植株自交，子代中耐旱与不耐旱植株的数量比为31时，则可推测该耐旱基因整合到了_(填“同源染色体的一条上”或“同源染色体的两条上”)。解析：(1)基因组文库中含有该生物的全部基因，而cDNA文库又称部分基因文库，含有该生物的部分基因。(2)基因组文库中含有该生物的全部基因，需要将目的基因筛选出来。(3)利用农杆菌转化法将耐旱基因转移到不耐旱的植物乙的体细胞中，经植物组织培养技术得到再生植株。要确定耐旱基因是否表达，需要检测再生植株中有无该基因的表达产物，如果呈阳性，再在个体水平上检测该植株的

15、耐旱性是否得到提高。(4)若转基因耐旱性植株自交，后代中耐旱不耐旱31，则亲本为杂合子，可判断基因整合到了同源染色体的一条上。答案：(1)全部部分(2)筛选(3)乙表达产物耐旱性(4)同源染色体的一条上 课时跟踪检测(满分50分时间25分钟)一、选择题(每小题4分，共24分)1基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是()A质粒、线粒体、噬菌体B染色体、叶绿体、线粒体C质粒、噬菌体、动植物病毒D细菌、噬菌体、动植物病毒解析：选C质粒、噬菌体和动植物病毒是基因工程中常用的运载体。2下列有关基因工程的叙述，正确的是()ADNA重组技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和运载体B所有的限制酶都只能识别

16、同一种特定的核苷酸序列C选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D目的基因只要进入受体细胞就能实现表达解析：选C基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA连接酶，运载体是基因的运载工具，而不是工具酶。每种限制酶都只能识别特定的核苷酸序列，而并非同一种核苷酸序列。目的基因进入受体细胞后，只有受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因成功表达，基因工程的目的是让目的基因完成表达，生产出目的基因的表达产物。3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()ABC D解析：选C是切割DNA分子形成两个黏性末端的过程，需限

17、制性核酸内切酶；是将两个具有互补末端的DNA片段连接起来的过程，需DNA连接酶；是DNA分子解旋的过程，需解旋酶；是DNA复制的过程，需DNA聚合酶。4下列关于基因工程安全性的说法中不正确的是()A转基因作物的基因可通过花粉扩散到它的近亲作物上，可能出现对农业不利的“超级植物”B杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性C转基因必须在人为控制下才能完成，自然条件下基因污染是不增殖和不扩散的D转基因食品转入的蛋白质是新蛋白时，这些异种蛋白有可能引起人食物过敏解析：选C基因工程引起的基因污染，是可增殖和扩散的。5基因工程利用某目的基因(图甲)和Pl噬菌体载体(图乙)构建重组DNA。

18、限制性核酸内切酶分别是Bgl、EcoR和Sau3A。下列分析错误的是()A构建重组DNA时，可用Bgl和Sau3A切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体B构建重组DNA时，可用EcoR和Sau3A切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体C图乙中的Pl噬菌体载体只用EcoR切割后，含有2个游离的磷酸基团D用EcoR切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，只能产生一种重组DNA解析：选D由题图可知，Bgl、Sau3A及EcoR三种酶在目的基因和Pl噬菌体上都有切口，故可用Bgl和Sau3A或EcoR和Sau3A切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体；从图乙知Pl噬菌体载体为环状DNA，

19、只用EcoR切割后产生两条反向双螺旋链状DNA，有2个游离的磷酸基团；用EcoR切割目的基因所在片段和Pl噬菌体载体，再用DNA连接酶连接，能产生不止一种重组DNA。6下面为利用基因工程培育抗虫植物的示意图。以下相关叙述，正确的是()A的构建需要限制性核酸内切酶和DNA聚合酶参与B侵染植物细胞后，重组Ti质粒整合到的染色体上C的染色体上若含抗虫基因，则就表现出抗虫性状D只要表现出抗虫性状就表明植株发生了可遗传变异解析：选D构建重组质粒需要用到限制性核酸内切酶和DNA连接酶，不需要DNA聚合酶；含重组Ti质粒的农杆菌侵染植物细胞后，重组Ti质粒的TDNA整合到受体细胞的染色体上，而不是重组Ti质

20、粒整合到受体细胞的染色体上；导入受体细胞的目的基因表达后，转基因植株方能表现出相应性状，若目的基因在受体细胞中不表达，转基因植株不能表现出相应性状；表现出抗虫性状则表明该植株细胞发生了基因重组，基因重组是可遗传变异。二、非选择题(共26分)7(12分)下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答：(1)能否利用人的皮肤细胞来完成过程？_。为什么？_。(2)过程必需的酶是_酶。(3)在利用A、B获得C的过程中，一般用_切割A和B，使它们产生_，再加入_，才可形成C。(4)由此可知，基因工程操作一般要经过A的获取、_(填字母)和_(填字母)的结合、_(填字母)导入D、目的基因在大肠杆菌中表达与检测等四个步骤。解析：图中是转录，是逆转录合成目的基因。B是质粒，C是重组质粒。人皮肤细胞中有胰岛素