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1、第2节基因工程及其应用1.运用结构与功能观,阐明基因工程的概念、操作工具及过程。 (生命观念、科学思维)2.通过实例理解基因工程的应用。(社会责任)必备知识自主学习答案解析P170一、基因工程的原理1.概念:(1)别名:又称为。(2)过程:按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以,然后放到另一种生物的细胞里。(3)优点:。将目的基因直接导入受体细胞中,这种做法可以吗?为什么?3.基因工程的操作程序(连一连):二、基因工程的应用1.基因工程与作物育种:(1)应用:利用基因工程的方法,获得的农作物,培育各种作物新品种。(2)实例:抗虫烟草、耐盐碱棉花等。2.基因工程与药物研制:(1)应用
2、:利用基因工程的方法高效率地生产出各种、的药品。(2)实例:胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。3.环境保护:利用转基因细菌降解,吸收环境中的重金属,分解,处理工业废水等。关键能力合作学习答案解析P170知识点一 基因工程的工具和步骤1.基因的“剪刀”限制性核酸内切酶(简称限制酶):(1)存在:主要存在于微生物中。(2)作用:断裂两个核苷酸之间的磷酸二酯键。(3)特点:具有特异性,即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的位点切割DNA分子。2. 基因的“针线”DNA连接酶:(1)催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口。(2)催化结果:形成重组DNA。(3)限制酶与DNA连接酶的关系:3.运载体
3、:(1)质粒。存在:许多细菌及酵母菌等生物细胞中。本质:拟核或细胞核外的环状DNA分子。特点:能够自主复制。(2)运载体应具备的条件。能在宿主细胞内稳定保存并大量复制保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子细胞。有多个限制酶切点运载体能够接入多种目的基因所必备的条件。有标记基因检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。4.基因工程各步骤需要用到的酶及技术:操作步骤用到的酶及技术提取目的基因限制酶目的基因与运载体结合限制酶、DNA连接酶续表操作步骤用到的酶及技术将目的基因导入受体细胞农杆菌转化法、显微注射技术等目的基因的检测与鉴定DNA分子杂交技术、分子杂交技术、抗原-抗体杂交技术、个体
4、生物学水平检测1.拓展探究:为什么限制酶切开DNA后形成的两个黏性末端是相同的?(科学思维)2.情境探究:若使用某种致病性很强的病毒做载体DNA,需要对病毒做什么处理?(科学思维)基因工程是在现代生物学、化学和工程学基础上建立和发展起来的,并依赖于微生物学理论和技术的发展、运用,基因工程基本操作流程如图所示。请据图分析回答:(1)图中A是,最常用的是,在基因工程中,需要在酶的作用下才能完成剪接过程。(2)不同种生物之间的基因移植成功说明了生物共用一套。(3)研究中发现,番茄体内的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用,导致害虫无法消化食物而被杀死,人们成功地将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内,
5、玉米获得了与番茄相似的抗虫性状,玉米这种变异的来源是。【审答误区】本题易把图示各环节弄混图示是基因工程的基本操作流程,其中A为运载体;第一步表示基因表达载体的构建过程;第二步表示将目的基因导入受体细胞;第三步表示筛选含有重组DNA的受体细胞并进行扩增;最后进行重组细胞克隆。(2020郑州高一检测)下列有关基因工程操作的叙述,正确的是()A.用同种限制酶切割运载体与目的基因可获得相同的黏性末端B.以蛋白质的氨基酸序列为依据合成的目的基因一定与原基因的碱基序列相同C.检测到受体细胞含有目的基因就标志着基因工程操作成功D.用含抗生素抗性基因的质粒作为载体是因为其抗性基因便于与外源基因连接知识点二 基
6、因工程的应用1.基因工程育种中受体细胞的选择:(1)对于动物而言,一般选择受精卵作为基因工程的受体细胞。(2)对于植物来说,一般选择受精卵或愈伤组织细胞作为基因工程的受体细胞,原因是这些细胞全能性高,更容易发育为个体。2.基因工程育种中两个概念比较:项目抗虫抗病不同抗虫转基因植物抵抗虫害抗病转基因植物抵抗微生物病原体相同种植一段时间后,害虫和微生物病原体均有可能产生抗性(2020杭州高一检测)基因污染是指在天然物种的DNA中嵌入了人工重组基因,这些外来基因可随被污染生物的繁殖、传播而发生扩散。下列叙述错误的是()A.基因工程间接导致了基因污染B.基因工程破坏了生物原有的基因组成C.基因工程是通
7、过染色体的重组发生基因交换,从而获得了生物的新性状D.人类在推广转基因作物时,没有充分考虑生物和环境之间的相互影响【审答误区】本题常见错因C项中基因工程是将其他生物的基因片段重组到目的生物的DNA中,易误认为是通过染色体的重组发生基因交换。 下列不属于基因工程方法生产的药物是()A.干扰素B.白细胞介素C.青霉素D.乙肝疫苗核心素养情境探究答案解析P170【科技情境】南方科技大学贺建奎副教授宣布:世界上首例基因编辑婴儿在中国顺利降生。然而,在这两个健康婴儿的背后,是22对胚胎的备用试验品,16个被基因编辑过,其中11个胚胎做过6次植入尝试。人们忧虑:潘多拉盒子就此打开探究:(1)贺建奎团队的基
8、因编辑试验发生在试管受精阶段。基因编辑主要用到的工具酶有哪些?(生命观念)(2)胚胎移植能够成功的主要原因是什么?(科学思维)课堂检测素养达标答案解析P1701.现代基因技术与人类生活息息相关,在育种、制药、遗传等方面取得了飞速的进步。下列与基因工程有关的说法,正确的是。限制酶切开一个DNA分子,要断裂两个磷酸二酯键DNA连接酶主要是连接黏性末端部位的氢键目的基因只能来自动植物作运载体的DNA分子一般来说不能太大用一种限制酶切开不同的DNA分子,形成的黏性末端是不同的2.基因工程的设计施工是在什么水平上进行的()A.细胞B.细胞器C.原子D.分子3.(2020天津高一检测)下列关于基因工程的叙
9、述,不正确的是()A.一种限制酶一般只能识别一种特定的核苷酸序列B.基因工程依据的原理主要是基因突变C.基因工程是在 DNA 上进行的分子水平的设计施工D.基因工程能够定向地改变生物的性状,培育出新品种4.(2020石家庄高一检测)下列有关基因工程的叙述,正确的是 ()A.限制酶只在获得目的基因时才用B.重组质粒的形成是在细胞内完成的C.质粒都可作为运载体D.蛋白质的结构为合成目的基因提供资料5.(2020西安高一检测)下列有关基因工程技术的应用中,对人类不一定有利的是()A.制造“工程菌”用于药品生产B.制造“超级菌”分解石油、DDTC.重组DNA诱发受体细胞基因突变D.导入外源基因替换缺陷
10、基因6.表中有关基因表达的选项中,不可能的是()选项基因表达的细胞表达产物A细菌抗虫蛋白基因抗虫棉叶肉细胞细菌抗虫蛋白B人酪氨酸酶基因正常人皮肤细胞人酪氨酸酶C动物胰岛素基因大肠杆菌工程菌细胞动物胰岛素D兔血红蛋白基因兔成熟红细胞兔血红蛋白7.在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值。如图所示是获得转基因莴苣的技术流程,请据图回答下列问题:(1)质粒A的化学本质是。(2)过程需要的酶有、。(3)质粒A做运载体,其一般要具备(至少写两条)特点。(4)若受体细胞C1为细菌,其与受体细胞C2的区别有(至少写两条)。第2节基因工程及其应用一、1.(1)基因拼接技术或
11、DNA重组技术(2)修饰改造(3)定向地改造生物的遗传性状2.限制性核酸内切酶(简称限制酶)核苷酸特定的切点DNA连接酶连接脱氧核糖与磷酸质粒噬菌体的衍生物将外源基因送入受体细胞【问答】提示:不可以。目的基因本身一般不能自我复制、不够稳定,也不具备相关标记能力,因此需要和具有上述特征的运载体结合,才能导入受体细胞。3.CADB二、1.(1)高产、稳产和具有优良品质抗逆性2.(1)高质量低成本3.有毒有害的化合物泄漏的石油知识点一【思考探究】1.提示:限制酶在DNA上的识别序列是一段回文结构(碱基是反向对称排列的),而且在两条链上的切点是对称的,因此切开后形成的两个黏性末端是相同的。2.提示:载
12、体DNA必须能够在受体细胞中“友好”借居,这样就需要对病毒载体做灭活、减毒处理。【典例示范】【解析】(1)图中A是运载体,常用的是质粒;图中“剪接”过程需要限制性核酸内切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和运载体,还需要DNA连接酶将目的基因和运载体连接起来。(2)自然界所有生物共用一套密码子,因此目的基因在不同的生物细胞中能正确表达。(3)玉米通过基因工程获得抗虫性状,基因工程的原理是基因重组,因此玉米这种变异的来源属于基因重组。答案:(1)运载体质粒限制性核酸内切酶和DNA连接(2)密码子(3)基因重组【类题精练】ADNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端
13、,又因为一种限制酶只能识别并切割特定的核苷酸序列,所以用同种限制酶切割运载体和目的基因,可以获得相同的黏性末端,A正确。以蛋白质的氨基酸序列为依据合成目的基因,需要由氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列,但在转录过程中,一种氨基酸可能有多个密码子,与同种氨基酸对应的碱基序列可能有多种,因此合成的目的基因不一定与原基因的碱基序列相同,B错误。基因工程操作的成功需要检测到目的基因成功表达,产生表达产物,检测到受体细胞含有目的基因,但如果目的基因不能转录、翻译,就不能视为成功的操作,C错误。抗性基因的作用是为了筛选出含有目的基因的细胞,并非为了与外源基因连接,D错误。知识点二【典例示范】C基因工程间
14、接导致了基因污染,A正确。基因工程是通过人工导入外源基因,破坏了生物原有的基因组成,B正确。基因工程是通过人工导入外源基因,未发生基因交换,C错误。人类在推广转基因作物时,没有充分考虑生物和环境之间的相互影响,D正确。【类题精练】C青霉素是青霉菌产生的一种代谢产物,高产青霉素菌株的获得是通过人工诱变育种实现的。(1)提示:基因编辑技术指对DNA中特定片段的敲除、加入等,用到的工具酶包括限制酶和DNA连接酶。(2)提示:子宫对外来胚胎基本不发生免疫排斥,这是胚胎移植能够成功的一个关键原因。1.【解析】选。DNA是双链结构,因此切开一个DNA分子要断裂两个磷酸二酯键,正确。DNA连接酶连接的是磷酸
15、二酯键,错误。目的基因可以来自动植物和微生物,错误。运载体DNA分子太大不易导入受体细胞,而且过大的目的基因可能对受体造成更多影响,正确。同一种限制酶,因为识别序列、切点均相同,因此形成的黏性末端是相同的,错误。2.D基因工程是通过体外DNA重组和转基因等技术,赋予生物以新的遗传特性,从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品,基因工程的操作对象是基因,属于分子水平。3.B一种限制酶一般只能特异性识别一种特定的核苷酸序列,并在特定两个核苷酸之间切割,A正确。基因工程将目的基因植入受体细胞,为基因重组,B错误。基因工程要对基因进行切割和连接,为DNA水平,C正确。基因工程将目的基因导入受体
16、细胞,使之表现出目的性状,D正确。4.D基因工程中在构建重组质粒时,需要限制酶来切割运载体和获取目的基因,A错误。重组质粒的形成是在细胞外完成的,在重组质粒构建完成后,才将目的基因导入受体细胞,B错误。可作为运载体的质粒需要有标记基因、能自主复制,且不危害受体细胞,有些质粒可能会对受体细胞造成影响,C错误。可根据氨基酸的顺序推测密码子,进而推出DNA中碱基序列,D正确。5.C制造“工程菌”用于药品生产,帮助治疗疾病,对人类有利,A与题意不符。制造“超级菌”分解石油、DDT,减少环境污染,对人类有利,B与题意不符。由于基因突变的少利多害性,所以重组DNA诱发受体细胞基因突变往往产生对人类不利的变
17、异,C与题意相符。导入外源基因替换缺陷基因,使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的,对人类有利,D与题意不符。6.D哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核,所以也就没有血红蛋白基因的表达,血红蛋白基因的表达发生在逐渐成熟的红细胞中。7.【解析】(1)质粒是细菌拟核外的裸露、环状、小型DNA。 (2)过程需要用限制酶将运载体切开,用DNA连接酶将目的基因与运载体结合在一起。(3)作为载体的质粒需要能够在受体细胞中自我复制并稳定存在;需要有一个或多个限制酶切点;需要具有标记基因等。(4)真核细胞有核膜,有多种细胞器,细胞壁成分是纤维素和果胶;原核细胞不具有核膜,只有核糖体,细胞壁成分是肽聚糖。答案:(1)DNA(2)限制酶DNA连接酶(3)能够自我复制、有一个或多个限制酶切点、含标记基因(合理即可)(4)前者不具有核膜,后者有核膜;前者只有核糖体一种细胞器,后者有多种细胞器;前者细胞壁成分是肽聚糖,后者细胞壁成分是纤维素和果胶(合理即可)- 10 -