第六章从杂交育种到基因工程

第2节基因工程及其应用

[教学目标]：

1. 简述基因工程的基本原理；

2. 举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用；

3. 关注转基因生物和转基因食品的安全性。

[教学重点]：

1. 基因工程的基本原理；

2. 基因工程的安全性问题。

[教学难点]：

1. 基因工程的基本原理；

2. 转基因生物与转基因食品的安全性。

[教学过程]：

阅读P102问题探讨，思考：为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上？

______________________________________________________________________________。

传统育种的局限性：一般只能在同种生物中进行，很难将一种生物的优良性状，移植到另一种生物身上。

基因工程的出现使人类有可能按照自己的意愿直接定向地改变生物，培育出新品种。

一、基因工程的原理

1. 基因工程的概念：

基因工程就是按照___________，把一种生物的某种基因提取出来，并加以___________，然后放到另一种生物的细胞里，___________地改造生物的________________。

2. 基因工程最基本的工具：

___________________、___________________、___________________。

（1）基因的“剪刀”是指_________________________。一种该物质能识别________种核苷酸序列，并在切点上切割DNA分子。大肠杆菌中的一种叫EcoRI的限制酶，能够专一识别_______________的序列，并在G和A之间将这段序列切开。

（2）基因的“针线”即____________，可以“缝合”__________和_________交替连接而构成的DNA骨架上的缺口。

（3）基因工程中，目前常用的运载体有________、________和______________等。

（4）质粒存在于许多细菌及酵母菌等生物中，其本质是细胞染色体外的，能够________的很小的___________________分子。

3. 基因工程的操作步骤：

基因工程操作的一般步骤为：__________________、目的基因与___________结合、将目的基因导入_________________、目的基因的________和________。

二、基因工程的应用

1. 作物育种：

利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育各种抗逆性作物新品种。如抗虫棉等。

2. 药物研制：

利用基因工程的方法，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品。如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。

3. 环境保护：

如利用转基因细菌降解有毒有害化合物，吸收环境重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。

三、转基因生物和转基因食品的安全性

通过学习，要认识到科学技术是一把双刃剑，认识到生命中许多事实还有待于人类去探索，科学发展中仍有许多问题有争议。

习题巩固：

1．DNA连接酶的主要功能是（　　）

A．DNA复制时母链与子链之间形成的氢键
B．粘性末端碱基之间形成的氢键
C．将两条DNA末端之间的缝隙连接起来
D．将碱基、脱氧核糖、磷酸之间的键连接起来

2. 下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是( )。

3. 下列各项应用中不属于基因工程的是（ ）

A.转基因抗虫棉的培育成功

B.利用工程菌生产胰岛素

C.将C4植物叶绿体移入C3植物体内使光合效率提高

D.利用DNA探针检测饮用水有无病毒

4. 下列关于DNA连接酶的叙述中，正确的是（ ）

A. DNA连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键

B. DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖

C. DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖

D. 同一种DNA连接酶可以切出不同的黏性末端

5. 实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。从大肠杆菌中提取的一种限制性内切酶EcorI，能识别DNA分子中的GAATTC序列，切点在G与A之间。这是应用了酶的（ ）

A.高效性 B.专一性 C.多样性 D.催化活性受外界条件影响

6. 在基因工程操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是（ ）

A.人工合成目的基因 B.目的基因与运载体结合

C.目的基因的检测和表达 D.将目的基因导入受体细胞

7.萤火虫的荧光素基因转入烟草植物细胞，获得了高水平的表达。这一研究成果表明①萤火虫与烟草植物的DNA结构基本相同 ②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码子③烟草植物体内合成了荧光素 ④萤火虫和烟草植物合成蛋白质的方式基本相同（ ）

A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ①②③④

8. 下列有关质粒的叙述，正确的是（ ）

A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器

B．质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子

C．质粒只有在侵入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制

D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的

9. 如果科学家通过转基因工程，成功地把一位女性血友病患者的造血细胞进行改造，使其凝血功能恢复正常。那么，她后来所生的儿子中（ ）

A．全部正常 B．一半正常 C．全部有病 D．不能确定

10. 关于右图DNA分子片段的说法正确的是（ ）

A．限制性内切酶可作用于①部位，解旋酶作用于③部位

B．②处的碱基缺失导致染色体结构的变异

C．把此DNA放在含15N的培养液中复

制2代，子代中含15N的DNA占3/4

D．该DNA的特异性表现在碱基种类和（A+T）/（G+C）的比例上

11. 不属于目的基因与运载体结合过程的是 ( )

A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端

B．用同种限制酶切断目的基因露出黏性末端

C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处

D．将重组DNA引入受体细胞中进行扩增

12. 科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉的细胞中与棉的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：

(1)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是______________，此工具主要存在于__________________中，其特点是________________________ ___。

(2)苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是：用____________酶将苏云金芽孢杆菌的DNA切成许多片段，然后将这些片段导入 ，再转人不同的 ，并且大量复制，然后从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把其分离出来。

(3)进行基因操作的最后一个步骤是_________________________________________。

13. 在1990年医生对一位因缺乏腺苷脱氨酶基因而患先天性体液免疫缺陷病的美国女孩进行治疗。采用的方法是首先将患者的白细胞取出作体外培养，然后用某种病毒将正常腺苷脱氨酶基因转入人工培养的白细胞中，再将这些转基因白细胞回输到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常。

(1)该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例中运载体是 ，目的基因是 ，目的基因的受体细胞是 。

(2)将转基因白细胞多次回输到患者体内后，免疫能力趋于正常是由于产生了 ，产生这种物质的两个基本步骤是 和 。

(3)人的腺苷脱氨酶基因与胰岛素基因相比，其主要差别是 ；

(4)该病的治疗方法属于基因工程运用中的 ；这种治疗方法的原理是 。

14. 糖尿病是一种常见病，且发病率有逐年增加的趋势，以致发达国家把它列为第3号“杀手”。请回答下列问题：

(1)目前，对糖尿病的治疗，大多采用激素疗法，所用激素为 ，由 __________________细胞分泌。

(2)目前检测尿糖常用的试剂为 ，糖尿遇该试剂加热后呈 色。

(3)所用激素过去主要是从动物的内脏中提取，数量有限，现大多采用基因工程的方法生产(如图所示)。

①d为 。

②获得f，必须先用 切割b和d，使它们产生相同的黏性末端，再加入适量的 方可形成。

③b的名称是 ，其化学本质为 。

15. 昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术导入细菌体内，并与细菌内DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌能分裂繁殖。请根据上述资料回答：

(1)人工诱变在生产实践中已得到广泛应用，因为它能提高______________，通过人工选择获得______________________________。

(2)酯酶的化学本质是_______________，基因控制酯酶合成要经过__________和_______两个过程。

(3)通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酶，这是由于

____________________________________________________________.

(4)请你说出一项上述科研成果的实际应用___________________________________。

6.2 答案

教学过程：

问题探讨：不同生物的DNA在结构上的统一性，几乎所有的生物都共用一套密码子。

一、1. 人们的意愿、修饰改造、定向、遗传性状。

2.基因剪刀、基因针线、基因的运载体

（1）限制性核酸内切酶、1、GAATTC （2）DNA连接酶、脱氧核糖、磷酸

（3）质粒、噬菌体、动植物病毒 （4）自主复制 环状DNA

3.提取目的基因、运载体、受体细胞、表达、检测

习题巩固：

1.C 2.C 3.C 4.B 5.B 6.D 7.D 8.B 9.C 10.A 11.D

12．（1）限制酶 微生物 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且在特定的核苷酸序列上对DNA进行切割

（2）限制 运载体 受体细胞 （3）目的基因的表达和检测

13．（1）某种病毒 腺苷脱氨酶基因 白细胞 （2）腺苷脱氨酶 转录 翻译

（3）脱氧核苷酸的排序不同

（4）基因治疗 把健康的外源基因导入由基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的

14．（1）胰岛素 胰岛B细胞（2）斐林试剂 砖红色

（3）①目的基因 ②同一种限制酶 DNA连接酶 ③质粒 DNA

15．（1）突变率 人类所需要的新品种（2）蛋白质 转录 翻译（3）控制该酶合成的基因已整合到细菌的DNA上，并随细菌DNA的复制而复制（4）分解有机磷农药

（名师课堂）高中生物 第6章第2节 基因工程及其应用教案 新人教版必修2