1819 第6章 第2节 基因工程及其应用文档格式.docx
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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
减少了农药用量,而且还减少了农药对环境的污染
药物研制
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
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,分解泄漏的石油,处理工业废水等
(2)安全性
[基础自测]
1.判断对错
(1)基因工程能够定向地改造生物的性状。
( )
(2)基因工程导入了新的基因,其原理是基因突变。
(3)一种限制酶可以识别多种核苷酸序列。
(4)含有目的基因的运载体是否进入受体细胞需要检测。
(5)基因工程中的运载体只有质粒。
(6)转基因生物和转基因食品都是不安全的。
提示:
(1)√
(2)×
基因工程导入的基因是自然界原来就存在的基因,原理是基因重组。
(3)×
一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。
(4)√
(5)×
基因工程中常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。
(6)×
对于转基因生物和转基因食品的安全性问题不能片面地一概而论。
2.下列有关基因工程的叙述,不正确的是( )
A.基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶
B.所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列
C.利用基因工程技术,可以定向地改造生物的遗传性状
D.基因工程的实质是基因重组
B [基因工程操作中的工具酶是限制酶、DNA连接酶。
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,而并非所有的限制酶只能识别同一种核苷酸序列。
基因工程的实质是基因重组。
利用基因工程技术,可以定向改造生物的遗传性状,获得人类需要的基因产物或生物新品种。
]
3.下列不属于利用基因工程技术制取药物的是( )
A.从大肠杆菌体内获取白细胞介素
B.从酵母菌体内获得干扰素
C.从青霉菌体内获取青霉素
D.从大肠杆菌体内获取胰岛素
C [基因工程是使外源基因在受体细胞中表达目的基因产品的技术,A、B、D均为外源基因的表达,而青霉菌产生青霉素是一种正常基因的正常表达,故青霉菌产生的青霉素不属于基因工程药品。
[合作探究·
攻重难]
基因工程的基本操作工具
[思考交流]
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。
(4)作用结果:
产生黏性末端。
2.基因的“针线”——DNA连接酶
(1)催化对象:
两个具有相同末端的DNA片段。
(2)催化位置:
脱氧核糖与磷酸之间的缺口。
(3)催化结果:
形成重组DNA。
(4)限制酶与DNA连接酶的比较
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
在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键
用于重组DNA分子(重组质粒)构建
两者的关系可表示为:
(5)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较
比较
DNA聚合酶
作用对象
DNA片段
将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上
作用条件
不需要模板
需要模板
作用部位
连接相邻脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖
形成化学键
磷酸二酯键
3.运载体
(1)质粒。
①存在:
许多细菌及酵母菌等生物细胞中。
②本质:
拟核或细胞核外的环状DNA分子。
③特点:
能够自主复制。
(2)运载体应具备的条件。
①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。
②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。
③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。
下列关于限制酶和DNA连接酶的叙述,正确的是( )
A.其化学本质都是蛋白质
B.DNA连接酶可以恢复DNA分子中的氢键
C.它们不能被反复使用
D.在基因工程操作中可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶
【技巧点拨】 基因工程中涉及多种酶,每种酶的作用都不相同,要掌握各种酶的具体作用,比较限制酶和DNA连接酶的区别与联系,并逐项分析。
A [限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质,A正确;
DNA连接酶连接的是两个DNA片段上两个核苷酸间的磷酸二酯键,B错误;
酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生改变,因此可以被反复利用,C错误;
DNA聚合酶只能将单个核苷酸连接到单链DNA片段或引物上,不能催化两个DNA片段连接,故不能替代DNA连接酶,D错误。
特别提醒:
与工具酶相关的试题的解法
基因工程的工具酶,虽然知识点不难,但许多学生都会出错。
解题时,第一,审题要谨慎,看清是“工具”还是“工具酶”(基因工程的工具是限制酶、DNA连接酶和运载体,而工具酶仅指两种酶,不包括运载体),是基因工程中的“运载体”还是细胞膜上的“载体”。
第二,概念掌握要透彻,如限制酶与DNA连接酶作用的部位等。
第三,紧扣工具酶的作用进行分析,结合酶的特征思考回答。
[活学活用]
1.下列有关基因工程和酶的相关叙述,正确的是( )
A.同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,因此不具备专一性
B.运载体的化学本质与载体蛋白相同
C.限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸
D.DNA连接酶可催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链
C [一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切割DNA分子,具备专一性,A错误;
运载体的化学本质是DNA,与载体蛋白不同,B错误;
限制酶能切割DNA,不能切割烟草花叶病毒的核酸RNA,C正确;
DNA连接酶可催化不同的DNA片段连接,不能催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链,D错误。
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( )
【导学号:
77782156】
A.①②③④ B.①②④③
C.①④②③D.①④③②
C [限制性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。
[方法规律] 根据作用部分判断与DNA分子有关的酶
(1)断开氢键的酶:
解旋酶。
(2)断开(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶:
①若生成若干DNA片段,可判定为限制酶;
②若生成其基本组成单位——核苷酸,可判定为DNA水解酶。
(3)生成(相邻核苷酸之间的)磷酸二酯键的酶:
①若将两个DNA片段连接在一起,可判定为DNA连接酶;
②若作用于DNA复制的过程中,或将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上,可判定为DNA聚合酶。
基因工程的操作及应用
[背景材料]
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,请据图回答。
1.能否利用人的皮肤细胞进行过程①?
过程②特别需要的酶是哪一种?
不能,皮肤细胞中胰岛素基因不表达;
过程②是逆转录,需要逆转录酶。
2.如何将A和B连接成C?
操作后的产物只有C吗?
用同一种限制酶切割A和B,再加入DNA连接酶,才能形成C。
操作后的产物除了C,还可能有A与A结合、B与B结合的产物。
3.如果要检测D中是否含有C,通常如何检测?
利用C上的标记基因进行检测.
4.人的胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达的基础是什么?
所有生物共用一套遗传密码。
5.该方法和诱变育种相比,有什么优点?
可以定向改造生物的遗传性状。
[归纳总结]
一、基因工程的操作步骤
1.操作图示
2.步骤解读
(1)提取目的基因:
如图中a过程,获取目的基因的方法为直接分离。
(2)目的基因与运载体结合:
①图中b表示的是目的基因与运载体的结合。
②工具:
限制酶:
图中EcoRⅠ这种限制酶所识别的序列是GAATTC,切点位于G与A之间;
从图中能够看出提取目的基因B和切开质粒A所用的是同一种限制酶。
DNA连接酶:
此酶用于质粒A与目的基因B的结合过程,形成重组DNA分子C。
(3)将目的基因导入受体细胞:
图中c过程表示将目的基因导入受体细胞中,此过程不存在碱基互补配对;
有可能将目的基因导入受体细胞的染色体DNA上,目的基因将在宿主细胞中复制和表达。
(4)目的基因的检测与鉴定:
①检测:
根据运载体特有的标记基因或分子杂交技术检测目的基因是否导入受体细胞。
②鉴定:
受体细胞是否表现出特定性状,如棉花抗虫性状的表现。
3.基因工程成功的基础
二、基因工程的应用
1.基因工程与作物育种
(1)目的:
把各种优良基因通过基因工程导入生物体内,从而改变生物的遗传特性,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物,培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
(2)基因工程育种的成果及所需的目的基因
成果
举例
所需目的基因
植物
抗虫转基因植物
抗虫水稻、抗虫棉
抗虫基因,如Bt毒蛋白基因
基因
抗病转基因植物
抗病毒小麦等
病毒外壳蛋白基因
工程
抗逆转基因植物
耐盐碱的棉花、抗除草剂的大豆和玉米
耐盐碱基因、抗除草剂基因
改良品质的转基因植物
耐贮存的番茄
控制番茄成熟的基因
动物基因工程
提高生长速度的转基因动物
超级绵羊
外源生长激素基因
改善畜产品品质的转基因动物
产乳较多的奶牛
产乳基因
(3)优点:
降低生产成本,减少因农药的使用而对环境造成的污染,提高农作物对不良环境的适应能力。
2.基因工程与药物研制
把某种生物体内控制合成药物的基因通过基因工程转移到另一种生物体内,从而高效地生产各种高质量、低成本的药物,如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。
3.转基因生物和转基因食品的优点和缺点
(1)优点
①解决粮食短缺问题;
②减少农药的使用,从而减少环境污染;
③节省生产成本,降低粮食售价;
④增加食物营养,提高附加价值;
⑤增加食物种类,提升食物品质;
⑥促进生产效率提高,带动相关产业发展。
(2)缺点
①可能产生新毒素和新过敏原;
②可能产生抗除草剂的杂草;
③可能使疾病的散播跨越物种的障碍;
④可能会破坏生物多样性;
⑤可能会干扰生态系统的稳定性。
如图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程,下列相关叙述不正确的是( )
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
【技巧点拨】 根据基因工程操作步骤,结合图形识别图中①②③④⑤表示的过程,即可选出答案。
A [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,也需要基因的运载体。
对基因工程步骤的五点说明
(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,只是前者切开,后者连接。
(2)要想从DNA上切下某个基因,应切2个切口,产生4个黏性末端。
(3)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。
(4)将目的基因导入受体细胞,没有涉及碱基互补配对。
(5)动物一般用受精卵作为受体细胞;
植物一般用体细胞作为受体细胞,再通过植物组织培养方式形成新个体;
微生物常用不致病的大肠杆菌作为受体细胞。
1.下列对基因工程的叙述,正确的是( )
77782157】
A.基因工程必须使用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和RNA聚合酶
B.基因工程的核心步骤是将目的基因导入受体细胞
C.运载体上的标记基因可用于检测目的基因是否导入受体细胞
D.目的基因是否表达可通过DNA分子杂交技术来检测
C [基因工程必须使用的工具酶是限制酶、DNA连接酶,故A错误;
基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建,故B错误;
运载体上的标记基因可用于检测目的基因是否导入受体细胞,故C正确;
目的基因是否表达可通过抗原—抗体杂交技术来检测,故D错误。
2.某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂,积累于茎叶中,让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而死亡。
下列就该玉米对人类安全性的评论中,不符合生物学原理的是( )
A.不安全。
这种玉米的果实(种子)中也可能含有蛋白酶抑制剂,使人食用后因无法消化食物而患病
B.不安全。
该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链进入人体细胞内,使人体无法消化食物而患病
C.安全。
因为人与害虫消化酶的结构存在差异,玉米的蛋白酶抑制剂对人体很可能无影响
D.安全。
人类通常食用煮熟的玉米食品,玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏,不会影响人的消化
B [基因是有遗传效应的DNA片段,属于大分子有机物,外源基因进入动物和人体的消化道后会被消化成小分子物质,不能直接进入动物和人体细胞内,更谈不上通过食物链富集并在细胞内表达。
[当堂达标·
固双基]
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
D [定向地对DNA分子进行人工“剪切”等只是基因工程的中间过程,定向地改造生物的遗传性状才是最终目的。
2.下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述,错误的是( )
77782158】
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RNA
D.限制性核酸内切酶可从原核生物中提取
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,并能在特定的位点上切割DNA分子,其作用对象不是RNA分子,而是DNA分子。
3.下列有关基因工程的叙述,正确的是( )
A.DNA重组技术所用的工具酶是限制酶、DNA连接酶和运载体
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
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。
4.有关基因工程的成果及应用的说法,正确的是( )
A.用基因工程方法培养的抗虫植物也能抗病毒
B.基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物
C.目前任何一种药物都可以运用基因工程来生产
D.基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产、品质优良和具有抗逆性的农作物
D [用基因工程方法培育出的抗虫植物只能杀死害虫,不能抗病毒;
基因工程在畜牧业上的应用不仅是培养体型巨大、品质优良的动物,更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳动物体内的表达获得人类所需要的各类物质;
目前基因工程只是实现了一部分药物的生产。
5.1979年,科学家将鼠体内的能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组,并且在大肠杆菌中发现了胰岛素的前体物质胰岛素原。
如下图所示,请根据下图回答:
(1)图中2、5、3、7表示通过从供体细胞的DNA中直接分离基因,获得________的过程。
(2)图中3代表________,在它的作用下将目的基因和质粒切成黏性末端。
(3)经9________的作用将7、6“缝合”形成8重组DNA分子。
8往往含有________基因,以便将来检测。
(4)图中10表示将重组DNA分子导入________的过程。
(5)如在大肠杆菌细胞内发现了胰岛素原,说明成功导入了________,并使之完成了表达过程。
[解析]
(1)图中的2、5、3、7过程是为了获取目的基因。
(2)获取目的基因需要用限制酶对DNA进行切割。
(3)将目的基因和运载体质粒连接起来构成重组质粒的过程中需要DNA连接酶。
8中含有标记基因,便于初步筛选。
(4)重组质粒是要导入到受体中,在该工程中是导入到了大肠杆菌体内,常用氯化钙处理得到感受态的大肠杆菌,图中10代表了该过程。
(5)如果在大肠杆菌细胞内发现了胰岛素原,说明成功导入了的基因,并且表达成功。
[答案]
(1)目的基因
(2)限制酶 (3)DNA连接酶 标记 (4)受体 (5)目的基因
[核心语句归纳]
1.基因工程的优点是可定向改造生物的遗传性状。
2.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。
3.DNA连接酶的作用是将两个DNA片段连接起来。
4.质粒是最常用的运载体,是小型环状DNA分子;
除此之外,噬菌体、动植物病毒也可充当运载体。
5.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、目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。
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- 1819 第6章 第2节 基因工程及其应用 基因工程 及其 应用