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成才之路 生物,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 必修2,从杂交育种到基因工程,第六章,第2节 基因工程及其应用,第六章,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。,目标导航： 1说出基因工程的原理。 2简述基因工程的工具及作用。(重、难点) 3了解基因工程的应用及转基因生物和食品的安全性。 情境导入： “抗虫棉”的发明，给我国广大的棉农带来了福音，它不仅降低了生产成本，提高了棉花的产量和质量，还减少了农药的使用，降低了环境污染。 问题探究：抗虫棉是怎样培育而成的？ 提示：通过基因工程(转基因技术)培育而成。,一、基因工程的原理 1基因工程的概念 (1)别名：_。 (2)操作思路：提取某种生物的_加以_放到另一种生物的_中_生物的遗传性状。,预 习 导 学,基因拼接技术或DNA重组技术,基因,修饰改造,细胞,定向地改造,2基因工程操作的基本工具 (1)基因的“剪刀” 名称：_，简称限制酶。 特性：一种限制酶只能识别_，并在_上切割DNA分子。 实例及剪切位点： a实例：大肠杆菌中的EcoR限制酶。 b在下图中标出剪切位点：,限制性核酸内切酶,一种特定的核苷酸序列,特定的切点,(2)基因的“针线” 名称：_。 作用：连接_和_之间的缺口。 (3)基因的运载体 作用：将外源基因送入_。 种类：_、噬菌体、动植物病毒等。 质粒 a分布：_及酵母菌等生物的细胞中。 b特点：能够_。 c本质：_。 3基因工程的步骤：_目的基因与_结合将目的基因导入_目的基因的_。,DNA连接酶,脱氧核糖,磷酸,受体细胞,质粒,细菌,自主复制,环状DNA分子,提取目的基因,运载体,受体细胞,检测与鉴定,二、基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性 1基因工程的应用,转基因抗虫棉,农药的用量,农药对环境的污染,胰岛素,质量,成本,降解有毒有害化合物,2.转基因生物和转基因食品的安全性 (1)两种观点： 转基因生物和转基因食品不安全，要_； 转基因生物和转基因食品是安全的，应该_。 (2)我国的态度：十分重视转基因生物及其食品的安全性问题。,严格控制,大范围推广,1.转基因抗虫棉对人体有毒害作用吗？ 2不同的限制酶所识别的核苷酸序列相同吗？为什么？ 提示：1.没有，转基因抗虫棉表达出的“毒蛋白”只特异性的对鳞翅目的昆虫有毒害作用，不对人体产生毒害作用。 2不相同。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，所以不同的限制酶所识别的序列也不同。,思 维 激 活,(一)问题探讨 提示：此节“问题探讨”以基因工程菌的实例，引导学生思考基因工程的原理。为启发学生思考，教师可引导学生回忆前面学过的遗传学知识，如不同生物的DNA在结构上的统一性，几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。 (二)练习 基础题 1基因工程的操作通常包括以下4步：(1)获得目的基因(外源基因)；(2)目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子；(3)将重组DNA分子导入受体细胞；(4)目的基因的检测与鉴定。,2. 3常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。,(三)拓展题 1提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。 2提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。 3提示：例如，“转基因土豆肝炎患者的希望！”等。,1.基因工程的概念 基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 注意：基因工程也是基因重组的一种。,基因工程的原理,要 点 归 纳,2基因操作的工具,3基因操作的基本步骤,作为运载体必须具备三个条件：(1)能在宿主细胞中保存下来并大量复制。(2)有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR332就有多种限制酶单一识别位点，可适于多种限制酶切的DNA插入。(3)有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌pBR332质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改建。现在所使用的质粒运载体几乎都是经过改建的。,(1)对于基因工程的操作工具应记住名称，理解其功能。理解基因工程操作的四个基本步骤，并注意联系“酶的专一性”“碱基互补配对原则”“逆转录”“中心法则”等知识。,(2)基因工程中的运载体。在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA(一般有100200kb，kb为千碱基对)，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也可能成为运载体。,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( ),典 例 导 析,解析 供体是提供目的基因的生物，受体是接受目基因的生物，剪刀是限制酶，针线是DNA连接酶，常用的运载体是质粒。 答案 C,下列有关基因工程技术的正确叙述是( ) A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B所有限制酶都只能识别同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基因工程中常用的运载体质粒在动植物细胞中广泛存在 答案 C,解析,基因工程与作物育种：农业上获得高产、稳产、具优良品质的农作物，畜牧业上获得人们所需要的、具优良品质的转基因动物。 基因工程与药物研制：能高效地生产出各种高质量、低成本药品。 基因工程与环境保护：可进行环境监测，环境净化。,基因工程的应用,要 点 归 纳,(1)限制酶和DNA连接酶作用的部位是相同的，都是磷酸二酯键。 (2)只有目的基因在受体细胞中表达，才能说明基因工程的操作成功。,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,典 例 导 析,解析 用基因工程方法培育出的抗虫植物只能杀死害虫，对病毒无效；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，从这些动物的乳腺细胞中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。 答案 D,下列各项不属于基因工程的应用的是( ) A转基因抗虫棉的培育成功 B利用DNA探针检测饮用水中有无病毒 C利用工程菌生产胰岛素 D将甲植物的叶绿体移入乙植物，使光合效率提高 答案 D 解析 将甲植物的叶绿体移入乙植物，转移的是细胞器而非基因，故不属于基因工程的范畴。,通过学习，认识到科学技术是一把双刃剑，认识到生命中的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。(见教材P105页),转基因生物和转基因食品的安全性,要 点 归 纳,因为科学技术是一把双刃剑，在很多方面展示出美好的应用前景，但另一方面，基因工程也给人们带来了许多潜在的危险，因此要辩证地看待基因工程所引发的问题：如可能制造超级细菌、超级杂草等；制造出难以制服的病原体、生物武器；转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能破坏原有的生态平衡，对原有物种产生威胁；还可能带来转基因食品的安全性问题等。,(2015苏州调研)下列哪项属于转基因作物的优点( ) A耐抗性的转基因油菜可能成为某地区危害最为严重的杂草 B转基因水稻可通过花粉向普通野生稻扩散产生基因污染 C大面积栽培转Bt基因抗虫棉可减少农药的使用 D转基因作物可能破坏生态平衡使生物数量剧减,典 例 导 析,解析 认为转基因生物可能存在安全问题的有：转基因油菜可能会扩散到种植区外变成野生种类，成为杂草；转基因水稻可通过花粉向普通野生稻扩散，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体；转基因作物具有某些特殊性状，有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。转基因生物的优点，如转Bt基因的抗虫棉可减少农药的使用。 答案 C,美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后，发现这种玉米含有包括苏云金芽孢杆菌(一种产生抗虫毒蛋白的细菌)基因在内的转基因作物的基因。下列有关说法正确的是( ) 转基因作物的基因可传播到野生植物中 转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威胁 为防止基因污染，应当禁止转基因作物的研究 自然杂交过程的实质是一个长期的转基因过程，两者没有任何区别 A B C D,答案 C 解析 根据题意可知，转基因植物的基因传播到野生植物中，这样会对植物遗传多样性构成威胁。自然杂交是通过传粉的方式实现基因重组，与转基因技术中通过重组质粒实现基因重组是有区别的。,基因重组与基因工程的比较,基因工程技术不仅用于基因工程育种和生产药物，而且可以直接用于基因的诊断和治疗。基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。,基因工程在疾病的诊断与治疗方面的应用,基因诊断技术在诊断遗传性疾病方面发展得尤为迅速，目前人们已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。虽然这里还有许多技术上的难题需要解决，但是我们相信，不久的将来，人类一定能够用基因工程的方法治疗白化病、苯丙酮尿症等许多遗传病。,探究点 提示信息在补充完善型实验中的应用 转基因技术的应用 案例 番茄(2n24)的正常植株(A)对矮生植株(a)为显性，红果(B)对黄果(b)为显性，两对基因独立遗传。请回答下列问题： (1)现有基因型AaBB与aaBb的番茄杂交，其后代的基因型有_种，_基因型的植株自交产生的矮生黄果植株比例最高。自交后代的表现型及比例为_。,(2)在AAaa杂交中，若A基因所在的同源染色体在减数第一次分裂时不分离，产生的雌配子染色体数目为_，这种情况下杂交后代的株高表现型可能是_。 (3)假设两种纯合突变体X和Y都是由控制株高的A基因突变产生的，检测突变基因转录mRNA，发生X的第二个密码子中第二个碱基由C变为U，Y在第二个密码子第二个碱基前多了一个U，与正常植株相比，_突变体的株高变化可能更大，试从蛋白质水平分析原因：_。,(4)转基因技术可使某基因在植株体内过量表达，也可以抵制某基因表达。假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高，请完成如下实验设计，以验证假设是否成立。 实验设计(借助转基因技术，但不要求转基因的具体步骤)： a分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高。 b_。 c_。 支持上述假设的预期结果：_。 若假设成立，据此说明基因控制性状的方式：_。,标准答案 (1)4 aaBb 矮生红果矮生黄果31 (2)13或11 正常或矮生 (3)Y Y突变体的蛋白质中氨基酸的改变比X突变体可能更多(或：X突变体的蛋白质可能只有一个或没有氨基酸发生改变，Y突变体的蛋白质氨基酸序列可能从第一个氨基酸后都改变),(4)b.通过转基因技术，抑制正常植株A基因的表达，测定其赤霉素含量和株高 c通过转基因技术，使A基因在矮生植株中过量表达，测定其赤霉素含量和株高(答案中b和c次序不做要求) 与对照比较，正常植株在A基因表达被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；与对照比较，A基因在矮生植株中过量表达后，该植株赤霉素含量增加，株高增加 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性状,方法警示 得分要点： (1)必须答为“4 aaBb 矮生红果矮生黄果31”才能得分。 (2)必须答为“13或11 正常或矮生”才能得分。 (4)必须体现如下内容： b.抑制正常植株A基因的表达，测定其赤霉素含量和株高。 cA基因在矮生植株中过量表达，测定其赤霉素含量和株高。,正常植株在A基因表达被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；A基因在矮生植株中过量表达后，该植株赤霉素含量增加，株高增加。 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性状。,错因案例 (2)答案不全，第一空答为“13”，第二空答为“矮生”。 (3)错答为“不确定 突变基因后面的基因翻译的氨基酸均发生了变化”。 (4)答案不全，只答出其中的一种情况。 技法提炼 解答本题的关键点是： (1)异常减数分裂对配子染色体数目的影响： 减数分裂过程中同源染色体未分离，移向同一极，导致减数第一次分裂结束后的两个细胞均异常，减数第二次分裂后，所得异常配子一半多一条染色体，另一半少一条染色体。,(2)赤霉素含量对植株株高的影响： 赤霉素的主要作用是促进细胞伸长，从而引起植株增高，即赤霉素含量高，植株增高。 (3)题干信息的获取和利用： “转基因技术可使某基因在植物体内过量表达，也可以抑制某基因表达”，由此推出实验设计时一组是促进基因的表达，另一组是抑制基因的表达； “分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高”，由此推出接受处理的植株分别是正常植株和矮生植株。,
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