第2节
基因工程及其应用
一、基因工程的原理
1.概念:
(1)别名:又叫做__________________________。
(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。
基因拼接技术或DNA重组技术
修饰改造
(3)优点:_________________________。定向地改造生物的遗传性状
【激疑】将目的基因直接导入受体细胞中,这种做法可
以吗?
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.基因工程的操作程序(连线):
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。
高产、稳产和具
有优良品质 抗逆性
2.基因工程与药物研制:
(1)应用: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。
高质量 低成本
有毒有害的化合物
泄漏的石油
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:
(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。
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
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、个体生物学水平检测
【思考·讨论】
1.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)
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.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)
提示:载体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。
【素养案例】
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: 世纪金榜导学号
(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,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________。
【解题导引】
(1)关键信息:目的基因+A得到重组DNA。
(2)概念理解:
①基因工程的遗传学基础:DNA分子结构的共性→基因
可操作;中心法则、绝大多数生物共用一套密码子→性
状可转移。
②基因重组:物种内部→有性生殖;物种之间→基因的
转移。
【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
【素养·探究】——母题追问
(1)科学思维——归纳与概括
利用基因工程技术可以培育抗虫玉米,相比诱变育种和
杂交育种,具有什么优点?
提示:可以定向改造生物性状。
(2)生命观念——结构与功能观
若将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入叶绿体DNA中,将来
产生的配子中一定含有该基因吗?为什么?
提示:不一定。叶绿体基因的遗传属于细胞质遗传,因
此把蛋白酶抑制剂基因导入叶绿体DNA中,将来产生的
配子中不一定含有该基因。
【素养·迁移】
切取某动物合成生长激素的基因,用某方法将此基因转
移到鲇鱼的受精卵中,从而使鲇鱼比同类个体大了3～4
倍,此项研究遵循的原理是 ( )
A.基因重组 DNA→蛋白质
B.染色体变异 DNA→RNA→蛋白质
C.基因重组 DNA→RNA→蛋白质
D.基因突变 DNA→RNA→蛋白质
【解析】选C。题干中将动物合成生长激素的基因转移
到鲇鱼的受精卵中,属于基因工程,其实质是不同生物
的遗传物质间的重新组合;合成生长激素的基因在鲇鱼
体内通过DNA→RNA→蛋白质的过程,表达出所需要的生
长激素,从而促进鲇鱼的生长。
知识点二 基因工程的应用
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
【思考·讨论】
1.基因工程药品生产中一般使用微生物作受体细胞,原
因是什么?(生命观念)
提示:微生物结构简单、易操作,代谢快、产量高。
2.若转基因植物的抗病基因能够扩散到近缘的某杂草
中,可能造成的危害是什么?(科学思维)
提示:可能改变该杂草的性状,提高该杂草在环境中的
生存能力、竞争能力,打破原有的生态平衡,造成生态
危机。
【素养案例】
我国科学家成功地将人的抗病毒干扰素基因转移到烟
草DNA分子上,从而使烟草获得了抗病毒的能力。下列
有关说法正确的是 ( )
A.种植该烟草时不需要使用农药
B.该烟草不会受害虫的侵害
C.人的抗病毒干扰素基因可以直接转入烟草细胞内
D.种植该烟草,可以减少农药使用量
【解题导引】
(1)关键信息:题目中具有绝对化意味的词汇,如“不需
要”“不会”“直接”。
(2)区分“病”与“虫”:“病”主要是指微生物病原
体,“虫”主要是指农业害虫。
【解析】选D。抗病毒烟草能抵抗病毒的侵害,但不能
抵抗细菌、真菌或一些害虫的侵害,还需要使用一定量
的农药,但农药的使用量减少;目的基因应和运载体结
合后,再转入受体细胞。
【素养·探究】——情境迁移
科学家将目的基因导入哺乳动物的受精卵中,转基因动
物发育成熟后,可以在其乳汁中提取相关的药用蛋白。
(1)转基因动物哪些细胞中含有目的基因?为什么?(生
命观念)
提示:转基因动物的所有正常体细胞中都含有目的基因。
因为目的基因是转入受精卵中的,受精卵通过有丝分裂
发育为个体,子代细胞与亲代细胞的DNA是相同的。
(2)该动物只有乳汁中能提取出相关的药用蛋白,这说
明了什么?(生命观念)
提示:基因的选择性表达。
【素养·迁移】
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
【解析】选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。
【课堂回眸】
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