62《基因工程及其应用》教学案.docx

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62《基因工程及其应用》教学案

6.2《基因工程及其应用》教学案

　　一、基因工程的原理阅读教材P102～103

　　．基因工程的概念

　　．基因工程的操作工具

　　．基因工程操作的基本步骤

　　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。

　　二、基因工程的应用及安全性阅读教材P104～106

　　．基因工程的应用

　　应用内容

　　作物

　　育种目的培育出具有各种抗逆性的作物新品种

　　实例抗棉铃虫的转基因抗虫棉

　　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

　　研制目的高效生产高质量、低成本的药品

　　实例生产人的胰岛素

　　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

　　保护实例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

　　转基因生物和转基因食品的安全性

　　观点一：

转基因生物与转基因食品不安全，要严格控制。

　　观点二：

转基因生物与转基因食品是安全的，应该大范围推广。

　　重点聚焦

　　什么是基因工程？

2.基因工程的原理是什么？

3.基因工程有哪些应用？

4.转基因食品安全吗？

　　[共研探究]

　　．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，请据图分析：

　　图中表示的酶依次是：

①限制酶，②DNA连接酶，③解旋酶，④DNA聚合酶。

　　DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，这两种酶的作用部位不同。

DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键。

　　．如图表示一段DNA序列，请思考：

　　限制酶和DNA连接酶作用的位点相同，均作用于磷酸二酯键。

　　若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，产物可能有三种：

目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。

　　．如图为运载体示意图：

　　常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。

　　运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质不相同。

运载体是小的DNA分子，载体是蛋白质。

　　基因工程中运载体的特点

　　①能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以保证外源基因在宿主细胞内长期稳定存在并复制。

　　②具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。

　　③具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。

　　．转基因抗虫棉有性繁殖产生的后代不一定都具有抗虫特性，因为性状分离或变异，抗虫棉的子代可能会失去抗虫特性。

　　[总结升华]

　　．基因工程操作工具

　　限制性核酸内切酶

　　①特性：

一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的位点上切割DNA分子。

　　②切割结果：

产生两个带有黏性末端或平末端的DNA片段。

　　③作用：

基因工程中重要的切割工具；能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。

　　DNA连接酶

　　①作用对象：

两个具有相同黏性末端或平末端的DNA片段。

　　②位置：

脱氧核糖与磷酸之间的缺口。

　　③结果：

形成重组DNA。

　　常用的运载体——质粒

　　①本质：

小型环状DNA分子。

　　②作用：

a.作为运载工具，将目的基因运送到受体细胞中去；b.用它在受体细胞内对目的基因进行大量复制。

　　③作为运载体具备的条件：

a.能在受体细胞内稳定保存并大量复制；b.有多个限制酶切点；c.有标记基因。

　　．基因工程的操作步骤

　　操作步骤示意图

　　．基因工程的注意事项

　　限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，只是前者将其切开，后者将其连接。

　　获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的末端。

　　将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。

　　【易错易混】　限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的区别

　　不同点相同点

　　作用作用特点作用目标：

　　磷酸二酯键

　　限制酶切割具有特异性

　　DNA连接酶连接无特异性，将DNA片段连接成DNA分子

　　DNA聚合酶将单个的脱氧核苷酸连接成DNA片段

　　[对点演练]

　　判断正误

　　基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。

　　基因工程的操作工具酶有限制酶、DNA连接酶及运载体。

　　所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。

　　解析：

运载体的本质是DNA不是酶。

不同的限制酶识别不同的核苷酸序列。

　　答案：

√　×　×

　　．下列关于限制酶和DNA连接酶的说法，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

　　解析：

选A　限制酶与DNA连接酶的化学本质都是蛋白质；DNA连接酶连接两个DNA片段间的磷酸和脱氧核糖；酶在化学反应前后其数量、性质、功能均不发生改变，因此可以反复利用；DNA聚合酶在细胞内DNA分子复制时将单个的脱氧核苷酸连接成DNA片段，不能代替DNA连接酶。

　　[共研探究]

　　．转基因技术已经实现了将人的胰岛素基因转入细菌内，利用细菌生产人的胰岛素。

　　运载体与目的基因结合成功的基础

　　①基本单位相同：

不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。

　　②空间结构相同：

不同生物的DNA分子都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。

　　③碱基配对方式相同：

不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式都是A与T配对，G与c配对。

　　基因工程中，目的基因在不同物种中均能成功表达，因为不同的生物体共用一套遗传密码。

　　．基因工程育种的原理为基因重组，优势在于突破了物种间的界限，实现真正意义上的远缘杂交；特点是能定向改造生物的遗传性状。

　　[总结升华]

　　．五种常见育种方式的比较

　　原理常用方式优点缺点举例

　　杂交

　　育种基因

　　重组①使不同个体的优良性状集中在同一个个体上

　　②操作简便①育种时间长

　　②局限于亲缘关系较近的个体矮秆抗病小麦

　　诱变

　　育种基因

　　突变辐射、激光、空间诱变等提高变异频率，加速育种进程，大幅度改良性状有很大的盲目性，有利变异少，需大量处理实验材料青霉素高产菌株

　　单倍

　　体育

　　种染色

　　体变

　　异花药离体培养，秋水仙素处理①明显缩短育种年限

　　②子代均为纯合子技术复杂，需与杂交育种配合单倍体育种获得矮秆抗病小麦

　　多倍

　　体育

　　种染色

　　体变

　　异用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗器官大，提高营养物质含量只适用于植物，发育延迟，结实率低三倍体无子西瓜

　　基因

　　工程

　　育种基因

　　重组将一种生物的特定基因转移到另一种生物细胞中打破物种界限，定向改造生物的遗传性状技术复杂，生态安全问题较多转基因抗虫棉的培育

　　．杂交育种和基因工程中“基因重组”的区别

　　杂交育种：

基因重组――→自然发生　同一物种的不同基因重新组合。

　　基因工程：

基因重组――→人为发生　不同物种之间的不同基因的重组。

　　【规律总结】　育种方案的选择

　　育种目标育种方案

　　集中双亲优良性状单倍体育种

　　杂交育种

　　对原品系实施“定向”改造基因工程育种

　　让原品系产生新性状诱变育种

　　对原品系营养器官“增大”或“加强”多倍体育种

　　[对点演练]

　　．抗虫棉在我国棉产区种植的面积占总面积的一半，抗虫棉的种植，不仅有经济效益，还有生态效益，以下叙述正确的是

　　A．抗虫棉的培育利用的是DNA重组技术，切取、导入棉花细胞的抗虫基因是细菌的部分DNA分子

　　B．抗虫棉也能抗病

　　c．基因工程利用了基因突变的原理

　　D．培育抗虫棉所用的基因重组技术，不属于基因重组

　　解析：

选A　抗虫棉的培育利用了基因工程，基因工程也叫DNA重组技术，切取的是苏云金杆菌DNA分子中的抗虫基因。

1．下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是

　　①TcGAGcTTAA

　　②cAGTTccA

　　③AATTcG

　　④AGcTTcAG

　　A．①②

　　B．①③

　　c．①④D．②③

　　解析：

选B　同一种限制酶切割出的黏性末端应是互补的，而且两者的序列相同，①③是互补的，切点都是在G与A之间，识别序列为GAATTc。

　　．质粒是基因工程中最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是

　　A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有

　　B．细菌的基因只存在于质粒上

　　c．质粒为小型环状DNA分子，存在于核外的细胞质基质中

　　D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一

　　解析：

选c　质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的；细菌的基因只有少部分在质粒上，大部分在拟核中的DNA分子上。

　　．下列关于基因工程的叙述，错误的是

　　A．基因工程的生物学原理是基因重组

　　B．通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传性状

　　c．整个过程都需要酶的催化

　　D．基因工程属于分子水平的操作

　　解析：

选c　目的基因的导入及目的基因的检测与鉴定等步骤可以不需要酶的催化。

　　．中国新闻网报道，阿根廷科学家近日培育出了世界上头携带有两个人类基因的牛，因此有望生产出和人类母乳极其类似的奶制品。

下列叙述正确的是

　　①该技术将导致定向变异

　　②DNA连接酶将目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起

　　③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料

　　④受精卵是理想的受体细胞

　　A．①②③④B．③④

　　c．②③④D．①③④

　　解析：

选D　转基因技术导致的变异属于定向变异。

DNA连接酶连接的是目的基因和运载体黏性末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键，而不是碱基对之间的氢键。

由蛋白质中的氨基酸序列可逆推出相应RNA可能的碱基序列，进而为人工合成目的基因提供资料。

动物的受精卵具有全能性，是理想的受体细胞。

　　．酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。

科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。

基本的操作过程如图所示：

　　该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的中属于________。

　　本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是________。

　　要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用________进行切割。

　　切割完成后，利用________将运载体与LTP1基因连接。

　　解析：

图中a表示目的基因的获取，b是来自大肠杆菌的质粒，c是重组质粒，目的基因插入抗四环素基因内部。

基因工程可使原本不属于同一物种的基因组合在一起，从而使转基因生物产生特定的性状，其原理属于基因重组。

从图示可以看出本实验中的运载体是质粒。

重组质粒形成前，需用同种限制酶切割目的基因和质粒，得到相同的黏性末端。

切割完成后，再用DNA连接酶连接。

　　答案：

基因重组　质粒　同种限制酶　DNA连接酶

　　【基础题组】

　　．下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是

　　A．一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列

　　B．限制酶的活性受温度影响

　　c．限制酶能识别和切割RNA

　　D．限制酶可从原核生物中提取

　　解析：

选c　限制酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。

　　．下列关于DNA连接酶的叙述，正确的是

　　①催化具有互补配对的黏性末端的DNA片段之间的连接

　　②催化具有不同黏性末端的DNA片段之间的连接

　　③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成

　　④催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间的磷酸二酯键的形成

　　A．①③

　　B．②④

　　c．②③