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第2節(jié) 基因工程及其應用,教師參考,,新課導入 導入1:圖片展示“發(fā)光的水母”和“不發(fā)光的熱帶魚”。同學們能否讓熱帶魚也發(fā)光呢?用什么技術(shù)? 提示:能,轉(zhuǎn)基因技術(shù)。引出課題。 導入2:同學們,各種生物間的性狀千差萬別,這是為什么呢? 提示:生物體的不同性狀是通過基因特異性表達而形成的。例如:蠶吐出絲;豆科植物的根瘤菌能夠固定空氣中的氮氣;青霉菌能產(chǎn)生對人類有用的抗生素——青霉素。 能否讓禾本科植物能夠固定空氣中的氮氣;讓細菌“吐出”蠶絲;讓微生物生產(chǎn)出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物?你知道用什么新技術(shù)能實現(xiàn)?引出基因工程。,自主學習,要點探究,自主學習,學習目標:,1.簡述基因工程的基本原理。 2.舉例說出基因工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應用。 3.關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。,知識梳理,一、基因工程的原理 1.含義,2.基因工程的基本工具 (1)剪刀: (簡稱 ),識別特定的 序列,并在特定的切點上切割DNA分子。 (2)針線:DNA連接酶,連接 和 之間的缺口。,,,,,限制性核酸內(nèi)切酶,限制酶,核苷酸,脫氧核糖,磷酸,受體細胞,,,,,目的基因,受體細胞,檢測與鑒定,?判斷? (1)基因工程的操作過程可以產(chǎn)生新的基因,因而該過程中產(chǎn)生了基因突變。( ) (2)基因工程是將目的基因?qū)胧荏w細胞中并獲得相應性狀或基因產(chǎn)物,操作對象為基因,屬于分子水平。( ) (3)一種限制酶可以識別多種核苷酸序列。( ) (4)質(zhì)粒是最為常用的運載體,它只能從原核生物中獲取。( ),,√,,,二、基因工程的應用及安全性 1.基因工程的應用,抗逆性,抗棉鈴蟲,農(nóng)藥的用量,重組,表達,轉(zhuǎn)基因細菌,2.基因工程的安全性,?思考? 利用大腸桿菌生產(chǎn)出的胰島素沒有生物活性,還需進一步加工,這與大腸桿菌中的哪些結(jié)構(gòu)特點有關(guān)? 提示:大腸桿菌中無內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等加工分泌蛋白質(zhì)的細胞器,所以形成的胰島素還不成熟,需進一步加工。,問題引領(lǐng): 1.分別說出限制酶與DNA連接酶的作用部位、結(jié)果及特點? 2.作為運載體應具備哪些條件?,要點探究,基因工程工具分析,要點一,教師參考,,1.限制酶與DNA連接酶 (1)基因的“剪刀”——限制酶 ①作用特點:專一性和特異性 ②作用結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端 ③作用部位:脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵 (2)基因的“針線”——DNA連接酶 ①作用結(jié)果:將不同DNA分子片段的末端連接起來 ②作用部位:脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵 ③限制酶與DNA連接酶的關(guān)系,2.運載體應具備的條件 (1)能在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復制——保證目的基因能在細胞分裂過程中復制并傳遞給子代細胞。 (2)有多個限制酶切點——運載體能夠接入多種目的基因。 (3)有標記基因——檢測目的基因是否導入受體細胞。,,解析:①處為氫鍵,解旋酶可斷開氫鍵,使DNA分子解旋;②處為磷酸和脫氧核糖形成的化學鍵,限制酶可斷開此化學鍵,常用于基因工程中切割運載體和目的基因;③處為斷開的DNA片段,可將此連接起來的酶是DNA連接酶。,【典例1】 如圖為DNA分子的某一片段,其中①②③分別表示某種酶的作用部位,則相應的酶依次是( ) A.DNA連接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、DNA連接酶 C.解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D.限制酶、DNA連接酶、解旋酶,答案:C,方法透析 據(jù)作用部位及結(jié)果判定與DNA有關(guān)的酶,(1)斷開氫鍵的酶——解旋酶。,(3),備選例題,,圖中Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、EcoR Ⅰ、Apa Ⅰ為四種限制酶,為了獲得含有抗原基因的重組質(zhì)粒,對質(zhì)粒和含抗原基因的DNA進行切割時,需要用的限制酶是( ) A.SmaⅠ B.Pst Ⅰ、Sma Ⅰ C.Sma Ⅰ、EcoR Ⅰ D.Pst Ⅰ、EcoR Ⅰ,D,,解析:切割的原則是將目的基因從DNA中切下,將質(zhì)粒切開,并且不能破壞標記基因,因此應該選擇酶Pst Ⅰ、EcoR Ⅰ。,,【題組演練】 1.下列有關(guān)基因工程中限制性核酸內(nèi)切酶的描述,錯誤的是( ) A.一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列 B.限制性核酸內(nèi)切酶的活性受溫度影響 C.限制性核酸內(nèi)切酶能識別和切割RNA D.限制性核酸內(nèi)切酶可從原核生物中提取,解析:限制性核酸內(nèi)切酶主要存在于原核生物中。一種限制性核酸內(nèi)切酶只能識別一種特定的核苷酸序列,并能在特定的切點上切割DNA分子,其作用對象不是RNA分子,而是DNA分子。,C,2.以下說法正確的是( ) A.所有的限制酶只能識別同一種特定的核苷酸序列 B.質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體 C.運載體必須具備限制酶切點,以便與外源基因連接 D.DNA連接酶與DNA聚合酶作用相同,,解析:一種限制酶只識別一種特定的核苷酸序列,A錯誤;質(zhì)粒是基因工程中常用的運載體,動、植物病毒也可作為運載體,B錯誤;運載體上有多個限制酶切點能接入多種目的基因,C正確;DNA連接酶是連接DNA片段的酶,而DNA聚合酶是將單個脫氧核苷酸連接到DNA上。,C,3.下圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化,圖中依次表示限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是( ) A.①②③④ B.①②④③ C.①④②③ D.①④③②,,解析:限制性核酸內(nèi)切酶用于切割DNA片段;而與之作用相反的是DNA連接酶,用于連接DNA片段;DNA聚合酶用于DNA的復制過程,它需要模板;解旋酶會使DNA雙鏈解旋而分開,它作用于堿基對之間的氫鍵。,C,問題引領(lǐng): 1.怎樣運用基因工程工具完成基因工程的操作? 2.怎樣檢測與鑒定基因工程操作是否成功?,基因工程的操作步驟,要點二,教師參考,,1.操作圖示,2.步驟解讀 (1)提取目的基因 如圖中a過程,獲取目的基因的方法為直接分離的方法。 (2)目的基因與運載體結(jié)合 ①圖中b表示的是目的基因與運載體的結(jié)合。 ②工具: 限制酶:圖中EcoRⅠ這種限制酶所識別的序列是GAATTC,切點位于G與A之間;從圖中能夠看出提取目的基因B和切開質(zhì)粒A所用的是同一種限制酶。 DNA連接酶:此酶用于質(zhì)粒A與目的基因B的結(jié)合過程,形成重組DNA分子C。 (3)將目的基因?qū)胧荏w細胞 圖中c過程表示將目的基因?qū)胧荏w細胞中,此過程不存在堿基互補配對;有可能將目的基因?qū)胧荏w細胞的染色體DNA上,目的基因?qū)⒃谒拗骷毎袕椭坪捅磉_。 (4)目的基因的檢測與鑒定 ①檢測:根據(jù)標記基因或分子雜交技術(shù)檢測目的基因是否導入受體細胞。 ②鑒定:受體細胞是否表現(xiàn)出特定性狀,如棉花抗蟲性狀的表現(xiàn)。,,解析:上述過程應用了基因工程技術(shù),能定向改造生物的遺傳性狀;在操作時要應用限制酶來獲得目的基因,并用DNA連接酶使之與運載體結(jié)合;該過程的目的基因為表面抗原蛋白基因和編碼核心蛋白的基因;細菌沒有染色體,所以目的基因不會整合到染色體上,故D項錯誤。,答案:D,備選例題,,菌種可產(chǎn)生LTP1蛋白,并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如圖: (1)該技術(shù)定向改變了酵母菌的性狀,這種變異屬于 。 (2)本操作中為了將LTP1基因?qū)肫【平湍妇毎麅?nèi),所用的運載體是 。 (3)要使運載體與LTP1基因連接,首先應使用 對兩者進行切割。切割完成后,采用 酶將運載體與LTP1基因連接。 (4)有C進入的啤酒酵母菌分別在含有青霉素、四環(huán)素的兩種選擇培養(yǎng)基上的生長情況是 。 (5)除了看啤酒泡沫的豐富程度外,還可以怎樣檢測LTP1基因在啤酒酵母菌中的表達? 。,,解析:基因工程可定向改變生物的性狀,從變異角度分析應屬于基因重組;從圖中可看出,目的基因插入到了質(zhì)粒的抗四環(huán)素基因中,從而破壞了抗四環(huán)素基因結(jié)構(gòu)的完整性,但抗青霉素基因仍完整,因此含有重組質(zhì)粒的啤酒酵母菌在含青霉素的培養(yǎng)基上能存活,而在含四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活。,答案: (1)基因重組 (2)(大腸桿菌的)質(zhì)粒 (3)同一種限制酶 DNA連接 (4)在含有青霉素的培養(yǎng)基上能存活,但在含有四環(huán)素的培養(yǎng)基上不能存活 (5)檢驗轉(zhuǎn)基因啤酒酵母菌能否產(chǎn)生LTP1蛋白,,,A,解析:基因工程中,限制酶可用于切割含目的基因的DNA和運載體,而且切割運載體和提取目的基因一般用同一種限制酶,這樣產(chǎn)生互補的黏性末端,進而在DNA連接酶的作用下,實現(xiàn)重組;重組載體是否進入受體細胞,目的基因是否在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定存在并表達都需進行檢測。,【題組演練】 1.基因工程是在DNA分子水平上的操作,下列有關(guān)基因工程的敘述,錯誤的是( ) A.限制酶只用于提取目的基因 B.載體與目的基因一般用同一種限制酶處理 C.基因工程所用的工具酶是限制酶、DNA連接酶 D.帶有目的基因的載體是否進入受體細胞需檢測,,,解析: (1)基因工程的四個步驟中,第二、四步分別是目的基因與運載體結(jié)合、目的基因的檢測與鑒定。(2)切割目的基因和運載體使用同一種限制酶,切出的黏性末端能夠完成堿基互補配對,并且能夠連接在一起。(3)目的基因和運載體結(jié)合時,用DNA連接酶催化該過程,形成的分子稱為重組DNA分子。(4)由于目的基因是導入植物中,所以不可能發(fā)生與人直接相關(guān)的倫理道德問題。(5)同一種基因在不同生物體內(nèi)合成了相同的蛋白質(zhì),說明這些生物的密碼子與氨基酸的對應關(guān)系是相同的即共用一套遺傳密碼。 答案:(1)目的基因與運載體結(jié)合 目的基因的檢測與鑒定 (2)限制酶 A (3)DNA連接酶 重組DNA分子 (4)ABC (5)一套遺傳密碼,