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第6章從雜交育種到基因工程,一、基因工程的原理1．基因工程的概念理解,2．基因工程的操作工具(1)“剪刀”與“針線”,3．基因工程的操作步驟提取目的基因→→將目的基因導入→目的基因的。二、基因工程的應用及安全性1．基因工程的應用,目的基因與運載體,受體細胞,檢測與鑒定,(3)環(huán)境保護：利用降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。2．轉基因產物的安全性的兩種觀點(1)轉基因生物與轉基因食品不安全，要。(2)轉基因生物與轉基因食品是安全的，應該。,轉基因細菌,嚴格控制,大范圍推廣,一、基因工程的原理1．閱讀教材P102～103內容，仔細觀察分析圖6－6，探究下列問題。(1)基因工程中工具酶的作用①DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，試分析這兩種酶的作用部位相同嗎？提示：不相同。DNA解旋酶作用于堿基之間的氫鍵，而限制酶作用于磷酸與脫氧核糖之間的化學鍵，即磷酸二酯鍵。②切割運載體和目的基因用同一種限制酶的原因。提示：因為只有用同一種限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因與運載體結合。③限制酶和DNA連接酶作用的位點相同嗎？提示：相同，均作用于磷酸二酯鍵。,④若用DNA連接酶將目的基因與運載體兩兩結合時，可能有哪些產物？提示：產物可能有三種：目的基因與目的基因結合、運載體與運載體結合、目的基因與運載體結合。(2)運載體的特點及其作用①運載體與物質跨膜運輸中的載體化學本質相同嗎？提示：不相同。運載體是小的DNA分子，載體是蛋白質。②基因工程中的運載體具有怎樣的特點？提示：a.能夠在宿主細胞中穩(wěn)定保存并大量復制，以保證外源基因在宿主細胞內長期穩(wěn)定存在并復制；b．具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接；c．具有某些標記基因，便于檢測運載體是否進入受體細胞。,2．判斷正誤(1)基因工程能夠實現不同物種之間基因的重新組合。()(2)基因工程的運載體本質都是DNA分子。()(3)所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列。(),二、基因工程的應用及其安全性1．轉基因技術已經實現了將人的胰島素基因轉入細菌體內，利用細菌生產人的胰島素，分析討論下列問題：(1)試從基本單位、空間結構和堿基配對方式三個方面分析運載體與目的基因結合成功的基礎。提示：①基本單位相同：不同生物的DNA分子都是由脫氧核苷酸構成的。②空間結構相同：不同生物的DNA分子都是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結構。③堿基配對方式相同：不同生物的DNA分子中兩條鏈之間的堿基配對方式都是A與T配對，G與C配對。,√,√,,(2)目的基因能夠在受體細胞中表達的基礎是什么？提示：所有生物共用一套遺傳密碼。2．與雜交育種、誘變育種相比，基因工程育種的原理是什么？主要優(yōu)點有哪點？提示：其原理與雜交育種相同，是基因重組。與雜交育種相比，基因工程育種的育種周期短并產生了新性狀；與誘變育種相比，基因工程育種能定向改造生物的遺傳性狀。,1．限制酶與DNA解旋酶的比較(1)相同點：作用機理都是破壞化學鍵。(2)不同點①作用部位：限制酶作用于磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于氫鍵。②作用范圍：限制酶作用于特定的核苷酸序列和特定的切點，DNA解旋酶作用于所有的DNA分子。2．基因工程操作中的兩個注意點(1)切割目的基因和運載體時，一般用同一種限制酶，使目的基因和運載體產生相同的黏性末端，達到目的基因與運載體結合的目的。,3．基因工程育種的優(yōu)點(1)目的性強，能定向改造生物性狀。(2)育種周期短。(3)能克服遠緣雜交不親和的障礙。4．有性生殖和基因工程中基因重組的區(qū)別,(2)目的基因導入受體細胞并非標志著基因工程的成功，只有目的基因在受體細胞中表達才說明基因工程的成功。,[例1]某科學家從細菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程的方法，將基因a與運載體結合后導入馬鈴薯植株中，經檢測發(fā)現Amy在成熟塊莖細胞中存在。結合圖形分析下列有關這一過程的敘述，不正確的是(),A．獲取基因a的限制酶其作用部位是圖中的①B．連接基因a與運載體的DNA連接酶其作用部位是圖中的②C．基因a進入馬鈴薯細胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞D．通過該技術人類實現了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀,,,,[解析]限制酶和DNA連接酶均作用于磷酸二酯鍵，即①處，二者作用相反，分別是打開和連接該化學鍵；目的基因進入受體細胞后，會隨著馬鈴薯DNA分子的復制而復制，傳給子代細胞，使之產生定向變異，從而改變其遺傳性狀。[答案]B,,[例2]酵母菌的維生素、蛋白質含量高，可用于生產食品和藥品等?？茖W家將大麥細胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如圖所示：,(1)該技術定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于______________。(2)本操作中為了將LTP1基因導入酵母菌細胞內，所用的運載體是______________。(3)要使運載體與LTP1基因連接，首先應使用______進行切割。(4)切割完成后，利用________將運載體與LTP1基因連接。(5)飲用轉基因的酵母菌釀造的啤酒安全嗎？,[研析]本題以過程圖為信息載體，考查基因工程的應用及安全性問題。具體解題過程如下：,,,[審]——提取信息,,圖中a表示目的基因的獲取，b是來自大腸桿菌的質粒，c是重組質粒；目的基因插入抗四環(huán)素基因內部。,,[聯(lián)]——聯(lián)系基礎,①：基因工程可使原本不屬于同一物種的基因組合在一起，從而使轉基因生物產生特定的性狀，其原理屬于基因重組。②：重組質粒形成前，需用限制酶切割目的基因和質粒，得到相同的黏性末端，再用DNA連接酶連接。,,,[答]——規(guī)范解答,設問(5)答案是開放的，只要為自己的觀點答出合理的理由即可。,[答案](1)基因重組(2)質粒(3)限制酶(限制性核酸內切酶)(4)DNA連接酶(5)反對觀點：不安全，轉基因食品可能會損傷人體的消化系統(tǒng)，破壞人體免疫系統(tǒng)。贊成觀點：安全，轉基因食品與非轉基因食品成分相同，毒性分析不對人體健康產生影響。(目前還未找到不安全的證據，回答上述兩種觀點之一即可),————————[課堂歸納]————————,[網絡構建],填充：①提取目的基因②目的基因與運載體結合③將目的基因導入受體細胞④目的基因的檢測與鑒定⑤限制酶⑥DNA連接酶⑦運載體⑧基因重組,[關鍵語句],1．基因工程的原理是基因重組。2．基因工程的操作工具有限制酶、DNA連接酶和運載體。3．限制酶具有特異性，能識別特定的核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。4．DNA連接酶的作用是將目的基因和運載體連接成重組DNA分子。5．常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等。6．基因工程的四個步驟是：提取目的基因、目的基因與運載體結合、將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。,答案：C,知識點一、基因工程操作的工具1．下列有關基因工程中限制酶的描述，錯誤的是()A．一種限制酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列B．限制酶的活性受溫度影響C．限制酶能識別和切割RNAD．限制酶可從原核生物中提取解析：限制酶只能識別和切割DNA，不能識別和切割RNA。,2．質粒是基因工程中最常用的運載體，下列有關質粒的說法正確的是()A．質粒不僅存在于細菌中，某些病毒也具有B．細菌的基因只存在于質粒上C．質粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于核(區(qū))外的細胞質基質中D．質粒是基因工程中的重要工具酶之一解析：質粒存在于許多細菌以及酵母菌等生物中，是擬核或細胞核外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子，在病毒、動植物細胞中是不存在的；細菌的基因除少部分在質粒上外，大部分在擬核中的DNA分子上。,答案：C,3．下列黏性末端由同一種限制酶切割而成的是(),A．①②B．①③C．①④D．②③解析：同一種限制酶切割出的黏性末端應是互補的，而且兩者的序列相同，①③是互補的，切點都是在G與A之間，識別序列為GAATTC。,答案：B,4．據圖所示，有關工具酶功能的敘述不正確的是()A．限制酶可以切斷a處B．DNA連接酶可以連接a處C．解旋酶可以使b處解開D．DNA連接酶可以連接b處解析：限制酶和DNA連接酶作用的部位是磷酸二酯鍵即a處，解旋酶作用的部位是氫鍵即b處。答案：A,5．基因工程是在DNA分子水平上進行設計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的是()A．人工合成目的基因B．目的基因與運載體結合C．將目的基因導入受體細胞D．目的基因的檢測和表達解析：合成目的基因及其與運載體的結合都進行堿基互補配對，目的基因的檢測實質上是標記基因的表達，也進行堿基互補配對，與目的基因的表達原理相同。,答案：C,知識點二、基因工程操作的基本步驟及應用6．通過DNA重組技術使原有基因得以改造的動物稱為轉基因動物。運用這一技術可使羊奶中含有人體蛋白質，如圖表示這一技術的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是—G↓GATCC—，請回答：,(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質基因的酶是________，人體蛋白質基因“插入”后連接在羊體細胞染色體中需要的酶是____________。(2)人體蛋白質基因之所以能連接到羊的染色體DNA中，原因是______________________________________________，,人體蛋白質基因導入羊細胞時常用的工具是__________________________。(3)此過程中目的基因的檢測與表達中的表達是指_____________________________。(4)你認為此類羊產的奶安全可靠嗎？理由是什么？_____________________________________________________。,解析：(1)剪取目的基因的酶是限制酶，將不同的DNA片段連接起來的酶是DNA連接酶。(2)不同生物的DNA化學組成和空間結構相同，即具有相同的物質基礎和結構基礎。目的基因導入受體細胞需先與運載體結合，最常用的運載體是質粒，也可以用動物病毒的DNA。(3)基因的表達是指基因通過控制蛋白質的合成來控制生物的性狀，即通過轉錄和翻譯過程合成相應的蛋白質。(4)為開放性問題，理由與觀點相對應即可。,答案：(1)限制酶DNA連接酶(2)具有相同的物質基礎和結構基礎(有互補的堿基序列)細菌質?；虿《?3)人體蛋白質基因在羊體細胞內控制合成人體蛋白質(4)安全，因為目的基因導入受體細胞后沒有改變，控制合成的人奶蛋白質成分沒有改變(或不安全，因為目的基因導入受體細胞后，可能由于羊細胞中某些成分的影響，合成的蛋白質成分發(fā)生一定的改變),