高中生物必修2课件：6-2 基因工程及其应用

典 例 导 析
目前人类利用基因工程的方法成功培育出转基 因抗虫棉，以下说法正确的是( )
A．苏云金芽孢杆菌的毒蛋白基因与质粒结合后直接进 入棉花的叶肉细胞表达 B．抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可通过传粉、受精 的方法，使抗虫性状遗传下去
C．标记基因的作用是鉴别受体细胞中是否含有目的基 因 D．转基因抗虫棉经过种植，棉铃虫不会产生抗性，这 样可以有效消灭棉铃虫
[答案]
C
不属于目的基因与运载体结合过程的是( A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端
)
B．用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端 C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处 D．将重组DNA引入受体细胞中进行扩增
[答案]
D
[解析] 将重组DNA引入受体细胞中进行扩增属于基因 工程的第三个步骤：将目的基因导入受体细胞。
2．(1)限制性内切酶 (2)DNA连接酶 (3)①受体细胞 制 环状DNA分子 3．(1)提取目的基因 检测与鉴定
核苷酸序列 磷酸
脱氧核糖
噬菌体和动植物病毒
②细菌
自主复
运载体
受体细胞
目的基因的
二、 1．(1)抗逆性 (2)抗棉铃虫
2．(2)DNA分子重组 表达 3．分解有毒有害的化合物 三、 1．严格控制 2.大范围推广 转基因
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。
课前预习导学
自 主 预 习
一、基因工程的原理 1．含义 (1)操作对象：________。 (2)目的：可以按照人类的意愿________改变生物，培育 出新品种________。
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100～200kb，kb为千碱基对)，有的细菌中有一 个，有的细菌中有多个。质粒通过细菌间的接合由一个细菌 向另一个细菌转移，可以独立复制，也可整合到细菌DNA
学习目标定位
学习目标：1.简述基因工程的基本原理。 2．举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
重点与难点：(1)基因工程的原理；(2)基因工程的应用。 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。
2. ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGAT GACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGA TAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTA CTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT
3．常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病 毒等。 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。
要 点 归 纳
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)
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。
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， 如提取目的基因与切割运载体为何要用同一种限制性内切酶、 在基因工程操作的步骤中何时要遵循“碱基互补配对原则”、 如何检测在受体细胞中是否获得了目的基因等。
[解析] 目的基因导入植物细胞的方法包括农杆菌转化 法、基因枪法和花粉管通道法，质粒不能直接进入植物细胞 内起基因表达载体的作用，A项错误。抗虫基因导入棉花叶 肉细胞中，并插入到植物细胞的染色体DNA上，才能使目的 基因遗传特性得以稳定维持和表达，B项错误。棉铃虫抗性 的产生与否是不定向的，与作物无关，D项错误。
3．基因操作的基本步骤 直接分离基因：鸟枪法 提取目 反转录法 的基因人工合 成基因 据已知的氨基酸序列合成DNA 目的基因与运载体结合：用同一种限制性内切酶切割 质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组 DNA分子 将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒 侵染细胞的方法 检测：根据受体细胞是否具有某些标 目的基因的 记基因判断目的基因是否导入 检测和表达 表达：受体细胞表现出特定的性状
互 动 探 究
1.转基因抗虫棉对人体有毒害作用吗？ 提示：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。
课堂合作探究
知识点 1 基因工程的原理
要 点 归 纳
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。
典 例 导 析
下列关于基因工程安全性的说法中不正确的是 ( ) A．转基因作物的基因可通过花粉扩散到它的近亲作物 上，可能出现对农业不利的“超级植物” B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生 态系统的稳定性
C．转基因必须在人为控制下才能完成，自然条件下基 因污染是不增殖和不扩散的 D．转基因食品转入的蛋白质是新蛋白时，这些异种蛋 白有可能引起人食物过敏
三、转基因生物和转基因食品的安全性 有两种观点 1．转基因生物和转基因食品不安全，要________。 2．转基因生物和转基因食品是安全的，应该 ______________。 我国的态度：十分重视______________生物及其产品的 安全性。
答案：一、 1．(1)目的基因 (2)定向 生物 特定的切点
教材问题释疑
(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 与表达。
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。 4．DNA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。
二、基因工程的应用 1．基因工程与作物育种 (1)目的：获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培 育出具有各种________的作物新品种。 (2)实例：________的转基因抗虫棉。
2．基因工程与药物研制 (1)实例：用基因工程方法生产胰岛素。 (2)过程：胰岛素基因与大肠杆菌的____________，并且 在大肠杆菌内获得成功的________。 3．基因工程与环境保护 实例：利用转基因细菌______________，吸收环境中的 重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。
[答案] C
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。
知识点 3 转基因生物和转基因食品的安全性
中，随着DNA的复制而复制。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。
典 例 导 析
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
[解析]基因工程引起的基因污染，是可增殖和扩散的。
[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 ( )
2．三种工具及作用 (1)基因的“剪刀”：__________，作用特点：一种限制 酶只能识别一种特定的________，并在________上切割DNA 分子。 (2)基因的“针线”：________，作用：连接 ____________和________之间的缺口。
(3)基因的运载体 ①作用：将外源基因送入________。 ②种类：质粒、____________等。 ③质粒：存在于许多________以及酵母菌等生物中，是 拟核或细胞核外能够________的________。 3．基因工程的步骤 (1)__________；(2)目的基因与__________结合；(3)将目 的基因导入__________；(4)__________。
知识点 2 基因工程的应用
要 点 归 纳
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。
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。
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
[解析] 限制性内切酶，每种 — 剪刀 → 限制酶识别特定序列 — 针线 → DNA连接酶，连接 质粒和目的基因 基因 → 工程 质粒，存在于细菌、酵 — 运载体 → 母菌等生物的细胞中 细胞繁殖快，适于 — 受体细胞 → 作为受体细胞
2．基因操作的工具 基因操作的工具
存在：主要在微生物中 作用与特性：一种限制酶只能识别一种 基因的剪刀 特定的核苷酸序列，并在特定的切点切 限制酶 割DNA分子 种类：200多种 基因的针线： DNA连接酶 把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来 具备的条件：能够在宿主细胞中复制 并稳定保存；具有多个限制酶切点， 基因的运输工具便于与外源基因连接；具有某些标记 运载体 基因，便于进行筛选 常使用的：质粒、噬菌体、动植物病毒等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。