基因工程及其應(yīng)用經(jīng)典學(xué)案

1、基因工程及其應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)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(yīng)用。3. 關(guān)注轉(zhuǎn)進(jìn)因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性。知識重難點(diǎn)梳理1. 重點(diǎn)：（1） 基因工程的基本原理；（2） 基因工程的安全問題。2. 難點(diǎn)：（1）基因工程的基本原理；（2）轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性。 教學(xué)內(nèi)容一、基因工程1. 概念：基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，就是按照人們意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。別 名基因拼接技術(shù)或 DNA重組 技術(shù)操作環(huán)境生物體體外操作對象基因操作水平DNA 分子 水平基

2、本過程剪切、拼接、導(dǎo)入、表達(dá)結(jié) 果 定向 改造生物的遺傳性狀，獲得人類需要的 基因產(chǎn)物 2. 原理：基因重組。3. 優(yōu)點(diǎn)：（1）與雜交育種相比較明顯的優(yōu)點(diǎn)：克服遠(yuǎn)緣雜交不親合的障礙。（2）與誘變育種相比較明顯的優(yōu)點(diǎn)：定向改造生物性狀，目的強(qiáng)性。二、基因工程的工具 1. 基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶（簡稱限制酶）（1）特點(diǎn)：具有專一性和特異性，即識別特定核苷酸序列，切割特定切點(diǎn)。（2）作用部位：磷酸二酯鍵。（3）例子：EcoRI限制酶能專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開。 （黏性末端） （黏性末端）（4）切割結(jié)果：產(chǎn)生2個(gè)帶有黏性末端的DNA片斷。（5）作用：基因工程中重要

3、的切割工具，能將外來的DNA切斷，對自己的DNA無損害。分析拓展：黏性末端即指被限制酶切割后露出的堿基能互補(bǔ)配對。2. 基因的“針線”DNA連接酶（1）作用：將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。（2）連接部位：磷酸二酯鍵。3. 基因的運(yùn)載體（1）定義：能將外源基因送入細(xì)胞的工具就是運(yùn)載體。（2）種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。（3）條件： 能在宿主細(xì)胞穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，以便于外源基因相連；有標(biāo)記基因，便于篩選。分析拓展：DNA聚合酶是把單個(gè)的脫氧核苷酸連接成DNA片斷；DNA連接酶把DNA片連接成DNA分子，兩者都是連接脫氧核糖和磷酸之間的磷酸二

4、酯鍵?；蚬こ滩僮鞴ぞ呙钢挥袃煞N，工具有三種。三、基因工程的操作步驟1. 提取目的基因2. 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3. 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4. 目的基因的檢測和鑒定分析拓展：不同DNA分子能夠拼接在一起的原因：（1）都具有相同的物質(zhì)組成，都具有規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)；（2）都遵循堿基互補(bǔ)配對的原則。操作步驟中只有第三步導(dǎo)入受體細(xì)胞不涉及到堿基互補(bǔ)配對，其余三步都涉及到。四、基因工程的應(yīng)用1. 基因工程與作物育種利用基因工程，獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種；如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、耐貯存番茄、耐鹽堿棉花、抗除草作物、轉(zhuǎn)基因奶牛、超級綿羊等。2. 基因工程與藥物研制利用

5、基因工程，培育轉(zhuǎn)基因生物，利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品；干擾素、白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子、疫苗。3. 基因工程與環(huán)境保護(hù)如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌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。五、關(guān)于轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性的兩種觀點(diǎn)1. 轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品不安全，要嚴(yán)格控制2. 轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是安全的，應(yīng)該大范圍推廣。六、幾種常見育種方法的比較多倍體育種染色體變異秋水仙素處理萌發(fā)的種子、幼苗器官巨大，提高產(chǎn)量和營養(yǎng)成分發(fā)育延遲，結(jié)實(shí)率低三倍體無子西瓜、八倍體小黑麥基因工程育種基因重組轉(zhuǎn)基因（DNA重組）技術(shù)將目的基因引入生物體內(nèi)，培育

6、新品種定向改變生物的性狀；克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙有可能引起生態(tài)危機(jī)產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌、抗蟲棉細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞膜流動性、細(xì)胞全能性讓不同生物細(xì)胞原生質(zhì)融合，同種生物細(xì)胞可融合為多倍體按照人們意愿改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品且克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙技術(shù)難度高白菜甘藍(lán)、番茄馬鈴薯細(xì)胞核移植技術(shù)細(xì)胞核的全能性將具備所需性狀的體細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞中可改良動物品種或保護(hù)瀕危物種技術(shù)要求高克隆羊、鯉鯽移核魚七、課外閱讀我國轉(zhuǎn)基因生物的利用現(xiàn)狀1981年，科學(xué)家第一次成功地將外源基因?qū)雱游锱咛ィ瑒?chuàng)立了培育轉(zhuǎn)基因動物的技術(shù)。1982年，科學(xué)家獲得轉(zhuǎn)基因小鼠。1983年，又獲得轉(zhuǎn)基因煙草、馬

7、鈴薯。目前，國際上獲得的轉(zhuǎn)基因植物已達(dá)100種以上。以下列舉了我國轉(zhuǎn)基因生物的利用情況?；蚬こ趟幬?基因工程藥物主要來自三個(gè)方面：一是微生物基因工程，即把目的基因?qū)氪竽c桿菌等工程菌中，通過微生物表達(dá)目的基因的產(chǎn)物；二是細(xì)胞基因工程，即用哺乳動物細(xì)胞株表達(dá)目的產(chǎn)物；三是轉(zhuǎn)基因動物，即將目的基因直接導(dǎo)入鼠、兔、羊、豬體內(nèi)，使目的基因在哺乳動物體內(nèi)表達(dá)，從而獲得目的產(chǎn)物。下表列舉了部分利用基因工程技術(shù)研制的藥品。表 利用基因工程技術(shù)研制的部分藥品產(chǎn)品名稱菌株或細(xì)胞應(yīng)用人胰島素大腸桿菌治療糖尿病人生長激素（GH）大腸桿菌治療生長缺陷癥表皮生長因子（EGF）大腸桿菌治療燙傷、胃潰瘍等腫瘤壞死因子大腸

8、桿菌殺死某些腫瘤細(xì)胞白細(xì)胞介素-2（IL-2）大腸桿菌治療某些癌癥尿激酶原大腸桿菌治療心臟病-干擾素酵母菌治療癌癥或病毒感染乙型肝炎疫苗酵母菌預(yù)防病毒性肝炎組織溶纖酶原激活劑（tPA）哺乳動物細(xì)胞治療心臟病環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用 人類活動造成的各種污染（包括工業(yè)廢水、廢氣、各種廢棄物、有毒化學(xué)物質(zhì)、電磁和放射性物質(zhì)等）對生態(tài)環(huán)境的破壞，已成為威脅人民生活的嚴(yán)重問題。生物技術(shù)在環(huán)境治理上發(fā)揮著不可替代的作用。美國培育的基因工程“超級菌”，幾小時(shí)就可降解自然菌種需1年才能降解的水上浮油；日本將嗜油酸單胞桿菌的耐汞基因轉(zhuǎn)入腐臭單胞桿菌，使該菌株既能有效處理環(huán)境中汞污染，又能將汞回收利用。目前，已成功培植出

9、一種能高效地吸收重金屬的轉(zhuǎn)基因煙草，它對土壤中重金屬具有很強(qiáng)的抵抗能力和吸附能力，如果把轉(zhuǎn)基因的煙草種于被污染的土壤，就能利用它來吸收和排除土壤中的重金屬。動物乳腺生物反應(yīng)器 動物乳腺生物反應(yīng)器是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的利用轉(zhuǎn)基因動物的乳房作為生物發(fā)酵工廠,大規(guī)模生產(chǎn)某些急需的生物活性物質(zhì)或藥用蛋白的高新技術(shù)。目前利用動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白質(zhì)已經(jīng)受到高度的重視。荷蘭用轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋白；英國成功研制轉(zhuǎn)基因羊，從其乳汁中提取抗胰蛋白酶；我國研制出五頭轉(zhuǎn)基因羊，乳汁中含有治療血友病的凝血因子。五、典型例題解析例1 下列屬于基因工程工具酶的是 （ ）限制性核酸內(nèi)切酶 DNA水解酶 DNA聚合

10、酶 DNA連接酶 RNA聚合酶 解旋酶 A. B. C. D. 例2 以重組DNA技術(shù)為核心的基因工程正在改變著人類的生活。請回答下列問題。（1）獲得目的基因的方法通常包括 和 。（2）切割和連接DNA分子所使用的酶分別是 和 。（3）運(yùn)送目的基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體一般選用病毒或 ，后者的形狀成 。（4）由于重組DNA分子成功導(dǎo)入受體細(xì)胞的頻率 ，所以在轉(zhuǎn)化后通常需要進(jìn)行 操作。（5）將人胰島素基因分別導(dǎo)入大腸桿菌與酵母菌，從兩者中生產(chǎn)的胰島素在功能和 序列上是相同的。例3 下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是 （ ）A目的基因和受體細(xì)胞均可來自動、植物或微生物B限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩

11、類常用的工具酶C人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無生物活性D載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá)課后作業(yè)1. （2010·山東省臨沂市高三一模）轉(zhuǎn)基因植物是通過基因工程擁有其他物種基因即外源基因的植物。下列有關(guān)敘述中，正確的是（ ）A外源基因就是目的基因 B外源基因的遺傳都遵循孟德爾遺傳定律 C基因工程中的運(yùn)載體質(zhì)粒是細(xì)胞核內(nèi)能夠復(fù)制的DNA分子 D通過基因工程，植物細(xì)胞也能合成某些細(xì)菌的蛋白質(zhì)2. 下列關(guān)于基因工程的敘述，正確的是（ ）A、基因工程經(jīng)常以抗菌素抗性基因?yàn)槟康幕駼、細(xì)菌質(zhì)粒是基因工程常用的運(yùn)載體C、通常用一種限制酶處理含目的基因的

12、DNA，用另一種限制酶處理載體體DNAD、為育成抗除草劑的作物新品種，導(dǎo)入抗除草劑基因時(shí)應(yīng)只能以受精卵為受體3. 如右圖所示，有關(guān)酶功能的敘述錯(cuò)誤的是（ ）A切斷a處的酶為限制性核酸內(nèi)切酶B連接a處的酶為DNA連接酶C切斷b處的酶為解旋酶D連接b處的酶為DNA聚合酶4. 用基因工程技術(shù)可使大腸稈菌合成人的胰島素。下列敘述不正確的是（ ）A、常用相同的限制酶處理目的基因和質(zhì)粒B、DNA連接酶和RNA聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶C、可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸稈菌中是否導(dǎo)入了重組質(zhì)粒D、導(dǎo)入大腸稈菌的目的基因不一定成功表達(dá)5. 下列屬于基因運(yùn)載體所必須具有的條件是（ ）具有某些標(biāo)志基因具有環(huán)狀

13、的DNA分子能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制具有多種限制性內(nèi)切酶A. B. C. D.6. 下列關(guān)于將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的描述中，不正確的是（ ） A重組表達(dá)載體DNA分子溶于緩沖液中與感受態(tài)細(xì)胞混合即完成了轉(zhuǎn)化 B農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法是將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞采用最多的方法，但對大多數(shù)單子葉植物并不適用 C需通過某種處理使大腸桿菌成為感受態(tài)細(xì)胞，以便進(jìn)一步完成轉(zhuǎn)化 D顯微注射技術(shù)是將含有目的基因的表達(dá)載體注射到受精卵中7. 科學(xué)家在某種植物中找到了抗枯萎的基因，并以質(zhì)粒為運(yùn)載體，采用轉(zhuǎn)基因方法培育出了抗枯萎病的金茶花新品種，下列有關(guān)說法正確的是（ ）A抗枯萎病的金茶花與原金茶花之間形成了生殖隔離B將抗枯萎基因連

14、接到質(zhì)粒上，用到的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶C為了保證金茶花植株抗枯萎病，只能以受精卵作為基因工程的受體細(xì)胞D通過該方法獲得的抗病金茶花，將來產(chǎn)生的配子不一定含抗病基因8. 育種的方法有雜交育種、單倍體育種、誘變育種、多倍體育種、基因工程育種等，下面對這五種育種的說法正確的是（ ）A、涉及的原理有：基因突變、基因重組、染色體變異B、都不可能產(chǎn)生定向的可遺傳變異C、都在細(xì)胞水平上進(jìn)行操作D、都不能通過產(chǎn)生新基因從而產(chǎn)生新性狀9.（2010·江蘇省揚(yáng)州市高三第二次模擬）某DNA分子中含有某限制酶的一個(gè)識別序列，用該限制酶切割該DNA分子，可能形成的兩個(gè)DNA片段是 （ ）10要使目的基因與

15、對應(yīng)的載體重組，所需的兩種酶是 （ ） 限制酶連接酶解旋酶還原酶 11基因工程的正確操作步驟是 （ ）使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的表達(dá)和檢測 提取目的基因 12科學(xué)家們經(jīng)過多年努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)基因工程，實(shí)施該工程的最終目的是 （ ）A定向提取生物體的DNA分子 B定向地對DNA分子進(jìn)行“剪切”C在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造 D定向地改造生物的遺傳性狀13下列哪項(xiàng)不是基因工程中經(jīng)常使用的用來運(yùn)載目的基因的載體 （ ）A細(xì)菌質(zhì)粒 B噬菌體 C動植物病毒 D 細(xì)菌核區(qū)的DNA14有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是 （ ）ADNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來 B限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得C目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞 D人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶 15、不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是 （ ）A、干擾素B、白細(xì)胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗16、下列哪一組生物都是通過基因工程方法培育成功的 （ ）A