《基因工程及其应用》学案

《基因工程及其应用》学案张建尚/;江苏【学习目标】站得高——明确学习目标。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；3.关注转基因生物和转基因食品的安全性。【重点和难点】重点：1.基因工程的基本原理；2.基因工程的安全性问题。难点：1.基因工程的基本原理；2.转基因生物与转基因食品的安全性。【学法提示】1.动手画出限制性核酸内切酶对特定核苷酸序列的切割及切割片段的连接，认识粘性末端，理解限制性核酸内切酶、DNA连接酶的特点和作用。2.根据重组DNA技术的一般过程图解，逐一理解各步骤的方法、作用。3.通过小组讨论，总结出基因工程在农业、医药等领域的应用，举例说明转基因生物和转基因食品的安全性。【课前预习】起步稳——知识源于生活。1.基因工程又叫做①或②。就是按照人们的意愿，把一种生物的基因提取出来，加以③，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的④。基因工程的基本工具中“基因剪刀”是指⑤，“基因针线”是指⑥，运输工具是⑦。2.限制性核酸内切酶的作用是①，DNA连接酶的作用是②，运载体的作用是③，常用的运载体有④、⑤和动植物病毒等。3.基因工程的操作一般要经历①、②、③和④。4.转基因抗虫棉的抗虫基因来自①，该基因能产生②的蛋白质晶体，使棉铃虫等害虫瘫痪死亡。抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的使用，降低生产成本，而且还减少了③。传统上生产胰岛素是从动物的④中提取，产量低，价格昂贵，远远不能满足需求。可科学家将⑤与大肠杆菌的⑥重组，并在大肠杆菌体内成功表达，获得高质量、低成本的胰岛素。5.一位生物学家宣布：老鼠食用了转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。这说明转基因生物和转基因食品是①；转基因食品的构成与非转基因食品一样，都是由氨基酸、蛋白质和碳水化合物组成的，从理论上分析转基因生物和转基因食品是②。答案1.①基因拼接技术②重组DNA技术③修饰改造④遗传性状⑤限制性核酸内切酶⑥DNA连接酶⑦运载体2.①识别特定的核苷酸序列并在特定的切点上切割DNA分子②连接DNA骨架上的缺口③将外源基因导入受体细胞④质粒⑤噬菌体3.①提取目的基因②目的基因与运载体结合③将目的基因导入受体细胞④目的基因的表达和检测4.①苏云金芽孢杆菌②毒性很强的③农药对环境的污染④胰腺⑤胰岛素基因⑥DNA分子5.①不安全的②安全的【课堂探究】走得欢——探索成长快乐。1.限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是-G↓GATCC-，限制性内切酶Ⅱ的识别序列和切点是-↓GATC-。在质粒上有酶Ⅰ的一个切点，在目的基因的两侧各有1个酶Ⅱ的切点。（1）请画出质粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。①（2）请画出目的基因两侧被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。①（3）在DNA连接酶的作用下，上述两种不同限制酶切割后形成的黏性末端能否连接起来？为什么？①。2.以下是基因工程的一般过程示意图。（1）分离目的基因需要①酶，该酶的特点是②。（2）质粒在该过程中所起的作用是①，在②酶的作用下，目的基因与载体形成重组质粒。（3）将重组DNA分子导入受体细胞时，有的根本就没有导入，所以必须进行①，目的基因成功导入受体细胞的标志是②。（4）目的基因的表达过程包括①和②两步。3.阅读分析（1）棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而此毒蛋白对人畜无害。通过基因工程的方法，我国已将该毒蛋白基因移人棉株细胞内并实现成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。毒蛋白对人畜无害，但能使棉铃虫致死，从蛋白质的特性看，蛋白质具有①性；题中“毒蛋白基因转入棉花植株内并实现成功表达”中的“成功表达”含义是指②；该项科学成果在环境保护上的重要作用是③。（2）利用基因工程的方法，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品。如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。利用基因工程生产的胰岛素可以治疗①，乙肝疫苗可以预防②。4.阅读分析：昆虫学家用人工诱变的方法使昆虫产生基因突变，导致酯酶活性升高，该酶可催化分解有机磷农药。近年来已将控制酯酶合成的基因分离出来，通过生物工程技术将它导入细菌培养受体细胞质粒大肠杆菌供体细胞目的基因目的基因的表达产物含重组质粒的大肠杆菌重组质粒DNA—GGATCC——CCTAGG—用酶Ⅰ切割用酶Ⅱ切割—GATC……GATC——CTAG……CTAG—体内，并与细菌内的DNA分子结合起来。经过这样处理的细菌仍能分裂繁。请根据上述资料回答：（1）酯酶的化学本质是①，基因控制酯酶合成要经过②和③两个过程。通过生物工程产生的细菌，其后代同样能分泌酯酶，这是由于④。（2）请你具体说出一项上述科研成果的实际应用：①。（3）试举一例说明转基因细菌有可能出现的安全性问题：①。答案1.（1）①（2）①（3）①可以连接。因为由两种不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互补的）2.（1）①限制酶②识别特定的核苷酸序列并在特定的切点上切割DNA分子（2）①作为目的基因的运载体②DNA连接（3）①筛选②受体细胞中表达产生出蛋白质（4）①转录②翻译3.（1）①特异②毒蛋白基因在棉花细胞内合成出毒蛋白③减少了农药对环境的污染（2）①糖尿病②乙肝4.（1）①蛋白质②转录③翻译（2）①用于降解污水中的有机磷农药，以保护环境（3）①重组出病原微生物、造成二次污染等（答案合理即可）【知识体系】【课堂巩固】跑得快——善于学习，手不释卷！运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种。这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量。（1）Bt毒蛋白基因的基本组成单位是，Bt毒蛋白的基本组成单位是，Ti质粒的化学本质是。（2）切割Bt毒蛋白基因和Ti质粒的工具是，将两者构成重组质粒的工具是，Bt毒蛋白基因插入Ti质粒后，不能影响Ti质粒的。若目的基因导入的是植物体细胞，则a过程是。转基因抗虫油菜的培育是否成功，最简便的检测方法是。（3）假如质粒被切割后，得到的分子末端序列为，则能与该载体连接的抗病基因分子末端是。（4）已知转基因油菜中杀虫蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该杀虫蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞表面。—GGATCC——CCTAGG——GATC——CTAG—苏云金芽孢杆菌Ti质粒Bt毒蛋白基因重组质粒转入农杆菌感染a目的基因插入到染色体DNA中油菜AATTC-G-基本工具限制酶DNA连接酶运载体基因工程及其应用基因工程的原理基因工程的应用安全性问题药物研制作物育种一般过程提取目的基因选择运载体体外重组DNA导入受体细胞目的基因的表达和检测（5）转基因抗虫农作物的种植在环境保护方面所起的作用是。但转基因抗虫农作物也有可能将抗虫基因传给近缘杂草，使杂草也具有抗虫性，这说明转基因生物具有（填安全或不安全）的一面。答案（1）脱氧核苷酸；氨基酸；小型环状DNA（2）限制性核酸内切酶（限制酶）；DNA连接酶；复制；植物组织培养；用油菜叶饲喂害虫（3）（4）无相应的特异性受体（5）减少农药使用和对环境的污染；不安全【课后作业】步步高——巩固成果，对答如流！以重组DNA技术为核心的基因工程正在改变着人类的生活。请回答下列问题：（1）以下是含有抗虫基因的DNA片段，构建重组DNA分子所用的限制性内切酶作用于图中的处，DNA连接酶作用于处（填“a”或“b”）。（2）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或，后者的化学本质是。（3）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率低，所以在转化后通常需要进行操作。（4）将抗虫基因分别导入棉花细胞与酵母菌，从两者中合成的抗虫蛋白在功能和序列上是相同的，抗虫蛋白的合成过程包括和两步。（5）若将抗虫基因导入棉花的细胞内，则不需要通过植物组织培养技术培养成抗虫棉植株。(6)转基因技术有利有弊，请各举一例加以说明：有利方面：。有害方面：。答案（1）a；a（2）质粒；小型环状（双链环状、环状）（3）筛选（4）氨基酸；转录；翻译（5）受精卵（6）有利方面：生产基因工程药物、培育优良动、植物新品种；有害方面：可能引起环境问题、食物安全性问题等（答案合理即可）CTGCAGGACGTCaabb5'5'3'3'-G-CTTAA