2020高中生物 第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用课件 新人教版必修2

[学习目标]1.概述基因工程的基本原理及基本步骤。2.了解基因工程的应用及其安全性。知识点一基因工程的原理知识梳理1.概念：基因工程，又叫做□01___________技术或□02___________技术。通俗地说，就是按照□03___________，把一种生物的某种基因提取出来，加以□04___________，然后放到另一种生物的细胞里，□05___________地改造生物的遗传性状。2．原理：□06___________。3．操作水平：□07___________水平；操作环境：体外。基因拼接DNA重组人们的意愿修饰改造定向基因重组DNA分子4．基本工具(1)基因的“剪刀”——□08______________酶(简称限制酶)。①特点：一种限制酶只能识别一种□09___________的核苷酸序列，并在□10___________上切割DNA分子。②作用位点：□11___________。限制性核酸内切特定特定的切点磷酸二酯键③实例：大肠杆菌的一种限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切割，产生两个带有黏性末端的DNA片段，如图所示：(2)基因的“针线”——□12___________。①作用对象：两个具有□13___________末端的DNA分子。②作用位置：DNA骨架上□14___________与□15___________之间的缺口。③产物：形成重组DNA分子。DNA连接酶相同脱氧核糖磷酸(3)基因的运载体①作用：将外源基因送入□16___________。受体细胞5．操作步骤1.运载体和细胞膜上的载体相同吗？提示：不同。运载体是将外源基因导入受体细胞的专门运输工具，常用的运载体有质粒、动植物病毒、噬菌体等；载体是位于细胞膜上的载体蛋白，与控制物质进出细胞有关。提示2．限制酶与DNA连接酶作用的化学键相同吗？提示：相同，均作用于磷酸二酯键。提示3．切割目的基因和运载体为什么常用同一种限制酶？提示：因为用同一种限制酶可以切割出相同的黏性末端，有利于目的基因与运载体结合。提示4．与诱变育种、杂交育种相比，基因工程育种的优点又是什么？提示：目的性强，定向改造生物的性状；克服远缘杂交不亲和障碍。提示5．基因工程中，为什么目的基因在不同物种中均能成功表达？提示：不同的生物体共用一套遗传密码。提示典题精析[例1]如图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是()A．DNA连接酶、限制酶、解旋酶B．限制酶、解旋酶、DNA连接酶C．解旋酶、限制酶、DNA连接酶D．限制酶、DNA连接酶、解旋酶答案C答案解题分析①处为氢键，解旋酶可断开氢键，使DNA分子解旋；②处为磷酸和脱氧核糖形成的化学键，限制酶可断开此化学键，常用于基因工程中切割运载体和目的基因；③处为断开的DNA片段的切口，可将此连接起来的酶是DNA连接酶。解析[例2]如图表示一项重要的生物技术，对图中物质a、b、c、d的描述(a、b、c为三种工具)，正确的是()A．a具有多个标记基因和多个限制酶切点，最为常用的是噬菌体B．要获得相同的黏性末端，通常用同种b去切割a和dC．c连接双链间的氢键，使黏性末端处碱基互补配对D．重组DNA导入受体细胞中即可表达答案B答案解题分析在基因工程中，最常用的运载体是质粒，其上有标记基因和限制酶切点，A错误；通常使用同种限制酶切割目的基因和运载体，以获得相同的黏性末端，B正确；c为DNA连接酶，其作用是使两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，C错误；重组DNA导入受体细胞后，有可能表达，也可能不表达，需要检测和鉴定，D错误。解析题后归纳1.DNA相关六种酶的比较2.提醒目的基因与运载体结合的过程中，形成的重组分子中不只有目的基因和运载体的结合物，还有目的基因之间或运载体之间的结合物。知识点二基因工程的应用及其安全性知识梳理1.基因工程的应用(1)作物育种①现状：近几年来，人们利用基因工程的方法，获得了□01___________、□02___________和具有□03___________的农作物，培育出具有各种□04___________的作物新品种。高产稳产优良品质抗逆性②实例：a.抗棉铃虫的转基因抗虫棉、烟草、玉米等。抗虫基因来自□05_________________，该基因能够指导合成一种□06___________的蛋白质晶体，使棉铃虫等害虫死亡。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有□07___________虫害的能力。b．转基因奶牛、超级绵羊等。③意义：抗虫基因作物的使用，不仅□08___________了农药的用量，大大□09___________了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。苏云金芽孢杆菌毒性很强抵御减少降低(2)药物研制①现状：在药品生产中，有些药品由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。用基因工程的方法能够高效率地生产出各种□10___________质量、□11___________成本的药品，如胰岛素、□12___________、□13___________。高低干扰素乙肝疫苗②实例：胰岛素科学家将人体内能够产生□14___________的基因与大肠杆菌的□15___________重组，并在大肠杆菌内获得成功□16___________。③意义：大大降低了药品生产的成本。(3)环境保护利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的□17___________，分解泄漏的石油，处理工业废水等。胰岛素DNA分子表达重金属2．转基因生物及转基因食品的安全性目前对转基因生物和转基因食品的安全性问题存在两个观点：(1)转基因生物和转基因食品是安全的，应该□18___________。(2)转基因生物和转基因食品是不安全的，应该□19___________。态度：要理性看待科学技术，在看到转基因技术的应用前景非常广阔的同时，也要正视转基因技术带来的安全性问题，要□20___________，而不能□21___________。大范围推广严格控制趋利避害因噎废食1.转基因抗虫棉对人体有毒害作用吗？提示：没有。因为转基因抗虫棉表达出的“毒蛋白”只特异性地对鳞翅目的昆虫有毒害作用，人体食用这种毒蛋白后，会被消化系统消化成氨基酸。提示2．转基因抗虫玉米独立种植若干代后是否会出现不抗虫的植株，为什么？提示：转基因生物独立种植若干代，也会出现不抗虫的植株。因为玉米螟(玉米植株上的一种害虫)可能会发生基因突变，基因突变是不定向的，突变后的玉米螟可能对苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白不敏感。提示答案B答案解题分析在基因工程中，最常用的运载体是质粒，其上有标记基因和限制酶切点，A错误；通常使用同种限制酶切割目的基因和运载体，以获得相同的黏性末端，B正确；c为DNA连接酶，其作用是使两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，C错误；重组DNA导入受体细胞后，有可能表达，也可能不表达，需要检测和鉴定，D错误。解析典题精析[例1]下列应用中不属于基因工程的是()A．转基因抗虫棉的成功培育B．利用工程菌生产胰岛素C．用紫外线处理青霉菌以提高青霉素的产量D．用奶牛生产人干扰素答案C答案解题分析用紫外线处理青霉菌提高青霉素产量属于诱变育种。解析[例2]下列关于基因工程及转基因食品的安全性的叙述，正确的是()A．基因工程常以抗生素抗性基因为目的基因B．通过转基因技术可获得抗虫粮食作物，从而增加粮食产量，减少农药使用C．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种限制性核酸内切酶处理运载体D．若转入甘蔗中的外源基因来源于自然界，则生产出来的甘蔗不存在安全性问题答案B答案解题分析基因工程常以抗生素抗性基因作为标记基因，A错误；在基因工程的实际操作中一般用同一种限制性核酸内切酶来处理含目的基因的DNA和运载体，使它们产生相同的末端，C错误；转基因甘蔗中的外源基因来源于自然界，仍可能存在食品安全、环境安全等安全性问题，D错误。解析知识拓展在转基因过程中，目的基因可以整合到细胞核中的染色体上，也可能整合到线粒体或叶绿体DNA上。若整合到细胞核中染色体上随染色体遗传，若整合到线粒体或叶绿体DNA上，则会随着细胞质遗传而遗传。当堂检测——查漏补缺巩固提升1．基因工程的正确操作步骤是()①目的基因与运载体相结合②将目的基因导入受体细胞③目的基因的检测与鉴定④提取目的基因A．③④②①B．②④①③C．④①②③D．③④①②答案C答案2．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是()A．获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①B．连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状答案B答案解析限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是切割和连接该化学键，A正确，B错误；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状，C、D正确。解析3．要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作上应选用()A．只需DNA连接酶B．同一种限制酶和DNA连接酶C．只需限制酶D．不同的限制酶与DNA连接酶解析要将目的基因与运载体连接起来，应选用同一种限制酶切割目的基因和运载体，两者暴露出相同的黏性末端，其次再用DNA连接酶将目的基因和运载体连接形成重组DNA。解析答案B答案4．运用现代生物技术，将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有()A．抗虫基因B．抗虫基因的产物C．新的细胞核D．抗虫的性状解析基因工程中目的基因导入是否成功的检测，主要是检测受体细胞是否出现了预期的目的基因产物，在这里最简便的办法就是看棉花植株是否出现抗虫的性状。解析答案D答案5．为了防止转基因作物的目的基因通过花粉转移到自然界中的其他植物中，科学家设法将目的基因整合到受体细胞中的叶绿体基因组中，其原因是()A．叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中B．受精卵中的细胞质几乎全部来自于卵细胞C．转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流D．植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比答案B答案解析花粉中的精子在形成过程中，丢掉了大部分的细胞质包括叶绿体，但是卵细胞中含有叶绿体基因组，A错误；受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，因此目的基因无法通过花粉转移到其他植物，B正确；转基因植物与其他植物之间可能通过花粉发生基因交流，所以才需要将目的基因整合到受体细胞叶绿体基因中，C错误；细胞质遗传不遵循基因的分离定律，后代不会出现一定的性状分离比，但其不是科学家设法将目的基因整合到受体细胞中的叶绿体基因组中的原因，D错误。解析