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第2节基因工程及其应用1．概述基因工程的原理和应用。(重、难点)2.了解转基因生物和转基因食品的安全性。知识点一基因工程的原理[学生用书P73]阅读教材P102～P1031．含义别名：基因拼接技术或DNA重组技术操作对象：基因操作水平：DNA分子水平优点：可定向地改造生物的遗传性状2．操作工具（1）（2）(3)运载体①作用：将外源基因导入受体细胞。②3．基因工程的步骤(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)目的基因的检测与鉴定。1．限制酶与DNA连接酶的关系2．限制酶、DNA连接酶和DNA聚合酶的区别不同点相同点作用作用特点限制酶切割具有特异性作用目标均为磷酸二酯键DNA连接酶连接无特异性，将DNA片段连接成DNA分子DNA聚合酶将单个的脱氧核苷酸连接成DNA片段3.运载体应具备的条件(1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制——保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子细胞。(2)有多个限制酶切点——运载体能够接入多种目的基因所必备的条件。(3)有标记基因——检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。4．基因工程的操作步骤(1)获取目的基因、切割运载体需要用同一种限制酶，目的是产生相同的末端。(2)将目的基因导入受体细胞，没有涉及碱基互补配对。1．结合下图判断，下列有关基因工程中工具酶的功能的叙述，正确的是()A．切断a处的酶简称内切酶，被称为基因的“剪刀”B．连接a处的酶为DNA聚合酶，被称为基因的“针线”C．RNA聚合酶可通过识别基因中的特定碱基序列与DNA分子结合D．DNA连接酶的作用点是b处解析：选C。切断a处的是被称为基因的“剪刀”的限制性核酸内切酶，应简称为限制酶而不是内切酶，A项错误；连接a处的被称为基因的“针线”的是DNA连接酶，不是DNA聚合酶，B项错误；b处为碱基对内的氢键，切断b处的是解旋酶，但b处的连接是通过碱基互补配对实现的，DNA连接酶的作用点是a处而非b处，D项错误。2．(2019·郑州高一检测)下图表示一项重要生物技术的关键步骤，X是获得外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法不正确的是()A．X是能合成胰岛素的细菌细胞B．质粒具有多个标记基因和多个限制酶切点C．外源基因与运载体的重组只需要DNA连接酶D．该细菌的性状被定向改造解析：选C。根据题图可知，重组质粒导入的是细菌细胞，所以X是能合成胰岛素的细菌细胞。质粒作为运载体需要有多个限制酶切点以便转运多种目的基因，同时具有标记基因以便检测目的基因是否导入受体细胞内。基因与运载体的重组需要限制酶和DNA连接酶。基因工程的特点是能够定向改造生物的性状。知识点二基因工程的应用及安全性[学生用书P74]阅读教材P104～P1061．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，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。(2)实例：抗棉铃虫的转基因抗虫棉。2．基因工程与药物研制(1)实例：用基因工程的方法生产胰岛素。(2)过程：胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内获得成功的表达。3．基因工程的安全性基因工程成果的三点提醒(1)转基因抗虫植物不会受到害虫的侵害，仍会受到细菌、真菌或病毒等病原体的侵害，种植过程中需要使用一定量的农药。(2)转基因抗虫植物与转基因抗病植物不同，植物病症一般是由细菌或真菌引起的。(3)转基因抗虫植物与转基因抗病植物种植一段时间后，害虫或病原体可能对它们产生抗性。1．(2019·松原高一检测)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，使光合效率提高解析：选D。将甲植物的叶绿体移入乙植物，移入的是细胞器而非基因，故不属于基因工程的应用范畴。2．下图是应用基因工程技术获得转基因动物和植物的过程，下列相关叙述不正确的是()A．通过①过程形成重组质粒只需要两种工具B．②是重组质粒导入受体细胞的过程C．通过③过程产生的转基因牛的细胞中都含有人的生长激素基因D．通过④⑤过程培育的抗虫棉需要检测抗虫效果解析：选A。①是目的基因与运载体结合的过程，既需要限制酶和DNA连接酶，也需要载体质粒。核心知识小结[要点回眸][规范答题]基因工程的原理是基因重组。基因工程的操作工具有限制酶、DNA连接酶和运载体。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。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。常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。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。基因工程在医药卫生、农牧业、食品工业、环境保护等方面具有美好的应用前景。[学生用书P75][拓宽教材]1．(必修2P102图6－3改编)从大肠杆菌中提取的一种限制酶EcoRⅠ，能识别并切割DNA分子中的GAATTC序列，切点在G与A之间。这是应用了酶的()A．高效性B．专一性C．多样性D．催化活性受外界条件影响答案：B2．(必修2P103图6－5改编)比较大肠杆菌与酵母菌的DNA：拟核或细胞核内DNA分子数形态是否与蛋白质结合染色体大肠杆菌________环状________无酵母菌多个____是______答案：1个否链状有[精练好题]3．(2019·石家庄二中高一月考)科学家用纳米技术制造出一种“生物导弹”，可以携带DNA分子，把它注射入组织中，可以通过内吞作用进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组的一部分，DNA整合到细胞染色体中的过程，属于()A．基因突变B．基因重组C．基因互换D．染色体变异解析：选B。基因突变具有不定向性，可以使一个基因变成它的等位基因，但不会实现基因之间的重新组合，A错误；根据题意可知，该技术中，DNA整合到细胞染色体上，并与染色体DNA重组形成重组DNA，属于基因重组，B正确；基因互换是两个基因互换位置，不会导致外源基因整合到细胞染色体上，C错误；染色体变异包括染色体结构和数目的变异，D错误。4．要使目的基因与对应的运载体进行重组，所需要的两种酶是()①限制酶②DNA连接酶③解旋酶④还原酶A．①②B．③④C．①④D．②③解析：选A。先用限制酶分别处理目的基因和运载体，将切下的目的基因的片段插入质粒切口处，再用DNA连接酶将处理好的目的基因和运载体连接好，就完成了基因的重组。5．下列关于基因工程的叙述，正确的是()A．限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位相同，都是氢键B．作为运载体的质粒，其核DNA分子上应有对重组DNA分子进行鉴定和选择的标记基因C．通过基因工程制备转基因植物，可以选叶肉细胞作为基因工程的受体细胞D．人体胰岛素基因通过基因工程技术转入大肠杆菌以后，遗传信息的传递和表达不再遵循中心法则解析：选C。限制性核酸内切酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键，A错误；基因工程中常用的载体是质粒，质粒存在于细菌和真菌细胞中，是一种独立于核DNA之外而自主复制的环状DNA分子，所以质粒不属于核基因，B错误；植物体细胞具有全能性，所以可以选择叶肉细胞作为基因工程的受体细胞，C正确；人的胰岛素基因在大肠杆菌体内表达时，遗传信息的传递和表达仍遵循中心法则，D错误。6．(2019·河北乐清一中期中)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体内，科学家设法将目的基因整合到受体细胞的叶绿体基因组中，其原因是()A．叶绿体基因组不会进入到生殖细胞中B．植物杂交的后代不会出现一定的性状分离比C．转基因植物中的质基因与其他植物间不能通过花粉发生基因交流D．转基因植物与其他植物间不能通过花粉发生基因交流答案：C7．(2019·济南高一质检)酵母菌可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。其基本的操作过程如下图所示(忽略各结构的大小比例)，请回答下列问题：(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中属于________。(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体是________。(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用________进行切割。切割完成后，利用________将运载体与LTP1基因连接。(4)运用转基因酵母菌酿造的啤酒安全吗？解析：(1)基因工程能克服远缘杂交不亲和的障碍，使原本不在一起的基因组合到一起，使生物具有特定性状，其原理为基因重组。(2)由题图可知，本操作中的运载体是取自大肠杆菌的质粒。(3)基因工程中的“剪刀”为限制酶。两个序列相同、能互补配对的黏性末端可用DNA连接酶“缝合”。(4)可以从正、反两个角度考虑，转基因食品可能影响人体消化系统和免疫系统，也可能不影响人体健康，目前还未找到不安全的证据(合理即可)。答案：(1)基因重组(2)质粒(3)限制酶DNA连接酶(4)反对观点：不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体的免疫系统。赞成观点：安全，转基因食品与非转基因食品的成分相同，毒性分析发现不会对人体健康产生影响，目前还未找到不安全的证据(回答上述两种观点之一即可)。[学生用书P129(单独成册)][基础达标]1．下列有关基因工程的叙述，正确的是()A．限制酶在获得目的基因时才用B．重组质粒的形成是在细胞内完成的C．质粒都可作为运载体D．限制性核酸内切酶的活性受温度影响解析：选D。限制酶除获得目的基因时使用外，还能把运载体切开；重组质粒的形成是在细胞外完成的；不是所有的质粒都可以作为运载体，运载体必须具备以下三个条件：①能在宿主细胞中复制并稳定地保存；②具有多个限制酶切点；③具有标记基因。酶的活性会受到温度、pH的影响。2．DNA连接酶的作用是()A．催化碱基互补配对B．催化双螺旋结构的形成C．催化脱氧核糖和磷酸之间的连接D．催化碱基对的断裂解析：选C。DNA连接酶的作用是催化脱氧核糖和磷酸之间的连接。3．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是()A．①②③④B．①②④③C．①④②③D．①④③②解析：选C。限制性核酸内切酶用于切割DNA片段；而与之作用相反的是DNA连接酶，用于连接DNA片段；DNA聚合酶用于DNA的复制过程，它需要模板；解旋酶会使DNA双链解旋而分开，它作用于碱基对之间的氢键。4．基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是()A．质粒、线粒体、噬菌体B．染色体、叶绿体、线粒体C．质粒、噬菌体、动植物病毒D．细菌、噬菌体、动植物病毒解析：选C。质粒、噬菌体和动植物病毒是基因工程中常用的运载体。5．由于乙肝病毒感染的宿主范围很窄，仅限于人和灵长类动物，因此无法用细胞培养的方法生产疫苗，但可用基因工程的方法进行生产，现已知乙肝病毒的核心蛋白和表面抗原蛋白的氨基酸序列，生产示意图如下。下列相关说法不正确的是()乙肝病毒――→①分离15．科学家通过基因工程，成功培育出能抗棉铃虫的棉花植株——抗虫棉，其过程大致如图所示，请据图回答下列问题：(1)目的基因能否在棉株体内稳定维持和表达其遗传特性的关键是目的基因是否插入受体细胞染色体DNA上，这需要通过检测才能知道，检测采用的最好方法是________________________________________________________________________。(2)科学家预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，将出现不抗虫的植株，此现象来源于__________。(3)利用基因工程技术培育抗虫棉，相比诱变育种和杂交育种，具有目的性强和____________________等突出的优点。(4)有人担心种植上述转基因抗虫棉，它所携带的目的基因可以通过花粉传递给近缘物种，造成“基因污染”，请提出你的解决方法：_________________