第2节　基因工程及其应用

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．结合社会实际，关注转基因生物和转基因食品的安全性。

(2)目的：可以按照人类的意愿直接 改变生物，培育出新品种。 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直接 改变生物，培育出新品种。 基因 定向

(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。 2．三种工具及作用 (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。 限制性内切酶 核苷酸序列 特定 的位点 DNA连接酶 磷酸 脱氧核糖

③质粒：存在于许多 以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能够 的 。 (4)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，是细胞染色体外能够 的 。 受体细胞 噬菌体和动植物病毒 细菌 自我复制 小型环状DNA分子

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) 。 提取目的基因 运载体 受体细胞 (1) ； (2)目的基因与 结合； (3)将目的基因导入 ； (4) 。 提取目的基因 运载体 受体细胞 目的基因的表达和检测

1．从DNA分子结构分析，为什么不同源的DNA分子可用DNA连接酶连接到一起？

(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。 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。 抗逆性 抗棉蛉虫

(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 。 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。 DNA分子重组 表达 降解有毒、有害的化合物

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。 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。 禁止 支持 转基因

2．利用大肠杆菌生产出的胰岛素没有生物活性，还需进一步加工，这与大肠杆菌中的哪些结构特点有关？ 提示：大肠杆菌中无内质网、高尔基体等加工分泌蛋白的细胞器，所以形成的胰岛素还不成熟，需进一步加工。

一、基因工程的基本原理及步骤 1．基因工程工具的特点 (1)限制酶 ①作用特点：专一性和特异性。②作用结果：产生黏性末端。③作用部位：脱氧核苷酸之间的化学键。

(2)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较 比较项目 DNA连接酶 DNA聚合酶 不同点 作用对象 连接DNA片段 连接游离的脱氧核苷酸 作用条件 不需要模板 需要模板 相同点 作用部位 连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖

2.基因的运输工具——运载体 (1)作用：①作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中去。 ②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。 (2)具备的条件：①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。 ②有多个限制酶切点，以便于与外源基因连接。 ③有标记基因，以便于筛选。

【拓展延伸】　(1)限制酶切割的与DNA连接酶连接的都是磷酸和脱氧核糖之间的化学键，而不是碱基间的氢键。

目的基因与

目的基因的 检测与鉴定

【拓展延伸】　(1)切割运载体和目的基因时需用同一种限制酶，才能获得相同的黏性末端。 (2)四个步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及到碱基互补配对。 (3)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞，才能稳定地保存，并进行复制。

4．基因工程成功的基础

下列有关基因工程的叙述，正确的是(　　) A．DNA重组技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列 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．只要目的基因进入受体细胞就能实现表达

解析：基因工程操作的工具酶是限制酶、连接酶，运载体是基因的运载工具，而不是工具酶。每种限制酶都只能识别特定的核苷酸序列，而并非同一种核苷酸序列。目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才说明目的基因成功表达，基因工程的目的是让目的基因完成表达，生产出目的基因的产物。 答案：C

【触类旁通】　(1)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。 (2)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。 (3)区别基因工程的“工具”与“工具酶”，工具包括工具酶和运载体。 (4)目的基因的检测常用运载体上的标记基因所控制的特有性状来确定，目的基因导入，并非一定表达，最后需依据受体细胞是否表现出“目的基因”所控制的特有性状来判定。

1．下列有关基因工程的叙述错误的是(　　) A．培育转基因抗虫棉时抗虫基因为目的基因 B．常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等 C．重组DNA分子的形成利用了DNA分子杂交原理 D．导入受体细胞的目的基因不一定能成功表达 解析：目的基因与运载体结合，需同一种限制酶切割目的基因和运载体，用DNA连接酶把运载体和目的基因连接起来，形成重组DNA分子，该过程没有利用DNA分子的杂交原理。 答案：C

二、基因工程的应用与安全性 1．应用 目的 实例 作物育种 把各种优良基因通过基因工程导入生物体内，从而改变生物的遗传特性，培育出新品种。 ①培育高产、稳产和具有优良品质的农作物。②培育各种抗逆性的作物新品种。 药物研制 把控制产生药物的基因通过基因工程转移到另一种生物(一般是微生物)体内，从而获得各种高质量、低成本的药物。 例如胰岛素、干扰素，以及预防乙肝的疫苗等。 环境保护 通过基因工程清除环境中有害废物净化环境 利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，处理工业废水，检测环境中病毒含量，生产超级细菌等。

2.安全性 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。

酵母菌的维生素、蛋白质含量高，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LTPl蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下：

(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传的变异的来源中属于________。 (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，首选应使用___________进行切割。 (4)切割完成后，利用_____将动载体与LTP1基因连接。 (5)饮用转基因的酵母菌酿造的啤酒安全吗？ _______________________________________________。

解析：(1)由于基因工程利用定向技术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，其原理应为基因重组。(2)运载体取自大肠杆菌的质粒(见图)。(3)(4)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”。(5)可以从正、反两个角度考虑。转基因的酵母菌酿造的啤酒对人类的健康有害，因为：①转基因作物中的毒素可引起人类急、慢性中毒或产生致癌、致畸、致突变作用；②作物中可能含有致敏物质使人类机体产生过敏反应。或答对人体安全，因为：两种食品成分相同，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)限制性核酸内切酶　(4)DNA连接酶 (5)反对观点：不安全，转基因食品可能会损伤人体的消化系统，破坏人体免疫系统 赞成观点：安全，转基因食品与非转基因食品成分相同，毒性分析不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)

2．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 解析：将重组质粒导入受体细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法等；抗虫基因导入棉花叶肉细胞后，可以通过组织培养传递抗虫性状，花粉、卵细胞中不含抗虫基因；棉铃虫可能存在抗药性变异，所以转基因抗虫棉不可能长期有效的消灭棉铃虫。 答案：C

与本节内容有关的实验问题： 1．转基因动、植物的培育过程。 2．探究转基因生物的安全性。

【案例探究】 某些植物能分泌一些化学物质用于抑制别种植物在其周围生长，这称为他感作用。最近，科学家试图往大麦等农作物中转入控制合成这些化学物质的基因。请回答： (1)获取目的基因，需要用到的工具酶是____________，对获取的目的基因，可以通过____________与运载体结合。 (2)为了验证转基因大麦对邻近杂草生长具有他感作用。请在给出的实验步骤的基础上继续完成实验、预期实验现象。

方法步骤： ①选取A、B、C三个栽种盒，在栽种土壤表面画5 cm×5 cm的小方格，每小方格中心放一粒大麦或杂草种子。三个栽种盒的播种方式依次为： A：_______________________________________； B：只种大麦种子； C：________________________________________。

②洒上少许细泥土覆盖种子并浇水，把三个实验栽种盒放在______________的环境中培养2～4周。 ③每天观察记录，统计盒内植株的________，比较三个栽种盒的植物生长差异。 预期的实验现象：_______________________________ ________________________________________________________________________。

解析：(1)人工获取目的基因是要用限制酶进行切割，并用DNA连接酶将目的基因与运载体结合。 (2)他感作用是指对其他植物生长起抑制作用，所以实验自变量是转基因大麦的有无，观察大麦对杂草的影响，应设置对照组和实验组，由于本实验是验证性实验，预期实验结果和已知的结论应是一致的。

答案：(1)限制性核酸内切酶(限制酶) DNA连接酶 (2)①A：大麦种子和杂草种子同行种植 C：只种杂草种子(顺序可变) ②相同且适宜　③平均株高 预期的实验现象：A盒中的杂草生长情况明显比C盒中的差(A盒中的大麦生长情况和B盒相同，这句不写也可)(注意与播种方式相对应)