第十一课 遗传和基因工程 第三课时 基因工程简介

要点、疑点、难点 1 基因工程的概念 基因工程的概念 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。 1 基因工程的概念 基因工程的概念 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。 这种技术是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切” 和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞 内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要 的基因产物。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的 个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物 的细胞里，定向改造生物的遗传性状。

要点、疑点、难点 基因工程名称 基因拼接技术或DNA重组技术 操作环境 生物体外 操作对象 基因 操作水平 DNA分子水平 基本过程 剪切拼接导入表达 结果 人类需要的基因产物

要点、疑点、难点 直接分离基因：鸟枪法 提取目的基因 反转录法 2 基因工程基本操作步骤 人工合成基因 据已知的氨基酸序列合成DNA 2 基因工程基本操作步骤 人工合成基因 据已知的氨基酸序列合成DNA 目的基因与运载体结合 同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子 主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法 目的基因导入受体细胞 根据受体细胞是否具有某些标记基因判断目的基因是否导入 检测 目的基因的检测和表达 表达 受体细胞表现出特定的性状

要点、疑点、难点 获取目的基因的方法 据推测出的核苷酸序列，通过化学方法合成 过 程 优 点 缺 点 直接分离法（鸟枪法） 操作 简便 过 程 优 点 缺 点 直接分离法（鸟枪法） 操作 简便 工作量大，有盲目性，目的基因含有不表达的内含子 人工合成法 反转录法 专一性强，目的基因中不含内含子 操作过程麻烦。mRNA生存时间短，技术要求高 由氨基酸序列合成 据推测出的核苷酸序列，通过化学方法合成 专一性最强，目的基因不含内含子，可合成自然界不存在的基因 目前，复杂的尚不知核苷酸序列的基因不能合成 供体细胞中DNA DNA片段扩增 限制性酶 运载体 DNA片段 不同受体细胞 目的基因细胞 目的基因 找出 获取目的基因的方法 mRNA 单链 DNA 逆转录 双链 合成

要点、疑点、难点 2 基因工程基本操作步骤 关于运载体 运载体应具备的三个条件 使用运载体的目的 (1)能在宿主细胞内稳定保存并大量复制； 2 基因工程基本操作步骤 关于运载体 运载体应具备的三个条件 (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，以便与外源基因连接； (3)具有某些标记基因，以便进行筛选。 使用运载体的目的 一是用它作为运载工具，将目的基因送到宿主细胞中去

要点、疑点、难点 目前常用的两类运载体 一类是细菌的质粒，它是细菌染色体DNA以外的小型环状DNA(一般有1-200kb，kb为千碱基对)，有的细菌只有一个，有的细菌有多个 第一类是噬菌体和某些病毒的DNA。一般来说，天然运载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的运载体进行人工改建。

要点、疑点、难点 3 基因工程成果与发展前景 生产基因工程药品 基因工程与医药卫生 基因诊断 基因治疗 如胰岛素、干扰素 3 基因工程成果与发展前景 生产基因工程药品 如胰岛素、干扰素 基因工程与医药卫生 基因诊断 如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 基因治疗

要点、疑点、难点 农业上 基因工程与农牧业、食品工业 畜牧养殖业上 食品业 环境监测 基因工程与环境保护 环境净化 获得高产、稳产和具有优良品质的农作物 农业上 培养具有各种抗逆性的作物新品种 基因工程与农牧业、食品工业 畜牧养殖业上 获得人们所需要的和具优良品质的转基因动物 利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达 食品业 为人类开辟新的食物来源 用DNA探针检测水中病毒的含量 环境监测 基因工程与环境保护 获得分解四种烃类的“超级菌”，吞噬汞和降解土壤中DDT的细菌 环境净化

课前热身 选择题 1下列不属于基因工程实例的是( ) A培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株 B B在大肠杆菌体内获取人的干扰素 1下列不属于基因工程实例的是( ) A培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株 B在大肠杆菌体内获取人的干扰素 C培育出兼有鲤鱼和鲫鱼特点的鲤鲫移核鱼 D利用“工程菌”生产乙肝疫苗 2下列常用作运载体的是( ) A大肠杆菌质粒 B苏云金芽孢杆菌的DNA分子 C土壤农杆菌环状RNA分子 D动物细胞的染色体 3限制性内切酶的特点是( ) A只能识别GAATTC序列 B识别特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位点 C识别黏性末端 D切割质粒DNA的标记基因 B C D

课前热身 4在基因操作的基本步骤中第一步是( ) A基因与运载体结合 B提取目的基因 C将目的基因导入受体细胞 D基因表达的检测 4在基因操作的基本步骤中第一步是( ) A基因与运载体结合 B提取目的基因 C将目的基因导入受体细胞 D基因表达的检测 5获取真核生物目的基因常用的方法是( ) A写枪法 BDNA扩增技术 C人工合成基因的方法 D用限制性内切酶切割DNA片段 6下列不属于利用基因工程技术制取的药物是( ) A从大肠杆菌体内制取白细胞介素 B在酵母菌体内获得的干扰素 C在青霉菌体内获取青霉素 D在大肠杆菌内获得胰岛素 A B C

课前热身 7下列属于利用基因工程技术培育的新品种的是 ) A抗棉铃虫的转基因抗虫棉 B耐寒的小黑麦 C试管牛 D太空椒 ( B

能力、思维、方法 【例1】下列有关基因工程技术的叙述，正确的是( ) A重组DNA技术所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 【例1】下列有关基因工程技术的叙述，正确的是( ) A重组DNA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只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达 【答案】C 【解析】此题考查基因的操作工具、目的基因表达等知识。解答此类题目须明确以下三方面知识：(1)基因操作的工具有限制酶、连接酶；(2)一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列，不同的限制酶识别的核苷酸序列不同；(3)运载体是基因的运输工具；(4)目的基因进入受体细胞后，受体细胞表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程；(5)导入受体细胞中的目的基因主要是为了表达，生产目的基因的产物，因此能够快速繁殖是选择受体细胞的重要条件之一。 据以上分析，A、B、D选项的说法均不正确，应选C。 【错解分析】解答此类题目易出现的思维障碍是：①审题不严，把运载体当成基因工程的工具酶；②存在一定的思维定势，脑海中只有细菌的质粒可作运载体，忽略了细菌也是常用的受体细胞之一这一知识。 排除障碍的方法是： ①严格审题； ②学习中多采用对比、归纳等思维方法，消除思维定势。

能力、思维、方法 【例2】应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是指( ) 【例2】应用基因工程技术诊断疾病的过程中必须使用基因探针才能达到检测疾病的目的。这里的基因探针是指( ) A用于检测疾病的医疗器械 B用放射性同位素或荧光分子等标记的DNA分子 C合成β-球蛋白的DNA D合成苯丙羟化酶的DNA片段 【答案】B 【解析】此题考查基因工程在诊断疾病方面的应用，解答此类题目须明确：基因诊断是用放射性同位素、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。 根据以上分析：A、D、C选项均不是对基因探针的正确描述，应选B。 【错解分析】解答此类题目易出现的障碍是：对基本的概念记不清楚，与干扰项混淆。 排除障碍的方法是： 在理解基本概念的基础上，正确记忆。

能力、思维、方法 【例3】随着科学技术的发展，化学农药的产量和品种逐年增加。但害虫的抗药性也不断增强，对农作物危害仍然很严重，如近年来，棉铃虫在我国大面积爆发成灾，造成经济损失每年达100亿元以上，针对这一情况，科学家开展了“转基因抗虫棉”的科技攻关研究，成功地将抗虫基因导入棉花细胞中，得到的棉花新品种对棉铃虫的毒杀效果高达80%以上。请回答下列问题： (1)害虫抗药性的增强是的结果。 (2)“转基因抗虫棉”抗害虫的遗传信息传递过程可以表示为。 (3)该项科技成果在环境保护上的重要作用是。 (4)科学家们预言，此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也将出现不抗虫的植株，此现象来源于。 【答案】见解析。 【解析】(1)农药对害虫抗药性的变异进行定向的选择，使抗药性强的个体生存下来，经过逐代积累，使害虫的抗药性得以增强。 (2)基因是生物性状的内在控制因素，基因对生物性状的控制可通过中心法则来体现： DNA(基因)转录〖〗RNA翻译〖〗蛋白质 (3)该项科技成果在环境保护上的重要作用是减少农药的用量，减轻农药对环境的污染，保护生态平衡。 (4)此种“转基因抗虫棉”独立种植若干代以后，也会出现不抗虫的植株，说明基因发生了变化，此现象来源于基因突变。

延伸、拓展 【例4】1978年美国科学家利用生物工程技术，将人类胰岛素基因拼接到大肠杆菌的DNA分子中，然后通过大肠杆菌的繁殖，产生出了人类胰岛素。请回答： (1)上述人类胰岛素的合成是在______处进行的，其决定氨基酸排列顺序的mRNA的模板是由____基因转录而来的。 (2)胰岛素含有51个氨基酸，由二条肽链组成，那么决定它的合成的基因至少应含有碱基_____个，若核苷酸的平均分子量为300，则与胰岛素分子对应的mRNA的分子量应为_____；若氨基酸的平均分子量为90，该胰岛素的分子量约为_____。 (3)不同生物间基因移植成功，说明这些生物共有一套_________，从进化的角度看，这些生物具有。 (4)某个DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能。这说明____________。 (5)该工程应用于实践，将给农业、医药等诸多领域带来革命，目前已取得了许多成就，请你列举你所知道的或你所设想应用该工程的三个具体实例。 【答案】(1)大肠杆菌核糖体人类胰岛素(2)306459003708(3)遗传密码共同的原始祖先(4)基因是有遗传效应的DNA片段(5)见解析

延伸、拓展 【解析】(1)转录在细胞核内进行，翻译在细胞质内进行，蛋白质合成是在核糖体内进行。mRNA由DNA转录而来，决定胰岛素氨基酸排列顺序的mRNA由胰岛素基因转录而来。 (2)根据基因(DNA)上的碱基数：mRNA碱基数：氨基酸数=6∶3∶1，所以，该基因中至少应含有碱基数306个；该mRNA的分子量为51×3×300=45900。根据肽键数=氨基酸数-肽链数，所以合成该胰岛素时，形成的肽链数等于失去的水分子数：51-2=49；则该胰岛素的分子量为51×90-49×18=3708。 (3)胰岛素基因移植入大肠杆菌，并在大肠杆菌体内得以表达产生了胰岛素，说明生物中的遗传密码都是一样的。从进化的角度看，这也说明这些生物有着共同的原始祖先。 (4)因为基因是遗传效应的DNA片段，是遗传的基本单位。 (5)将抗病毒基因嫁接到水稻体中，形成抗病毒水稻新品种；将人的血型基因移入猪体内，培育人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。