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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,一、基因工程的原理 1.基因工程的概念 基因工程,又叫作基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說,就是按照人們的意愿,把一種生物的某種基因提取出來,并加以修飾改造,然后放到另一種生物的細胞里,定向地改造生物的遺傳性狀。 2.基因工程最基本的工具 (1)基因的“剪刀”是指限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)。一種該物質(zhì)只能識別一種特定的核苷酸序列,并在特定的切點上切割DNA分子。例如,大腸桿菌中的一種叫EcoRⅠ的限制酶,能夠?qū)Ｒ蛔R別GAATTC的序列,并在G和A之間將這段序列切開。,,,,,,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,(2)基因的“針線”即DNA連接酶,可以“縫合”磷酸和脫氧核糖交替連接而構(gòu)成的DNA骨架上的缺口。 (3)基因工程中,目前常用的運載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。 (4)質(zhì)粒存在于許多細菌及酵母菌等生物中,是擬核或細胞核外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子。 3.基因工程的操作步驟 (1)提取目的基因;(2)目的基因與運載體結(jié)合;(3)將目的基因?qū)胧荏w細胞;(4)目的基因的檢測與鑒定。,,,,,,,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,基因工程的基因重組與減數(shù)分裂過程中發(fā)生的基因重組有何不同? 答案:基因工程能實現(xiàn)不同種生物間的基因重組;進行有性生殖的生物在減數(shù)分裂過程中發(fā)生的基因重組是在同種生物體內(nèi)的。,,目標導航,預習導引,一,二,二、基因工程的應用及安全性 1.基因工程的應用 (1)作物育種 利用基因工程的方法,獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物,培育各種抗逆性作物新品種。如抗蟲棉等。 (2)藥物研制 利用基因工程的方法能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。如胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。 (3)環(huán)境保護 利用轉(zhuǎn)基因細菌降解有毒有害的化合物,吸收環(huán)境中的重金屬,分解泄漏的石油,處理工業(yè)廢水等。,,,,,,,,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,2.轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 (1)全球范圍的轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性大辯論起因源于英國生物學家對老鼠的實驗。 (2)我國從一開始進行基因工程的研究就十分重視基因工程的安全性問題。2001年5月,國務院公布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》,對轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗、生產(chǎn)和加工、經(jīng)營和進出口等作了具體規(guī)定。,,,目標導航,預習導引,一,二,據(jù)報道,中國科學院學部主席團發(fā)布《關(guān)于負責任的轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)行為的倡議》,倡議“從事轉(zhuǎn)基因基礎(chǔ)研究、應用研究和產(chǎn)品開發(fā)的科研人員,以及在相關(guān)機構(gòu)中負責轉(zhuǎn)基因技術(shù)安全監(jiān)測和評價、檢測技術(shù)研究的科研人員,以對人類社會發(fā)展高度負責任的態(tài)度,加強職業(yè)操守,規(guī)范科研行為,履行社會責任,積極與社會溝通,促進轉(zhuǎn)基因技術(shù)良性發(fā)展”。 (1)轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因工程是何種關(guān)系? 答案:轉(zhuǎn)基因技術(shù)就是指基因工程,也叫基因拼接技術(shù)、DNA重組技術(shù)等。,,目標導航,預習導引,一,二,(2)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可用于遺傳育種,和雜交育種相比,其優(yōu)點主要表現(xiàn)在哪一方面? 答案:雜交育種只能在同一物種個體之間進行,不能實現(xiàn)異種生物之間的基因轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的操作對象為異種生物,能實現(xiàn)異種生物間的基因轉(zhuǎn)移。 (3)《關(guān)于負責任的轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)行為的倡議》暗示了轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在何種問題以及科學家對轉(zhuǎn)基因技術(shù)應持有何種態(tài)度? 答案:轉(zhuǎn)基因技術(shù)存在著安全性問題,科學家對轉(zhuǎn)基因技術(shù)應持有謹慎和嚴肅的態(tài)度(合理即可)。,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一、基因工程的工具分析 1.限制酶與DNA連接酶 (1)基因的“剪刀”——限制酶 ①作用特點:專一性和特異性。 ②作用結(jié)果:產(chǎn)生黏性末端或平末端。 ③作用部位:脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 (2)基因的“針線”——DNA連接酶 ①作用結(jié)果:將不同DNA分子片段的末端連接起來。 ②作用部位:脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵。 ③限制酶與DNA連接酶的關(guān)系,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.運載體應具備的條件 (1)能在宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復制——這是保證目的基因能在細胞分裂過程中復制并傳遞給子代細胞的基礎(chǔ)。 (2)有多個限制酶切點——這是運載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。 (3)有標記基因——這是檢測目的基因是否導入受體細胞中的重要判斷依據(jù)。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例1】 下圖為DNA分子在不同酶的作用下所發(fā)生的變化,圖中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、解旋酶作用的正確順序是( ) A.①②③④ B.①②④③ C.①④②③ D.①④③② 審題:本題主要考查幾種酶的特點?？蓮膸追N酶的作用部位和作用結(jié)果等方面分析。 解析:限制酶用于切割DNA片段,而與之作用相反的是DNA連接酶,用于連接DNA片段,DNA聚合酶用于DNA的復制過程,它需要模板,解旋酶會使DNA雙鏈解旋而分開,它作用于堿基對之間的氫鍵。 答案:C,,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,在基因工程中,科學家所用的“剪刀”“針線”和“運載體”分別是指( ) A.病毒、質(zhì)粒、DNA連接酶 B.DNA連接酶、RNA聚合酶、質(zhì)粒 C.限制酶、RNA連接酶、質(zhì)粒 D.限制酶、DNA連接酶、質(zhì)粒 解析:基因工程中的“剪刀”是限制酶,用來切割DNA分子;“針線”是DNA連接酶,用來連接DNA片段;運載體最常用的是質(zhì)粒,用來攜帶目的基因進入受體細胞。 答案:D,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例2】 基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計施工的。在基因工程操作的步驟中,不進行堿基互補配對的是( ) A.人工合成目的基因 B.目的基因與運載體結(jié)合 C.將目的基因?qū)胧荏w細胞 D.目的基因的檢測和鑒定 審題:從基因工程操作步驟的具體過程分析與堿基互補配對的關(guān)系。 解析:人工合成目的基因是將單個的脫氧核苷酸在相關(guān)的模板、酶、ATP的作用下,按照堿基互補配對原則合成雙鏈DNA。目的基因與運載體結(jié)合的過程就是將黏性末端的堿基互補配對結(jié)合。目的基因的檢測和表達過程中,當然也要遵循堿基互補配對原則。將目的基因?qū)胧荏w細胞主要是借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑,與堿基互補配對原則沒有關(guān)系。 答案:C,,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,用基因工程的方法培育抗蟲棉,下列導入目的基因的做法正確的是( ) ①將毒素蛋白注射到棉花受精卵中 ②將編碼毒素蛋白的DNA序列注射到棉花受精卵中 ③將編碼毒素蛋白的DNA序列,與質(zhì)粒重組,導入細菌,用該細菌感染棉花的體細胞,再進行組織培養(yǎng) ④將編碼毒素蛋白的DNA序列,與細菌質(zhì)粒重組,注射到棉花的子房并使之進入受精卵 A.①② B.②③ C.③④ D.①④,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析:基因工程中,在導入目的基因前,首先要獲得目的基因即編碼毒素蛋白的DNA序列,然后要將目的基因與運載體結(jié)合即與細菌質(zhì)粒重組。完成上述兩步以后才能將目的基因?qū)胧荏w細胞(即棉花的體細胞或受精卵),目的基因?qū)胧荏w細胞后,可隨受體細胞的繁殖而復制。將毒素蛋白直接注射到棉花受精卵中,沒有獲得目的基因,子代細胞不會有抗蟲性狀。將編碼毒素蛋白的DNA序列,直接注射到棉花受精卵中而沒有將目的基因與運載體結(jié)合,這樣目的基因是不會被保留下來的,很容易被水解掉。 答案:C,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,易錯點一,易錯點二,易錯點一:混淆幾種與DNA分子有關(guān)的酶的作用及作用部位。 (1)斷開氫鍵的酶:解旋酶。(2)斷開(相鄰脫氧核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶:若結(jié)果生成若干DNA片段,可判定為限制酶;若生成其基本單位——脫氧核苷酸,可判定為DNA水解酶。(3)生成(相鄰脫氧核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶:若將兩個DNA片段連接在一起,可判定為DNA連接酶;若作用于DNA復制的過程中,或?qū)⒂坞x的脫氧核苷酸連接到DNA鏈上,可判定為DNA聚合酶。,易錯點一,易錯點二,【例1】 下圖為DNA分子的某一片段,其中①②③分別表示某種酶的作用部位,則相應的酶依次是( ) A.DNA連接酶、限制酶、解旋酶 B.限制酶、解旋酶、DNA連接酶 C.解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D.限制酶、DNA連接酶、解旋酶 解析:①處為氫鍵,解旋酶可斷開氫鍵,使DNA分子解旋;②處為磷酸和脫氧核糖形成的化學鍵,限制酶可斷開此化學鍵,常在基因工程中用于切割運載體和目的基因;③處為斷開的DNA片段,可將此連接起來的酶是DNA連接酶。 答案:C,,,易錯點一,易錯點二,易錯點二:質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體,而不是唯一的運載體。常見的運載體還有噬菌體和動植物病毒等。 【例2】 以下說法正確的是( ) A.所有的限制酶只能識別同一種特定的核苷酸序列 B.質(zhì)粒是基因工程中唯一的運載體 C.運載體必須具備限制酶切點,以便與外源基因連接 D.DNA連接酶與DNA聚合酶作用相同 解析:不同的限制酶能識別不同的核苷酸序列;質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體,但不是唯一的;運載體必須具備限制酶切點,以便與外源基因連接;DNA連接酶連接的是DNA片段,DNA聚合酶連接的是單個的脫氧核苷酸。 答案:C,,,