第2节 基因工程及其应用.doc

第2节 基因工程及其应用

教学目标：
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.关注转基因生物和转基因食品的安全性。
教学重点和难点：
1.教学重点
（1）基因工程的基本原理。
（2）基因工程的安全性问题。
2.教学难点
（1）基因工程的基本原理。
（2）转基因生物与转基因食品的安全性。
自主学习与要点讲解：
一、基因工程的概念
1、基因工程又叫__________、_________。它是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因__________出来，加以饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，__________生物的遗传性状。这是在在DNA上进行的__________水平的设计施工。基因工程需要的基本工具有“__________”、“__________”、“ __________。
2、基因工程的优点是：可以按照人们的意愿直接 _________改变生物的性状，培育出新品种。
基因工程的缺点是：技术复杂，操作要求精细，难度大。
基因工程的特性
基因工程的别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境

操作对象

操作水平

基本过程
剪切→拼接→导入→表达
结果

学习检测1、下列关于基因工程的叙述不正确的是（ ）
A、基因工程的生物学原理是基因重组
B、通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传性状
C、基因的针线是DNA连接酶
D、基因工程中常用的运载体质粒在动植物细胞中广泛存在
二、基因工程的基本工具
1、基因的“剪刀” ——-限制性核酸内切酶（简称限制酶）
分布：主要分布在__________。
特性：具有专一和特异性，即一种限制酶只能识别一种__________，并在__________上切割DNA分子。如ECORI限制酶，只能识别GAATTC的序列，切割位点是G和A之间。
实例：EcoRI限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A 之间将这段序列切开。
切割结果：一般产生两个带有黏性末端的DNA片段
作用：基因工程中重要的切割工具，能将外 来的DNA切断，对自己的DNA无损害。

2、基因的“针线”---DNA连接酶
连接对象：两个具有相同黏性末端的DNA片段
连接位置：DNA骨架上脱氧核糖与磷酸之间的缺口
实例：两种来源不同的DNA用同种限制性酶切割后，末端可以互相黏合，但这种黏合只能使互补的碱基连接起来，脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA骨架上的缺口，需要靠DNA连接酶来缝合。
连接结果：形成磷酸二酯键，使目的基因与运载体连接成重组DNA

分析拓展 DNA连接酶和DNA聚合酶的异同点
DNA聚合酶：是把单个的脱氧核苷酸加到已有的脱氧核苷酸序列上，形成磷酸二酯键；
DNA连接酶：在两个 DNA片段志坚连接形成磷酸二酯键。
相同点：两种酶都是蛋白质，两者都可以形成两个脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键。
3、基因的运输工具———运载体
作用：将外源基因送入__________，并在受体细胞内使目的基因进行大量的复制。
种类：质粒、__________、__________等。
分布：存在于许多__________和酵母菌等生物中
本质：是细胞拟核或细胞核外能够自主复制的的__________。
条件 ①能在宿主细胞稳定保存并大量复制，这是保证目的基因能在细胞分裂过程中复制并传递给子细胞的条件。
②有多个限制酶切点。这是运载体能够接入多种目的的基因所必备的条件。
③有标记基因。这是检测目的基因能否导入受体细胞中的重要判断依据。
学习检测2、质粒是基因工程最常用的运载体，它的主要特点是（ ）
①能自主复制 ②不能自主复制 ③结构很小 ④蛋白质 ⑤环状RNA ⑥环状DNA ⑦能“友好”地“借居”
A、①③⑤⑦ B、②④⑥ C、①③⑥⑦ D、②③⑥⑦
学习检测3、下列能说明目的基因完成了表达的是（ ）
A、棉株中含有杀虫蛋白基因 B、大肠杆菌中具有胰岛素基因
C、土豆含有抗病毒的基因 D、从酵母菌中提取到了干扰素
三、基因工程的步骤
（1）__________；（2）目的基因与___________________结合；（3）将目的基因导入受体细胞；（4）__________。

分析拓展 不同DNA分子能够拼接在一起的原因：（1）都具有相同的物质组成，都具有规则的双螺旋结构。（2）都遵循碱基互补配对的原则
学习检测4、基因工程的操作步骤：①使目的的基因与运载体相结合 ②将目的的基因导入受体细胞 ③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求 ④提取目的基因。正确的操作顺序是（ ）
A、③②④① B、②④①③ C、④①②③ D、③④①②
四、基因工程的应用
1.作物育种：
利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育各种抗逆性作物新品种。如抗虫棉等。抗虫基因作物的使用，不仅减少了__________，大大降低了生产成本，而且还减少了__________。
2.药物研制：
利用基因工程的方法，培育转基因生物，利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品。如胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等。
3.环境保护：
如利用转基因细菌降解有毒有害化合物，吸收环境重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
　　目前关于转基因生物和转基因产品的安全性，有两种观点，一种观点是转因生物和转基因食品不安全，____________________；另一种观点____________________。通过学习，要认识到科学技术是一把双刃剑，认识到生命中许多事实还有待于人类去探索，科学发展中仍有许多问题有争议。
课堂互动探究
探究一 基因重组和基因工程间的区别

比较项目
基因重组
基因工程
不同点
重组方式
同一种生物不同基因
不同生物不同基因
繁殖方式
有性生殖
无性生殖
变异大小
小
大
意义
生物变异的主要来源,对生物进化有重要意义
使人类有可能按自己的意愿定向改造生物
相同点
都实现了不同基因间的重新组合,都能使生物产生变异
基因重组分为狭义和广义两种,狭义的基因重组是指减数分裂过程中交叉互换和非同源染色体上非等位基因的自由组合;广义的基因重组还包括基因工程。
当堂检测
1.上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带白蛋白的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁中的药物蛋白含量提高30多倍。“转基因动物”是指（　　）
A.提供基因的动物 B.基因组中增加外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物 D.能表达基因信息的动物
2.要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（　　）
①限制酶　②连接酶　③解旋酶　④还原酶
A.①② B.③④C.①④ D.②③
3.下列不属于利用基因工程技术制取的药物是（　　）
A.在大肠杆菌体内获得白细胞介素 B.在酵母菌体内获得干扰素
C.在青霉菌体内获得青霉素 D.在大肠杆菌体内获得胰岛素
4.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
5.基因工程是在DNA水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补的步骤的是（　　）
A.目的基因与运载体结合 B.将目的基因导入受体细胞
C.目的基因的检测 D.目的基因的表达
6.下列有关质粒的叙述，正确的是（　　）
A.质粒是广泛存在于细菌细胞内的一种颗粒状细胞器
B.质粒是仅存于细菌细胞中能自我复制的小型环状DNA分子
C.质粒在侵入宿主细胞后能够自主复制
D.质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立地进行
7.为了培育节水高产品种，科学家将大麦中与抗旱节水有关的基因导入小麦，得到转基因小麦，其水分利用率提高了20%。这项技术的遗传学原理是（　　）
A.基因突变 B.基因重组C.基因复制 D.基因分离
10. 下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是( )

供体
剪刀
针线
运载体
受体
A
质粒
限制性内切酶
DNA连接酶
提供目的基因的生物
大肠杆菌等
B
提供目的基因的生物
DNA连接酶
限制性内切酶
质粒
大肠杆菌等
C
提供目的基因的生物
限制性内切酶
DNA连接酶
质粒
大肠杆菌等
D
大肠杆菌等
DNA连接酶
限制性内切酶
提供目的基因的生物
质粒
11. 不属于目的基因与运载体结合过程的是 ( )
A．用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端
B．用同种限制酶切断目的基因露出黏性末端
C．将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处
D．将重组DNA引入受体细胞中进行扩增
12. 下列有关质粒的叙述，正确的是（ ）
A．质粒是广泛存在于细菌细胞中的一种颗粒状细胞器
B．质粒是细菌细胞质中能自主复制的小型环状DNA分子
C．质粒只有在侵入宿主细胞后才能在宿主细胞内复制
D．细菌质粒的复制过程一定是在宿主细胞外独立进行的
13. 下列关于DNA连接酶的叙述中，正确的是（ ）
A. DNA连接酶连接的是两条链碱基对之间的氢键
B. DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和脱氧核糖
C. DNA连接酶连接的是黏性末端两条链主链上的磷酸和核糖
D. 同一种DNA连接酶可以切出不同的黏性末端
14. 下列各项应用中不属于基因工程的是（ ）
A.转基因抗虫棉的培育成功
B.利用工程菌生产胰岛素
C.将C4植物叶绿体移入C3植物体内使光合效率提高
D.利用DNA探针检测饮用水有无病毒
15. 科学家通过基因工程培育抗虫棉时，需要从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，“放入”棉的细胞中与棉的DNA结合起来并发挥作用，请回答下列有关问题：
(1)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是______________，此工具主要存在于__________________中，其特点是________________________ ___。
(2)苏云金芽孢杆菌一个DNA分子上有许多基因，获得抗虫基因常采用的方法是“鸟枪法”。具体做法是：用____________酶将苏云金芽孢杆菌的DNA切成许多片段，然后将这些片段导入 ，再转人不同的 ，并且大量复制，然后从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把其分离出来。
(3)进行基因操作的最后一个步骤是_________________________________________。
中国转基因该何去何从
2013年6月，中国批准了三个品种的转基因大豆进口。这本来应该是很平常的事情——中国已经批准了好几个品种的转基因大豆进口，每年的进口量超过5000千万吨。只是因为资讯发达，这又被炒成了一个“热点新闻”。在某网站进行的读者投票中，认为“有害”的接近8成，而认为“安全”的不足1成。
我们一贯很自豪“用世界7%的土地养活了世界22%的人口”。但我们不得不承认：我们的生活水平越来越高，“养活”不再是目标，我们还希望“吃得好”。耕地就那么多，人口却在增加，人们对食物的需求也在增加。除了吃饱，还要吃得好——肉、蛋、奶，从偶尔解馋的“奢侈品”到每天上餐桌的“刚需”，也必须通过大大增加粮食的供应来实现。
现在，中国每年需要6500万吨大豆，而自己只能生产1500万吨左右。另外5000万吨从哪里来？自己种，需要4亿亩以上的耕地。拿这么多耕地来种大豆，那其他粮食的缺口又怎么填补？
所以，增加产量、减轻劳动投入，是农业发展的必然方向。而转基因，是目前最现实可行的途径。在目前的社会舆论更倾向反对转基因——这意味着愿意为非转基因产品多付钱——的情况下，中国的非转基因大豆产业依然没有竞争力。政府每年投入数百亿元补贴，依然杯水车薪。巴西阿根廷，却及时抓住了转基因大豆的潮流，在国际市场上与美国三足鼎立。如果中国当年也抓住了机遇，即便今天依然需要进口那么多大豆，但国产大豆的竞争力，应该不至于如此狼狈。
大豆和玉米，中国已经失去了先机。在水稻转基因上，中国本来有较大的空间。美国、加拿大、巴西、阿根廷这些对转基因接受程度高的国家，都不是大米的主要消费区。所以，国际生物技术巨头投资开发转基因水稻的动力不足——对他们来说，等待中国市场的风险实在太大。中国对转基因水稻的开发，技术上也不算落后。但是，盲目反对转基因的舆论太强大——国外没做的，担心“没有其他国家做过，万一有风险怎么办”；国外做过的，又担心“核心技术控制在别人手中，影响粮食安全”。从主管部门到主流媒体，一直都态度暧昧。反倒是菲律宾、泰国、越南等水稻产区和消费区，在转基因水稻上正在学习当年巴西、阿根廷在大豆上的态度。如果中国继续屈从于不理性的“民意”，很可能在水稻上重蹈大豆的覆辙。
看看国外，美国先后在公众投票和国会投票中否决了转基因成分强制标注的提案，加拿大、巴西、阿根廷、菲律宾的接受程度也很高。即使是许多传言中宣称“禁止转基因”的欧盟和日本，也批准了许多转基因作物用于食品。世界主要国家中，或许只有中国，只允许转基因大豆用于榨油，而豆粕也只能用于饲料——而在转基因要求标注的日本，转基因油是不用标注的。
面对国际国内的现实，中国的转基因应该从四方面着手：一、主流媒体如实地介绍主流科学界对转基因安全性的认识，以及其他国家对转基因食品的食用情况与法律规定；二、批准更多的转基因粮食用于食品，加强标注管理，保证反对者不吃转基因的权利，也保护支持者享受转基因带来的好处；第三、开发和引进各种转基因检测试纸、试剂盒，让公众有机会检验主管部门的监管成果；第四、公开透明地做好转基因作物的安全评估，规范地审核批准转基因产品进入商业化种植（哪怕是先建立种植示范区也可以）。