生物學案系列21----6.2 基因工程及其應用

】生物學案系列21----6.2 基因工程及其應用學習目標1. 簡述基因工程的基本原理；2. 舉例說出基因工程在農業、醫藥等領域的應用；3. 關注轉基因生物和轉基因食品的安全性。[教學過程]：閱讀P102問題探討，思考：為什麼能把人的基因「嫁接」到細菌上？______________________________________________________________________________。傳統育種的局限性：一般只能在同種生物中進行，很難將一種生物的優良性狀，移植到另一種生物身上。基因工程的出現使人類有可能按照自己的意願直接定向地改變生物，培育出新品種。一、基因工程的原理1. 基因工程的概念：基因工程就是按照___________，把一種生物的某種基因提取出來，並加以___________，然後放到另一種生物的細胞里，___________地改造生物的________________。2. 基因工程最基本的工具：___________________、___________________、___________________。（1）基因的「剪刀」是指_________________________。一種該物質能識別________種核苷酸序列，並在切點上切割DNA分子。大腸桿菌中的一種叫EcoRI的限制酶，能夠專一識別_______________的序列，並在G和A之間將這段序列切開。（2）基因的「針線」即____________，可以「縫合」__________和_________交替連接而構成的DNA骨架上的缺口。（3）基因工程中，目前常用的運載體有________、________和______________等。（4）質粒存在於許多細菌及酵母菌等生物中，其本質是細胞染色體外的，能夠________的很小的___________________分子。3. 基因工程的操作步驟：基因工程操作的一般步驟為：__________________、目的基因與___________結合、將目的基因導入_________________、目的基因的________和________。二、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、穩產和具有優良品質的農作物，培育各種抗逆性作物新品種。如抗蟲棉等。2. 藥物研製：利用基因工程的方法，培育轉基因生物，利用轉基因生物生產出各種高質量、低成本的藥品。如胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。3. 環境保護：如利用轉基因細菌降解有毒有害化合物，吸收環境重金屬，分解泄漏的石油，處理工業廢水等。三、轉基因生物和轉基因食品的安全性通過學習，要認識到科學技術是一把雙刃劍，認識到生命中許多事實還有待於人類去探索，科學發展中仍有許多問題有爭議。記憶節節清：一、基因工程的基本工具1.基因的「剪刀」——限制性核酸內切酶：能識別特定的核苷酸序列，並在特定位點上切割DNA分子。如EcoRI的限制酶，能夠轉移識別GAATTC的序列，並在G和A之間將這段序列切開。2.基因的「針線」——DNA連接酶：縫合脫氧核糖和磷酸交替連接而構成的DNA骨架上的缺口。3.基因的「運載體」——質粒、噬菌體和動植物病毒等：將外源基因送入受體細胞的專門運輸工具。二、基因工程的步驟：提取目的基因、目的基因與運載體結合、將目的基因導入受體細胞、目的基因的表達和檢測。習題鞏固：1．DNA連接酶的主要功能是（　　）A．DNA複製時母鏈與子鏈之間形成的氫鍵B．粘性末端鹼基之間形成的氫鍵C．將兩條DNA末端之間的縫隙連接起來D．將鹼基、脫氧核糖、磷酸之間的鍵連接起來2. 下表關於基因工程中有關基因操作的名詞及對應的內容，正確的組合是( )。供體剪刀針線運載體受體A質粒限制性內切酶DNA連接酶提供目的基因的生物大腸桿菌等B提供目的基因的生物DNA連接酶限制性內切酶質粒大腸桿菌等C提供目的基因的生物限制性內切酶DNA連接酶質粒大腸桿菌等D大腸桿菌等DNA連接酶限制性內切酶提供目的基因的生物質粒3. 下列各項應用中不屬於基因工程的是（ ）A.轉基因抗蟲棉的培育成功B.利用工程菌生產胰島素C.將C4植物葉綠體移入C3植物體內使光合效率提高D.利用DNA探針檢測飲用水有無病毒4. 下列關於DNA連接酶的敘述中，正確的是（ ）A. DNA連接酶連接的是兩條鏈鹼基對之間的氫鍵B. DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和脫氧核糖C. DNA連接酶連接的是黏性末端兩條鏈主鏈上的磷酸和核糖D. 同一種DNA連接酶可以切出不同的黏性末端5. 實施基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內分離出來，這要利用限制性內切酶。從大腸桿菌中提取的一種限制性內切酶EcorI，能識別DNA分子中的GAATTC序列，切點在G與A之間。這是應用了酶的（ ）A.高效性 B.專一性 C.多樣性 D.催化活性受外界條件影響6. 在基因工程操作的基本步驟中，不進行鹼基互補配對的步驟是（ ）A.人工合成目的基因 B.目的基因與運載體結合C.目的基因的檢測和表達 D.將目的基因導入受體細胞7.螢火蟲的熒光素基因轉入煙草植物細胞，獲得了高水平的表達。這一研究成果表明①螢火蟲與煙草植物的DNA結構基本相同 ②螢火蟲與煙草植物共用一套遺傳密碼子③煙草植物體內合成了熒光素 ④螢火蟲和煙草植物合成蛋白質的方式基本相同（ ）A. ①③ B. ②③ C. ①④ D. ①②③④8. 下列有關質粒的敘述，正確的是（ ）A．質粒是廣泛存在於細菌細胞中的一種顆粒狀細胞器B．質粒是細菌細胞質中能自主複製的小型環狀DNA分子C．質粒只有在侵入宿主細胞後才能在宿主細胞內複製D．細菌質粒的複製過程一定是在宿主細胞外獨立進行的9. 如果科學家通過轉基因工程，成功地把一位女性血友病患者的造血細胞進行改造，使其凝血功能恢復正常。那麼，她後來所生的兒子中（ ）A．全部正常 B．一半正常 C．全部有病 D．不能確定①GCATATGCATAT15N14N②③……………10. 關於右圖DNA分子片段的說法正確的是（ ）A．限制性內切酶可作用於①部位，解旋酶作用於③部位B．②處的鹼基缺失導致染色體結構的變異C．把此DNA放在含15N的培養液中複製2代，子代中含15N的DNA佔3/4D．該DNA的特異性表現在鹼基種類和（A+T）/（G+C）的比例上11. 不屬於目的基因與運載體結合過程的是 ( )A．用一定的限制酶切割質粒露出黏性末端B．用同種限制酶切斷目的基因露出黏性末端C．將切下的目的基因的片段插入到質粒切口處D．將重組DNA引入受體細胞中進行擴增12. 科學家通過基因工程培育抗蟲棉時，需要從蘇雲金芽孢桿菌中提取出抗蟲基因，「放入」棉的細胞中與棉的DNA結合起來並發揮作用，請回答下列有關問題：(1)從蘇雲金芽孢桿菌中切割抗蟲基因所用的工具是______________，此工具主要存在於__________________中，其特點是________________________ ___。(2)蘇雲金芽孢桿菌一個DNA分子上有許多基因，獲得抗蟲基因常採用的方法是「鳥槍法」。具體做法是：用____________酶將蘇雲金芽孢桿菌的DNA切成許多片段，然後將這些片段導入 ，再轉人不同的 ，並且大量複製，然後從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把其分離出來。(3)進行基因操作的最後一個步驟是_________________________________________。13. 在1990年醫生對一位因缺乏腺苷脫氨酶基因而患先天性體液免疫缺陷病的美國女孩進行治療。採用的方法是首先將患者的白細胞取出作體外培養，然後用某種病毒將正常腺苷脫氨酶基因轉入人工培養的白細胞中，再將這些轉基因白細胞回輸到患者的體內，經過多次治療，患者的免疫功能趨於正常。(1)該病治療運用了基因工程技術，在這個實例中運載體是 ，目的基因是 ，目的基因的受體細胞是 。(2)將轉基因白細胞多次回輸到患者體內後，免疫能力趨於正常是由於產生了 ，產生這種物質的兩個基本步驟是 和 。(3)人的腺苷脫氨酶基因與胰島素基因相比，其主要差別是 ；(4)該病的治療方法屬於基因工程運用中的 ；這種治療方法的原理是 。14. 糖尿病是一種常見病，且發病率有逐年增加的趨勢，以致發達國家把它列為第3號「殺手」。請回答下列問題：(1)目前，對糖尿病的治療，大多採用激素療法，所用激素為 ，由 __________________細胞分泌。(2)目前檢測尿糖常用的試劑為 ，糖尿遇該試劑加熱後呈 色。(3)所用激素過去主要是從動物的內臟中提取，數量有限，現大多採用基因工程的方法生產(如圖所示)。①d為 。②獲得f，必須先用 切割b和d，使它們產生相同的黏性末端，再加入適量的 方可形成。③b的名稱是 ，其化學本質為 。15. 昆蟲學家用人工誘變的方法使昆蟲產生基因突變，導致酯酶活性升高，該酶可催化分解有機磷農藥。近年來已將控制酯酶合成的基因分離出來，通過生物工程技術導入細菌體內，並與細菌內DNA分子結合起來。經過這樣處理的細菌能分裂繁殖。請根據上述資料回答：(1)人工誘變在生產實踐中已得到廣泛應用，因為它能提高______________，通過人工選擇獲得______________________________。(2)酯酶的化學本質是_______________，基因控制酯酶合成要經過__________和_______兩個過程。(3)通過生物工程產生的細菌，其後代同樣能分泌酶，這是由於____________________________________________________________.(4)請你說出一項上述科研成果的實際應用___________________________________。教學過程：問題探討：不同生物的DNA在結構上的統一性，幾乎所有的生物都共用一套密碼子。一、1. 人們的意願、修飾改造、定向、遺傳性狀。2.基因剪刀、基因針線、基因的運載體（1）限制性核酸內切酶、1、GAATTC （2）DNA連接酶、脫氧核糖、磷酸（3）質粒、噬菌體、動植物病毒 （4）自主複製 環狀DNA3.提取目的基因、運載體、受體細胞、表達、檢測習題鞏固：1.C 2.C 3.C 4.B 5.B 6.D 7.D 8.B 9.C 10.A 11.D12．（1）限制酶 微生物 一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，並且在特定的核苷酸序列上對DNA進行切割（2）限制 運載體 受體細胞 （3）目的基因的表達和檢測13．（1）某種病毒 腺苷脫氨酶基因 白細胞 （2）腺苷脫氨酶 轉錄 翻譯（3）脫氧核苷酸的排序不同（4）基因治療 把健康的外源基因導入由基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的14．（1）胰島素 胰島B細胞（2）斐林試劑 磚紅色（3）①目的基因 ②同一種限制酶 DNA連接酶 ③質粒 DNA15．（1）突變率 人類所需要的新品種（2）蛋白質 轉錄 翻譯（3）控制該酶合成的基因已整合到細菌的DNA上，並隨細菌DNA的複製而複製（4）分解有機磷農藥教學過程：問題探討：不同生物的DNA在結構上的統一性，幾乎所有的生物都共用一套密碼子。一、1. 人們的意願、修飾改造、定向、遺傳性狀。2.基因剪刀、基因針線、基因的運載體（1）限制性核酸內切酶、1、GAATTC （2）DNA連接酶、脫氧核糖、磷酸（3）質粒、噬菌體、動植物病毒 （4）自主複製 環狀DNA3.提取目的基因、運載體、受體細胞、表達、檢測習題鞏固：1.C 2.C 3.C 4.B 5.B 6.D 7.D 8.B 9.C 10.A 11.D12．（1）限制酶 微生物 一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，並且在特定的核苷酸序列上對DNA進行切割（2）限制 運載體 受體細胞 （3）目的基因的表達和檢測13．（1）某種病毒 腺苷脫氨酶基因 白細胞 （2）腺苷脫氨酶 轉錄 翻譯（3）脫氧核苷酸的排序不同（4）基因治療 把健康的外源基因導入由基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的14．（1）胰島素 胰島B細胞（2）斐林試劑 磚紅色（3）①目的基因 ②同一種限制酶 DNA連接酶 ③質粒 DNA15．（1）突變率 人類所需要的新品種（2）蛋白質 轉錄 翻譯（3）控制該酶合成的基因已整合到細菌的DNA上，並隨細菌DNA的複製而複製（4）分解有機磷農藥
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