课件35张PPT。理解·教材新知把握·命题热点应用·落实体验课下综合检测课堂回扣练习命题点一命题点二知识点一知识点二第2节
基因工程及其应用第6章第2节 基因工程及其应用
●从容说课
本节内容包括两个主要方面：一是基因工程的基本原理，二是基因工程的应用。分别用一个课时完成。对于基因工程的基本原理而言，既是学生进入高中以来第一次接触到的生物工程方面的有关内容，又是生物工程中四大主要工程的重点和难点，其知识内容比较抽象和复杂，属于生物科学中的前沿科学。学生理解和接受起来都十分困难。因此本节的侧重点是基因工程的原理和大致过程，在教学深度的把握上应定位在学生了解基因工程的过程和方法，而不必引入过多的专业术语和详细的操作技术，语言力求形象生动，避免不适当地扩展，增加深度和难度。有兴趣的学生可以在生物选修3《现代生物科技专题》中进一步学习。教学时从杂交育种及诱变育种的特点总结入手，结合“问题探讨”，引入基因工程的概念。教学中，教师先结合学生熟悉的具体事例通过类比的方法来讲述基因工程的基本工具，然后安排学生制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。最后教师用制作的电脑动画来表现这一动态过程。通过第1课时的学习使学生达到能简述基因工程所用到的“工具”和了解基因工程的大致过程的目的。
对于第2课时基因工程的应用的教学，重在在列举基因工程各种应用的基础上，引导学生讨论基因工程应用的利与弊。在进行教学的过程中，布置学生在课前浏览相应的信息资料，搜集有关资料并分析、归纳、整理，提出相应的问题或自主探究的课题，提交组内讨论；各小组讨论归纳，在课堂上进行全体同学的交流和讨论。在课堂上通过模拟一次听证会，让学生进行角色扮演，要求学生采用思考、分析、想象、推断和辩论相结合的方法，围绕基因工程的利与弊，分析讨论是否需要关注转基因食品和转基因生物。对于这个问题，教师不必刻意将学生的争论引向一致的结论，争辩的过程本身就是对学生思维的训练，能够给予学生不少启发。教师要注意引导学生摆事实、讲道理，作出合乎逻辑的推断，鼓励学生积极参与。还可设计合适的情境，组织学生制作公益广告、撰写咨询报告等多种活动，让学生站在不同角度思考问题并作出判断，使学生体会到参与社会问题的讨论和决策的方法。
最后，教师可以组织学生对本章进行小结，进一步突出从杂交育种到基因工程这条技术发展的主线。同时，教师也应强调科学技术是一把双刃剑，既可以为人类造福，又可能造成一些负面影响。身为现代公民，应该关注科学技术的发展和影响。
●三维目标
1.知识与技能
（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）收集基因工程所取得的成果以及发展前景。
（4）通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
2.过程与方法
（1）利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。
（2）通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身体会基因工程的主要过程。
（3）通过模拟听证会的活动，引导学生主动参与、乐于辩论，积极进行交流与合作，从而培养学生团结、互助和协调的合作精神，训练学生思维的敏捷性、逻辑性、广阔性及创造性，开阔学生的视野，提高学生的自学能力和良好的语言表达能力。
3.情感态度与价值观
（1）关注转基因生物和转基因食品的安全性。
（2）进行角色扮演，使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。
（3）通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果，激发学生对生物知识的兴趣，开阔学生的思路，培养学生的爱国主义热情，树立在学习上努力刻苦的决心。
●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。
●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。
●教具准备
教师课件。
●课时安排
2课时。第1课时：基因工程的原理，第2课时：基因工程的应用。
第1课时
●教学过程
［课前准备］
1.教师收集有关基因工程的音像图片资料和实物，并制作成课件。
2.教师参考选修3《现代生物科技专题》P6“重组DNA分子的模拟操作”编辑成构建重组DNA模型的文字指导，复印后发给各组。
3.学生以EcoRI为例，根据教师下发的指导构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。
［情境创设］
演示多媒体课件列举几种生物的不同性状，如下：
（1）青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素。
（2）豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。
（3）人的胰岛素细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。
教师：以上几种生物各自有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果，但是人类能不能改造基因呢？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。
教师通过课件图片和音像资料展示基因工程产品，如种子、水果、疫苗或药物等。同时引出本节课题：基因工程的原理。
［师生互动］
教师：利用“问题探讨”，提出问题，组织学生讨论、交流看法。
（1）为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？
（2）推测这种“嫁接”怎样才能实现？
（3）这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？
学生：分组讨论。学生设想用类似的方法来“改造”某种生物，使其符合人们某种特定需要，说出具体设想。各小组选派代表陈述观点。
教师：杂交育种有哪些局限性？人类是否可以按照自己的意愿直接定向改造生物。
学生：杂交育种有方法简单、容易操作的优点。但是，杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程烦琐。我们可以利用基因工程的办法解决，即把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上。
教师：肯定学生合理的想法，引发思考。“你的想法很好，可是用什么样的方法才能实现你的设想呢？”
学生：头脑中设想“嫁接”的过程。
教师：用类比的方法引导学生思考基因工程的大致步骤和所需要的工具：剪刀、针线、运载体等。并用问题启发学生：“你能想象这种剪刀加浆糊式的嫁接工作在分子水平的操作，其难度会有多大吗？”
学生：头脑中设想“嫁接”的过程。并跟随教师的引导，思考基因工程的大致步骤：找到目的基因、剪切、拼接、缝合、表达、检测，所用到的工具：基因剪刀、基因针线、基因的运载体。
教师：下面以EcoRI为例，构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。
EcoRI是已发现的500多种限制性内切酶中的一种，它是一种从细菌中发现的能在特定位置上切割DNA分子的酶。它的特殊性在于，它在DNA分子内部“下剪刀”，专门识别DNA分子中含有的“GAATTC”这样的序列，一旦找到就从G和A之间剪断（参考教科书插图6－3）。
同学们来试一试，动手做一个重组DNA模型吧。在动手做之前，先要明白“分子剪刀”和“分子针线”的用途和使用方法。
用同一种限制性内切酶切割后的DNA片段其末端可以用连接酶来缝合（参考教科书插图6－4）。这样“剪切拼接”就可以形成重组的DNA分子。
学生：4个人一组，再次阅读课前教师下发的“构建DNA分子模型的文字指导”。
教师：提出问题：
（1）制作模型时用到的“剪刀”和“针线”各代表什么?比较剪切后的DNA片段的末端切片，你发现有什么特点呢 ?
（2）回顾在模型构建过程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“产品”，你对重组DNA的操作有什么新的理解？
学生：讨论模型构建的具体方法，按“指导”的方法步骤依次完成模拟制作过程，并思考教师提出的问题。回答并交流对重组DNA技术的理解。
学生：剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）。它的作用具有特异性特点，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。例如大肠杆菌的EcoRI限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。剪切的结果是产生黏性未端（碱基互补配对）。
教师：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
学生：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切2个切口。可产生2个黏性末端。
学生：针线——DNA连接酶。连接的部位：磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。结果是把两个来源不同却有相同的黏性末端的DNA连接。
教师：用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（磷酸二酯键）？用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口（磷酸二酯键）？
学生：2个、2个。
教师：现在同学们分组各做一个重组DNA模型，看一看哪个组的最科学。
学生：分组做重组DNA模型，并分别在实物投影仪上演示，其他同学点评。
教师：重组后的DNA分子还需要特殊的运载工具运载到受体细胞（如大肠杆菌、动植物细胞）中。那么谁能承担这个任务呢？
教师：用图片或课件动画展示质粒的结构及特点。
学生：观看图片或课件，了解质粒的特点及其运载功能。
质粒的特点：
细胞拟核之外的小的环状DNA分子。借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎没有影响。质粒能够自主复制，而且复制只能在宿主细胞内完成。可以容易地从细胞中取出或放入。这些特点使它能够胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。
教师：有了基因工程操作的工具后，那么基因工程具体是如何进行操作的呢？
教师：用多媒体课件或与教科书插图6－6示意图类似的基因操作步骤的有关录像资料进行展示。思考问题如下：（可以利用幻灯或多媒体课件演示）
（1）举例说明什么是目的基因。
（2）从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么？简要说出该方法的过程是什么。
（3）人工合成基因的方法有几种？其操作过程分别是什么？
（4）将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合，用DNA连接酶处理会出现几种结果？（只考虑两两结合）
（5）将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂？其作用是什么？
（6）在目的基因的检测过程中，检测的对象是什么？
学生：观看录像资料，想象科学家在分子水平上进行这一操作的精确性。然后思考、讨论、回答。（通过观看录像资料学生对基因工程的步骤能够大体了解，对以上的问题能基本回答，但是对具体的操作步骤还不能从生物学角度上很透彻地理解）
教师：现在请同学们阅读教材内容，从理论上理解有关知识，同学们可从生物学的专业知识角度出发，用生物学的专业术语准确地解答有关问题。
简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。
学生和教师一起归纳基因工程操作的几个步骤：
第一步：提取目的基因；
第二步：目的基因与运载体的结合；
第三步：将目的基因导入受体细胞；
第四步：目的基因的检测和表达。
［教师精讲］
1.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。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
2.基因操作的工具
基因的剪刀——限制性内切酶。
分布：主要在微生物中。
作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。
结果：产生黏性末端（碱基互补配对）。
基因的针线——DNA连接酶。
连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。
结果：两个相同的黏性末端的连接。
基因的运载工具——运载体。
作用：将外源基因送入受体细胞。
具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。
具有多个限制酶切点。
具有某些标记基因。
种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。
质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体。
最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。
存在于许多细菌及酵母菌等生物中。
质粒的存在对宿主细胞无影响。
质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
细胞染色体外能自主复制的小型环状DNA分子。
3.基因操作的基本步骤
（1）提取目的基因。
目的基因的提取途径有两条：一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一种是人工合成基因。
（2）目的基因与运载体结合（以质粒为运载体）。
目的基因与运载体结合的结果可能有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。
（3）将目的基因导入受体细胞。
导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
导入过程：运载体为质粒，受体细胞为细菌。
（4）目的基因的检测和表达。
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。
［评价反馈］
1.下列关于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.所有限制酶都只能识别同一种按规定排列的核苷酸序列
C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细胞繁殖快
D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功地实现表达
解析：考查学生对基因工程原理的理解运用，只要理解基因工程的工具、步骤，即可正确地作出判断。
答案：C
2.以下说法正确的是
A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B.质粒是基因工程中唯一的运载体
C.运载体必须具备的条件之一是具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D.基因治疗主要是对有缺陷的细胞进行修复
解析：考查学生对基因工程原理的理解运用，只要理解基因工程的工具、步骤，即可正确地作出判断。
答案：C
3.实施基因工程第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别DNA分子中的GAATTC顺序，切点在G和A之间，这是应用了酶的
A.高效性 B.专一性
C.多样性 D.催化活性受外界条件影响
解析：将基因工程的工具与酶的特性结合起来，考查学生学科内综合运用的能力。
答案：B
4.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.基因组中增加了外源基因的动物
C.能产生白蛋白的动物 D.能表达基因信息的动物
解析：考查学生对基因工程灵活运用的能力。
答案：B
5.基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的，在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是
A.人工合成基因 B.目的基因与运载体结合
C.将目的基因导入受体细胞 D.目的基因的检测和表达
解析：从遗传原理的角度，考查学生对基因工程的理解。
答案：C
［课堂小结］
基因工程的别名
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
操作工具
基因的剪刀、针线、运载体
基本过程
剪切→拼接→导入→表达
结 果
人类需要的基因产物
［布置作业］
P106：基础题1、2、3，拓展题1。
［课后拓展］
1.学生搜集基因工程应用的事例及其价值的资料。
2.搜集有关基因工程技术安全性方面的报道、法规等的资料。
●板书设计
第2节 基因工程及其应用
●习题详解
一、练习（课本P106）
（一）基础题
1.基因工程的操作通常包括以下4步：（1）获得目的基因（外源基因）；（2）目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子；（3）将重组DNA分子导入受体细胞；（4）目的基因的检测与表达。
2.
3.常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。
（二）拓展题
1.提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。
2.（略）
3.（略）
二、问题探讨（课本P102）
提示：此节“问题探讨”以基因工程菌的实例，引导学生思考基因工程的原理。为启发学生思考，教师可引导学生回忆前面学过的遗传学知识，如不同生物的DNA在结构上的统一性、几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。
三、本节聚焦（课本P102）
1.基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
2.基因重组。
第六章 第2节
一、选择题
1．基因工技术也称DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是 ( )
A．工具酶、目的基因、运载体、受体细胞
B．重组DNA、RNA聚合酶、内切酶、连接酶
C．模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞
D．目的基因、限制性内切酶、运载体、体细胞
[答案] A
[解析] 基因工程实施时必备的条件有：基因的“剪刀”—限制酶，基因的“针线”—DNA连接酶，基因的运载体—质粒，外源基因(目的基因)及受体细胞。
2．工程菌在降解有毒有害化合物、吸收环境重金属、分解泄露石油、处理工业废水等方面发挥着重要作用。下列属于工程菌的是 ( )
A．通过X射线处理后，青霉素产量明显提高的青霉菌
B．通过细胞杂交技术获得繁殖快的酵母菌
C．为抗虫棉培育提供抗虫基因的苏云金杆菌
D．通过转基因技术培育的能够分解多种石油成分的细菌
[答案] D
[解析] 通过转基因技术培育的能够分解多种石油成分的细菌属于工程菌。
3．基因工程技术中的目的基因主要来源于 ( )
A．自然界现存生物体内的基因
B．自然突变产生的新基因
C．人工诱变产生的新基因
D．科学家在实验室中人工合成的基因
[答案] A
[解析] 目前，基因工程技术中的目的基因主要来源于自然界现存生物体内的基因，野生动植物是自然界最大的基因库，因此，我们要保护好野生动植物。
4．中国农业科学院的科学家继成功培育出了抗棉铃虫转基因抗虫棉后，又成功培育出了抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻等多种农作物，转基因抗虫作物的推广具有下列哪些意义。 ( )
①使危害农作物的害虫灭绝 ②农药用量减少 ③作物产量明显提高 ④环境污染降低 ⑤农业生产成本降低
A．①②③ B．②③④
C．①④⑤ D．②④⑤
[答案] D
5．转基因植物是通过基因工程拥有其他物种基因即外源基因的植物。下列有关叙述中正确的是 ( )
A．外源基因就是目的基因
B．外源基因的遗传都遵循孟德尔遗传定律
C．基因工程中的运载体质粒是细胞核内能够自主复制的DNA分子
D．通过基因工程，植物细胞也能合成某些细菌的蛋白质
[答案] D
[解析] 本题主要考查基因工程的过程。外源基因较多，只有人们所需要的外源基因才能称之为目的基因。当把目的基因导入到受体细胞中时，若存在于细胞质中是不会遵循孟德尔遗传定律的。质粒是存在于细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。基因工程打破了物种的界限，可以使植物产生细菌的蛋白质。
6．(2018·仪征测试)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、运载体
B．为育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体细胞
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表达
[答案] C
[解析] 运载体不是工具酶；植物细胞的全能性较高，目的基因可导入植物体细胞或受精卵；目的基因导入受体细胞后，不一定能成功存在和表达，需要检测。
二、非选择题
7．下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请据图作答：
(1)能否利用人的皮肤细胞来完成①过程？________。为什么？____________________ ____________________________________________________。
(2)过程②必需的酶是________酶。
(3)在利用A、B获得C的过程中，一般用________切割A和B，使它们产生________，再加入________，才可形成C。
(4)由此可知，基因工程操作一般要经过A的获取、________(填字母)和________(填字母)的结合、________(填字母)导入D、目的基因在大肠杆菌中表达与检测等四个步骤。
[答案] (1)不能 皮肤细胞中的胰岛素基因未表达(或未转录)，不能形成胰岛素mRNA (2)逆转录
(3)同一种限制酶 相同的黏性末端 DNA连接酶 (4)A B C
[解析] 图中①是转录，②是逆转录合成目的基因。B是质粒，C是重组质粒。人皮肤细胞中有胰岛素基因，但却不表达，因此不能用人皮肤细胞完成①过程。
一、选择题
1．下列哪一项不是基因工程所必需的 ( )
A．纤维素酶 B．限制性内切酶
C．基因运载体 D．DNA连接酶
[答案] A
[解析] 基因工程所需要的工具有运载体、限制性内切酶和DNA连接酶。
2．DNA连接酶的作用是 ( )
A．催化碱基互补配对
B．催化双螺旋结构形成
C．催化脱氧核糖和磷酸之间的连接
D．催化碱基对的断裂
[答案] C
[解析] DNA连接酶的作用是催化脱氧核糖和磷酸之间的连接。
3．在畜牧养殖业上，科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛，超级绵羊等多种转基因动物。“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
[答案] B
[解析] 提供基因的动物是一个正常的动物，而不是转基因工程的产物，而且也含有白蛋白基因，因此能产生白蛋白，在产生白蛋白过程中必然也就完成了该基因的信息表达，故A、C、D三个选项均是错误的。
4．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的白细胞介素
B．在酵母菌体内获得的干扰素
C．在青霉菌体内获取的青霉素
D．在大肠杆菌体内获得的胰岛素
[答案] C
[解析] 基因工程实现了外源基因的表达，如A、B、D三项所述，而C项的青霉菌合成青霉素是其自身基因表达的结果。
5．基因工程中科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是 ( )
A．结构简单，操作方便 B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少，简单 D．性状稳定，变异少
[答案] B
[解析] 基因工程的最终目的是要用于生产，因此要有利于生产。只有繁殖速度快，生产的基因产品才会多。
6．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．③④
C．①④ D．②③
[答案] A
[解析] 目的基因与对应的运载体结合起来的过程是：先用限制酶分别处理目的基因和运载体，使之露出相同的黏性末端；将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处，再用DNA连接酶将处理好的目的基因和运载体的黏性末端接好，就完成了基因的重组。
7．运用现代生物技术，将苏云金杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，为检测实验是否成功，最方便的方法是检测棉花植株是否有 ( )
A．抗虫基因 B．抗虫基因的产物
C．标记基因 D．抗虫性状
[答案] D
[解析] 苏云金杆菌的抗虫基因整合到棉花细胞中，是否在棉花细胞已表达，使棉花具有了抗虫的遗传特性。最简便最直接的方法是让棉铃虫去啃食棉花叶片，观察是否有抗虫性状。
8．下列正确表示基因操作“四部曲”的是 ( )
A．提取目的基因→目的基因导入受体细胞→目的基因与运载体结合→目的基因的表达和检测
B．目的基因的表达和检测→提取目的基因→目的基因与运载体结合→目的基因导入受体细胞
C．提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的表达和检测
D．目的基因与运载体结合→提取目的基因→将目的基因导入受体细胞→目的基因的表达和检测
[答案] C
[解析] 基因工程步骤的“四部曲”是：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的表达和检测。
二、非选择题
9．(2018·南昌检测)科学家将使啤酒产生丰富泡沫的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，使其产生LTP1蛋白，酿出泡沫丰富的啤酒，具体的操作过程如图所示。(注：限制性核酸内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—，限制性核酸内切酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—)
(1)图中所示的基因工程操作过程的A和C分别是________________、________________。
(2)由图中可以看出所用的运载体B是________。
(3)请画出LTP1基因被限制酶Ⅰ切割后形成的黏性末端。
(4)请画出B被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。
(5)分析LTP1基因和B所形成的黏性末端能否黏合？________。假设能的话，还必须需要的一种工具酶是________。
[答案] (1)提取目的基因 将目的基因导入受体细胞
(2)质粒
(5)能 DNA连接酶
10．中国青年科学家陈大炬成功地把人的抗病毒干扰素基因“嫁接”到烟草的DNA分子上，可使烟草获得抗病毒能力，形成转基因产品，试分析回答：
(1)人的基因之所以能嫁接到植物体内去，原因是________。
(2)烟草具有抗病毒能力，这表明烟草体内产生了________，这个事实说明，人和植物共用一套________，蛋白质的合成方式________。
(3)该工程运用于实践，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的该工程的三个具体实例。
(4)有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，有如水能载舟也能覆舟，甚至可能带来灾难性的后果，你是否支持这一观点？如果支持，请你举出一个可能出现的灾难性后果的实例。
[答案] (1)人与植物DNA分子结构组成相同
(2)抗病毒干扰素 遗传密码 相同
(3)将抗病毒基因嫁接到水稻中，形成抗病毒水稻新品种；将人的血型基因移入猪体内，培育制造人血的猪；将干扰素基因移入细菌体内，培育出能产生干扰素的细菌。
(4)支持此观点。用于改良作物的抗不良环境的基因引入杂草，就将难以控制杂草。
[解析] 该题是以生物新成就为信息的迁移题，根据提供的信息结合课本知识，人的DNA分子结构组成与植物DNA分子结构组成是相同的，是实现基因片段转移拼接的结构基础。烟草具有了抗病毒能力，证明了人抗病毒干扰素基因“嫁接”在烟草DNA上获得成功并得以表达，产生了抗病毒干扰素(一种蛋白质)，这个事实说明了人和植物共用一套遗传密码，蛋白质合成方式相同。(3)(4)是半开放题目，是转基因技术在生活、生产上的运用，考查学生的创新能力和对新技术的评价能力。
课件26张PPT。第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用人教版必修2怎样让奶牛产出人奶呢？目的基因供体细胞受体细胞一、基因工程的基本步骤（一） 提取目的基因（二）目的基因与运载体结合（三）将目的基因导入受体细胞（四）目的基因的检测和表达 1、要想获得目的基因必须用限制酶切几个切口？思考与讨论: 2、会产生几个黏性末端？思考与讨论:基因的运载体用同种限制酶切割DNA连接酶作为运载体必须具备哪些条件？1.能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。
2.具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。
3.对宿主细胞无毒害作用。
4.具有某些标记基因，便于进行筛选。
1、常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等2、常用微生物作受体细胞的原因：微生物增殖快、代谢快、目的产物多。3、若运载体是质粒，受体细胞为细菌应作何处理：应用CaCl2处理操作过程中用到哪些工具？（一）基因的“剪刀”１、分布：主要在微生物中专一性3’,5’-磷酸二酯键一般产生黏性末端（或产生平末端）——限制性核酸内切酶 二、基因工程的工具４、结果：3、切割具体部位：２、作用特点：（二）基因的针线——DNA连接酶 作用：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。连接的是什么部位?3’,5’-磷酸二酯键DNA聚合酶和DNA连接酶的比较不同点相同点DNA聚合酶DNA连接酶连接DNA片段不需要模板连接的是游离的脱氧核苷酸需要模板连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖，形成磷酸二酯键（三）基因的运输工具——运载体1、功能：2、常用的运载体：3、必须具备的条件 1.原理：基因重组DNA分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。三、基因工程的概念体外4.结果：3.操作环境：2.操作水平：１、基因工程与作物育种四、基因工程的应用生长快、肉质好的转基因鱼(中国)转基因的紫番茄2、基因工程与药物研制3、 环境保护 超级细菌讨论：转基因食品安全吗？练习1.基因工程的正确操作步骤是（ ）①使目的基因与运载体结合
②将目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 ③ ② ④ ① B. ② ④ ① ③
C. ④ ① ② ③ D. ③ ④ ① ②C2.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．③④
Ｃ．①④ Ｄ．②③
A3.基因工程技术中的目的基因主要来源于
( )A.自然界现存在生物体内的基因 B.自然突变产生的新基因 C.人工诱变产生的新基因 D.科学家在实验室中人工合成的基因A4.下列关于基因工程的叙述中,正确的是( )A.限制酶只用于提取目的基因 B.细菌体内的环状DNA均可作运载体 C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接 D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成. 5.以下说法正确的是( )A.目的基因是指重组DNA B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能够成功表达 CB
教学目标
一、知识与技能
1．简述基因工程的基本原理。
2．通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
二、过程与方法
1．利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题，培养自主学习能力。
2．通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程，使学生在理解步骤的同时，切身体会基因工程的主要过程。???
三、情感、态度与价值观
关注基因工程的最新进展，关注转基因生物和转基因食品的安全性。
教学重点、难点
教学重点：基因工程的基本原理。
教学难点：基因工程的基本原理。
教学突破
以具体事例讲述，学生制作模型，使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。以EcoRI为例，构建重组DNA分子模型，体会基因的剪切、拼接和缝合的过程。
教法与学法导航
教法：讨论法、演示法、讲授法。
学法：观察法、阅读法、讨论交流法等。
教学准备
教师准备：实物、资料、课件。
学生准备：预习，分清基因工程的步骤。
教学过程
教师通过图片和音像资料展示基因工程产品，如种子、水果、疫苗或药物等，引入课题。
教师利用“问题探讨”，提出问题，组织学生讨论、交流看法。
为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？
推测这种“嫁接”怎样才能实现？
这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？
教师小结：从杂交育种的局限性切入，人类可以利用基因工程技术按照自己的意愿直接定向改变生物。说明本节教学目标。
将学生分成4个人一组，发给所需材料，可将构建模型的文字指导，复印后发给各组。
教师提出问题：
1．在制作模型时用到的工具（剪刀和不干胶）各代表什么？比较剪切后的DNA片断的末端切片，你发现有什么特点呢？
2．回顾在模型构建过程中，每一步的操作和所用到的工具以及形成的“产品”，你对重组DNA的操作有什么新的理解？
教师启发学生思考重组后的DNA分子还需要特殊的搬运工具运载到受体细胞（如大肠杆菌、动植物细胞）中。
教师用图片或课件动画展示质粒的结构及特点。（教科书图6-5）
①细胞拟核之外的小的环状DNA分子。
②借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里，对细胞的正常生活几乎没有影响。
③能够自主复制。
④可以容易地从细胞中取出或放入。
这些特点使它能够胜任运载体的工作，携带目的基因进入细胞。
教师用多媒体课件或与教科书插图6-6类似的示意图，简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。
启发学生思考：想象科学家在分子水平上进行这一操作的精确性。
总结：
基因工程的别名
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
操作工具
基因的剪刀、针线、运载体
基本过程
剪刀→拼接→导入→表达
结果
人类需要的基因产物
课堂作业
1．基因工程的设计施工是在什么水平上进行的（ ）
A．细胞 B．细胞器 C．分子 D．原子
2．有关基因工程的叙述正确的是（ ）
A．限制性内切酶只在获得目的基因时才用
B．重组质粒的形成在细胞内完成
C．质粒都可以作为运载体
D．蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
3．基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是（ ）
A．质粒、线粒体、噬菌体 B．染色体、叶绿体、线粒体
C．质粒、噬菌体、动植物病毒 D．细菌、噬菌体、动植物病毒
4．DNA连接酶的重要功能是（ ）
A．DNA复制时母链与子链之间形成氢键 B．黏性末端碱基之间形成氢键
C．两条DNA末端之间的缝隙连接起来 D．ABC都不正确
5．在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是（ ）
A．限制酶和连接酶 B．限制酶和水解酶
C．限制酶和运载体 D．连接酶和运载体
参考答案：1．C 2．D 3．C 4．C 5．A
教学反思
1．巧妙布置预习作业，化“复杂”为“简约”。由于基因工程内容上的“高”与“新”，处理不好，会提高学习难度，令学生视高科技为畏途，致使教学流于形式。所以在课前以学生较为熟悉的转基因抗虫棉的培育过程案例为预习作业，使学生首先从整体上了解基因工程的四个步骤，起到了突破难点及培养自学能力的目的。
2．巧妙运用构建模型及多媒体技术，化“抽象”为“形象”。对于基因工程，学生接触得少，只运用文字来教学会感到很抽象。如在讲授如何构建基因文库时，教师会提供一幅非常形象的插图，结合图文提出相应问题，诱导学生思考，从而把学习的注意力从简单的死记硬背引导到分析、批判、创新等有利于学生终身发展的能力上来。
教育格言
你在任何时候也不要急于给学生打不及格的分数。请记住：成功的欢乐是一种巨大的情绪力量，它可以促进儿童好好学习的愿望。请你注意无论如何不要使这种内在的力量消失。缺少这种力量，教育上的巧妙措施都是无济于事的。
—— 苏霍姆林斯基：《给教师的建议》
总之，必使学生得学之乐，而耐学之苦，才是正轨。若一任学生趋乐避苦，这是哄骗小孩子的糖果子，决不是造就人才的教育。
——《陶行知全集》
凡是儿童自己能够理解和感受的一切，都应当让他们自己去理解和感受。不过，教师知道应当朝哪个方向引导儿童：对于他们的思想，有些加以支持和发展，而有些则机智地予以抵销——当学生离开了作品的思想内容，陷入一些细节的时候就需要这样做。
——赞可夫：《和教师的谈话》
错误本身是“达到真理的一个必然环节”，“由于错误，真理才会发现”。
——黑格尔
第六章从杂交育种到基因工程
第25课时 基因工程及其应用
目标导读] 1.结合教材图文，概述基因工程的基本原理和基本步骤。2.结合具体实例，了解基因工程的应用及其安全性。
重难点击] 基因工程的基本原理和基本步骤。
1．基因是有遗传效应的DNA片段，由于DNA分子具有多样性和特异性，因此基因是多种多样的，其中的脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息。
2．中心法则揭示了生物遗传信息由DNA向蛋白质传递与表达的过程。
(1)a、b、c、d所表示的四个过程依次分别是复制、转录、翻译、逆转录。
(2)真核生物中，过程a的主要场所是细胞核，过程b的原料是4种核糖核苷酸。
(3)在不同的生物体内，同一种mRNA经过c过程产生的蛋白质中的氨基酸排列顺序是相同的，因为所有生物共用一套遗传密码。
3．基因对性状的控制方式及实例
(1)直接途径：基因控制,蛋白质的结构控制,生物体的性状，如镰刀型细胞贫血症、囊性纤维病的病因。
(2)间接途径：基因控制,酶的合成控制,细胞代谢控制,生物体的性状，如白化病、豌豆的粒形。
课堂导入
科幻电影《蜘蛛侠》中的男主角意外被转基因的蜘蛛咬伤，蜘蛛的基因整合到了他的基因上，并且在他体内表达，从而使他成了具有特殊本领的超级英雄。现实中，我们已经运用类似的技术来改造生物的性状，获得人们所需要的品种，这就是基因工程。
探究点一 基因工程的原理
基因工程是在分子水平上改造DNA分子，需要特殊的工具和操作步骤，分析下列问题。
1．基因工程的概念
(1)基因工程，又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
(2)基因工程是把一种生物的某种基因转移到另一种生物体的细胞内，基因的结构基本没有变化，只是位置发生了变化，所以应该属于基因重组。
2．基因工程的基本工具
(1)限制性核酸内切酶
在大肠杆菌中，有一种叫做EcoRⅠ的限制酶，能够专一识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。如图所示：
可见，限制性核酸内切酶的作用特点是识别特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子，形成2个黏性末端。
小贴士 限制酶切割的是脱氧核苷酸之间的化学键，不是碱基之间的氢键；切割后不一定都产生黏性末端，也可能产生平末端。
(2)DNA连接酶
同种限制酶切割不同DNA分子后形成的黏性末端是可以通过碱基互补配对连接起来的，但是脱氧核糖和磷酸之间的缺口要靠DNA连接酶进行连接。
(3)运载体
①作用：将外源基因送入受体细胞。
②种类：质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物细胞中(如图)，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。上面通常含有的抗性基因可以作为标记基因用于目的基因导入受体细胞的检测依据。
3．基因工程的操作步骤
结合教材图6－6归纳：
——目的基因：人们所需要的特定基因
↓
目的基因与运载体结合
↓
将目的基因导入受体细胞：主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法
↓
目的基因的检测与鉴定
(1)DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，试分析这两种酶的作用部位相同吗？
答案 不相同。DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，而限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的化学键，即磷酸二酯键。
(2)切割运载体和目的基因为什么常用同一种限制酶？
答案 因为只有用同一种限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因与运载体结合。
(3)限制酶和DNA连接酶作用的化学键相同吗？
答案 相同，均作用于磷酸二酯键。
(4)若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有哪些产物？
答案 产物可能有三种：目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。
(5)目的基因能够在受体细胞中表达的基础是什么？
答案 所有生物共用一套遗传密码。
归纳提炼
基因工程操作中应注意的问题
(1)四个步骤中只有第三步将目的基因导入受体细胞不涉及碱基互补配对。
(2)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。
(3)受体细胞常用微生物的原因：繁殖快、代谢快、目的产物多。
(4)培育转基因动物，受体细胞一般选用受精卵。
活学活用
1．某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是( )
A．获取基因a的限制酶的作用部位是图中的①
B．连接基因a与运载体的DNA连接酶的作用部位是图中的②
C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
问题导析 (1)限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键。
(2)目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。
答案 B
解析 限制酶和DNA连接酶均作用于磷酸二酯键，即①处，二者作用相反，分别是打开和连接该化学键；目的基因进入受体细胞后，会随着马铃薯DNA分子的复制而复制，传给子代细胞，使之产生定向变异，从而改变其遗传性状。
探究点二 基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性
转基因技术已经在生产中有了广泛的应用，对其安全性也存在着争议，请分析讨论：
1．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，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。
②实例：抗棉铃虫的转基因抗虫棉。
③意义：抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量、大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。
(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DNA分子重组，并且在大肠杆菌内获得成功的表达。
(3)基因工程与环境保护
实例：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，分解泄漏的石油、处理工业废水等。
2．转基因生物和转基因食品的安全性
结合教材的“资料分析”，分正方、反方组辩论转基因生物和转基因食品的安全性。
正方观点：安全，应大力推广
参考论据
(1)解决粮食短缺问题；
(2)减少农药使用，避免环境污染；
(3)节省生产成本，降低食物售价；
(4)增加食物营养，提高附加值；
(5)增加食物种类，提升食物品质。
反方观点：不安全，要严格控制
参考论据
(1)产生新毒素和新过敏原；
(2)产生抗除草剂的杂草；
(3)使疾病的散播跨越物种障碍；
(4)会损害农作物的生物多样性；
(5)干扰生态系统的稳定性。
结合以上观点和论据，搜集资料，发表你个人的意见，言之成理即可。
归纳提炼
基因重组和基因工程的比较
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
活学活用
2．由于乙肝病毒不能用动物细胞来培养，因此无法用细胞培养的方法生产疫苗，但可用基因工程的方法进行生产，现已知病毒的核心蛋白和表面抗原蛋白的氨基酸序列，生产示意图如下，下列相关说法不正确的是( )
乙肝病毒有关基因细菌大量生产疫苗
A．生产乙肝疫苗的过程也达到了定向改造细菌的目的
B．在①②过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶
C．用于生产疫苗的目的基因为编码核心蛋白的基因和表面抗原蛋白基因
D．这种转基因的细菌一定是安全的，不用担心其扩散到自然界
答案 D
解析 上述过程应用了基因工程技术，能定向改造生物性状，在操作时要应用限制酶来获得目的基因，并用DNA连接酶使之与运载体结合，该过程的目的基因为表面抗原蛋白基因和编码核心蛋白的基因，转基因生物的安全性还存在争议，无法判断其安全性，应避免其扩散进入自然界。
1．基因工程技术也称为DNA重组技术，其实施必须具备的四个必要条件是( )
A．目的基因、限制酶、运载体、体细胞
B．重组DNA、RNA聚合酶、限制酶、连接酶
C．模板DNA、信使RNA、质粒、受体细胞
D．工具酶、目的基因、运载体、受体细胞
答案 D
解析 基因工程必须用到限制酶、DNA连接酶等工具酶，需要将目的基因与运载体结合，并导入受体细胞，所以基因工程必须具备的四个必要条件是工具酶、目的基因、运载体和受体细胞。
2．下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．运载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
答案 D
解析 基因工程中目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸内切酶和DNA连接酶；人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性，只有经过一定的物质激活以后，才能有生物活性。载体上的抗性基因主要是有利于筛选含重组DNA的细胞，不能促进目的基因的表达，所以D错误。
3．基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因工程操作的基本步骤中，不涉及碱基互补配对的是( )
A．人工合成目的基因
B．目的基因与运载体结合
C．将目的基因导入受体细胞
D．目的基因的检测与鉴定
答案 C
解析 人工合成目的基因是将单个的核苷酸在相关的模板、酶、ATP的作用下，按照碱基互补配对原则合成双链DNA，目的基因与运载体结合的过程就是将黏性末端的碱基互补配对结合。目的基因的检测与鉴定过程中，当然也要遵循碱基互补配对原则。将目的基因导入受体细胞主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径，与碱基互补配对原则没有关系。
4．下列关于基因工程安全性的说法中，不正确的是( )
A．转基因作物的基因可通过花粉扩散到它的近亲作物上，可能出现对农业不利的“超级植物”
B．杂草、害虫从它的近亲获得抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性
C．转基因必须在人为控制下才能完成，自然条件下基因污染是不增殖和不扩散的
D．转基因食品转入的蛋白质是新蛋白时，这些异种蛋白有可能引起人食物过敏
答案 C
解析 转基因食品、生物的安全性是有待讨论的，像抗除草剂的杂草是由于基因污染而产生的。
5．通过DNA重组技术使原有基因得以改造的动物称为转基因动物。运用这一技术可使羊奶中含有人体蛋白质，如图表示这一技术的基本过程，在该工程中所用的基因“剪刀”能识别的序列和切点是—G↓GATCC—，请据图回答下列问题：
(1)从羊染色体中“剪下”羊蛋白质基因的酶是________，人体蛋白质基因“插入”后连接在羊体细胞染色体中需要的酶是________________。
(2)人体蛋白质基因之所以能连接到羊的染色体DNA中，原因是________________，
人体蛋白质基因导入羊细胞时常用的工具是__________________________________。
(3)此过程中目的基因的检测与表达中的表达是指______________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)限制性核酸内切酶 DNA连接酶 (2)具有相同的物质基础和结构基础(有互补的碱基序列) 细菌质粒或病毒 (3)人体蛋白质基因在羊体细胞内控制合成人体蛋白质
解析 (1)剪取目的基因的酶是限制性核酸内切酶，将不同的DNA片段连接起来的酶是DNA连接酶。(2)不同生物的DNA化学组成和空间结构相同，即具有相同的物质基础和结构基础。目的基因导入受体细胞需先与运载体结合，最常用的运载体是质粒，也可以用动物病毒的DNA。(3)基因的表达是指基因通过控制蛋白质的合成来控制生物体的性状，即通过转录和翻译过程合成相应的蛋白质。
基础过关
知识点一 基因工程的原理
1．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．基因分离 D．染色体变异
答案 B
解析 基因是有遗传效应的DNA片段，染色体由DNA和蛋白质组成，DNA整合到细胞染色体上，实现了DNA上的基因与细胞染色体内DNA上基因的重组，因此属于基因重组。
2．科学家们经过多年的努力创立了一种新兴生物技术——基因工程，实施该工程的最终目的是( )
A．定向提取生物体的DNA分子
B．定向地对DNA分子进行人工“剪切”
C．在生物体外对DNA分子进行改造
D．定向地改造生物的遗传性状
答案 D
解析 基因工程就是通过对生物体的基因进行修饰改造，使之按照人们的意愿表现出人们所需要的性状，产生人类所需要的基因产物，可见基因工程的目的是要定向改造生物的遗传性状。
3．在基因工程中，科学家常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，原因是( )
A．结构简单，操作方便 B．繁殖速度快
C．遗传物质含量少 D．性状稳定，变异少
答案 B
解析 基因工程的操作步骤之一是将目的基因导入受体细胞，以获得该目的基因的产物，因此在选择受体细胞时，考虑的一个重要条件是受体细胞的繁殖速度要快，以便得到大量的含目的基因的细胞及产生更多的基因产物。
4．要将目的基因与运载体连接起来，在基因操作上应选用( )
A．只需DNA连接酶
B．同一种限制酶和DNA连接酶
C．只需限制酶
D．不同的限制酶与DNA连接酶
答案 B
解析 要将目的基因与运载体连接起来，应选用同一种限制酶切割目的基因和运载体，两者暴露出相同的黏性末端，用DNA连接酶连接时，碱基之间才会按碱基互补配对原则形成氢键，相邻两个脱氧核苷酸之间在DNA连接酶的作用下形成化学键。
5．据图所示，下列有关工具酶功能的叙述，不正确的是( )
A．限制酶可以切断a处
B．DNA连接酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开
D．DNA连接酶可以连接b处
答案 D
解析 限制酶和DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键即a处，解旋酶作用的部位是氢键即b处。
6．采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的做法正确的是( )
①将毒素蛋白注射到棉受精卵中 ②将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中 ③将编码毒素蛋白的DNA序列与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，再进行组织培养 ④将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案 C
解析 基因工程中，在导入目的基因前，要将目的基因与运载体结合即与细菌质粒重组。以后才将目的基因导入受体细胞即棉的体细胞或受精卵中，目的基因导入受体细胞后，可随受体细胞的繁殖而复制。将毒素蛋白直接注射到棉受精卵中，没有获得目的基因，子代细胞不会有抗虫性状。将编码毒素蛋白的DNA序列，直接注射到棉受精卵中而没有将目的基因与运载体结合，这样的目的基因是不会被保留下来的，很容易被酶水解掉。
知识点二 基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性
7．某种转基因玉米能高效合成一种多肽类的蛋白酶抑制剂，积累于茎叶中，让取食它的害虫的消化酶受抑制无法消化食物而死亡。下列就该玉米对人类安全性的评论中，不符合生物学原理的是( )
A．不安全。这种玉米的果实(种子)中也可能含有蛋白酶抑制剂，使人食用后因无法消化食物而患病
B．不安全。该玉米的蛋白酶抑制剂基因可通过食物链富集并在人体细胞内表达，使人体无法消化食物而患病
C．安全。因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对人体很可能无影响
D．安全。人类通常食用煮熟的玉米食品，玉米的蛋白酶抑制剂已被高温破坏，不会影响人的消化
答案 B
解析 基因是有遗传效应的DNA片段，属于大分子有机物，外源基因进入动物和人体的消化道后会被消化成小分子物质，不能直接进入动物和人体细胞内，更谈不上通过食物链富集并在细胞内表达。
8．下列关于转基因生物与环境安全的叙述中，错误的是( )
A．重组的微生物在降解污染物的过程中可产生二次污染
B．种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响
C．如果转基因花粉中含有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内
D．转基因生物有可能对生态系统的稳定性和人类的生活环境造成破坏
答案 B
解析 种植抗虫棉虽然可以减少农药的使用量，但由于抗虫害的转基因作物的长期大量种植，会使目标害虫发生群体改变，产生抗性，更难杀灭。
能力提升
9．下图表示一项重要生物技术的关键步骤，字母X可能代表( )
A．不能合成胰岛素的细菌细胞
B．能合成抗体的人类细胞
C．能合成胰岛素的细菌细胞
D．不能合成抗生素的人类细胞
答案 C
解析 在此过程中目的基因为人类的胰岛素基因，导入细菌细胞后，可使细菌细胞合成胰岛素。
10．下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是( )
A．①② B．①③ C．①④ D．②③
答案 B
解析 同一种限制酶切割出的黏性末端应是互补的，而且两者的序列相同，①③是互补的，切点都是在G与A之间，识别序列为GAATTC。
11．下列关于基因工程的叙述，正确的是( )
A．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理质粒的DNA
B．DNA连接酶和运载体是构建重组质粒必需的工具酶
C．可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒
D．质粒是广泛存在于细菌细胞质中的一种颗粒状的细胞器
答案 C
解析 为了使目的基因与运载体能完美地结合，必须用同一种限制性核酸内切酶切出相同的黏性末端；运载体是基因工程的工具之一，不属于酶；质粒是存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中的小型环状DNA分子，不属于细胞器。
12．如图是基因工程主要技术环节的一个基本步骤，这一步骤需用到的工具是( )
A．DNA连接酶和解旋酶
B．DNA聚合酶和限制性核酸内切酶
C．限制性核酸内切酶和DNA连接酶
D．DNA聚合酶和RNA聚合酶
答案 C
解析 该步骤是基因工程的第二步——目的基因与运载体结合。切割质粒要用限制性核酸内切酶，目的基因与切割后的质粒结合要用DNA连接酶。
13．近几年，基因污染已经引起人们的广泛关注。基因污染是指在天然物种的DNA中嵌入了人工重组基因，这些外来基因可随被污染生物的繁殖、传播而发生扩散。下列叙述错误的是( )
A．基因工程间接导致了基因污染
B．基因工程破坏了生物原有的基因组成
C．基因工程是通过染色体的重组发生基因交换，从而获得了生物的新性状
D．人类在发展基因工程作物时，没有充分考虑生物和环境之间的相互影响
答案 C
解析 基因工程的原理是基因重组，不是染色体重组。
14．人们试图利用基因工程的方法，用乙种生物生产甲种生物的一种蛋白质，请根据下面的示意图回答下列问题：
获得甲种生物合成该蛋白质的信使RNA目的基因与质粒DNA重组导入乙种生物细胞获得甲种生物的蛋白质
(1)①操作过程需要加入的四种核苷酸是______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)质粒是常用的运载体，它存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。它常含有__________基因，这种基因有助于对受体细胞是否导入了目的基因进行检测。②过程首先要用______________酶切断质粒DNA，再用______________酶将目的基因与质粒DNA连接重组在一起。
(3)在②操作过程中，若目的基因的黏性末端为，则其运载体(质粒)与之相对应的黏性末端是________________________________________________________。
(4)经过③过程导入受体细胞的质粒是否能够自主复制？______________。
答案 (1)腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸
(2)抗药(答出具体抗菌素的抗性也可) 限制性核酸内切 DNA连接 (3) (4)能
解析 第(1)问考查的是利用人工合成的方法合成目的基因，基因的基本组成单位是脱氧核苷酸(4种)；第(2)问，基因工程中最常用的运载体是大肠杆菌的质粒；目的基因和运载体的连接，需要产生相同的黏性末端，所以要用同一种限制性核酸内切酶切割，再在DNA连接酶的作用下连接起来；质粒带着目的基因在宿主细胞中能够自主复制。
15．棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学工作者发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金芽孢杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死，而这种毒蛋白对人畜无害。通过基因工程方法，我国已将毒蛋白基因转入棉花植株并成功表达。由于棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡，所以该棉花新品种在1998年推广后，已取得了很好的经济效益。请根据上述材料回答下列问题：
(1)毒蛋白对人畜无害，但能使棉铃虫致死，从蛋白质特性来看，是因为蛋白质具有__________。
(2)利用苏云金芽孢杆菌防治棉铃虫属于生物防治，它突出的优点是______________________
________________________________________________________________________。
(3)转基因棉花的抗虫变异来源属于可遗传变异类型中的__________。
(4)从苏云金芽孢杆菌中切割抗虫基因所用的工具是____________，其特点是
________________________________________________________________________。
(5)进行基因工程操作一般要经过的四个步骤是___________________、__________________、________________________、____________________。
(6)“毒蛋白基因转入棉花植株内并成功表达”的含义是__________________________。
答案 (1)特异性 (2)不用农药或少用农药，减少环境的污染 (3)基因重组 (4)限制酶 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子 (5)提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 (6)棉花植株产生了苏云金芽孢杆菌的毒蛋白
解析 每种蛋白质分子往往都有特定的结构和功能，具有特异性。区别于化学防治，生物防治的优点可以减少农药的用量，减少对环境的污染。转基因技术的原理是基因重组，所谓基因的表达就是基因在受体细胞内通过转录和翻译合成蛋白质的过程。
个性拓展
16．质粒是基因工程中最常用的运载体，质粒上有标记基因，如图所示，通过标记基因可推知外源基因插入的位置，插入位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同。如图表示外源基因的插入位置(插入点有a、b、c)。
Ⅰ.(1)质粒的基本组成单位是________________。
(2)将细菌放在含有四环素、氨苄青霉素的培养基中培养，属于基因工程操作中的________________________步骤。
(3)在插入外源基因过程中用到的工具酶有____________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.设计实验探究外源基因插入的位置。
(1)步骤：
①将导入外源基因的细菌进行培养产生大量细菌。
②分组：将细菌平均分成两组并标号为1、2。
③培养：将第1组细菌放入________________中培养，将第2组细菌放入________________中培养。
④观察并记录结果。
(2)预测实验结果及结论：
①若1组、2组均能正常生长，则外源基因插入点是________。
②若1组能正常生长，2组不能生长，则外源基因插入点是________________。
③若1组不能生长，2组能生长，则外源基因插入点是________________。
答案 Ⅰ.(1)脱氧核苷酸 (2)目的基因的检测与鉴定
(3)限制性核酸内切酶、DNA连接酶
Ⅱ.(1)③含氨苄青霉素的培养基 含四环素的培养基
(2)①a ②c ③b
解析 Ⅰ.质粒是一种小型环状DNA分子，含有标记基因是作为运载体的前提，它可以用于目的基因的检测与鉴定。
Ⅱ.本实验中的特点是若目的基因插入b或c处时就会破坏运载体上原有的标记基因，使细菌不再具有相应的抗性性状，所以应放在含有不同抗生素的培养基上进行培养，观察结果得出相应结论。
