资料简介
高中生物 必修2 第6章 从杂交育种到基因工程
第2节 基因工程及其应用
学习目标学习目标
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。
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• 基因的剪刀——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
（一）基因操作的工具
限制酶是在生物体限制酶是在生物体((主要是主要是微生物微生物))内的一种酶，能将外来的内的一种酶，能将外来的
DNADNA切断切断，由于这种切割作用是在，由于这种切割作用是在DNADNA分子内部进行的，故名分子内部进行的，故名限制限制
性核酸内切性核酸内切酶。酶。
特点：特点：特异性特异性。。
即即一种一种限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的核苷酸序列核苷酸序列，并且能在，并且能在特定特定
的切点的切点上切割上切割DNADNA分子。分子。
内容精讲
一、基因工程
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• 基因的剪刀——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，
并在G和A之间切开。
限制酶
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• 基因的剪刀——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
限制酶限制酶
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• 什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸
出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏
性末端。
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• 基因的针线——DNA连接酶
（二）基因操作的工具
DNADNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙““缝合缝合””起来，即把起来，即把
梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNADNA分子就形分子就形
成了。成了。
磷酸二酯键磷酸二酯键
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• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花
细胞)？
导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具————运载体运载体。。
• 运载体的作用有哪些？
作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因((抗虫基因抗虫基因))转移转移到受体细胞到受体细胞
((棉花细胞棉花细胞))中去。中去。
作用二作用二：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞((棉花细胞棉花细胞))内，内，对外源基因对外源基因((抗抗
虫基因虫基因))进行进行大量复制大量复制。。
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• 基因的运载工具——运载体：
常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：
11）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒
22））噬菌体噬菌体或某些或某些动植物病毒动植物病毒
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• 质粒：
质粒是染色体外能够进行质粒是染色体外能够进行自主复制自主复制的遗传单位，包括真核的遗传单位，包括真核
生物的细胞器和细菌细胞中核区外的生物的细胞器和细菌细胞中核区外的DNADNA分子。现在习惯上用分子。现在习惯上用
来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的核以外的DNADNA分子分子。。
质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。。
绝大多数细菌质粒都是绝大多数细菌质粒都是闭合环状闭合环状DNADNA分子分子。有的一个细菌。有的一个细菌
中有一个，有的一个细菌中有多个。中有一个，有的一个细菌中有多个。
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• 大肠杆菌的质粒：
最常用的质粒最常用的质粒是是大肠杆大肠杆
菌的质粒菌的质粒，其中常含有，其中常含有抗药抗药
基因基因，如四环素的标记基因。，如四环素的标记基因。
质粒的质粒的存在与否对宿主存在与否对宿主
细胞生存没有决定性作用细胞生存没有决定性作用，，
但但复制只能在宿主细胞内成复制只能在宿主细胞内成。。
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• 四个基本步骤：
（三）基因操作的基本步骤
11））提取提取目的基因目的基因
22）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合
33）将目的基因）将目的基因导入导入受体细胞受体细胞
44）目的基因的）目的基因的检测检测和和表达表达
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目的基因
目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的基因。的基因。
如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有植物的，还有植物的抗病（抗病毒、抗病（抗病毒、
抗细菌）基因抗细菌）基因、种子、种子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因、、干干
扰素基因扰素基因等。等。
直接分离基因直接分离基因
人工合成基因人工合成基因
目的基因的提取方法
• 步骤一：提取目的基因
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• 步骤二：目的基因与运载体重组
11）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出现，使其出现一个切一个切
口口，露出，露出黏性末端黏性末端。。
22）用）用同一种同一种限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因，使其产生，使其产生相相
同同的的黏性末端黏性末端。。
33）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒的切口处，的切口处，
再加入适量再加入适量DNADNA连接酶连接酶，形成了一个，形成了一个重组重组
DNADNA分子分子（重组质粒）（重组质粒）
目的基因与运载体的结合过程，实际上是目的基因与运载体的结合过程，实际上是
不同来源的不同来源的基因重组的过程基因重组的过程。。
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常用的受体细胞：
有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植
物细胞等。
将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
• 步骤三：目的基因导入受体细胞
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• 步骤四：目的基因的检测和表达
四环素
抗性基因
氨苄青霉
素抗性基因
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不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完
成了成了表达表达。。
• 受体细胞摄入受体细胞摄入DNADNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？分子后就说明目的基因完成了表达吗？
若不能表达，要对抗若不能表达，要对抗
虫基因再进行虫基因再进行修饰修饰。。
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例1［2019·四川宜宾高二考试］下列关于基因工程的叙述，不正确的是
（ ）
A. 基因工程操作中需要限制酶、DNA 连接酶等多种酶参与
B. 基因工程常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒
C. 基因工程育种的优点之一是可以集中亲本的优良性状
D. 基因工程成功的原因之一是所有生物共用同一套遗传密码
【答案】C
【解析】可以集中亲本优良性状的育种方法是杂交育种，基因工程育种的优
点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改造生物的性状，C 项错误。
典型例题
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例2 ［2018·高二期末］下图表示一项重要生物技术的关键步骤，X 是
获得外源基因并能够表达的细胞。下列有关说法不正确的是 （ ）
A. X 是含有胰岛素基因并能合成胰岛素的细菌细胞
B. 质粒是细胞核或拟核外能自主复制的小型环状 DNA
C. 目的基因与质粒的重组需要限制酶和 DNA 聚合酶
D. 该技术为 DNA 重组技术，又称之为基因拼接技术
【解析】目的基因与质粒的重组需要限制酶和 DNA 连接酶，C 项错误；
【答案】C
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二、基因工程的应用
运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及
畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。
生长快、耐不良环境、肉
质好的转基因鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的转
基因牛(阿根廷)
1、基因工程与作物育种
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转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转鱼抗寒基因的番茄
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯 不会引起过敏的转基因大豆
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转基因龙胆花色奇异
转基因蓝猪耳改变花色 转基因牵牛花改变了花色
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A：紫外光照射下的转绿色荧光
蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光蛋白的空
质粒的花，
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会发光的转基因鱼
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导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
超级
动物
特殊动
物
培育图中转基因克隆小
猪的英国PPL医疗公司称，
这些转基因小猪将为研
究和“生产”适用于人
体移植手术使用的动物
器官提供巨大的帮助。
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首只转基因猴诞生，人类未来忧喜参半
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2、 2002年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经占到棉花
产量的1／3。
我国大豆食用油近七成是“转基因”产品
目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短
与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有
哪些？
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下列实践活动包含基因工程技术的是 （ ）
A. 水稻 F1的花药经离体培养和染色体加倍，获得纯合新品种
B. 将含抗病基因的重组 DNA 导入玉米细胞，经组织培养获得抗病植
株
C. 抗虫小麦与矮秆小麦杂交，通过基因重组获得抗虫矮秆小麦
D. 用射线照射大豆使其基因结构发生改变，获得种子性状发生变异
的大豆
B
典型例题
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1）微生物基因工程： 即把目的基因导入大肠杆菌等菌中，
通过微生物表达目的基因的产物。
2）细胞基因工程： 即用哺乳动物细胞株表达目的产物
3）转基因动物： 即将目的基因直接导入鼠、兔、羊和猪体
内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从而获得目的产物
2、基因工程与药物研制
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产品名称 菌株或细胞 应用
人胰岛素 大肠杆菌
人生长激素 大肠杆菌
表皮生长因子 大肠杆菌
白细胞介素-2 大肠杆菌
a—干扰素 酵母菌
乙型肝炎疫苗 酵母菌
溶血栓剂 哺乳动物细胞
治疗糖尿病
治疗生长缺陷症
治疗烫伤、胃溃疡
治疗某些癌症
治疗癌症或病毒感染
预防病毒性肝炎
治疗心血管病（心脏病）
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胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期
以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提
取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，
其产量之低和价格之高可想而知。
将合成的胰岛素基因导入大肠
杆菌，每2000L培养液就能产生
100g胰岛素！大规模工业化生产不
但解决了这种比黄金还贵的药品产
量问题，还使其价格降低了30%-
50%!
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干扰素治疗病毒感染简直是“万能
灵药”！过去从人血中提取，300L血才
提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
人造血液、白细胞介素、
乙肝疫苗等通过基因工程实现
工业化生产，均为解除人类的
病苦，提高人类的健康水平发
挥了重大的作用。
人造血液及其生产
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不属于基因工程方法生产的药物是（ ）
A、干扰素 B、白细胞介素
C、青霉素 D、乙肝疫苗
C
典型例题
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3、基因工程与环境保护
（1）环境监测：
基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的
病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
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利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映
环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还
可以吸收和转化污染物。
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（2）环境污染治理：
基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“
超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉
等重金属，分解DDT等毒害物质。
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2006年3月14日绿色和平组织发布消息,称亨氏营养米
粉含有转Bt基因抗虫水稻成分。
那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才
能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？
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转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌
和其他疾病。
转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性
产生不利影响。
基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。
三、转基因生物和转基因食品的安全性
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有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，犹如水能
载舟，亦能覆舟，甚至带来灾难性的后果，你是否同意这
一观点？举例说明。
思维拓展
高中生物 必修2 第6章 从杂交育种到基因工程
1.1.以下说法正确的是（以下说法正确的是（ ））
AA、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
BB、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体
CC、、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是：：具具有有多多个个限限制制酶酶切切点点，，以以便便
与外源基因连接与外源基因连接
DD、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来
C
2.2.有关基因工程的叙述正确的是（有关基因工程的叙述正确的是（ ））
AA、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用
BB、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成
CC、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体
DD、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
D
当堂检测
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3.3.有关基因工程的叙述中，错误的是（有关基因工程的叙述中，错误的是（ ））
AA、、DNADNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来连接酶将黏性末端的碱基对连接起来
BB、、 限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得
CC、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞
DD、、 人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶
A
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