高中生物知识点：基因工程的原理

基因工程的原理：

1．概念理解

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
基本过程	剪切→拼接→导入→表达
结果	获得人类需要的基因产物或定向改造生物性状
原理	基因重组

2．基因工程的操作工具
(1)基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
①分布：主要存在于原核生物中。
②特性：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。
③切割结果：产生两个带有黏牲末端或平末端的 DNA片段。
④作用：基因工程中重要的切割工具，通常能将外来的DNA切断，对自己的DNA无损害。
⑤实例：EcoRl限制酶能专一识别CAATTC序列，并在G和A之间将这段序列切开。

(2)基因的“针线”——DNA连接酶
①催化对象：两个具有相同末端的DNA片段。
②催化位置：脱氧核糖与磷酸之间的切口。
③催化结果：形成重组DNA。
(3)常用的载体——质粒
①本质：小型环状DNA分子。


3．基因工程操作的基本步骤



育种方法的选择：

在具体育种工作中，应针对不同的育种目标采取不同的育种方案。

育种目标	育种方案
集中双亲优良性状	杂交育种（耗时较长，但简便易行）
对原品系实施“定向”改造	基因工程及细胞工程（植物体细胞杂交）
让原品系产生新性状（无中生有）	诱变育种（可提高突变频率，期望获得理想性状）
对原品性状进行“增大”或“加强”	多倍体育种
保持原品种的“优良”特性，且快速繁殖	植物组织培养、动物体细胞克隆（或胚胎移植）

表解几种育种方式的不同：

名称	原理	方法	优点	缺点	应用
杂交育种	基因重组	培育纯合子品种：杂交→自交→筛选出符合要求的表现型，自交到不发生性状分离为止（纯合化）	使分散在同一物种不同品种中的多个优良性状集中于同一个体上，即“集优”	(l)育种时间长 (2)局限于同一种或亲缘关系较近的个体	用纯种高干抗病小麦与矮杆不抗病小麦培育矮杆抗病小麦
		培育杂种优势品种：一般是选取纯合双亲杂交		年年制种	杂交水稻、玉米
诱变育种	基因突变	①物理：紫外线、X射线，微重力、激光等处理，再筛选；②化学：亚硝酸、硫酸二乙酯处理，再选择	提高变异频率，加快育种进程，大幅度改良某些性状	有利变异少，需大量处理实验材料（有很大盲目性）	高产青霉菌，“黑农五号”大豆品种等的培育和高产雄性家蚕的培育
单倍体育种	染色体数目变异	①先进行花药离体培养出单倍体植株；②将单倍体幼苗经一定浓度的秋水仙素处理获得纯合子；③从中选择优良植株	明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程	技术复杂且需与杂交育种配合	用纯种高杆抗病小麦与矮杆不抗病小麦快速培育矮杆抗病小麦
多倍体育种	染色体数目变异	用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子或幼苗	操作简单，能较快获得所需品种	所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物	三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦
转基因育种	基因重组	提取目的基因→装入运载体→导入受体细胞→目的基因的表达与检测→筛选出符合要求的新品种	目的性强；育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍	技术复杂，安全性问题多	转基因“向日葵豆”、转基因抗虫棉

易错点拨：

1、限制酶切割DNA分子断裂的化学键是磷酸二酯键，DNA连接酶所修复的也是磷酸二酯键。
2、基因工程中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。
3、用同一种限制酶切割目的基因和运载体，才能产生相同的黏性末端，使得DNA分子的碱基重新实现互补配对。

知识拓展：

基因工程的应用
(1)作物育种：利用基因工程的方洼，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗知识拓展逆性的作物新品种，如抗虫棉、耐贮存的番茄等。
(2)药物研制：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。
(4)用于基因诊断和基因治疗：基因诊断是利用放射性同位素（如³²P）或荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被测标本上的外源基因是否导人有基因缺陷的细胞中，以达到治疗疾病的目的。

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