基因工程及其应用课件3

第六章从杂交育种到基因工程第2节基因工程及其应用第六章学习目标定位教材问题释疑基础梳理探究课堂巩固练习课后强化作业知能创新导学学习目标定位学习目标：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。重点与难点：(1)基因工程的原理；(2)基因工程的应用。情境导入：“抗虫棉”的发明，给我国广大的棉农带来了福音，它不仅降低了生产成本，提高了棉花的产量和质量，还减少了农药的使用，降低了环境污染。问题探究：抗虫棉是怎样培育而成的？提示：通过基因工程(转基因技术)培育而成。教材问题释疑(一)问题探讨提示：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。(二)练习基础题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.ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGATAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT3．常用的运载体有质粒、噬菌体、农杆菌、动植物病毒等。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．提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。3．提示：例如，“转基因土豆——肝炎患者的希望！”等。基础梳理探究自主预习一、基因工程的原理1．含义(1)操作对象：________。(2)目的：可以按照人类的意愿接________改变生物，培育出新品种________。2．三种工具及作用(1)基因的“剪刀”：__________，作用特点：一种限制酶只能识别一种特定的________，并在________上切割DNA分子。(2)基因的“针线”：________，作用：连接____________和________之间的缺口。(3)基因的运载体①作用：将外源基因送入________。②种类：质粒、____________等。③质粒：存在于许多________以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够________的________。3．基因工程的步骤(1)______________；(2)目的基因与______________结合；(3)将目的基因导入______________；(4)______________。二、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________的作物新品种。(2)实例：________的转基因抗虫棉。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____________，并且在大肠杆菌内获得成功的________。3．基因工程与环境保护实例：利用转基因细菌______________，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。三、转基因生物和转基因食品的安全性有两种观点1．转基因生物和转基因食品不安全，要________。2．转基因生物和转基因食品是安全的，应该______________。我国的态度：十分重视______________生物及其产品的安全性。答案：一、1．(1)目的基因(2)定向生物2．(1)限制性内切酶核苷酸序列特定的切点(2)DNA连接酶脱氧核糖磷酸(3)①受体细胞噬菌体和动植物病毒②细菌自主复制环状DNA分子3．(1)提取目的基因运载体受体细胞目的基因的检测与表达二、1．(1)抗逆性(2)抗棉铃虫2．(2)DNA分子重组表达3．分解有毒有害的化合物三、1．严格控制2.大范围推广转基因互动探究1.转基因抗虫棉对人体有毒害作用吗？提示：没有，转基因抗虫棉表达出的“毒蛋白”只特异性的对鳞翅目的昆虫有毒害作用，不对人体产生毒害作用。知能创新导学知识点1基因工程的原理1.基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。注意：基因工程也是基因重组的一种。要点归纳2．基因操作的工具基因操作的工具基因的剪刀限制酶存在：主要在微生物中作用与特性：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割DNA分子种类：200多种基因的针线：DNA连接酶把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来基因的运输工具运载体具备的条件：能够在宿主细胞中复制并稳定保存；具有多个限制酶切点，便于与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选常使用的：质粒、噬菌体、动植物病毒等3．基因操作的基本步骤提取目的基因直接分离基因：鸟枪法人工合成基因反转录法据已知的氨基酸序列合成DNA目的基因与运载体结合：用同一种限制性内切酶切割质粒和目的基因，加入DNA连接酶，形成重组DNA分子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和表达检测：根据受体细胞是否具有某些标记基因判断目的基因是否导入表达：受体细胞表现出特定的性状作为运载体必须具备三个条件：①能在宿主细胞中保存下来并大量复制。②有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR332就有多种限制酶单一识别位点，可适于多种限制酶切的DNA插入。③有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌pBR332质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改建。现在所使用的质粒运载体几乎都是经过改建的。①对于基因工程的操作工具应记住名称，理解其功能。理解基因工程操作的四个基本步骤，并注意联系“酶的专一性”“碱基互补配对原则”“逆转录”“中心法则”等知识，如提取目的基因与切割运载体为何要用同一种限制性内切酶、在基因工程操作的步骤中何时要遵循“碱基互补配对原则”、如何检测在受体细胞中是否获得了目的基因等。②基因工程中的运载体。在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。现在所用的运载体主要有两类：一类是细菌质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA(一般有100～200kb，kb为千碱基对)，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。质粒通过细菌间的接合由一个细菌向另一个细菌转移，可以独立复制，也可整合到细菌DNA中，随着DNA的复制而复制。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也可能成为运载体。典例导析1实现基因工程第一步的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。从大肠杆菌中提取的一种限制性内切酶EcoRI，能识别DNA分子中的GAATTC序列，切点在G与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]限制性内切酶具有专一性，即一种酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割DNA分子，另外酶还具有高效性、多样性。[答案]B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．用同种限制酶切割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[答案]D[解析]将重组DNA引入受体细胞中进行扩增属于基因工程的第三个步骤：将目的基因导入受体细胞。知识点2基因工程的应用基因工程与作物育种：农业上获得高产、稳产、具优良品质的农作物，畜牧业上获得人们所需要的、具优良品质的转基因动物。基因工程与药物研制：能高效地生产出各种高质量、低成本药品。基因工程与环境保护：可进行环境监测，环境净化。要点归纳1．限制酶和DNA连接酶作用的部位是相同的，都是磷酸二酯键。2．只有目的基因在受体细胞中表达，才能说明基因工程的操作成功。2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[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。[答案]B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．①②B．③④C．①④D．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。知识点3转基因生物和转基因食品的安全性通过学习，认识到科学技术是一把双刃剑，认识到生命中的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。(见教材P105页)要点归纳因为科学技术是一把双刃剑，在很多方面展示出美好的应用前景，但另一方面，基因工程也给人们带来了许多潜在的危险，因此要辩证地看待基因工程所引发的问题：如可能制造超级细菌、超级杂草等；制造出难以制服的病原体、生物武器；转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能破坏原有的生态平衡，对原有物种产生威胁；还可能带来转基因食品的安全性问题等。3上海医学遗传研究所成功培育出第一头携带人白蛋白基因的转基因牛，他们还研究出一种可大大提高基因表达水平的新方法，使转基因动物乳汁的药物蛋白含量提高30多倍，标志着我国转基因研究向产业化的目标又迈进了一大步。“基因表达水平”是指()A．基因中遗传信息的传递速度B．基因转录信使RNA的速度C．基因控制蛋白质合成的速度D．基因控制性状的速度[解析]立足于教材，灵活运用所学内容。基因表达水平是指基因控制蛋白质合成的速度。[答案]C通过转基因技术可使哺乳动物的乳腺细胞分泌人类所需要的各类物质。下列各种物质中，不能通过这一途径获得的是()A．基因B．抗体C．酶D．激素[答案]A[解析]乳腺细胞分泌的人类所需的各类物质应包括抗体、酶和激素等，没有DNA(基因)。思维创新升华基因重组基因工程概念在生物体进行有性生殖的过程，控制不同性状的基因重新组合按照人们的意愿，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实质同一物种的不同基因重新组合不同物种间的不同基因重新组合思维拓展基因重组与基因工程的比较繁殖方式有性生殖无性生殖变异大小小大意义是生物变异的重要来源，对于生物进化有重要意义使人类可以按照自己的意愿直接定向地改变生物，培育生物新品种联系都是不同基因间的重新组合，都可以使生物产生变异基因工程技术不仅用于基因工程育种和生产药物，而且可以直接用于基因的诊断和治疗。基因诊断是用放射性同位素(如32P)、荧光分子等标记的DNA分子作探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。思维拓展基因工程在疾病的诊断与治疗方面的应用基因诊断技术在诊断遗传性疾病方面发展得尤为迅速，目前人们已经可以对几十种遗传病进行产前诊断。基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。虽然这里还有许多技术上的难题需要解决，但是我们相信，不久的将来，人类一定能够用基因工程的方法治疗白化病、苯丙酮尿症等许多遗传病。课堂知识构