2018-2019學(xué)年高中生物 6.2 基因工程及其應(yīng)用課件2 新人教版必修2.ppt

第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用,一、基因工程的原理,DNA重組技術(shù),基因,分子,限制性核酸內(nèi)切酶（簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶）,核苷酸,特定的切點(diǎn)上,DNA連接酶,連接脫氧核糖與磷酸,質(zhì)粒,噬菌體,將外源基因運(yùn)入受體細(xì)胞,3.基因工程的步驟：,目的基因,運(yùn)載體,受體細(xì)胞,檢測(cè)與鑒定,二、基因工程的應(yīng)用及安全性 1.基因工程的應(yīng)用： (1)作物育種： 過(guò)程：利用基因工程的方法，獲得_、_和 具有_的農(nóng)作物，培育各種_作物新品 種。 實(shí)例：抗棉鈴蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉。,高產(chǎn),穩(wěn)產(chǎn),優(yōu)良品質(zhì),抗逆性,(2)藥物研制： 過(guò)程：利用基因工程的方法_地生產(chǎn)出各種 _、_的藥品。 實(shí)例：胰島素、干擾素、乙肝疫苗等。 (3)環(huán)境保護(hù)： 利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌_，吸收環(huán)境中 的_，分解_，處理_等。,高效率,高質(zhì)量,低成本,降解有毒有害的化合物,重金屬,泄漏的石油,工業(yè)廢水,2.轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性：,嚴(yán)格控制,大范圍推廣,【易錯(cuò)辨析】 1.基因工程能夠定向地改造生物的性狀。( ) 2.基因工程導(dǎo)入了新的基因，其原理是基因突變。 ( ) 分析：基因工程導(dǎo)入的基因是自然界原來(lái)就存在的基 因，原理是基因重組。,3.一種限制酶可以識(shí)別多種核苷酸序列。( ) 分析：一種限制酶只能識(shí)別特定的核苷酸序列。,4.含有目的基因的運(yùn)載體是否進(jìn)入受體細(xì)胞需要檢測(cè)。( ) 5.基因工程中的運(yùn)載體只有質(zhì)粒。( ) 分析：基因工程中常見(jiàn)的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng) 植物病毒。,6.轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品都是不安全的。( ) 分析：對(duì)于轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問(wèn)題不 能片面地一概而論。,【科技生活】 溶酶體酸性脂肪酶缺乏癥是一種罕見(jiàn)疾病，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局正式批準(zhǔn)了一種用于該病治療的新藥和生產(chǎn)該藥物的轉(zhuǎn)基因母雞。生產(chǎn)藥物所用的母雞被轉(zhuǎn)入了表達(dá)溶酶體酸性脂肪酶的基因，可以在雞蛋蛋白中提取得到這種酶。獲得轉(zhuǎn)基因母雞過(guò)程中轉(zhuǎn)基因操作的原理是什么？ 提示：基因重組。,知識(shí)點(diǎn)一基因工程的基本工具 1.基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶)。 (1)存在：主要存在于微生物中。 (2)作用：斷裂兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。,(3)特點(diǎn)：具有特異性，即一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的位點(diǎn)切割DNA分子。 (4)作用結(jié)果：產(chǎn)生黏性末端。,2.基因的“針線(xiàn)”DNA連接酶： (1)催化對(duì)象：兩個(gè)具有相同末端的DNA片段。 (2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。 (3)催化結(jié)果：形成重組DNA。 (4)限制酶與DNA連接酶的關(guān)系：,(5)DNA連接酶與DNA聚合酶的比較：,3.運(yùn)載體： (1)質(zhì)粒。 存在：許多細(xì)菌及酵母菌等生物細(xì)胞中。 本質(zhì)：擬核或細(xì)胞核外的環(huán)狀DNA分子。 特點(diǎn)：能夠自主復(fù)制。,(2)運(yùn)載體應(yīng)具備的條件。 能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制保證目的基因能在細(xì)胞分裂過(guò)程中復(fù)制并傳遞給子細(xì)胞。 有多個(gè)限制酶切點(diǎn)運(yùn)載體能夠接入多種目的基因所必備的條件。 有標(biāo)記基因檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中的重要判斷依據(jù)。,【易錯(cuò)提醒】 基因工程工具的兩個(gè)誤區(qū) (1)區(qū)分工具酶與工具。 基因工程的工具酶有兩種限制酶和DNA連接酶；而工具有三種，除上述兩種工具酶外還包括運(yùn)載體。,(2)區(qū)分與DNA有關(guān)的酶。 參與基因工程的酶有限制酶和DNA連接酶； 參與DNA復(fù)制的酶有DNA解旋酶、DNA聚合酶和DNA連接酶； 參與DNA水解的酶是DNA酶。,【典題通關(guān)】 1.(2017株洲高一檢測(cè))下列有關(guān)基因工程和酶的相關(guān)敘述，正確的是() A.同種限制酶既可以切割目的基因又可以切割質(zhì)粒，因此不具備專(zhuān)一性 B.運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)與載體蛋白相同 C.限制酶不能切割煙草花葉病毒的核酸 D.DNA連接酶可催化游離的脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸鏈,【解析】選C。一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子，具備專(zhuān)一性，A錯(cuò)誤；運(yùn)載體的化學(xué)本質(zhì)是DNA，與載體蛋白不同，B錯(cuò)誤；限制酶能切割DNA，不能切割煙草花葉病毒的核酸RNA，C正確；DNA連接酶可催化不同的DNA片段連接，不能催化游離的脫氧核苷酸連接成脫氧核苷酸鏈，D錯(cuò)誤。,2.(2017延安高一檢測(cè))下圖為DNA分子的某一片段，其中、分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是 () A.解旋酶、限制酶、DNA聚合酶 B. DNA酶、解旋酶、DNA連接酶 C.解旋酶、限制酶、DNA連接酶 D.限制酶、DNA連接酶、解旋酶,【解析】選C。圖中部位表示氫鍵，破壞的酶是解旋酶；限制酶能夠識(shí)別雙鏈DNA分子的某種特定核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷裂，所以是限制酶作用部位；DNA連接酶使兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，所以作用于部位的酶是DNA連接酶。,【方法規(guī)律】根據(jù)作用部位判斷與DNA分子有關(guān)的酶 (1)斷開(kāi)氫鍵的酶：解旋酶。 (2)斷開(kāi)(相鄰核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶：若生成若干DNA片段，可判定為限制酶；若生成其基本組成單位核苷酸，可判定為DNA水解酶。 (3)生成(相鄰核苷酸之間的)磷酸二酯鍵的酶：若將兩個(gè)DNA片段連接在一起，可判定為DNA連接酶；若作用于DNA復(fù)制的過(guò)程中，或?qū)⒂坞x的脫氧核苷酸連接到脫氧核苷酸鏈上，可判定為DNA聚合酶。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 除下列哪一項(xiàng)外，都屬于基因工程的運(yùn)載體必須具備的條件() A.能在宿主細(xì)胞中復(fù)制并保存 B.具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，以便與外源基因連接 C.具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選 D.是環(huán)狀形態(tài)的DNA分子,【解析】選D。作為基因工程的運(yùn)載體，要能在宿主細(xì)胞中復(fù)制并保存，A不符合題意；要具有多個(gè)限制酶切割位點(diǎn)，以便與外源基因連接，B不符合題意；要具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選，C不符合題意；基因工程的運(yùn)載體不一定是環(huán)狀形態(tài)的DNA分子，D符合題意。,知識(shí)點(diǎn)二基因工程的操作步驟 1.操作圖示：,2.步驟分析： (1)提取目的基因：如圖中a過(guò)程，通過(guò)一定的方法獲取目的基因，并用限制酶處理。,(2)目的基因與運(yùn)載體結(jié)合(核心步驟)：圖中b表示的是目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合。 限制酶：圖中EcoR這種限制酶所識(shí)別的序列是GAATTC，切點(diǎn)位于G與A之間；從圖中能夠看出，提取目的基因B和切開(kāi)質(zhì)粒A所用的是同一種限制酶。 DNA連接酶：此酶用于質(zhì)粒A與目的基因B的結(jié)合過(guò)程，形成重組DNA分子C。 運(yùn)載體：常選質(zhì)粒，用以運(yùn)載目的基因。,(3)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞：圖中c過(guò)程表示將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，此過(guò)程不存在堿基互補(bǔ)配對(duì)；有可能將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的染色體DNA上，目的基因?qū)⒃谑荏w細(xì)胞中復(fù)制和表達(dá)。 (4)目的基因的檢測(cè)與鑒定： 檢測(cè)：根據(jù)標(biāo)記基因或DNA分子雜交技術(shù)檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。 鑒定：受體細(xì)胞是否表現(xiàn)出特定性狀，如棉花抗蟲(chóng)性狀的表現(xiàn)。,【易錯(cuò)提醒】 基因工程操作中應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題 (1)四個(gè)步驟中只有第三步將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞不存在堿基互補(bǔ)配對(duì)。 (2)目的基因必須與運(yùn)載體結(jié)合后才能導(dǎo)入受體細(xì)胞，才能穩(wěn)定地保存，并進(jìn)行復(fù)制。 (3)培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，受體細(xì)胞一般選用受精卵。,【教材易漏知識(shí)】 1.大腸桿菌與酵母菌的比較P103圖6-5,1條,否,鏈狀,有,2.乳腺生物反應(yīng)器P104圖6-9 利用基因工程技術(shù)可以使哺乳動(dòng)物本身變成批量生產(chǎn) 藥物的工廠(chǎng)乳腺生物反應(yīng)器，過(guò)程是將藥用蛋白 基因?qū)氩溉閯?dòng)物的_(填“受精卵”“體細(xì) 胞”或“胚胎干細(xì)胞”)中，培育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，進(jìn)入 泌乳期后，可以從分泌的乳汁中提取所需藥品。該轉(zhuǎn) 基因動(dòng)物的性別應(yīng)該是_(填“雄性”或“雌 性”)。,受精卵,雌性,【典題通關(guān)】 【典例】(2017長(zhǎng)沙高一檢測(cè))基因工程是在現(xiàn)代生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來(lái)的，并依賴(lài)于微生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用，基因工程基本操作流程如圖所示。請(qǐng)據(jù)圖分析回答：,(1)圖中A是_，最常用的是_，在基因工程中，需要在_酶的作用下才能完成剪接過(guò)程。 (2)在上述基因工程的操作過(guò)程中，可以遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的步驟有_(用圖示中序號(hào)表示)。,(3)不同種生物之間的基因移植成功說(shuō)明了生物共用一套_。 (4)研究中發(fā)現(xiàn)，番茄體內(nèi)的蛋白酶抑制劑對(duì)害蟲(chóng)的消化酶有抑制作用，導(dǎo)致害蟲(chóng)無(wú)法消化食物而被殺死，人們成功地將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)胗衩左w內(nèi)，玉米獲得了與番茄相似的抗蟲(chóng)性狀，玉米這種變異的來(lái)源是_。,【解題探究】 (1)識(shí)圖：圖中步驟分別是：_ _、_。 (2)“剪接過(guò)程”包括剪切和拼接兩個(gè)步驟，前者需 用_，后者需用_。 (3)可遺傳變異的來(lái)源有三種，分別是_、 _、_。,目的基因與運(yùn)載體,結(jié)合,目的基因的檢測(cè)與鑒定,限制酶,DNA連接酶,基因突變,基因重組,染色體變異,【解析】(1)圖中A是運(yùn)載體，常用的是質(zhì)粒；圖中“剪接”過(guò)程需要限制性核酸內(nèi)切酶切割含有目的基因的外源DNA分子和運(yùn)載體，還需要DNA連接酶將目的基因和運(yùn)載體連接起來(lái)。 (2)圖中為目的基因的獲取、為目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合、為將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、為目的基因的檢測(cè)與鑒定，其中不需要遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。,(3)自然界所有生物共用一套遺傳密碼，因此目的基因在不同的生物細(xì)胞中能正確表達(dá)。 (4)玉米通過(guò)基因工程獲得抗蟲(chóng)性狀，基因工程的原理是基因重組，因此玉米這種變異的來(lái)源屬于基因重組。,答案：(1)運(yùn)載體質(zhì)粒限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接(2) (3)遺傳密碼(4)基因重組,【互動(dòng)探究】 (1)利用基因工程技術(shù)可以培育抗蟲(chóng)玉米，相比誘變育種和雜交育種，具有什么優(yōu)點(diǎn)？ 提示：定向改造生物性狀。,(2)若將番茄的蛋白酶抑制劑基因?qū)肴~綠體DNA中，將來(lái)產(chǎn)生的配子中一定含有該基因嗎？為什么？ 提示：不一定。葉綠體中基因的遺傳屬于細(xì)胞質(zhì)遺傳，因此把蛋白酶抑制劑基因?qū)肴~綠體DNA中，將來(lái)產(chǎn)生的配子中不一定含有該基因。,【方法規(guī)律】“一、二、三、四”巧記基因工程 一個(gè)原理：基因重組。 二個(gè)基礎(chǔ)：拼接基礎(chǔ)是目的基因與運(yùn)載體都是DNA分子；異體表達(dá)的基礎(chǔ)是生物共用一套遺傳密碼。 三個(gè)工具：限制酶、DNA連接酶、運(yùn)載體。 四個(gè)步驟：提取目的基因、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】 1.(2017宿遷高一檢測(cè))下列對(duì)基因工程的敘述，正確的是() A.基因工程必須使用的工具酶是限制酶、DNA連接酶和RNA聚合酶 B.基因工程的核心步驟是將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 C.運(yùn)載體上的標(biāo)記基因可用于檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞 D.目的基因是否表達(dá)可通過(guò)DNA分子雜交技術(shù)來(lái)檢測(cè),【解析】選C。基因工程必須使用的工具酶是限制酶、DNA連接酶，故A錯(cuò)誤；基因工程的核心步驟是基因表達(dá)載體的構(gòu)建，故B錯(cuò)誤；運(yùn)載體上的標(biāo)記基因可用于檢測(cè)目的基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞，故C正確；目的基因是否表達(dá)可通過(guò)抗原-抗體雜交技術(shù)來(lái)檢測(cè)，故D錯(cuò)誤。,2.下列關(guān)于基因工程的敘述，錯(cuò)誤的是() A.目的基因和受體細(xì)胞均可來(lái)自動(dòng)植物或微生物 B.限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶是兩類(lèi)常用的工具酶 C.人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無(wú)生物活性 D.運(yùn)載體上的抗性基因有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞和促進(jìn)目的基因的表達(dá),【解析】選D。基因工程中目的基因和受體細(xì)胞均可來(lái)自動(dòng)植物或微生物；常用的工具酶是限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶；人胰島素原基因在大腸桿菌中表達(dá)的胰島素原無(wú)生物活性，只有經(jīng)過(guò)一定的物質(zhì)激活以后，才有生物活性；運(yùn)載體上的抗性基因主要是有利于篩選含重組DNA的細(xì)胞，不能促進(jìn)目的基因的表達(dá)，所以D錯(cuò)誤。,