高中生物 第六章 第2節(jié) 基因工程及其應用課件 新人教版必修2.ppt

成才之路 生物,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 必修2,從雜交育種到基因工程,第六章,第2節(jié) 基因工程及其應用,第六章,1基因工程的原理是基因重組。 2基因工程的操作工具有限制酶、DNA連接酶和運載體。 3限制性核酸內切酶具有特異性，能識別特定的核苷酸序列，并在特定位點上切割DNA分子。 4DNA連接酶的作用是將目的基因和運載體連接成重組DNA分子。 5常用的運載體有質粒、噬菌體和動植物病毒等。 6基因工程的四個步驟是：提取目的基因、目的基因與運載體結合，將目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與鑒定。,目標導航： 1說出基因工程的原理。 2簡述基因工程的工具及作用。(重、難點) 3了解基因工程的應用及轉基因生物和食品的安全性。 情境導入： “抗蟲棉”的發(fā)明，給我國廣大的棉農(nóng)帶來了福音，它不僅降低了生產(chǎn)成本，提高了棉花的產(chǎn)量和質量，還減少了農(nóng)藥的使用，降低了環(huán)境污染。 問題探究：抗蟲棉是怎樣培育而成的？ 提示：通過基因工程(轉基因技術)培育而成。,一、基因工程的原理 1基因工程的概念 (1)別名：_。 (2)操作思路：提取某種生物的_加以_放到另一種生物的_中_生物的遺傳性狀。,預 習 導 學,基因拼接技術或DNA重組技術,基因,修飾改造,細胞,定向地改造,2基因工程操作的基本工具 (1)基因的“剪刀” 名稱：_，簡稱限制酶。 特性：一種限制酶只能識別_，并在_上切割DNA分子。 實例及剪切位點： a實例：大腸桿菌中的EcoR限制酶。 b在下圖中標出剪切位點：,限制性核酸內切酶,一種特定的核苷酸序列,特定的切點,(2)基因的“針線” 名稱：_。 作用：連接_和_之間的缺口。 (3)基因的運載體 作用：將外源基因送入_。 種類：_、噬菌體、動植物病毒等。 質粒 a分布：_及酵母菌等生物的細胞中。 b特點：能夠_。 c本質：_。 3基因工程的步驟：_目的基因與_結合將目的基因導入_目的基因的_。,DNA連接酶,脫氧核糖,磷酸,受體細胞,質粒,細菌,自主復制,環(huán)狀DNA分子,提取目的基因,運載體,受體細胞,檢測與鑒定,二、基因工程的應用及轉基因生物和轉基因食品的安全性 1基因工程的應用,轉基因抗蟲棉,農(nóng)藥的用量,農(nóng)藥對環(huán)境的污染,胰島素,質量,成本,降解有毒有害化合物,2.轉基因生物和轉基因食品的安全性 (1)兩種觀點： 轉基因生物和轉基因食品不安全，要_； 轉基因生物和轉基因食品是安全的，應該_。 (2)我國的態(tài)度：十分重視轉基因生物及其食品的安全性問題。,嚴格控制,大范圍推廣,1.轉基因抗蟲棉對人體有毒害作用嗎？ 2不同的限制酶所識別的核苷酸序列相同嗎？為什么？ 提示：1.沒有，轉基因抗蟲棉表達出的“毒蛋白”只特異性的對鱗翅目的昆蟲有毒害作用，不對人體產(chǎn)生毒害作用。 2不相同。一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，所以不同的限制酶所識別的序列也不同。,思 維 激 活,(一)問題探討 提示：此節(jié)“問題探討”以基因工程菌的實例，引導學生思考基因工程的原理。為啟發(fā)學生思考，教師可引導學生回憶前面學過的遺傳學知識，如不同生物的DNA在結構上的統(tǒng)一性，幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼等。 (二)練習 基礎題 1基因工程的操作通常包括以下4步：(1)獲得目的基因(外源基因)；(2)目的基因與運載體結合，形成重組DNA分子；(3)將重組DNA分子導入受體細胞；(4)目的基因的檢測與鑒定。,2. 3常用的運載體有質粒、噬菌體、農(nóng)桿菌、動植物病毒等。,(三)拓展題 1提示：這是因為在基因水平上，人和細菌的遺傳機制是一致的。細菌和人的遺傳物質都是DNA，都使用同一套遺傳密碼子，都遵循中心法則。因此，通過基因重組，細菌能夠合成人體的某些蛋白質。 2提示：例如，可以向客戶說明農(nóng)場具備相應的安全檢測設施和措施，已經(jīng)領取了農(nóng)業(yè)轉基因生物安全證書，產(chǎn)品中所含有的成分都是自然界天然存在的物質，產(chǎn)品經(jīng)過試用表明對人體無害等。 3提示：例如，“轉基因土豆肝炎患者的希望！”等。,1.基因工程的概念 基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。 注意：基因工程也是基因重組的一種。,基因工程的原理,要 點 歸 納,2基因操作的工具,3基因操作的基本步驟,作為運載體必須具備三個條件：(1)能在宿主細胞中保存下來并大量復制。(2)有多個限制酶切點，而且每種酶的切點最好只有一個，如大腸桿菌pBR332就有多種限制酶單一識別位點，可適于多種限制酶切的DNA插入。(3)有一定的標記基因，便于進行篩選。如大腸桿菌pBR332質粒攜帶氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，就可以作為篩選的標記基因。一般來說，天然運載體往往不能滿足上述要求，因此需要根據(jù)不同的目的和需要，對運載體進行人工改建?，F(xiàn)在所使用的質粒運載體幾乎都是經(jīng)過改建的。,(1)對于基因工程的操作工具應記住名稱，理解其功能。理解基因工程操作的四個基本步驟，并注意聯(lián)系“酶的專一性”“堿基互補配對原則”“逆轉錄”“中心法則”等知識。,(2)基因工程中的運載體。在基因操作過程中使用運載體有兩個目的：一是用它作為運載工具，將目的基因轉移到宿主細胞中去；二是利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量的復制?，F(xiàn)在所用的運載體主要有兩類：一類是細菌質粒，它是一種相對分子質量較小、獨立于染色體DNA之外的環(huán)狀DNA(一般有100200kb，kb為千堿基對)，有的細菌中有一個，有的細菌中有多個。另一類運載體是噬菌體或某些病毒等?，F(xiàn)在人們還在不斷尋找新的運載體，如葉綠體或線粒體DNA等也可能成為運載體。,下表關于基因工程中有關基因操作的名詞及對應的內容，正確的組合是( ),典 例 導 析,解析 供體是提供目的基因的生物，受體是接受目基因的生物，剪刀是限制酶，針線是DNA連接酶，常用的運載體是質粒。 答案 C,下列有關基因工程技術的正確敘述是( ) A重組DNA技術所用的工具酶是限制酶、連接酶和運載體 B所有限制酶都只能識別同種特定的核苷酸序列 C選用細菌作為重組質粒的受體細胞是因為細菌繁殖快 D基因工程中常用的運載體質粒在動植物細胞中廣泛存在 答案 C,解析,基因工程與作物育種：農(nóng)業(yè)上獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、具優(yōu)良品質的農(nóng)作物，畜牧業(yè)上獲得人們所需要的、具優(yōu)良品質的轉基因動物。 基因工程與藥物研制：能高效地生產(chǎn)出各種高質量、低成本藥品。 基因工程與環(huán)境保護：可進行環(huán)境監(jiān)測，環(huán)境凈化。,基因工程的應用,要 點 歸 納,(1)限制酶和DNA連接酶作用的部位是相同的，都是磷酸二酯鍵。 (2)只有目的基因在受體細胞中表達，才能說明基因工程的操作成功。,有關基因工程的成果及應用的說法，正確的是( ) A用基因工程方法培養(yǎng)的抗蟲植物也能抗病毒 B基因工程在畜牧業(yè)上應用的主要目的是培養(yǎng)體型巨大、品質優(yōu)良的動物 C目前任何一種藥物都可以運用基因工程來生產(chǎn) D基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質優(yōu)良和具有抗逆性的農(nóng)作物,典 例 導 析,解析 用基因工程方法培育出的抗蟲植物只能殺死害蟲，對病毒無效；基因工程在畜牧業(yè)上的應用不僅是培養(yǎng)體型巨大、品質優(yōu)良的動物，更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳動物體內的表達，從這些動物的乳腺細胞中獲得人類所需要的各類物質；目前基因工程只是實現(xiàn)了一部分藥物的生產(chǎn)。 答案 D,下列各項不屬于基因工程的應用的是( ) A轉基因抗蟲棉的培育成功 B利用DNA探針檢測飲用水中有無病毒 C利用工程菌生產(chǎn)胰島素 D將甲植物的葉綠體移入乙植物，使光合效率提高 答案 D 解析 將甲植物的葉綠體移入乙植物，轉移的是細胞器而非基因，故不屬于基因工程的范疇。,通過學習，認識到科學技術是一把雙刃劍，認識到生命中的許多事實還有待于人類去探索，科學發(fā)展中仍有許多問題有爭議。(見教材P105頁),轉基因生物和轉基因食品的安全性,要 點 歸 納,因為科學技術是一把雙刃劍，在很多方面展示出美好的應用前景，但另一方面，基因工程也給人們帶來了許多潛在的危險，因此要辯證地看待基因工程所引發(fā)的問題：如可能制造超級細菌、超級雜草等；制造出難以制服的病原體、生物武器；轉基因動植物的出現(xiàn)引發(fā)物種入侵，有可能破壞原有的生態(tài)平衡，對原有物種產(chǎn)生威脅；還可能帶來轉基因食品的安全性問題等。,(2015蘇州調研)下列哪項屬于轉基因作物的優(yōu)點( ) A耐抗性的轉基因油菜可能成為某地區(qū)危害最為嚴重的雜草 B轉基因水稻可通過花粉向普通野生稻擴散產(chǎn)生基因污染 C大面積栽培轉Bt基因抗蟲棉可減少農(nóng)藥的使用 D轉基因作物可能破壞生態(tài)平衡使生物數(shù)量劇減,典 例 導 析,解析 認為轉基因生物可能存在安全問題的有：轉基因油菜可能會擴散到種植區(qū)外變成野生種類，成為雜草；轉基因水稻可通過花粉向普通野生稻擴散，從而重組出對人類或其他生物有害的病原體；轉基因作物具有某些特殊性狀，有可能成為“入侵的外來物種”，威脅生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存。轉基因生物的優(yōu)點，如轉Bt基因的抗蟲棉可減少農(nóng)藥的使用。 答案 C,美國科學家在研究生長在墨西哥某地的野生玉米后，發(fā)現(xiàn)這種玉米含有包括蘇云金芽孢桿菌(一種產(chǎn)生抗蟲毒蛋白的細菌)基因在內的轉基因作物的基因。下列有關說法正確的是( ) 轉基因作物的基因可傳播到野生植物中 轉基因作物可對天然植物的遺傳多樣性構成威脅 為防止基因污染，應當禁止轉基因作物的研究 自然雜交過程的實質是一個長期的轉基因過程，兩者沒有任何區(qū)別 A B C D,答案 C 解析 根據(jù)題意可知，轉基因植物的基因傳播到野生植物中，這樣會對植物遺傳多樣性構成威脅。自然雜交是通過傳粉的方式實現(xiàn)基因重組，與轉基因技術中通過重組質粒實現(xiàn)基因重組是有區(qū)別的。,基因重組與基因工程的比較,基因工程技術不僅用于基因工程育種和生產(chǎn)藥物，而且可以直接用于基因的診斷和治療?；蛟\斷是用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標記的DNA分子作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，達到檢測疾病的目的。,基因工程在疾病的診斷與治療方面的應用,基因診斷技術在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展得尤為迅速，目前人們已經(jīng)可以對幾十種遺傳病進行產(chǎn)前診斷?；蛑委熓前呀】档耐庠椿驅胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。雖然這里還有許多技術上的難題需要解決，但是我們相信，不久的將來，人類一定能夠用基因工程的方法治療白化病、苯丙酮尿癥等許多遺傳病。,探究點 提示信息在補充完善型實驗中的應用 轉基因技術的應用 案例 番茄(2n24)的正常植株(A)對矮生植株(a)為顯性，紅果(B)對黃果(b)為顯性，兩對基因獨立遺傳。請回答下列問題： (1)現(xiàn)有基因型AaBB與aaBb的番茄雜交，其后代的基因型有_種，_基因型的植株自交產(chǎn)生的矮生黃果植株比例最高。自交后代的表現(xiàn)型及比例為_。,(2)在AAaa雜交中，若A基因所在的同源染色體在減數(shù)第一次分裂時不分離，產(chǎn)生的雌配子染色體數(shù)目為_，這種情況下雜交后代的株高表現(xiàn)型可能是_。 (3)假設兩種純合突變體X和Y都是由控制株高的A基因突變產(chǎn)生的，檢測突變基因轉錄mRNA，發(fā)生X的第二個密碼子中第二個堿基由C變?yōu)閁，Y在第二個密碼子第二個堿基前多了一個U，與正常植株相比，_突變體的株高變化可能更大，試從蛋白質水平分析原因：_。,(4)轉基因技術可使某基因在植株體內過量表達，也可以抵制某基因表達。假設A基因通過控制赤霉素的合成來控制番茄的株高，請完成如下實驗設計，以驗證假設是否成立。 實驗設計(借助轉基因技術，但不要求轉基因的具體步驟)： a分別測定正常與矮生植株的赤霉素含量和株高。 b_。 c_。 支持上述假設的預期結果：_。 若假設成立，據(jù)此說明基因控制性狀的方式：_。,標準答案 (1)4 aaBb 矮生紅果矮生黃果31 (2)13或11 正?；虬?(3)Y Y突變體的蛋白質中氨基酸的改變比X突變體可能更多(或：X突變體的蛋白質可能只有一個或沒有氨基酸發(fā)生改變，Y突變體的蛋白質氨基酸序列可能從第一個氨基酸后都改變),(4)b.通過轉基因技術，抑制正常植株A基因的表達，測定其赤霉素含量和株高 c通過轉基因技術，使A基因在矮生植株中過量表達，測定其赤霉素含量和株高(答案中b和c次序不做要求) 與對照比較，正常植株在A基因表達被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；與對照比較，A基因在矮生植株中過量表達后，該植株赤霉素含量增加，株高增加 基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物性狀,方法警示 得分要點： (1)必須答為“4 aaBb 矮生紅果矮生黃果31”才能得分。 (2)必須答為“13或11 正?；虬辈拍艿梅?。 (4)必須體現(xiàn)如下內容： b.抑制正常植株A基因的表達，測定其赤霉素含量和株高。 cA基因在矮生植株中過量表達，測定其赤霉素含量和株高。,正常植株在A基因表達被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；A基因在矮生植株中過量表達后，該植株赤霉素含量增加，株高增加。 基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進而控制生物性狀。,錯因案例 (2)答案不全，第一空答為“13”，第二空答為“矮生”。 (3)錯答為“不確定 突變基因后面的基因翻譯的氨基酸均發(fā)生了變化”。 (4)答案不全，只答出其中的一種情況。 技法提煉 解答本題的關鍵點是： (1)異常減數(shù)分裂對配子染色體數(shù)目的影響： 減數(shù)分裂過程中同源染色體未分離，移向同一極，導致減數(shù)第一次分裂結束后的兩個細胞均異常，減數(shù)第二次分裂后，所得異常配子一半多一條染色體，另一半少一條染色體。,(2)赤霉素含量對植株株高的影響： 赤霉素的主要作用是促進細胞伸長，從而引起植株增高，即赤霉素含量高，植株增高。 (3)題干信息的獲取和利用： “轉基因技術可使某基因在植物體內過量表達，也可以抑制某基因表達”，由此推出實驗設計時一組是促進基因的表達，另一組是抑制基因的表達； “分別測定正常與矮生植株的赤霉素含量和株高”，由此推出接受處理的植株分別是正常植株和矮生植株。,