高中生物 第6章 第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用課件 新人教版必修2.ppt

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第6章 從雜交育種到基因工程,一、基因工程的原理 1．基因工程的概念理解,2．基因工程的操作工具 (1)“剪刀”與“針線”,3．基因工程的操作步驟 提取目的基因→ →將目的基因?qū)?入 →目的基因的 。 二、基因工程的應(yīng)用及安全性 1．基因工程的應(yīng)用,目的基因與運載體,受體細胞,檢測與鑒定,(3)環(huán)境保護：利用 降解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。 2．轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物的安全性的兩種觀點 (1)轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品不安全，要 。 (2)轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品是安全的，應(yīng)該 。,轉(zhuǎn)基因細菌,嚴格控制,大范圍推廣,一、基因工程的原理 1．閱讀教材P102～103內(nèi)容，仔細觀察分析圖6－6，探究下列問題。 (1)基因工程中工具酶的作用 ①DNA解旋酶和限制酶都作用于DNA，試分析這兩種酶的作用部位相同嗎？ 提示：不相同。DNA解旋酶作用于堿基之間的氫鍵，而限制酶作用于磷酸與脫氧核糖之間的化學(xué)鍵，即磷酸二酯鍵。 ②切割運載體和目的基因用同一種限制酶的原因。 提示：因為只有用同一種限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因與運載體結(jié)合。 ③限制酶和DNA連接酶作用的位點相同嗎？ 提示：相同，均作用于磷酸二酯鍵。,④若用DNA連接酶將目的基因與運載體兩兩結(jié)合時，可能有哪些產(chǎn)物？ 提示：產(chǎn)物可能有三種：目的基因與目的基因結(jié)合、運載體與運載體結(jié)合、目的基因與運載體結(jié)合。 (2)運載體的特點及其作用 ①運載體與物質(zhì)跨膜運輸中的載體化學(xué)本質(zhì)相同嗎？ 提示：不相同。運載體是小的DNA分子，載體是蛋白質(zhì)。 ②基因工程中的運載體具有怎樣的特點？ 提示：a.能夠在宿主細胞中穩(wěn)定保存并大量復(fù)制，以保證外源基因在宿主細胞內(nèi)長期穩(wěn)定存在并復(fù)制； b．具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接； c．具有某些標記基因，便于檢測運載體是否進入受體細胞。,2．判斷正誤 (1)基因工程能夠?qū)崿F(xiàn)不同物種之間基因的重新組合。( ) (2)基因工程的運載體本質(zhì)都是DNA分子。( ) (3)所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列。( ),二、基因工程的應(yīng)用及其安全性 1．轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了將人的胰島素基因轉(zhuǎn)入細菌體內(nèi)，利用細菌生產(chǎn)人的胰島素，分析討論下列問題： (1)試從基本單位、空間結(jié)構(gòu)和堿基配對方式三個方面分析運載體與目的基因結(jié)合成功的基礎(chǔ)。 提示：①基本單位相同：不同生物的DNA分子都是由脫氧核苷酸構(gòu)成的。 ②空間結(jié)構(gòu)相同：不同生物的DNA分子都是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈形成的規(guī)則的雙螺旋結(jié)構(gòu)。 ③堿基配對方式相同：不同生物的DNA分子中兩條鏈之間的堿基配對方式都是A與T配對，G與C配對。,√,√,×,(2)目的基因能夠在受體細胞中表達的基礎(chǔ)是什么？ 提示：所有生物共用一套遺傳密碼。 2．與雜交育種、誘變育種相比，基因工程育種的原理是什么？主要優(yōu)點有哪點？ 提示：其原理與雜交育種相同，是基因重組。與雜交育種相比，基因工程育種的育種周期短并產(chǎn)生了新性狀；與誘變育種相比，基因工程育種能定向改造生物的遺傳性狀。,1．限制酶與DNA解旋酶的比較 (1)相同點：作用機理都是破壞化學(xué)鍵。 (2)不同點 ①作用部位：限制酶作用于磷酸二酯鍵，DNA解旋酶作用于氫鍵。 ②作用范圍：限制酶作用于特定的核苷酸序列和特定的切點，DNA解旋酶作用于所有的DNA分子。 2．基因工程操作中的兩個注意點 (1)切割目的基因和運載體時，一般用同一種限制酶，使目的基因和運載體產(chǎn)生相同的黏性末端，達到目的基因與運載體結(jié)合的目的。,3．基因工程育種的優(yōu)點 (1)目的性強，能定向改造生物性狀。 (2)育種周期短。 (3)能克服遠緣雜交不親和的障礙。 4．有性生殖和基因工程中基因重組的區(qū)別,(2)目的基因?qū)胧荏w細胞并非標志著基因工程的成功，只有目的基因在受體細胞中表達才說明基因工程的成功。,[例1] 某科學(xué)家從細菌中分離出耐高溫淀粉酶(Amy)基因a，通過基因工程的方法，將基因a與運載體結(jié)合后導(dǎo)入馬鈴薯植株中，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)Amy在成熟塊莖細胞中存在。結(jié)合圖形分析下列有關(guān)這一過程的敘述，不正確的是( ),A．獲取基因a的限制酶其作用部位是圖中的① B．連接基因a與運載體的DNA連接酶其作用部位是圖中的② C．基因a進入馬鈴薯細胞后，可隨馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細胞 D．通過該技術(shù)人類實現(xiàn)了定向改造馬鈴薯的遺傳性狀,,,,[解析] 限制酶和DNA連接酶均作用于磷酸二酯鍵，即①處，二者作用相反，分別是打開和連接該化學(xué)鍵；目的基因進入受體細胞后，會隨著馬鈴薯DNA分子的復(fù)制而復(fù)制，傳給子代細胞，使之產(chǎn)生定向變異，從而改變其遺傳性狀。 [答案] B,,[例2] 酵母菌的維生素、蛋白質(zhì)含量高，可用于生產(chǎn)食品和藥品等。科學(xué)家將大麥細胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，獲得的啤酒酵母菌可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富的啤酒?；镜牟僮鬟^程如圖所示：,(1)該技術(shù)定向改變了酵母菌的性狀，這在可遺傳變異的來源中屬于______________。 (2)本操作中為了將LTP1基因?qū)虢湍妇毎麅?nèi)，所用的運載體是______________。 (3)要使運載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)使用______進行切割。 (4)切割完成后，利用________將運載體與LTP1基因連接。 (5)飲用轉(zhuǎn)基因的酵母菌釀造的啤酒安全嗎？,[研析] 本題以過程圖為信息載體，考查基因工程的應(yīng)用及安全性問題。具體解題過程如下：,,,[審]——提取信息,,圖中a表示目的基因的獲取，b是來自大腸桿菌的質(zhì)粒，c是重組質(zhì)粒；目的基因插入抗四環(huán)素基因內(nèi)部。,,[聯(lián)]——聯(lián)系基礎(chǔ),①：基因工程可使原本不屬于同一物種的基因組合在一起，從而使轉(zhuǎn)基因生物產(chǎn)生特定的性狀，其原理屬于基因重組。 ②：重組質(zhì)粒形成前，需用限制酶切割目的基因和質(zhì)粒，得到相同的黏性末端，再用DNA連接酶連接。,,,[答]——規(guī)范解答,設(shè)問(5)答案是開放的，只要為自己的觀點答出合理的理由即可。,[答案] (1)基因重組 (2)質(zhì)粒 (3)限制酶(限制性核酸內(nèi)切酶) (4)DNA連接酶 (5)反對觀點：不安全，轉(zhuǎn)基因食品可能會損傷人體的消化系統(tǒng)，破壞人體免疫系統(tǒng)。 贊成觀點：安全，轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品成分相同，毒性分析不對人體健康產(chǎn)生影響。(目前還未找到不安全的證據(jù)，回答上述兩種觀點之一即可),————————[課堂歸納]————————,[網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建],填充：①提取目的基因 ②目的基因與運載體結(jié)合 ③將目的基因?qū)胧荏w細胞 ④目的基因的檢測與鑒定 ⑤限制酶 ⑥D(zhuǎn)NA連接酶 ⑦運載體 ⑧基因重組,[關(guān)鍵語句],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。 4．DNA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(zhì)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(jié)合、將目的基因?qū)胧荏w細胞、目的基因的檢測與鑒定。,答案：C,知識點一、基因工程操作的工具 1．下列有關(guān)基因工程中限制酶的描述，錯誤的是( ) A．一種限制酶只能識別一種特定的脫氧核苷酸序列 B．限制酶的活性受溫度影響 C．限制酶能識別和切割RNA D．限制酶可從原核生物中提取 解析： 限制酶只能識別和切割DNA，不能識別和切割RNA。,2．質(zhì)粒是基因工程中最常用的運載體，下列有關(guān)質(zhì)粒的說法正確的是( ) A．質(zhì)粒不僅存在于細菌中，某些病毒也具有 B．細菌的基因只存在于質(zhì)粒上 C．質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于核(區(qū))外的細胞質(zhì)基質(zhì)中 D．質(zhì)粒是基因工程中的重要工具酶之一 解析： 質(zhì)粒存在于許多細菌以及酵母菌等生物中，是擬核或細胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子，在病毒、動植物細胞中是不存在的；細菌的基因除少部分在質(zhì)粒上外，大部分在擬核中的DNA分子上。,答案：C,3．下列黏性末端由同一種限制酶切割而成的是( ),A．①② B．①③ C．①④ D．②③ 解析： 同一種限制酶切割出的黏性末端應(yīng)是互補的，而且兩者的序列相同，①③是互補的，切點都是在G與A之間，識別序列為GAATTC。,答案：B,4．據(jù)圖所示，有關(guān)工具酶功能的敘述不正確的是( ) A．限制酶可以切斷a處 B．DNA連接酶可以連接a處 C．解旋酶可以使b處解開 D．DNA連接酶可以連接b處 解析：限制酶和DNA連接酶作用的部位是磷酸二酯鍵即a處，解旋酶作用的部位是氫鍵即b處。 答案：A,5．基因工程是在DNA分子水平上進行設(shè)計施工的。在基因操作的基本步驟中，不進行堿基互補配對的是( ) A．人工合成目的基因 B．目的基因與運載體結(jié)合 C．將目的基因?qū)胧荏w細胞 D．目的基因的檢測和表達 解析：合成目的基因及其與運載體的結(jié)合都進行堿基互補配對，目的基因的檢測實質(zhì)上是標記基因的表達，也進行堿基互補配對，與目的基因的表達原理相同。,答案：C,知識點二、基因工程操作的基本步驟及應(yīng)用 6．通過DNA重組技術(shù)使原有基因得以改造的動物稱為轉(zhuǎn)基因動物。運用這一技術(shù)可使羊奶中含有人體蛋白質(zhì)，如圖表示這一技術(shù)的基本過程，在該工程中所用的基因“剪刀”能識別的序列和切點是—G↓GATCC— ，請回答：,(1)從羊染色體中“剪下”羊蛋白質(zhì)基因的酶是________，人體蛋白質(zhì)基因“插入”后連接在羊體細胞染色體中需要的酶是____________。 (2)人體蛋白質(zhì)基因之所以能連接到羊的染色體DNA中，原因是______________________________________________，,人體蛋白質(zhì)基因?qū)胙蚣毎麜r常用的工具是__________________________。 (3)此過程中目的基因的檢測與表達中的表達是指_____________________________。 (4)你認為此類羊產(chǎn)的奶安全可靠嗎？理由是什么？ _____________________________________________________。,解析：(1)剪取目的基因的酶是限制酶，將不同的DNA片段連接起來的酶是DNA連接酶。(2)不同生物的DNA化學(xué)組成和空間結(jié)構(gòu)相同，即具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。目的基因?qū)胧荏w細胞需先與運載體結(jié)合，最常用的運載體是質(zhì)粒，也可以用動物病毒的DNA。(3)基因的表達是指基因通過控制蛋白質(zhì)的合成來控制生物的性狀，即通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。(4)為開放性問題，理由與觀點相對應(yīng)即可。,答案：(1)限制酶 DNA連接酶 (2)具有相同的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(有互補的堿基序列) 細菌質(zhì)粒或病毒 (3)人體蛋白質(zhì)基因在羊體細胞內(nèi)控制合成人體蛋白質(zhì) (4)安全，因為目的基因?qū)胧荏w細胞后沒有改變，控制合成的人奶蛋白質(zhì)成分沒有改變(或不安全，因為目的基因?qū)胧荏w細胞后，可能由于羊細胞中某些成分的影響，合成的蛋白質(zhì)成分發(fā)生一定的改變),