2020-2021学年高一下学期生物人教版必修二6.2基因工程及其应用课件(60张)

(共60张PPT)
能发光的水母
能否让热带鱼也能发光?
设想
不能发光的热带斑马鱼
6.2基因工程及其应用
你知道为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上吗？你能推测出，这种基因的“嫁接”是怎么实现的吗？
左图是“嫁接”了人胰岛素基因的工程菌
一、基因工程原理
——基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种
提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，
。
2.原
理：
4.操作水平：
5.结
果：
基因重组
DNA分子水平
定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种
3.操作对象：
基因
1.概念：
基因
定向地改造生物的遗传性状
补
丁
时
装
1.基因的“剪刀”
——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
二、基因工程最基本的工具
限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。
特点：特异性。
即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。
基因的“剪刀”
——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
例如：大肠杆菌(E.coli)中的一种限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
限制性核酸内切酶作用的是DNA分子中的什么键？
磷酸二酯键
即脱氧核糖、磷酸之间的连接
A
T
G
G
C
A
T
C
T
T
C
G
A
A
G
P
A
P
限制酶
基因的“剪刀”
——限制性核酸内切酶（简称限制酶）
限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。
什么叫黏性末端？
被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
——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.
1.来源
2.功能
3.作用部位
4.作用结果
——主要是从原核生物中分离纯化而来
——磷酸二酯键
——切割DNA产生黏性末端或平末端
小结：限制性核酸内切酶
C．CTGCAG
D．CTAAATC
GACGTC
GATTTAG
D
课堂演练
题1.
下面哪项不具有限制酶识别序列的特征(
)
A．GAATTC
B．GGGGCCCC
CTTAAG
CCCCGGGG
解析：限制酶识别的各种序列具有回文对称的特点。所谓回文对称序列就是当以不同的方向分别阅读DNA的两条互补链时，DNA的两条链上的碱基序列相同。如A中的DNA分子，其中一条链从左向右阅读碱基序列是GAATTC，另一条互补链从右向左阅读碱基序列也是GAATTC。
TTAAC
G
↓
G
CAATT
↑
↓
AATTC
G
↑
G
CTTAA
题2.下列所示的黏性末端是由几种限制酶作用产生的?
4
种
↓
AATTG
C
↑
C
GTTAA
↓
C
GAATT
↑
TTAAG
C
G↓A
C↓A
G↓T
C↓T
2.基因的“针线”——DNA连接酶
二、基因工程最基本的工具
DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。
磷酸二酯键
外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？
思考：
导入过程需要运输工具——运载体。
运载体的作用有哪些？
作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。
作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。
3.基因的运载工具——运载体：
常用的运载体主要有两类：
1）细菌细胞质的质粒
2）噬菌体或动植物病毒
质粒：
质粒是拟核或细胞核外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。
质粒是基因工程最常用的运载体。
绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。
大肠杆菌的质粒：
最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。
质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。
四个基本步骤：
三、基因工程操作的基本步骤
1）提取目的基因
2）目的基因与运载体结合
3）将目的基因导入受体细胞
4）目的基因的检测和鉴定
步骤一：提取目的基因
三、基因工程操作的基本步骤
目的基因是人们所需要转移或改造的基因。
如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。
直接分离基因
人工合成基因
目的基因的提取方法
三、基因工程操作的基本步骤
步骤二：目的基因与运载体结合
1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。
2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。
3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）
目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。
三、基因工程操作的基本步骤
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等。
将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
步骤三：目的基因导入受体细胞
三、基因工程操作的基本步骤
步骤四：目的基因的检测和鉴定
四环素
抗性基因
氨苄青霉
素抗性基因
不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。
思考：
受体细胞摄入重组DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？
若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。
四、基因工程的应用
　　运用基因工程技术，不但可以培育优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培育出具有特殊用途的动、植物。
生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国)
乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)
1.基因工程与作物育种
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转鱼抗寒基因的番茄
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
转基因龙胆花色奇异
转基因蓝猪耳改变花色
转基因牵牛花改变了花色
A：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白基因的花
B：转没有绿色荧光蛋白基因的空质粒的花
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
超级动物
特殊动物
图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。
2、
2002年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经占到棉花产量的1／3.
我国大豆食用油近七成是“转基因”产品
与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？
1.目的性强
2.克服远源杂交不亲和性
3.育种周期短
既然基因工程与传统的杂交育种和诱变育种相比有许多优势，为什么现在仍有许多人搞杂交育种和诱变育种的研究呢？
1993年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于（
）
A、普通棉花的基因突变
B、棉铃虫变异形成的致死基因
C、寄生在棉铃虫体内的线虫
D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因
D
2.基因工程与药物研制
我国生产的部分基因
工程疫苗和药物
产品名称
菌株或细胞
应用
人胰岛素
大肠杆菌
人生长激素
大肠杆菌
表皮生长因子
大肠杆菌
白细胞介素-2
大肠杆菌
a—干扰素
酵母菌
乙型肝炎疫苗
酵母菌
溶血栓剂
哺乳动物细胞
治疗糖尿病
治疗生长缺陷症
治疗烫伤、胃溃疡
治疗某些癌症
治疗癌症或病毒感染
预防病毒性肝炎
治疗心血管病
（心脏病）
　　胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
　　将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!
　　干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。
　　人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。
人造血液及其生产
1、不属于基因工程方法生产的药物是（
）
A、干扰素
B、白细胞介素
C、青霉素
D、乙肝疫苗
C
3.基因工程与环境保护
⑴　环境监测：
　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
　　利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。
⑵　环境污染治理：
　　基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
　　通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。
2006年3月14日绿色和平组织发布消息,称亨氏营养米粉含有转Bt基因抗虫水稻成分。
那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？?
五、转基因生物与转基因食品的安全性
两种观点
不安全：证据
安全：证据
安全观点：
1、转基因食品与非转基因食品的构成是一样的；
2、减少农药使用、减少环境污染；
3、节省生产成本，降低粮食售价；
4、增加食品营养、提高食品产量等。
不安全观点：
1、可能产生抗除草剂的超级杂草；
2、可能使疾病的散播跨越物种障碍；
3、可能损害农作物的生物多样性；
4、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性；
5、可能产生新毒素和新过敏源。
家庭作业
复习并掌握本节课的知识点；
完成《金牌学案》P90-91。
1）以下说法正确的是
（
）
A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列
B、质粒是基因工程中唯一的运载体
C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接
D、基因控制的性状都能在后代表现出来
C
练习
2）有关基因工程的叙述正确的是
（
）
A、限制酶只在获得目的基因时才用
B、重组质粒的形成在细胞内完成
C、质粒都可作为运载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
D
3）有关基因工程的叙述中，错误的是（
）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来
B、
限制性内切酶用于目的基因的获得
C、目的基因须由运载体导入受体细胞
D、
人工合成目的基因不用限制性内切酶
A
参考资源：
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有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来灾难性的后果，你是否同意这一观点？举例说明。
思维拓展
基因工程的“专用工具”
基因的剪刀——限制性内切酶：一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子的酶。
基因工程的“专用工具”
基因的针线——DNA连接酶：把两条DNA未端之间的缝隙缝合起来。
基因工程的“专用工具”
基因的运输工具——运载体：质粒是存在于细菌细胞质中独立于染色体而自主复制的环状双链DNA分子。
噬菌体、病毒
基因工程的基本操作步骤：
基因工程的基本操作步骤：
四步曲：
1、提取目的基因
2、目的基因与运载体结合
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的检测和表达
1、微生物基因工程：
即把目的基因导入大肠杆菌等微生物中，通过微生物表达目的基因的产物。
2、细胞基因工程：
即用哺乳动物细胞来表达目基因的产物
3、转基因动物：
即将目的基因直接导入鼠、兔、羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从而获得目的基因的产物