(共45张PPT)
1．2 基因工程的基本操作程序
课标领航
1．阐述基因工程的原理。
2．掌握并理解基因工程的基本操作程序。
3．尝试设计某一转基因生物的研制过程。
【重点】 基因工程的原理及基本操作程序。
【难点】 基因文库；PCK扩增过程；目的基因的检测。
看到这幅图，联系基因工程，你有何感想？让植物和动物合为一体可能不好实现，但我们能不能通过基因工程技术，让这一愿望实现呢？实际上，基因工程技术已经实现了人们的许多看似异想天开的愿望或构想。
情景导航
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
1．2
基
因
工
程
的
基
本
操
作
程
序
基础自主梳理
一、基因工程的基本操作程序
1．目的基因的获取。
2．______________的构建。
3．将目的基因导入_________。
4．目的基因的检测与鉴定。
基因表达载体
受体细胞
二、目的基因的获取
1．目的基因：主要是指编码________的结构基因。
2．获取方法
(1)从基因文库中获取
①基因文库：将含有某种生物不同基因的许多______片段，导入受体菌的群体中储存，各个受体菌分别含有这种生物的不同基因。
蛋白质
DNA
所有
思考感悟
1．怎样从基因文库中得到我们需要的目的基因？
【提示】 可以根据目的基因的有关信息，例如，根据基因的核苷酸序列、基因的功能、基因在染色体上的位置、基因的转录产物mRNA，以及基因的翻译产物蛋白质等特性来获取目的基因。
(2)利用PCR技术扩增目的基因
含义 一项在生物体外___________________的核酸合成技术
原理 DNA_________
前提条件 有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成______
扩增过程 目的基因DNA受热→变性解旋为_____→引物与单链相应互补序列结合→在_____________作用下延伸→形成新的DNA分子→循环重复以指数形式扩增
结果 以指数形式扩增：2n
复制特定DNA片段
双链复制
引物
单链
DNA聚合酶
(3)人工合成法：如果基因较小，核苷酸序列又已知，可以通过DNA合成仪用化学方法直接人工合成。
目的基因
目的基因
首端
RNA聚合酶
终止子
2．功能：(1)使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代。
(2)使目的基因______表达和发挥作用。
能够
思考感悟
2．如何把导入了目的基因的受体细胞筛选出来？
【提示】 以四环素抗性基因为例，程序如下：
四、将目的基因导入受体细胞
1．转化：__________进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和_____的过程。
2．导入植物细胞
(1)方法：_______________、基因枪法、花粉管通道法。
(2)农杆菌特点
①易感染双子叶植物和祼子植物。
②Ti质粒上的_________可转移至受体细胞，并且整合到受体细胞染色体DNA上。
目的基因
表达
农杆菌转化法
T－DNA
3．导入动物细胞
(1)方法：______注射技术。
(2)常用受体细胞：受精卵。
4．导入微生物细胞
(1)原核生物特点：繁殖快、多为________、遗传物质相对较少等。
(2)对受体细胞的常用处理方法：用______处理细胞，使细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态(这种细胞称为感受态细胞)。
显微
单细胞
Ca2＋
思考感悟
3．从细胞器的功能上分析，若通过基因工程生产人的糖蛋白，可以用大肠杆菌吗？
【提示】 不可以，糖蛋白上的糖链是在内质网和高尔基体上加工完成的，而内质网和高尔基体存在于真核细胞中，大肠杆菌是原核生物，细胞中不含有这两种细胞器。
五、目的基因的检测与鉴定
1．检测及方法
(1)检测转基因生物染色体的DNA上是否插入了目的基因，采用DNA分子杂交技术。
(2)检测目的基因是否_____________，采用分子杂交技术。
(3)检测目的基因是否_____________，采用抗原——抗体杂交。
2．鉴定：除了__________外，还需要进行个体生物学水平的鉴定，如抗虫、抗病鉴定等。
转录出mRNA
翻译成蛋白质
分子检测
核心要点突破
目的基因的获取
1．两种基因文库的主要区别如下表
文库类型 cDNA文库 基因组文库
文库大小 小 大
基因中启动子 无 有
基因中内含子 无 有
基因多少 部分基因 全部基因
物种间的基因交流 可以 部分基因可以
特别提醒 ①细胞中成熟的mRNA是需要在转录后将非编码区转录出的序列切除的，只留下编码区序列，因而从这样的mRNA反转录来的cDNA不会有启动子序列。对于真核生物在转录后的加工过程中还要将内含子部分转录出的序列也切除掉，所以真核生物的cDNA中也不会有内含子序列。
②cDNA是反转录获得的双链DNA。
③生物之间进行基因交流，只有使用受体生物自身基因的启动子比较有利于基因的表达。
④通过cDNA文库获得的目的基因没有启动子，只将编码序列导入受体生物中无法转录。
2．DNA复制、PCR技术和基因克隆的比较
DNA复制 PCR技术 基因克隆
场所 细胞核 生物体外 细胞内
酶 解旋酶、DNA聚合酶 Taq酶 限制酶、DNA连接酶
载体 不需要 不需要 需要
遵循原则 碱基互补配对 碱基互补配对 碱基互补配对
结果 DNA分子 DNA分子片段 DNA分子片段
3．提取目的基因方法的比较
途径 从基因文库中直接分离目的基因 人工合基因(真核细胞)
方法 鸟枪法 逆转录法 根据已知氨基酸序列合成DNA
途径 从基因文库中直
接分离目的基因 人工合基因(真核细胞)
过程 供体细胞中的DNA
限制酶
许多DNA片段
连接
表达载体
导入
受体细胞
外源DNA扩增，产
生特定性状
分离
目的基因 目的基因的
mRNA
逆转录
单链DNA
合成
双链DNA
(即目的基因) 蛋白质的氨基
酸序列
推测
mRNA的核苷
酸序列
推测
结构基因的核
苷酸序列
化学合成
目的基因
途径 从基因文库中直接分离目的基因 人工合基因(真核细胞)
优点 操作简单 专一性强 专一性强，可产生自然界不存在的新基因
缺点 工作量大，盲目性大，专一性差 操作过程较复杂，技术要求过高 适用范围狭小
1970年，特明和巴尔的摩证实了RNA病毒能依赖RNA合成DNA的过程，并发现了催化此过程的酶。下面为形成cDNA的过程和PCR扩增过程示意图。请根据图解回答下列问题：
例1
(1)催化①过程的酶是________；核酸酶H的作用是________。
(2)③过程也称为DNA的变性，此过程在温度高达90～95 ℃时才能完成，说明DNA分子具有________性。
(3)由图中信息分析可知，催化②⑤过程的酶都是________，两者在作用特性上的区别是_____________________________。
(4)如果RNA单链中有碱基100个，其中A占25%，U占15%，则通过该过程合成的一个双链DNA片段中有胞嘧啶________个。
【尝试解答】 (1)反转录酶(或逆转录酶) 分解RNA
(2)稳定
(3)DNA聚合酶 催化⑤过程的酶耐高温
(4)60
【解析】 根据图示可以看出，该过程是RNA在逆转录酶的催化作用下形成cDNA(负链DNA)，构成RNA—DNA中间体。中间体中的RNA再经过RNA酶H水解，而以剩下的负链DNA复制成双链DNA的过程。①过程是由RNA合成DNA的过程，需要逆转录酶进行催化。②过程是以单链DNA复制获得双链DNA的过程需要DNA聚合酶催化。⑤属于双链DNA复制的过程，需要DNA聚合酶催化。⑤过程在70～75 ℃环境下进行，所需要的酶应该能够耐高温。
【互动探究】 (1)上述过程中需要限制酶和DNA连接酶吗？
(2)由mRNA逆转录形成的DNA具有启动子吗？
【提示】 (1)不需要。 (2)无。
【探规寻律】 (1)PCR技术不需要解旋酶，但需利用90～95 ℃高温使DNA分子解旋。
(2)PCR技术的前提是要有一段已知目的基因的核苷酸序列，以便根据这一序列合成引物。
(3)PCR技术是对已知目的基因的扩增；从基因库中获取目的基因，是先找出含有目的基因的细胞，再通过一定的技术手段获取目的基因。
基因表达载体的构建和导入受体细胞
1．基因表达载体的构建
特别提醒 ①用限制酶切割载体和含目的基因的DNA分子时，可以使用不同的限制性核酸内切酶,但是必须切出相同黏性末端。
②不同基因可以拼接的原因：不同生物的基因具有相同的结构和化学组成，都是双螺旋结构，都由四种脱氧核糖核苷酸组成，都遵循相同的碱基互补配对原则：A—T，G—C。
2．目的基因的导入
(1)不同受体细胞的常用导入方法
生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞
常用方法 农杆菌转化法 显微注射法 Ca2＋处理法
受体细胞 体细胞 受精卵 原核细胞
生物种类 植物细胞 动物细胞 微生物细胞
转化过程 目的基因插入Ti质粒的T－DNA上→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA→表达 目的基因表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→感受态细胞→表达载体与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
(2)目的基因导入受体细胞
①不同生物的受体细胞不同：植物一般为体细胞，动物一般为受精卵，微生物一般为大肠杆菌。
②上图中发生②与发生①相比，②会使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达，原因是在进行细胞分裂时，细胞核上的DNA经复制后平均分配到两个子细胞中，保证了亲子代遗传性状的稳定性，而①细胞分裂时，细胞质是不均分的，子细胞不一定含有目的基因。
(2011年高考海南卷)回答有关基因工程的问题：
(1)构建基因工程表达载体时，用不同类型的限制酶切割DNA后，可能产生黏性末端，也可能产生________末端。若要在限制酶切割目的基因和质粒后使其直接进行连接，则应选择能使二者产生________(相同、不同)黏性末端的限制酶。
例2
(2)利用大肠杆菌生产人胰岛素时，构建的表达载体含有人胰岛素基因及其启动子等，其中启动子的作用是____________________________。
在表达载体转化大肠杆菌时，常用________处理大肠杆菌，以利于表达载体进入；为了检测胰岛素基因是否转录出了mRNA，可用标记的胰岛素基因片段作探针与mRNA杂交，该杂交技术称为________。为了检测胰岛素基因转录的mRNA是否翻译成________，常用抗原—抗体杂交技术。
(3)如果要将某目的基因通过农杆菌转化法导入植物细胞，先要将目的基因插入农杆菌Ti质粒的________中,然后用该农杆菌感染植物细胞,通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的________上。
【尝试解答】(1)平 相同 (2)RNA聚合酶识别和结合的位点，有了它才能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需要的蛋白质 Ca2＋ DNA分子杂交技术 人胰岛素
(3)T－DNA 染色体的DNA
【解析】(1)限制酶能识别特定的DNA序列，并在特定位点上切割DNA，形成黏性末端或平末端；要使目的基因和质粒直接进行连接，应使用同一种限制酶进行切割，使二者产生相同的黏性末端。(2)启动子为DNA序列，其具有RNA聚合酶结合位点，能启动转录，合成RNA；将基因表达载体导入大肠杆菌时，常用Ca2＋ 处理；检测目的基因时，常用
分子杂交技术检测目的基因或相应的mRNA，或采用抗原—抗体杂交技术鉴定相应的蛋白质。(3)用农杆菌转化法将目的基因导入植物细胞时，首先将目的基因导入农杆菌Ti质粒的T－DNA中，再利用农杆菌侵染植物细胞，通过DNA重组将目的基因插入植物细胞的染色体的DNA上。
【误区警示】 (1)切割质粒和目的基因的限制酶必需是同一种酶，以获得互补的末端，利于重组质粒的构建。
(2)目的基因的首端和尾端需加上启动子和终止子。
组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
(3)由于受体细胞有植物、动物、微生物之分，以及目的基因导入受体细胞的方法不同，因此，基因表达载体的构建也会有所差别，不可能是千篇一律的。
跟踪训练 (2011年江苏无锡高二检测)如图为基因表达载体的模式图，下列有关基因工程中载体的说法错误的是( )
A．基因工程的核心步骤是基因表达载体构建
B．任何基因表达载体的构建都是一样的，没有差别
C．图中启动子位于基因的首端，是RNA聚合酶识别和结合的部位
D．抗生素抗性基因的作用是作为标记基因，用于鉴别受体细胞中是否导入了目的基因
答案：B
知能过关演练
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放
谢谢使用(共27张PPT)
1．4 蛋白质工程的崛起
课标领航
1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2．理解蛋白质工程的原理。
3．了解蛋白质工程的应用。
【重点】 蛋白质工程的原理。
【难点】 蛋白质工程的应用。
情景导航
快速起效的胰岛素
实验证明：胰岛素在低浓度时主要以单体形式存在，在高浓度时多以二聚体形式存在，这是胰岛素β23－β28氨基酸残基结构所致。这样就会延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓
了其降血糖的作用，也增加了抗原性。科学家根据胰岛素的结构和其功能间的关系，设计了对胰岛素基因的改造方案。通过碱基替换的方法，改变基因序列，将β链第28位改为赖氨酸、29位改为脯氨酸，从而改变了胰岛素的结构。这种改变了结构的胰岛素不会形成二聚体，从而使胰岛素快速起作用。由此，速效型胰岛素制剂诞生，这种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就是本节我们将要探讨的内容。
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
1．4
蛋
白
质
工
程
的
崛
起
基础自主梳理
一、蛋白质工程的崛起
1．基因工程的实质：将一种生物的______转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的________，从而产生新性状。
2．蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的、并非自然界已存在的_______。
基因
蛋白质
蛋白质
3．实例：______________和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内___________的影响，当赖氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性，改变两种酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。
天冬氨酸激酶
赖氨酸浓度
思考感悟
对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
【提示】 对基因的操作。
二、蛋白质工程的原理与进展
1．目标：根据人们对_____________的特定需求对______________进行分子设计。
2．原理：_________________。
3．过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的_________序列→找到对应的____________序列(基因)。
4．蛋白质工程的进展：前景广阔，但目前成功的例子不多。
蛋白质功能
蛋白质的结构
中心法则的逆推
氨基酸
脱氧核苷酸
核心要点突破
对蛋白质工程的理解
1．蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。
2．基本原理和途径
它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推理。图示如下：
3．设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。
4．蛋白质工程的步骤
某多肽链的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨酸UUU、UUC)
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
(2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因(DNA)
例1
【思路点拨】 本题考查蛋白质工程的原理及实例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。
【尝试解答】 (1)根据氨基酸序列反推mRNA上密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为：
(2)确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法，或从基因库中获取。
【互动探究】 由上述氨基酸序列推导出的目的基因为什么有多种？
【提示】 一种氨基酸可以由一种或几种不同的密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。
【易误警示】 (1)尽管蛋白质工程是从预期蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质,而应从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因工程。
(2)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。
比较基因工程和蛋白质工程
比较项目 基因工程 蛋白质工程
操作对象 基因 基因
操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平
基本过程 获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→蛋白质应有的氨基酸序列→应有的碱基序列→合成DNA→表达出蛋白质
比较项目 基因工程 蛋白质工程
实质 定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品 定向改造或生产人类所需蛋白质
结果 生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质) 可以生产自然界没有的、不存在的新蛋白质
联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的
(2011年泰安市高二检测)科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠－人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠－人嵌合抗体的过程，据图回答：
例2
(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠－人嵌合抗体，属于________________(生物工程)的范畴。
(2)图示过程是根据预期的__________，设计_________________________________，
最终必须对________进行操作，此操作中改变的是________________。
(3)经过改造的鼠－人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_________________________________
(从免疫角度考虑)。
(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是________________________。
【尝试解答】 (1)蛋白质工程
(2)嵌合抗体功能 嵌合抗体的结构 基因 碱基对
(3)对人体的不良反应减少
(4)设计嵌合抗体的空间结构
【解析】 (1)通过图示可知鼠－人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。
(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。
(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原,若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的负作用会减少。
(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。
【探规寻律】 (1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程。
(2)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因,而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。
跟踪训练 (2011年姜堰高二检测)运用某生物工程技术将毒性肽融合进入抗体分子，制造出“导弹药物”，它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞(如癌细胞)。此技术是( )
A．基因工程 B．细胞工程
C．蛋白质工程 D．胚胎工程
答案：C
知能过关演练
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放
谢谢使用(共43张PPT)
1．3 基因工程的应用
课标领航
1．举例说出基因工程的应用及取得的丰硕成果。
2．了解基因工程的进展。
3．了解基因工程在农业和医疗等方面的应用。
【重点】 基因工程在农业和医疗等方面的应用。
【难点】 基因治疗的方法。
情景导航
基因工程给人们带来了福音，其在农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等领域，展示出了美好的应用前景。例如，将一个具有杀虫效果的基因转移到棉花、水
稻等农作物中，这些转基因作物就有了抗虫能力,因此基因工程可被应用到农业领域；要是把抗虫基因转移到杨树、松树等树木中，基因工程就可被应用到林业领域；要是把生物激素基因转移到动物中去，这就与渔业和畜牧业有关了；如果利用微生物或动物细胞来生产多肽药物，那么基因工程就可以应用到医学领域……
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
1．3
基
因
工
程
的
应
用
基础自主梳理
一、植物基因工程的成果
1．抗虫转基因植物
(1)杀虫基因种类：Bt毒蛋白基因、_______抑制剂基因、 _______ 抑制剂基因、植物凝集素基因等。
(2)成果：抗虫植物，如棉、玉米、马铃薯、番茄等。
蛋白酶
淀粉酶
2．抗病转基因植物
(1)植物的病原微生物：_____、真菌和细菌等。
(2)抗病基因种类
①抗病毒基因：病毒__________基因和病毒复制酶基因。
②抗真菌基因：_________酶基因和抗毒素合成基因。
③成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。
病毒
外壳蛋白
几丁质
3．抗逆转基因植物
(1)抗逆基因：调节细胞________的基因，使作物抗盐碱、抗干旱；鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒；抗除草剂基因，使作物抗除草剂。
(2)成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。
4．转基因改良植物品质
(1)优良基因：必需_____________的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。
(2)成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。
渗透压
氨基酸含量多
思考感悟
某研究小组在利用基因工程改造棉花时，发现转入的基因始终不表达，其原因可能是什么？
【提示】 构建基因表达载体时，没有加入启动子和终止子。
二、动物基因工程的成果
1．提高动物的生长速度
(1)生长基因：外源__________基因。
(2)成果：转基因绵羊、转基因鲤鱼。
2．改善畜产品的品质
(1)优良基因：肠乳糖酶基因。
(2)成果：转基因牛分泌的乳汁中,______含量少。
生长激素
乳糖
3．转基因动物生产药物
(1)基因来源：药用______基因＋ ______蛋白基因的启动子。
(2)成果：乳腺生物反应器。
4．转基因动物作器官移植的供体
(1)器官供体：抑制或除去抗原决定基因。
(2)成果：利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官。
蛋白
乳腺
三、基因工程药品
1．来源：转基因________。
2．成果：人胰岛素、细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
四、基因治疗
1．概念：把__________导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
2．成果：将腺苷脱氨酶基因导入患者的淋巴细胞。
工程菌
正常基因
核心要点突破
转基因生物与目的基因的关系
转基因生物 目的基因 目的基因的来源
抗虫棉 Bt毒蛋白基因 苏云金芽孢杆菌
抗真菌立枯丝核菌的烟草 几丁质酶基因和抗毒素合成基因
抗盐碱和干旱作物 调节细胞渗透压的基因
转基因生物 目的基因 目的基因的来源
耐寒的番茄 抗冻蛋白基因 鱼
抗除草剂大豆 抗除草剂基因
增强甜味的水果 甜味基因
降低乳糖的奶牛 肠乳糖酶基因
生产胰岛素的工程菌 人胰岛素基因 人
(2011年青岛市高二检测)金花茶是中国特有的观赏品种，但易被有害真菌感染得枯萎病，降低观赏价值。科学家在某种植物中找到了抗枯萎病的基因，用转基因方法培育出了抗枯萎病的新品种。请据图回答：
例1
(1)将②连接到①上并形成③，常用到的酶有________。
(2)抗枯萎病的金花茶培育成功，从变异的角度来说属于________。
(3)经过转基因方法获得的抗病金花茶，将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ ________。
(4)通过检测，被③侵染的金花茶叶片细胞具备了抗病性，这说明②已经________。从抗病基因是否表达可以从个体水平上做________实验，简述实验过程。
【尝试解答】 (1)限制性内切酶、DNA连接酶
(2)基因重组 (3)不一定
(4)表达 抗病接种 将普通金花茶和转基因金花茶分成两组，分别接种有害真菌，其他培养条件适宜且相同。培养一段时间观察两组金花茶的抗病情况,通过对照确定抗病基因是否表达。
【解析】 (1)①是用限制性核酸内切酶切割质粒，②是指目的基因的获取，③是指目的基因与质粒在DNA连接酶的作用下形成重组质粒。
(2)基因工程是在人为作用下将控制不同性状的基因重新组合从而改造生物性状，从本质上来说这种变异属于基因重组。
(3)转基因方法获得的抗病金花茶可能属于杂合子如Aa，将来产生的配子可能是A或a。
(4)金花茶叶片细胞具备了抗病性，说明目的基因已在受体细胞中得到了表达。
【误区警示】 植物杂交和基因工程依据的原理都是基因重组。但基因工程中的基因重组不同于杂交过程中的基因重组，主要表现在不经过减数分裂和有性生殖过程，而是在人为控制条件下定向改变生物的性状。
跟踪训练 运用现代生物技术的育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的油菜品种，这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药作用，保护农业生态环境。根据以上的信息，下列叙述正确的是( )
A．Bt基因的化学成分是蛋白质
B．Bt基因中有菜青虫的遗传物质
C．转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于Bt基因在其体内得以表达的结果。
D．转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物
解析：选C。Bt基因也被称为Bt毒蛋白基因，在该基因指导下表达出的蛋白质对害虫有毒害作用，能够杀死害虫，但对哺乳动物无害。该基因来自苏云金芽孢杆菌。把该基因通过基因工程手段导入植物体内可培育成抗虫植物，减少农药的使用量，既增加了农作物产量，也保护了环境。
动物乳腺生物反应器
1．原理：利用基因工程技术，把动物的乳腺作为生产工具，使目的基因在其内表达，获得人类需要的生物产品。
2．操作过程
获取目的基因→构建基因表达载体→显微注射进哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达)。
3．优点
(1)产量高，易获得目标产品。
(2)目标产品质量好，因为乳腺组织具有一整套全面对蛋白质进行合成和加工的能力。
(3)产品成本低。
(4)从乳汁中提取产品，操作简单。
继哺乳动物乳腺生物反应器研发成功后，膀胱生物反应器的研究也取得了一定进展。最近,科学家培育出一种转基因小鼠,其膀胱上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿液中。请回答：
(1)将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞，常用方法是______________________________。
(2)进行基因转移时，通常要将外源基因转入__________中，原因是__________________。
(3)通常采用____________________技术检测外源基因是否插入了小鼠的基因组。
(4)在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因在小鼠的__________________细胞中特异表达。
例2
【尝试解答】 (1)显微注射法
(2)受精卵(或早期胚胎细胞) 受精卵(或早期胚胎细胞)具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞表达
(3)DNA分子杂交(核酸探针)
(4)膀胱上皮
【解析】 在基因工程中，若受体细胞是动物细胞，常采用显微注射的方法导入目的基因。若要使小鼠膀胱上皮细胞合成人的生长激素，在进行基因转移时，当作受体细胞的通常是受精卵，其原因是受精卵具有全能性，可使外源基因在相应组织细胞中得到表达。检测目的基因是否插入到受体细胞的基因组，通常采用的是DNA分子杂交技术。
【互动探究】 (1)上述过程的原理是什么？
(2)为何将目的基因导入膀胱上皮细胞更方便？
【提示】 (1)基因重组。
(2)不受雌雄个体的限制。
【拓展提升】 利用微生物生产蛋白质类药物，是指将人们需要的某种蛋白质的编码基因构建成表达载体后导入微生物，然后利用微生物发酵来生产蛋白质类药物。与传统的制药相比有以下优越性：
(1)利用活细胞作为表达系统，表达效率高，无需大型装置和大面积厂房就可以生产出大量药品。
(2)可以解决传统制药中原料来源不足的问题。
(3)降低生产成本，减少生产人员和管理人员。
基因检测和基因治疗
1．基因检测与基因治疗的比较
目的基因作用 备注
基因检测 制作相应探针，利用DNA分子杂交原理，快速、准确检测人类某种疾病 临床应用阶段
基因治疗 把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法 仅处于初期的临床试验阶段，仍有许多问题和困难制约该技术的开展
2．基因治疗的原理、过程
(1)原理：利用正常基因置换或弥补缺陷基因的治疗方法，即把正常基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能，从而达到治疗疾病的目的。
(2)过程
(2011年贵阳高二检测)如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程，请回答以下问题：
例3
(1)________图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞，这种病是由于________________________造成的。
(2)写出以下结构或物质的名称：
A．__________________；
D.___________________________________。
(3)写出以下过程的操作内容：
①__________________________________；
②用携带正常基因的载体(病毒)侵染造血干细胞；
③__________________________________；
④__________________________________。
(4)该方法属于________(填“体内”或“体外”)基因治疗，其特点是__________________________________。
(5)患者身体康复后，所生子女是否会带有镰刀型细胞贫血症基因？请说明理由。
【尝试解答】 (1)乙 基因突变
(2)合成血红蛋白的正常基因(目的基因) 造血干细胞
(3)①将正常基因导入到载体中 ③将载体(携带正常基因)导入到造血干细胞染色体上 ④经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中并产生正常的血细胞
(4)体外 操作复杂但效果较为可靠
(5)如果该患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育的受精卵时期基因突变引起的，子女会携带该致病基因；如果患者的镰刀型细胞贫血症是由于个体发育过程中后天基因突变引起的，其生殖细胞中不含致病基因。因此不管是否经过基因治疗,子女都不含该致病基因。
【解析】 本题主要考查通过基因治疗的措施来彻底治愈遗传病的操作过程。
(1)由于基因突变使红细胞形态上成镰刀状而易破碎，如图乙。
(2)在基因治疗过程中，A为目的基因，可以与载体结合后导入受体细胞中，D作为受体细胞应为具有持续分裂能力的造血干细胞。
(3)基因治疗过程应有四个步骤；其中③为将基因表达载体导入受体细胞D的染色体上，④为将具有正常功能的造血干细胞转移至体内，由此可知，此过程为体外基因治疗。
(4)基因突变若发生在体细胞内一般不遗传给后代,若发生在生殖细胞中可能遗传给后代。
【探规寻律】 基因治疗的途径
途径
比较 体外基因治疗 体内基因治疗
不
同
点 方法 从患者体内获得某种细胞→体外完成基因转移→筛选、细胞扩增→输入体内 直接向患者体内组织细胞中转移基因
特点 操作复杂，但效果可靠 方法较简单，但效果难以控制
相同点 都是将外源基因导入靶细胞，以纠正缺陷基因，目前两种方法都处于临床试验阶段
跟踪训练 (2011年上饶高二检测)《人类基因治疗》报道，在美国佛罗里达大学基因治疗中心接受基因治疗的三名遗传性失明患者都重新获得了一定的视力，并且没有严重的副作用。基因治疗是指( )
A．把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的
B．对有缺陷的细胞进行修复，从而使其恢复正常,达到治疗疾病的目的
C．运用人工诱变方法，使有基因缺陷的细胞发生基因突变，从而恢复正常
D．运用基因工程技术，把有缺陷的基因切除，达到治疗疾病的目的
解析：选A。由于对基因治疗定义理解不到位，很容易错选B或C或D。基因治疗只是将正常的基因导入病人体内，使该基因的表达产物发挥功能,从而达到治疗疾病的目的，而细胞中的缺陷基因并未修复，和正常基因同时存在，基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变。
知能过关演练
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放
谢谢使用(共35张PPT)
1．1 DNA重组技术的基本工具
课标领航
1．了解限制酶及DNA连接酶的来源。
2．掌握限制酶及DNA连接酶的作用。
3．理解载体需具备的条件。
【重点】 三种工具的作用。
【难点】 黏性末端和平末端；载体的特点。
转基因夜光猫
美国新奥尔良奥德班濒危物种研究中心为探索一些人类疾病的治疗方法，以猫为实验对象(猫的基因构成与人类相似)进行了一系列实验。为了了解外源基因是否可
情景导航
以安全地移植到猫科动物的基因序列中，该研究中心利用基因工程技术培育出美国首只转基因夜光猫。紫外线灯光下夜光猫的眼睛、牙床和舌头会发出鲜艳的橙黄色的荧光。夜光猫的培育施工是在DNA分子水平上进行的，在微小的DNA分子上进行的操作，需要专门的工具。这些工具是什么？各自的作用是什么？让我们一起来了解一下吧！
核心要点突破
基础自主梳理
知能过关演练
1．1
DNA重
组
技
术
的
基
本
工
基础自主梳理
一、基因工程的概念
1．基因工程的别名：DNA重组技术。
2．操作环境：生物体外。
3．操作对象：______。
4．操作水平：_______________。
5．基本过程：________________________。
6．结果：人类需要的新的生物类型和生物产品。
基因
DNA分子水平
剪切→拼接→导入→表达
核苷酸序列
磷酸二酯键
黏性末端
原核
平末端
2．DNA连接酶——“分子缝合针”
(1)作用：将双链DNA片段缝合起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的___________。
(2)种类
①E.coliDNA连接酶：只能缝合双链DNA的______ _______。
②T4DNA连接酶：既可缝合双链DNA的黏性末端，又可缝合双链DNA的________。
磷酸二酯键
黏性
末端
平末端
思考感悟
限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？
【提示】 相同。都是磷酸二酯键。
自我复制
限制酶切割位点
核心要点突破
利用图解法理解记忆限制酶的有关问题
1．识别序列的组成
大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成，例如EcoRI、Sma I限制酶的识别序列，也有少数限制酶的识别序列由4、5或8个核苷酸组成。
2．限制酶都是切割识别特定的核苷酸序列的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。
3．限制酶切出的黏性末端和平末端的区别：
(2011年雅礼中学高二检测)基因工程中，须使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶Ⅰ的识别序列和切点是－G↓GATCC－，限制酶Ⅱ的识别序列和切点是－↓GATC－。根据图示判断下列操作正确的是( )
例1
A．目的基因和质粒均用限制酶Ⅱ切割
B．目的基因和质粒均用限制酶Ⅰ切割
C．质粒用限制酶Ⅱ切割，目的基因用限制酶Ⅰ切割
D．质粒用限制酶Ⅰ切割，目的基因用限制酶Ⅱ切割
【尝试解答】 D
【解析】 首先把目的基因切下来要用到限制酶Ⅱ；如果再用限制酶Ⅱ切割质粒，则2个标记基因都被切开，标记基因将失去作用。而用限制酶Ⅰ切割质粒可保留一个标记基因，而产生的黏性末端和限制酶Ⅱ切割下来的目的基因可以互补配对。
【互动探究】 上题中限制酶Ⅰ切开化学键后产生哪种类型的末端？
【提示】 黏性末端。
【易误警示】 (1)限制性核酸内切酶是一类酶而不是一种酶。
(2)限制性核酸内切酶作用的化学键为磷酸二酯键，而不是氢键。
(3)不同种类的限制性核酸内切酶识别与切割的位点不同，这与酶的专一性是一致的。
与DNA有关的各种酶比较
名称 作用 参与生理过程应用 作用位点(如图)
DNA连接酶 连接两个DNA片段 基因工程 a
限制性内切酶 切割某种特定的脱氧核苷酸序列 a
DNA聚合酶 在脱氧核苷酸链上添加单个脱氧核苷酸 DNA复制 a
名称 作用 参与生理过程应用 作用位点(如图)
RNA聚合酶 在核苷酸链上添加单个核苷酸 转录 a
解旋酶 使碱基间氢键断裂形成单脱氧核苷酸链 DNA复制及转录 b
逆转
录酶 以RNA为模板合成DNA 逆转录、基因工程
特别提醒 ①DNA连接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯键，而不是氢键，氢键是分子间的静电吸引力，不需通过酶催化形成。②DNA连接酶只能在两个DNA片段间形成磷酸二酯键，而DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有DNA片段上，且需要以一条DNA链为模板。③目前发现的DNA连接酶不具有连接单链DNA的能力。
(2011年北大附中高二检测)下列关于DNA连接酶的叙述正确的是( )
①催化相同黏性末端的DNA片段之间的连接
②催化不同黏性末端的DNA片段之间的连接
③催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成
④催化DNA分子两条链的脱氧核糖与磷酸之间磷酸二酯键的形成
A．①③ B．②④
C．②③ D．①④
【尝试解答】 D
例2
【解析】 在DNA重组技术中，两个DNA片段间必须有相同的黏性末端才能互补配对，进行结合；具有相同黏性末端的DNA分子连接时，DNA连接酶的作用是催化脱氧核苷酸链的脱氧核糖与磷酸之间磷酸二酯键的形成，即把“梯子”的“扶手”缝合起来。
【探规寻律】 限制酶与DNA连接酶的关系
跟踪训练 两个具有相同黏性末端的DNA片段，在条件适宜时，经酶的作用合成一个重组DNA分子。该酶是( )
A．DNA连接酶 B．RNA聚合酶
C．DNA聚合酶 D．限制性内切酶
解析：选A。本题考查几种酶的作用。DNA连接酶可以连接两个DNA片段之间的磷酸二酯键形成一个DNA分子；RNA聚合酶可以催化单个游离的核糖核苷酸形成RNA；DNA聚合酶可以催化单个游离的脱氧核糖核苷酸形成DNA；限制性内切酶可以将DNA分子从特定的位点切割成两个DNA片段。
常用的载体——质粒
1．来源及结构：质粒主要存在于细菌等原核生物中，是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并且具有自我复制能力的双链环状DNA分子，如下图所示：
2．标记基因：质粒上有一些特殊的基因，如抗四环素基因、抗氨苄青霉素基因，用于对重组DNA进行鉴定和选择。
3．作为载体的条件
(1)能自我复制。
(2)有一个至多个限制酶切割位点。
(3)有特殊的标记基因。
(4)对受体细胞无害等。
如图为大肠杆菌及质粒载体的结构模式图，据图回答下列问题。
例3
(3)氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为____________________，其作用是
_________________________。
(4)下列常在基因工程中用作载体的是( )
A．苏云金芽孢杆菌抗虫基因
B．土壤农杆菌中的RNA分子
C．大肠杆菌的质粒
D．动物细胞的染色体
【思路点拨】 本题通过质粒结构的模式图考查质粒的功能和特点，分析如下：
【探规寻律】 (1)主动运输中载体的化学本质是蛋白质，其作用是运输离子、氨基酸、核苷酸等物质进出细胞。
(2)基因工程中的载体的化学本质是DNA，其作用是携带目的基因进入受体细胞。
知能过关演练
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放
谢谢使用
