2021-2022学年高一下学期生物人教版必修2 6.2 基因工程及其应用课件（23张ppt）

(共23张PPT)
6.2 基因工程及其应用
问题
探讨
提示：此节“问题探讨”以基因工程菌的实例，引导学生思考基因工程的原理。为启发学生思考，教师可引导学生回忆前面学过的遗传学知识，如不同生物的DNA在结构上的统一性、几乎所有的生物都共用一套遗传密码等。
1．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？你能举出一些类似的、与你的生活关系很密切的例子吗？
PART
01
基因工程的原理
● 基因工程的基本工具
● 基因工程的操作程序
基因工程的原理
基因工程的原理
基因工程，又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
基因工程是在DNA上进行的分子水平的设计施工，需要有专门的工具。“基因剪刀”、“基因针线”和“基因的运载体”是基因工程最基本的工具。
基因工程的工具
基因工程的原理
基因的“剪刀” 基因的“剪刀”指的是限制性核酸内切酶（以下简称限制酶）。一种限制酶只能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，断裂磷酸二酯键。
例如，大肠杆菌中的一种叫做EcoRI的限制酶，能够专一识别GAATTC的序列，并在G和A之间将这段序列切开。
G
C
A
A
T
T
C
T
T
A
A
G
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
EcoRI限制酶
黏性末端
黏性末端
基因工程的工具
基因工程的原理
基因的“剪刀” 基因的“剪刀”指的是限制性核酸内切酶（以下简称限制酶）。一种限制酶只能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，断裂磷酸二酯键。
例如，粘质沙雷氏菌中的一种叫做SmaI的限制酶，能够专一识别CCCGGG的序列，并在C和G之间将这段序列切开。
C
G
C
C
G
G
G
G
G
C
C
C
SmaI限制酶
平末端
平末端
C
G
G
G
C
C
C
G
G
G
C
C
基因工程的工具
基因工程的原理
G
C
A
A
T
T
C
T
T
A
A
G
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
EcoRI限制酶
黏性末端
黏性末端
G
C
A
A
T
T
C
T
T
A
A
G
EcoRI限制酶
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
黏性末端
黏性末端
会产生相同的黏性末端
1．如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
基因工程的工具
基因工程的原理
基因的“针线”两种来源不同的DNA用同种限制酶切割后，末端可以相互黏合，但是，这种黏合只能使互补的碱基连接起来，脱氧核糖和磷酸交替连接而构成的DNA 骨架上的缺口，需要靠DNA连接酶来“缝合”，形成磷酸二酯键。
例如，根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E coli DNA连接酶；另一类从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。
E coli DNA连接酶—黏性末端
T4DNA连接酶—黏性末端或平末端
基因工程的工具
基因工程的原理
例如：E coli DNA连接酶—黏性末端
G
C
A
A
T
T
C
T
T
A
A
G
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
C
T
T
A
A
G
C
A
A
T
T
C
T
T
A
A
G
EcoRI切此位点 双链断开
不同来源的DNA片段结合
E coli DNA连接酶
基因工程的工具
基因工程的原理
基因的运载体要将外源基因送入受体细胞，还需要有专门的运输工具，这就是运载体。目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物的细胞中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子。
DNA
大肠杆菌细胞
抗生素
抗性基因
控制质粒DNA转移的基因
质粒
基因工程的程序
基因工程的原理
基因工程的操作一般要经历如下图所示的四个步骤：
提取目的基因
目的基因与运载体结合
将目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
（一）
（二）
（三）
（四）
PART
02
基因工程的应用
● 基因工程与作物育种
● 基因工程与药物研制
基因工程的应用
基因工程的应用
1993年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉，抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白质晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。
毒蛋白（BT）基因
植物的组织培养
农杆菌
Ti质粒
T-DNA
同种限制酶切割
DNA连接酶连接
将（重组质粒）目的基因导入棉花受体细胞
插入新基因的DNA
抗虫棉植株
苏云金杆菌
棉花细胞
重组质粒
作物育种
基因工程的应用
抗虫棉的培育过程
药物研制
基因工程的应用
1978年，科学家将人体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内获得成功的表达。
用基因工程方法生产的药物还有干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子，以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾的疫苗，等等。
PART
03
转基因生物
和转基因食品的安全性
● 转基因生物和转基因食品的安全性
食品的安全性
转基因生物和转基因
另一种观点 转基因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广
1.转基因食品的构成与非转基因食品一样，都是由氨基酸、蛋白质和碳水化合物等物质组成的，从理论上分析是安全的。
2.对转入了苏云金杆菌基因的西红柿进行毒性分析表明，这种转基因西红柿对人体健康没有影响。
3.转基因作物能使贫穷国家的亿万人口摆脱饥饿，同时还能减少使用农药引起的环境污染。
4.对于一种转基因食品，只要不能证明它不安全，就应该视为安全。否则就可能因为无休止的争论，而耽误了科学技术发展的时机。
......
一种观点 转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制
1.一个简陋的小实验室，就能把艾滋病病毒与感冒病毒组装到一起，使艾滋病病毒像感冒一样，大范围地传播。
2.1999年5月20日的《自然》杂志报导：帝王蝶的幼虫在吃了某种转基因玉米的花粉沾染过的牛奶草叶子后，近一半的个体死亡，幸存的也不能正常发育。
某些公司曾利用基因工程技术让细菌生产牛的生长激素（BST），然后定期给奶牛注射 BST，使奶牛分泌更多的乳汁。但是，注射BST 的奶牛，乳房感染更为频繁，必须用抗生素治疗，结果导致乳汁中含有抗生素。
......
思考与讨论
1．你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题？
提示：a．趋利避害,而不能因咽废食
b．建立相应的法规,如1993年制定的《基因工程安全管理办法》和2002年颁布的《农业转基因生物标识管理办法》
PART
04
课后练习
● 课后练习
课后练习
1．简述基因工程操作的几个步骤。
一、基础题
2．假如用限制性内切酶EcoRI处理以下的 DNA序列，会产生几个片段？请先写出下面的 DNA序列的互补链，然后标出酶切位点。
提示：基因工程的操作通常包括以下4步： (1)获得目的基因(外源基因)；(2)目的基因与运载体结合，形成重组DNA分子； (3)将重组DNA分子导人受体细胞；(4)目的基因的检测与表达。
ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGA
TAGAGCTCTGACTAACCGGAATTCGAGCTCTACTGGTACCGGTCCGAGCTCGACTACT
ATCTCGAGACTGATTGGCCTTAAGCTCGAGATGACCATGGCCAGGCTCGAGCTGATGA
课后练习
一、基础题
3．将外源基因导入受体细胞时，常用的运载体有哪些？
提示：常用的运载体有质粒、噬菌体、动植物病毒等。
课后练习
1．细菌和人是差异非常大的两种生物，为什么通过基因重组后，细菌能够合成人体的某些蛋白质呢？
提示：这是因为在基因水平上，人和细菌的遗传机制是一致的。细菌和人的遗传物质都是DNA，都使用同一套遗传密码子，都遵循中心法则。因此，通过基因重组，细菌能够合成人体的某些蛋白质。
二、拓展题
课后练习
2．如果你是一个生产基因工程产品的农场的经营者，你将如何向客户解释你的产品，并让他们放心地购买你的产品呢？。
提示：例如，可以向客户说明农场具备相应的安全检测设施和措施，已经领取了农业转基因生物安全证书，产品中所含有的成分都是自然界天然存在的物质，产品经过试用表明对人体无害等。
二、拓展题