6.2基因工程及其应用课件2021——2022学年高一下学期生物人教版必修2(共79张PPT)

(共79张PPT)
基因工程及其应用
第2节
豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮
资料一：目前，全球的氮肥生产耗费世界总电力的3%-4%，且农作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面积土壤和水质的污染。
资料分析引入
蜘蛛能够吐出蛛丝
资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其韧度是同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。30多年来，科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法。
资料三
以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从100千克猪、牛等动物的胰腺只能提取3－4克胰岛素，治疗一个患者需宰杀40－50头牛，这种药物的造价就可想而知了。
微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快
设想一
能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？
能否让细菌“吐出”蛛丝？
设想二
能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？
设想三
经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术——基因工程。
基因工程：即 。通俗的说，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， 地改造生物的 。
原 理：
操作水平：
结 果：
一、基因工程
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。
基因拼接技术或DNA重组技术
定向
遗传性状
交叉互换、自由组合、肺炎双球菌转化实验、基因工程
基因工程操作需要哪些工具呢？
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，定向改造生物的性状 。
基因的剪刀
基因的针线
运载体
1、基因的
指“ 限制性核酸内切酶 ”
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割,不同的限制酶识别的序列不同。
特点:
“ ”
这个特点说明了：
酶具有专一性
二、基因操作的工具
基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。
限制酶
切开的位置在哪儿呢？
磷酸二酯键
基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）
限制酶
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，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。
粘质沙雷氏菌
大肠杆菌的R型
每一种限制酶识别的位点相同吗？
不同
　　被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？
思考:
形成的黏性末端不同
不同的限制酶呢？
具有
GAATTCCGTAGAATTCGGATT
尝试写出下列序列受EcoliI内切酶作用后的黏性末端
CTTCATGAATTCCCTAA
GAAGTACTTAAGGGATT
CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA
CTTCATG AATTCCCTAA
GAAGTACTTAA GGGATT
练一练:
GGCATCTTAA
AATTCCGTAG
2：基因工程的
指“DN接酶”
“ ”
作用：
连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”。
其作用与限制性内切酶相反，作用点相同
识别和连接
基因的针线——DNA连接酶
二.基因操作的工具
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
基因的针线：DNA连接酶
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用同种限制酶切割
DNA连接酶连接的是DNA骨架上的缺口，不是碱基间的氢键
A
A
T
T
G
C
C
T
T
A
A
G
名称 作用部位 作用底物
DNA解旋酶 氢键 DNA
DNA聚合酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸
DNA连接酶 DNA片段
DNA酶 （水解酶） 磷酸二酯键 DNA
RNA聚合酶 磷酸二酯键和氢键 核糖核苷酸
逆转录酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸
限制性核酸内切酶 DNA
磷酸二酯键
磷酸二酯键
1．下列黏性末端由同一种限制酶切割而成的是(　　)
A．①②　　 　　 B．①③
C．①④ D．②③
答案：B
解析：　同一种限制酶切割出的黏性末端应是互补的，而且两者的序列相同，①③是互补的，切点都是在G与A之间，识别序列为GAATTC。
2．据图所示，有关工具酶功能的叙述不正确的是(　　)
A．限制酶可以切断a处 B．DNA连接酶可以连接a处
C．解旋酶可以使b处解开 D．DNA连接酶可以连接b处
解析：限制酶和DNA连接酶作用的部位是磷酸二酯键即a处，解旋酶作用的部位是氢键即b处。
答案：D
3．如图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，请据图分析：
一、基因工程的原理
1．阅读教材P102～103内容，仔细观察分析图6－6，探究下列问题。
(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，试分析这两种酶的作用部位相同吗？
②切割运载体和目的基因用同一种限制酶的原因。
③限制酶和DNA连接酶作用的位点相同吗？
提示：不相同。DNA解旋酶作用于碱基之间的氢键，而限制酶作用于磷酸与脱氧核糖之间的化学键，即磷酸二酯键。
提示：因为只有用同一种限制酶才能切割出相同的黏性末端，利于目的基因与运载体结合。
提示：相同，均作用于磷酸二酯键。
3、基因工程的
目的基因
常用的运载体主要有两类：
1）细菌细胞质的质粒
2）噬菌体或某些动植物病毒
质粒：
质粒是染色体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。
质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的。
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。
3、基因的“运载体”
（2）种类：______、 _______、 _____________
质粒 噬菌体 动、植物病毒等
（1）作用：
将 送入受体细胞
外源基因
存在于许多______
以及________ 等生物的细胞
中，是拟核或细胞核外能够
的
_________________。
质粒：
细 菌
自主复制
很小的环状DNA分子
酵母菌
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成。
标记基因的作用是检测质粒是否导入到目的细胞中。
3、基因的运输工具——运载体
运载体必须同时满足三个要求：
①具有一到多个限制酶的酶切位点,以便与外源基因连接;
②能进入受体细胞并在受体细胞内稳定存在并能复制、表达；
③具有标记基因,便于目的基因的筛选.
1．质粒是基因工程中最常用的运载体，下列有关质粒的说法正确的是(　　)
A．质粒不仅存在于细菌中，某些病毒也具有
B．细菌的基因只存在于质粒上
C．质粒为小型环状DNA分子，存在于核(区)外的细胞质基质中
D．质粒是基因工程中的重要工具酶之一
答案：C
解析： 质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的环状DNA分子，在病毒、动植物细胞中是不存在的；细菌的基因除少部分在质粒上外，大部分在拟核中的DNA分子上。
第一步：
三、基因工程基本步骤：
第二步：
获取目的基因
目的基因与运载体结合
第三步：
将目的基因导入受体细胞
第四步:
目的基因的检测与鉴定
步骤一：获取目的基因
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、基因操作的基本步骤
步骤二：目的基因与运载体重组
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。
基因工程的运载体本质都是DNA分子？
是
答案：C
知识点一、基因工程操作的工具
1．下列有关基因工程中限制酶的描述，错误的是(　　)
A．一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列
B．限制酶的活性受温度影响
C．限制酶能识别和切割RNA
D．限制酶可从原核生物中提取
解析： 限制酶只能识别和切割DNA，不能识别和切割RNA。
三、基因操作的基本步骤
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
　　大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
　　
　　大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。
将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
　　
三、基因操作的基本步骤
步骤四：目的基因的检测和表达
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。
三、基因操作的基本步骤
受体细胞摄入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。
第一步：
三、基因工程基本步骤：
第二步：
获取目的基因
目的基因与运载体结合
第三步：
将目的基因导入受体细胞
第四步:
目的基因的检测与鉴定
？
思维拓展:
细菌和人是差异非常大的两种生物, 通过基因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么？
这可不是普通的细菌，它是嫁接了人胰岛素基因的工程菌，能大量合成人胰岛素。
人和细菌共用一套遗传密码
所有生物共用一套遗传密码
（1）若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两结合时，可能有
哪些产物？
（2）运载体与物质跨膜运输中的载体化学本质相同吗？
（3）基因工程中的运载体具有怎样的特点？
提示：产物可能有三种：目的基因与目的基因结合、运载体与运载体结合、目的基因与运载体结合。
提示：不相同。运载体是小的DNA分子，载体是蛋白质。
a.能够在宿主细胞中稳定保存并大量复制，以保证外源基因在宿主细胞内长期稳定存在并复制；
b．具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；
c．具有某些标记基因，便于检测运载体是否进入受体细胞。
1．判断正误
(1)基因工程能够实现不同物种之间基因的重新组合。( )
(2)基因工程的运载体本质都是DNA分子。( )
(3)所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列。( )
√
√
×
1、目的基因能够在受体细胞中表达的基础是什么？
2、与杂交育种、诱变育种相比，基因工程育种的原理是什么？主要优点有哪点？
提示：所有生物共用一套遗传密码。
提示：其原理与杂交育种相同，是基因重组。与杂交育种相比，基因工程育种的育种周期短并产生了新性状；与诱变育种相比，基因工程育种能定向改造生物的遗传性状。
√
×
×
四、基因工程的应用
　　运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养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
不会引起过敏的转基因大豆
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的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，
会发光的转基因鱼
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？
目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短
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
1、微生物基因工程：
即把目的基因导入大肠杆菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。
2、细胞基因工程：
即用哺乳动物细胞株表达目的产物
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，从儿获得目的产物
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
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。
4、其他
基因诊断：如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病
基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。
几种常见育种方法的比较
育种 方法 杂交 育种 单倍体 育种 多倍体 育种 诱变 育种 基因工
程育种
基本 原理
方法
优点
缺点
实例
作业：
杂交→自交→选优
基因重组
不同个体的优良性状可集中到同一个个体上
育种时间长，需及时发现优良性状
杂交水稻
中国荷斯坦牛
花药离体培养、秋水仙素诱导加倍
染色体变异
明显缩短育种年限，后代一般都为纯种
技术复杂，成本高
普通小麦花药离体培养
秋水仙素处理萌发的种子、幼苗
染色体变异
植物茎杆粗壮，果实、种子大，营养高
发育延迟，结实率低
无籽西瓜
物理或化学方法处理动植物
、微生物
基因突变
提高变异频率，大幅度改良某些性状，加速育种进程
有利变异少，需要处理大量实验材料，具有不确定性
青霉菌高产菌株的培育
黑农五号大豆
基因重组
将一种生物特定基因转移到另一种生物体内
定向地改造生物的遗传性状
可能引起生态危机，技术难度大
转基因抗虫棉
1、某科学家从细菌中分离出耐高温淀粉酶(Amy)基因a，通过基因工程的方法，将基因a与运载体结合后导入马铃薯植株中，经检测发现Amy在成熟块茎细胞中存在。结合图形分析下列有关这一过程的叙述，不正确的是(　　)
A．获取基因a的限制酶其作用部位是图中的①
B．连接基因a与运载体的DNA连接酶其作用部位是图中的②
C．基因a进入马铃薯细胞后，可随马铃薯DNA分子的复制而复
制，传给子代细胞
D．通过该技术人类实现了定向改造马铃薯的遗传性状
B
2、酵母菌的维生素、蛋白质含量高，可用于生产食品和药品等。科学家将大麦细胞中的LTP1基因植入啤酒酵母菌中，获得的啤酒酵母菌可产生LTP1蛋白，并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如图所示：
(1)该技术定向改变了酵母菌的性状，这在可遗传变异的来源中
属于______________。
(2)本操作中为了将LTP1基因导入酵母菌细胞内，所用的运载体
是______________。(3)要使运载体与LTP1基因连接，首先应使用
________________________进行切割。
(4)切割完成后，利用______________将运载体与LTP1基因连接。
基因重组
质粒
DNA连接酶
同种限制性核酸内切酶
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？
转基因食品
安全吗 !
五、基因食品的安全性
1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病。
2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响。
3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。
转基因生物和转基因食品的安全性
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？
目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。
转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、抗病毒甜椒及基因工程疫苗等已获得生产应用安全证书。
我国的行动
2001年5月，国务院公布《农业转基因生物安全管理条例》，对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。
趋利避害，不能因噎废食。
转基因马铃薯
转基因烟草
抗虫棉
抗CMV甜椒
抗虫原理？抗虫结果？


全身散发绿色荧光的转基因鱼
乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊
美科学家研制出世界上第一只转基因蝴蝶
首只转基因猴降生
超凡嗅觉能力的转基因鼠
⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（ ）　
①限制酶　　　②连接酶　　③解旋酶　　　④还原酶　　　Ａ．①②　　　Ｂ．③④　　Ｃ．①④　　Ｄ．②③
⒉实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ顺序，切点在Ｇ和Ａ之间，这是利用了酶的（　 ）
Ａ．高效性　　　　　　Ｂ．专一性　　　
Ｃ．多样性　　　　　　Ｄ．催化活性易受外界影响
Ａ
Ｂ
随
练习
堂
3.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、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键
C
4.不属于质粒被选为基因运载体的理由是
A、能复制 （ ）
B、有多个限制酶切点
C、具有标记基因
D、它是环状DNA
D
5、基因工程的正确操作步骤是（　）
①使目的基因与运载体结合　　
②将目的基因导入受体细胞　
③检测目的基因的表达是否符合特定性状要求
④提取目的基因
Ａ． ③② ④ ① 　　Ｂ． ② ④① ③　　　　　
Ｃ． ④① ② ③ 　　Ｄ． ③ ④ ① ②
6.下列关于基因工程的叙述，错误的是（　　）
A.基因工程的生物学原理是基因重组
B.通过基因工程技术能够定向改造生物的遗传性状
C.整个过程都需要酶的催化
D.基因工程属于分子水平的操作
　　
Ｃ
Ｃ
7．下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容，正确的组合是 （　　）
C