第2節基因工程及其應用,課程標準1簡述基因工程的原理和應用。2關注轉基因生物和轉基因食品的安全性。課標解讀1簡述基因工程的基本原理。2舉例說出基因工程在農業、醫藥等領域的應用。3收集基因工程所取得的成果以及發展前景。4通過對書中插圖、照片等的觀察，學會科學的觀察方法，培養學生收集和處理科學信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力。,1基因工程的概念,基因工程的原理,dna重組技術,基因,遺傳性狀,2.基因工程的操作工具(1)基因的“剪刀”與“針線”,特定的核苷酸序列,特定,的切點,脫氧核糖和磷酸,(2)基因的運載體作用：將外源基因送入_。,受體細胞,細菌,自主復制,環狀dna分子,噬菌體,動植物病毒,3基因工程的步驟,提示基因工程的理論基礎主要有兩個：一是密碼子的通用性，即生物界共用一套遺傳密碼；二是所有生物的dna分子結構及堿基互補配對原則相同。(2)要想從dna上切下某個基因，應切幾個切口？產生幾個末端？提示2個切口；2個黏性末端。,思維激活1(1)基因工程的理論基礎是什么？,(1)基因的“剪刀”限制酶存在：主要存在于微生物中，種類有200多種。作用與特性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點切割dna分子，也就是說限制酶具有專一性和特異性。,1基因操作的工具,作用結果：一般產生黏性末端(堿基能互補配對)。(2)基因的“針線”dna連接酶黏性末端可通過堿基互補配對連接起來，兩條dna分子切點斷口處的“縫合”則需dna連接酶，如下圖：(3)基因的“運輸工具”運載體作用：a.作為運載工具將目的基因轉移到宿主細胞中去；b.利用它在宿主細胞內對目的基因進行大量的復制。,需要具備的條件：a.能夠在宿主細胞中復制并穩定地保存；b.具備多個限制酶切點，以便于與外源基因連接；c.具有某些標記基因便于進行篩選。常見的種類：質粒、噬菌體和動植物病毒等。但天然運載體往往不能滿足上述條件，需經人工改造。,2基因工程的步驟,特別提醒(1)培育轉基因動物，受體細胞一般選用受精卵。而培育轉基因植物，受體細胞通常選用體細胞。(2)用同一種限制酶切割目的基因和運載體，才能產生相同的黏性末端，使得dna分子的堿基重新實現互補配對。,a定向提取生物體的dna分子b定向地對dna分子進行人工“剪切”c在生物體外對dna分子進行改造d定向地改造生物的遺傳性狀解析基因工程是按照人們的意愿，定向改變生物的遺傳性狀，從而培育出人們所需要的生物類型。答案d,【鞏固1】科學家們經過多年的努力，創立了一種新興生物技術基因工程，實施該工程的最終目的是()。,a限制酶只用于提取目的基因b細菌體內的環狀dna均可作運載體cdna連接酶可用于目的基因和運載體的連接d重組dna分子一旦進入受體細胞，基因工程則完成解析限制酶不僅用于提取目的基因，還用于運載體的切割。并不是所有質粒都可以作為運載體，作為運載體一般要滿足三個條件：能自我復制，有多個限制酶切點，有標記基因。基因工程完成的標志并不是重組dna分子進入受體細胞，而是目的基因在受體細胞中成功地表達。答案c,【鞏固2】下列有關基因工程的敘述中，正確的是()。,(1)作物育種獲得高產、穩產和具有優良品質的農作物，培育具有_的作物新品種。在_，培育出了轉基因奶牛、超級綿羊等多種轉基因動物。(2)藥物研制：能夠_地生產出各種高質量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素和乙肝疫苗等。(3)環境保護：利用_降解有毒有害的化合物，吸收環境中的重金屬，分解泄漏的石油，處理工業廢水等。,基因工程的應用與安全性,1基因工程的應用,抗逆,性,畜牧養殖業,轉基因細菌,高效率,2轉基因生物和轉基因食品的安全性思維激活2胰島素是分泌蛋白，但利用大腸桿菌產生的胰島素卻沒有生物活性，還需進一步加工，請從真、原核細胞的結構特點分析其中的原因？提示大腸桿菌中無內質網、高爾基體等加工分泌蛋白的細胞器，所以形成的胰島素還不成熟，需進一步加工。,轉基因生物和轉基因食品的優、缺點(1)優點：解決糧食短缺問題；減少農藥使用，從而減少環境污染；節省生產成本，降低糧食售價；增加食物營養，提高附加價值；增加食物種類，提升食物品質；提高生產效率，帶動相關產業發展。(2)缺點：可能產生新毒素和新過敏原；可能產生抗除草劑的雜草；可能使疾病的散播跨越物種障礙；可能會損害農田的生物多樣性；可能干擾生態系統的穩定性。,使危害農作物的害蟲滅絕農藥用量減少環境污染降低農業生產成本降低abcd解析使害蟲滅絕會破壞生物多樣性。答案b,【鞏固3】中國農業科學院的科學家繼成功培育出了抗棉鈴蟲轉基因抗蟲棉后，又成功培育出了抗蟲煙草、抗蟲玉米、抗蟲水稻等多種農作物，下列屬于轉基因抗蟲作物的推廣意義的是()。,a限制酶廣泛存在于各種生物中，但微生物中很少b一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列c不同的限制酶切割dna后都會形成黏性末端d限制酶的作用部位是特定核苷酸形成的氫鍵思維導圖：,示例一基因工程的工具,【例1】下列關于限制酶的說法正確的是()。,深度剖析本題考查限制酶的來源、特性及作用部位。具體分析如下：答案b,歸納提升理解限制酶需注意以下幾點(1)限制酶主要存在于微生物中，尤其是原核生物中；(2)限制酶具有特異性，不同的限制酶切割dna的位點一般不同；(3)限制酶的作用主要是切割出目的基因。,【例2】干擾素是一種糖蛋白，過去從人的血液中的白細胞中提取，產量很低。我國的科研人員侯云院士等一批人，成功運用基因工程技術提高了其產量，如圖為其原理過程圖。請據圖回答下面的問題。,示例二基因工程的步驟及應用,(1)圖中過程叫_。(2)圖中物質的化學本質是_，它之所以能作為運載體，必須具備的特點是_(寫出任兩點)。(3)切割和過程所需的酶一般是相同的，其原因是_。(4)該過程中，供體細胞是_，受體細胞是_(填字母)，重組dna分子是_(填序號)，在形成的過程中需要_。(5)大腸桿菌等微生物是基因工程最常用的實驗材料，這是因為_。(6)人的干擾素基因能在大腸桿菌內表達，其根本原因是_。,思維導圖：深度剖析圖中為目的基因的提取過程，采用的方法為酶切法；圖中為從大腸桿菌中提取的質粒；表示重組dna分子；切割和過程所需的酶叫限制酶，所用的酶相同，產生的黏性末端也相同，便于構建重組dna分子。在該過程中，供體細胞是人的體細胞，受體細胞是大腸桿菌b，選擇大腸桿菌作為受體細胞是因為其繁殖快、結構簡單，其內的遺傳物質少。人的基因能在大腸桿菌中表達是由于它們共用一套遺傳密碼。,答案(1)提取目的基因(2)雙鏈環狀dna分子(或dna分子)具有一個或多個限制酶切割位點，在細胞中能夠自我復制，有特殊的標記基因等(3)為了產生相同的黏性末端(4)人的體細胞bdna連接酶(5)大腸桿菌結構簡單、繁殖快，其內的遺傳物質少(任寫兩點即可)(6)它們共用一套遺傳密碼規律方法有關圖形題的解題策略圖形題有結構圖、過程圖、系譜圖、概念圖等，上題為過程圖。針對過程圖，一要讀懂圖形，特別要理清圖中的過程，獲取相關信息、找出圖中的細節，挖出圖中的隱含信息。二要結合相關原理剖析圖形，如基因工程操作過程的“四步曲”就是剖析該圖的相關知識原理，從中找出關鍵點、過程的交接點等。,質粒上含有抗性基因等標記基因，以供目的基因是否導入受體細胞的鑒定和選擇。欲探究質粒上抗性基因的情況，需將導入了重組質粒的受體細胞接種于含相應抗生素的培養基上培養，然后根據受體細胞的生存情況來推斷質粒上抗性基因的情況。,質粒上抗性基因的實驗探究,技法必備,探究大腸桿菌的質粒所含的抗生素抗性基因的類別。請根據提供的實驗材料和用具，回答相關問題。(1)材料用具：青霉素、四環素的10萬單位溶液、菌種試管、滅菌的含細菌培養基的培養皿、酒精燈、接種環、一次性注射器、蒸餾水、恒溫箱。(2)方法步驟第一步：取三個含細菌培養基的培養皿并標記1、2、3號，在酒精燈旁，用三支注射器，分別注入1ml蒸餾水、青霉素、四環素液，并使之分布在整個培養基表面。第二步：_。第三步：_。,能力展示,(3)預期結果及分析設置1號培養皿的目的是_。出現的現象是_。若3號中不存活，2號中存活，則_。若2號中不存活，3號中存活，則_。解析作為運載體的質粒須有標記基因，這一標記基因是抗生素抗性基因。故凡有抗生素抗性基因的細菌，其質粒才可能用作運載體。具有抗生素抗性基因的細菌能在具有抗生素的培養基上生長，微生物在培養的過程中，一定要無菌操作。,答案(2)第二步：將接種環在酒精燈火焰上灼燒以滅菌，并在酒精燈火焰旁取種，然后對三個培養皿接種第三步：將接種后的三個培養皿放入37恒溫箱中培養24h(3)對照細菌能正常生長培養的細菌含有抗青霉素基因，而無抗四環素基因，因而對青霉素有抗性，而對四環素無抗性培養的細菌含有抗四環素基因，而無抗青霉素基因，因而對四環素有抗性，而對青霉素無抗性,a病毒、質粒、dna連接酶bdna連接酶、rna聚合酶、質粒c限制酶、rna連接酶、質粒d限制酶、dna連接酶、質粒解析“剪刀”是切取目的基因的限制酶；在縫合目的基因和運載體時，要用“針線”dna連接酶；“運載體”是將目的基因導入到受體細胞中的工具，質粒是最為常用的運載體。答案d,在基因工程中，科學家所用的“剪刀”、“針線”和“運載體”分別是指()。,abcd,2下列黏性末端由同一種限制酶切割而成的是()。,解析同一種限制酶切割出的黏性末端應是互補的，是互補的，切點都是在g與a之間，識別序列為gaattc。答案b,ctgcaggaattcgcttaaacgtcga；b；c；da、b、c都對解析只有具相同黏性末端時，才可依據堿基互補配對原則結合為雙鏈dna，然后再用dna連接酶連接其骨架。答案a,3下列是由限制酶切割形成的dna片段，能用相應dna連接酶將它們恢復連接的組合是()。,a干擾素b白細胞介素c青霉素d乙肝疫苗解析青霉素是誘變育種方法得到的高產青霉素菌株生產的藥物。答案c,4下列不屬于用基因工程方法生產的藥物是()。,a該轉基因玉米對非靶生物有毒b轉基因生物均有一定的毒性c轉基因食品不能食用dbt基因對所有害蟲均有毒性解析考查轉基因生物的安全性問題。該實驗沒有對其他所有非靶生物進行對比實驗，不能說明轉基因生物對所有生物都有毒性。答案a,51999年自然雜志刊登了美國康奈爾大學losey等人的實驗結果：將轉bt基因玉米花粉撒在苦荬菜上，喂食非靶生物黑脈金斑蝶幼蟲，4d后幼蟲死亡率達44%，而對照組無一死亡。該實驗說明()。,(1)能否利用人的皮膚細胞來完成過程？_，為什么？_。(2)過程必需的酶是_酶。