人教版必修二第六章第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用(共59張PPT).ppt

能發(fā)光的水母,請(qǐng)您欣賞,能否能否讓熱帶魚也能發(fā)光?,設(shè)想,不能發(fā)光的熱帶斑馬魚,請(qǐng)您欣賞,請(qǐng)您欣賞,超級(jí)小鼠與超級(jí)魚,第二節(jié)基因工程及其應(yīng)用,一、基因工程原理分子水平改變生命,基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。這種技術(shù)是在生物體外，通地對(duì)DNA分子進(jìn)行人工剪切和拼接，對(duì)生物的基因進(jìn)行改造和重新組合，然后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無(wú)性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生人類所需要的基因產(chǎn)物。,通俗地說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的個(gè)別基因復(fù)制出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀（目的）。,基因工程概念的理解,基因重組,生物體外,基因,DNA分子水平,剪切、拼接、導(dǎo)入、表達(dá),定向改造生物的遺傳性狀，獲得人類需要的基因產(chǎn)物。,1.基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶),（一）基因操作的工具,限制酶是在生物體(主要是微生物)內(nèi)的一種酶,能將外來(lái)的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進(jìn)行的，故名限制性內(nèi)切酶。特點(diǎn)：特異性。即一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列,并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。,1.基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶),例：大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開.,限制酶,限制酶,1.基因的剪刀限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶),黏性末端,平末端,限制性核酸內(nèi)切酶能識(shí)別特定的核苷酸序列：,限制酶EcoRI,限制酶SmaI,什么叫黏性末端？,被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口,帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。,限制性核酸內(nèi)切酶作用的是DNA分子中的什么鍵？,磷酸二酯鍵即脫氧核糖、磷酸之間的連接,識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子.,1.來(lái)源,2.功能,3.作用部位,4.作用結(jié)果,主要是從原核生物中分離純化而來(lái),磷酸二酯鍵,切割DNA產(chǎn)生黏性末端或平末端,小結(jié)：限制性核酸內(nèi)切酶,CCTGCAGDCTAAATCGACGTCGATTTAG,D,課堂演練,例.下面哪項(xiàng)不具有限制酶識(shí)別序列的特征()AGAATTCBGGGGCCCCCTTAAGCCCCGGGG,解析：限制酶識(shí)別的各種序具有回文對(duì)稱的特點(diǎn)。所謂回文對(duì)稱序列就是當(dāng)以不同的方向分別閱讀DNA的兩條互補(bǔ)鏈時(shí)，DNA的兩條鏈上的堿基序列相同。如A中的DNA分子，其中一條鏈從左向右閱讀堿基序列是GAATTC，另一條互補(bǔ)鏈從右向左閱讀堿基序列也是GAATTC。,2.限制性內(nèi)切酶是基因工程中重要的操作工具.下圖為限制性內(nèi)切酶作用后的粘性末端。據(jù)圖分析，這是幾種限制酶作用的結(jié)果及限制酶識(shí)別的核苷酸序列由幾個(gè)核苷酸組成_.,2,6,3.下列所示的黏性末端是由幾種限制性內(nèi)切酶作用產(chǎn)生的?,4種,GA,CA,GT,CT,4.已知某種限制性內(nèi)切酶在一線性DNA分子上有3個(gè)酶切位點(diǎn)，如圖中箭頭所指，如果該線性DNA分子在3個(gè)酶切位點(diǎn)上都被該酶切斷，則會(huì)產(chǎn)生a、b、c、d四種不同長(zhǎng)度的DNA片段。現(xiàn)在多個(gè)上述線性DNA分子，若在每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷，則從理論上講，經(jīng)該酶切后，這些線性DNA分子最多能產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的DNA片段種類數(shù)是:A3B4C9D12,線性DNA分子的酶切示意圖,C,2.基因的針線DNA連接酶,（一）基因操作的工具,DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來(lái)，這樣一個(gè)重組的DNA分子就形成了。,磷酸二酯鍵,模型構(gòu)建1,練習(xí)使用EcoRI剪切目的基因,具有相同的黏性末端,目的基因,嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,由于具有相同的黏性末端,不同來(lái)源的DNA片段可以拼接在一起形成重組DNA分子,作用把兩條DNA末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)。,2.基因的針線DNA連接酶,運(yùn)載體的作用有哪些？,常用的運(yùn)載體主要有哪些？,質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是什么？,基因操作的基本步驟,舉例說(shuō)明什么是目的基因,培育轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,目的基因的受體細(xì)胞是什么?,與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)有哪些？,閱讀思考：,外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細(xì)胞(如棉花細(xì)胞)？,（一）基因操作的工具,導(dǎo)入過(guò)程需要運(yùn)輸工具,3.基因的(運(yùn))載體,（一）基因操作的工具,運(yùn)載體的作用有哪些？,作用一：作為運(yùn)載工具，將外源基因(如:抗蟲基因)轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞(如:棉花細(xì)胞)中去。作用二：利用運(yùn)載體在受體細(xì)胞(棉花細(xì)胞)內(nèi)，對(duì)外源基因(抗蟲基因)進(jìn)行復(fù)制。,質(zhì)粒、噬菌體、動(dòng)植物病毒等,常用的運(yùn)載體主要有哪些？,質(zhì)粒的化學(xué)本質(zhì)是什么？,小型環(huán)狀DNA,3.基因的(運(yùn))載體,質(zhì)粒,質(zhì)粒存在于細(xì)菌、酵母菌等生物中,是擬核或細(xì)胞核以外的小型環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒是基因工程最常用的運(yùn)載體。,3.基因的(運(yùn))載體,大腸桿菌的質(zhì)粒：,最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因,如四環(huán)素的標(biāo)記基因.質(zhì)粒的存在與否對(duì)宿主細(xì)胞生存沒有決定性作用，但復(fù)制只能在宿主細(xì)胞內(nèi)成。注意：質(zhì)粒與（運(yùn)）載體的關(guān)系,四個(gè)基本步驟：,(二)基因操作的基本步驟,1）提取目的基因2）目的基因與(運(yùn)載)體結(jié)合3）將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4）目的基因的檢測(cè)和鑒定,舉例說(shuō)明什么是目的基因,(二)基因操作的基本步驟,目的基因：是用于定向改造生物所需要的特定基因。,例如：蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因、植物的抗病(抗病毒、抗細(xì)菌)基因、種子貯藏蛋白的基因、人的胰島素基因、干擾素基因等。,步驟一：提取目的基因,步驟二：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個(gè)切口，露出黏性末端。2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個(gè)重組DNA分子（重組質(zhì)粒）,目的基因與運(yùn)載體的結(jié)合過(guò)程，實(shí)際上是不同來(lái)源的基因重組的過(guò)程。,(二)基因操作的基本步驟,質(zhì)粒,DNA分子,一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端,兩個(gè)切口獲得目的基因,DNA連接酶,重組DNA分子(重組質(zhì)粒),同一種限制酶處理,步驟二：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,由于具有相同的黏性末端,不同來(lái)源的DNA片段可以拼接在一起.,目的基因,質(zhì)粒的局部DNA片段,重組DNA分子(重組質(zhì)粒),步驟三：目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,(二)基因操作的基本步驟,培育轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、轉(zhuǎn)基因鯉魚及生產(chǎn)基因工程藥品的受體細(xì)胞分別是什么？理由？,棉細(xì)胞、鯉魚受精卵、微生物細(xì)胞,動(dòng)物受精卵具有發(fā)育全能性,微生物繁殖快、代謝旺盛、代謝產(chǎn)物多、容易培養(yǎng),步驟四：目的基因的檢測(cè)和鑒定,(二)基因操作的基本步驟,根據(jù)質(zhì)粒上的特殊基因(標(biāo)記基因)檢測(cè),不能，受體細(xì)胞必須表現(xiàn)出特定的性狀，才能說(shuō)明目的基因完成了表達(dá)。,（二）基因操作的基本步驟,受體細(xì)胞攝入DNA分子后就說(shuō)明目的基因完成了表達(dá)嗎？,若不能表達(dá)，要對(duì)抗蟲基因再進(jìn)行修飾。,步驟四：目的基因的檢測(cè)和鑒定,二、基因工程的應(yīng)用,1、基因工程與作物育種,3、基因工程與環(huán)境保護(hù),2、基因工程與藥物研制,二、基因工程的應(yīng)用,運(yùn)用基因工程技術(shù)，不但可以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性好的農(nóng)作物及畜、禽新品種，還可以培養(yǎng)出具有特殊用途的動(dòng)、植物。,生長(zhǎng)快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國(guó)),乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷),1、基因工程與作物育種,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯,不會(huì)引起過(guò)敏的轉(zhuǎn)基因大豆,會(huì)發(fā)光的轉(zhuǎn)基因魚,藍(lán)色妖姬,導(dǎo)入貯藏蛋白基因的超級(jí)羊和超級(jí)小鼠,導(dǎo)入人基因具特殊用途的豬和小鼠,超級(jí)動(dòng)物,特殊動(dòng)物,圖為2001年12月底出生的5只可愛的轉(zhuǎn)基因克隆小豬。據(jù)培育者英國(guó)PPL醫(yī)療公司稱，這些轉(zhuǎn)基因小豬將為研究和“生產(chǎn)”適用于人體移植手術(shù)使用的動(dòng)物器官提供巨大的幫助。,2、,與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)有哪些,目的性強(qiáng)、克服遠(yuǎn)源雜交不親和性、育種周期短。,(記住！),2、基因工程與藥物研制,我國(guó)生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物,生產(chǎn)基因工程藥品為什么常用微生物作為目的基因的受體細(xì)胞?,微生物繁殖快、代謝旺盛、代謝產(chǎn)物多、容易培養(yǎng),治療糖尿病,治療生長(zhǎng)缺陷癥,治療燙傷、胃潰瘍,治療某些癌癥,治療癌癥或病毒感染,預(yù)防病毒性肝炎,治療心血管病(心臟病),*、不屬于基因工程方法生產(chǎn)的藥物是（）A、干擾素B、白細(xì)胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗,C,3、基因工程與環(huán)境保護(hù),環(huán)境監(jiān)測(cè)：基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測(cè)環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。,1t水中只有10個(gè)病毒也能被DNA探針檢測(cè)出來(lái),利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。,環(huán)境污染治理：基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。,通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。,轉(zhuǎn)基因食品到底安全嗎？什么樣的轉(zhuǎn)基因食品才能上市？如何面對(duì)市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)基因食品呢？,1、轉(zhuǎn)基因生物可能對(duì)人體健康產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重的可以致癌和其他疾病。,2、轉(zhuǎn)基因生物可能對(duì)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。,3、基因武器可能給人類帶來(lái)毀滅性的危險(xiǎn)。,三、轉(zhuǎn)基因生物與轉(zhuǎn)基因食品的安全性,例.下列應(yīng)用不涉及基因工程的是()A.培育能生產(chǎn)乙肝疫苗的酵母菌B.培育能生產(chǎn)激素的“超級(jí)綿羊”C.培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的“太空椒”D.培育能分解石油的“超級(jí)細(xì)菌”E.固氮小麥的培育F.青霉素高產(chǎn)菌株的培育G.克隆牛H.培育矮桿抗病小麥新品種I.利用酵母菌釀造啤酒,CFGHI,例題分析：,end,課堂演練,1.有關(guān)基因工程的敘述正確的是（）A、限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用B、重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成C、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體D、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料,D,2.有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是（）A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對(duì)連接起來(lái)B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞D、人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶,A,end,3利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需要的產(chǎn)品。下列選項(xiàng)中能說(shuō)明目的基因完成了在受體細(xì)胞中表達(dá)的是()A棉花二倍體細(xì)胞中檢測(cè)到細(xì)菌的抗蟲基因B大腸桿菌中檢測(cè)到人胰島素基因及其mRNAC山羊乳腺細(xì)胞中檢測(cè)到人生長(zhǎng)激素DNA序列D酵母菌細(xì)胞中提取到人干擾素蛋白,D,end,4.棉鈴蟲是一種嚴(yán)重危害棉花的害蟲。我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種生活在棉鈴蟲消化道內(nèi)的蘇云金桿菌能分泌一種毒蛋白使棉鈴蟲致死,而此毒蛋白對(duì)人畜無(wú)害.科學(xué)家已成功地將該毒蛋白基因?qū)朊藁ㄖ仓牦w內(nèi)并成功表達(dá)。棉鈴蟲吃了這種轉(zhuǎn)基因棉花的植株后就會(huì)死亡。請(qǐng)根據(jù)上述材料回答下列問(wèn)題：(1)抗蟲棉的培育，從變異的角度來(lái)看,這種技術(shù)屬于有目的性的人工.(2)從蘇云金桿菌中切割抗蟲基因所用的工具是，此工具主要存在于，其特點(diǎn)是：_。,基因重組,限制酶,細(xì)菌等微生物中,一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列,并在特定位點(diǎn)進(jìn)行酶切割.,(3)基因工程又叫技術(shù)。假設(shè)以細(xì)菌質(zhì)粒作為運(yùn)載體,要用切割運(yùn)載體與目的基因,將切割后的運(yùn)載體與目的基因片段混合.質(zhì)粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就可通過(guò)而黏合。并加入DNA連接酶.(4)該項(xiàng)科技成果在環(huán)境保護(hù)上的重要作用是:,基因拼接,同一種限制酶,堿基互補(bǔ)配對(duì),減少農(nóng)藥污染,保護(hù)了環(huán)境,(5)題中“毒蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花植株內(nèi)并成功表達(dá)”中的“成功表達(dá)”含義是指_。(6)如果在棉花植株體內(nèi)產(chǎn)生了毒蛋白,說(shuō)明_.檢測(cè)毒蛋白基因是否表達(dá)的最好方法是.(7)轉(zhuǎn)基因抗蟲棉抗害蟲的遺傳信息的傳遞過(guò)程可以表示為:_.,目的基因,讓棉鈴蟲食用棉花植株,毒蛋白基因在棉株細(xì)胞內(nèi)經(jīng)轉(zhuǎn)錄,和翻譯過(guò)程合成了毒蛋白,完成了表達(dá)的過(guò)程,毒蛋白基因mRNA毒蛋白,(8)與雜交育種、誘變育種相比，通過(guò)基因工程培育新品種的主要優(yōu)點(diǎn)是:_。(9)細(xì)菌的