《基因工程及其應用》 教學PPT課件【人教版高中生物必修2】

第六章·第二節(jié)基因工程及其應用能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌激趣導學能發(fā)光的水母能否能否讓熱帶魚也能發(fā)光?設想不能發(fā)光的熱帶斑馬魚基因“嫁接”激趣導學1.什么是基因工程？2.基因工程的原理是什么？3.基因工程有哪些應用？4.轉基因食品安全嗎？目標導學一、基因工程的原理基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）基因的“針線”——DNA連接酶基因的運輸工具——運載體二、基因工程的應用三、轉基因生物與轉基因食品的安全性導思點撥基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。通俗地說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。一、基因工程的原理什么叫基因工程?新課講授原理：操作水平：結果：目的基因

供體細胞（一種生物）

受體細胞（另一種生物）基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。1.對基因工程的理解：新課講授2.基因工程的基本工具：基因的“剪刀”

——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）基因的“針線”——DNA連接酶基因的運輸工具——運載體新課講授（1）基因的“剪刀”指“限制性核酸內(nèi)切酶

”(限制酶)來源:主要存在于微生物種類:已發(fā)現(xiàn)500多種特點:能識別特定的核苷酸序列，并能在特定位點上切割DNA專一性在生物體內(nèi)有一類酶，它們能將外來的DNA切斷，即能夠限制異源DNA的侵入并使之失去活力，但對自身的DNA卻無損害。這種酶是從DNA分子內(nèi)部切斷DNA的，因此，這種酶稱做限制性核酸內(nèi)切酶。作用于：磷酸二酯鍵新課講授基因的針線：DNA連接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割

新課講授按照切割的方式，限制性核酸內(nèi)切酶可以分為錯位切和平切兩種，它們分別產(chǎn)生黏性末端和平末端。限制性核酸內(nèi)切酶通常能識別4～6個堿基長度的特定DNA序列，并能以特定的模式剪切DNA鏈。一般來說，被識別的DNA序列是回文序列。這種序列的特點是，當從左右兩端分別閱讀這段雙鏈DNA的堿基序列時，雙鏈上的堿基序列是相同的。新課講授

一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點上將DNA分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有4000多種。新課講授（1）作用對象：（2）作用位置：（3）作用結果：（2）基因的針線—DNA連接酶兩個具有相同黏性末端的DNA片段。脫氧核糖與磷酸間的缺口（磷酸二酯鍵）生成磷酸二酯鍵，形成重組DNA新課講授（3）基因的運輸工具——運載體常用的運載體：1）質(zhì)粒（細菌和酵母菌）2）噬菌體3）動植物病毒將外源目的基因送入受體細胞，并在受體細胞內(nèi)使目的基因進行大量復制運載體的作用：新課講授大腸桿菌的質(zhì)粒(plasmid)：運載體(carrying)應該具有什么特點呢?新課講授1、能夠在宿主細胞內(nèi)復制并穩(wěn)定保存并大量復制；2、具有多個限制酶切點以便與外源基因相連；3、具有標記基因，便于進行篩選．運載體具有的特點新課講授質(zhì)粒的結構與特點：

其中質(zhì)粒存在于許多細菌和酵母菌等生物中,是一種裸露的、結構簡單、獨立于細菌擬核DNA之外，并具有自我復制能力的雙鏈環(huán)狀DNA分子；質(zhì)粒DNA分子上有一個至多個限制酶切割位點，供外源DNA片段插入其中；攜帶外源DNA片段的質(zhì)粒進入受體細胞后，停留在細胞中進行自我復制，或整合到受體細胞染色體DNA上，隨其進行同步復制，質(zhì)粒DNA分子上有特殊的標記基因，供重組DNA鑒定和選擇。新課講授GAATTCCTTAAGCTTAAGAATTCG抗菌素抗性基因質(zhì)粒新課講授ACGTGCAT抗菌素抗性基因ACGTGCAT目的基因ACGTGCAT新課講授提取培育轉基因大腸桿菌的簡要過程普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細胞胰島素基因與運載體DNA拼接導入大腸桿菌(含胰島素基因)轉基因大腸桿菌(能分泌胰島素)新課講授基因工程操作“四步曲”提取目的基因①目的基因與運載體結合②將目的基因?qū)胧荏w細胞③目的基因的檢測與鑒定④新課講授目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、植物抗病基因等?；虿僮鞯幕静襟E1、提取目的基因——將需要的基因從供體生物的細胞內(nèi)提取出來。供體生物細胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶新課講授2、目的基因與運載體結合用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對后，在連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。新課講授3、將目的基因?qū)胧荏w細胞導入擴增要讓目的基因表達，必須將它導入受體細胞并進行擴增。

為獲得目的基因的表達產(chǎn)物時，通常以大腸桿菌等無害易得的細菌為受體。新課講授4、目的基因的檢測和鑒定

目的基因?qū)胧荏w細胞后，是否可以穩(wěn)定維持和表達其中的遺傳特性，只有通過檢測和鑒定得知。如何操作？1.分子檢測2.個體檢測檢測DNA：DNA分子雜交檢測RNA：分子雜交檢測蛋白質(zhì)：抗原——抗體抗蟲、抗病實驗新課講授例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達。新課講授1.基因工程在農(nóng)業(yè)上的應用主要表現(xiàn)在哪些方面?2.基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)的應用？閱讀教材P104，解決以下問題：二、基因工程的應用新課講授運用基因工程技術，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、植物。生長快、耐不良環(huán)境、肉質(zhì)好的轉基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉基因牛(阿根廷)1、基因工程與作物育種新課講授新課講授

抗蟲的基因來自蘇云金芽胞桿菌。蘇云金芽胞桿菌形成的伴胞晶體是一種毒性很強的蛋白晶體，能使棉鈴蟲等鱗翅目害蟲癱瘓致死?？茖W家將控制這個蛋白質(zhì)的基因?qū)朊藁?，使棉花自身具有抵御蟲害的能力。新課講授轉基因龍膽花色奇異轉基因藍豬耳改變花色轉基因牽?；ǜ淖兞嘶ㄉ抡n講授2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物新課講授（1）微生物基因工程：

即把目的基因?qū)氪竽c桿菌等菌中，通過微生物表達目的基因的產(chǎn)物。（2）細胞基因工程：

即用哺乳動物細胞株表達目的產(chǎn)物。（3）轉基因動物：

即將目的基因直接導入鼠、兔、羊和豬體內(nèi)，使目的基因在哺乳動物體內(nèi)表達，從兒獲得目的產(chǎn)物。新課講授人造血液及其生產(chǎn)我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、人造血液代用品疫苗：乙肝、狂犬病、百日咳、霍亂、傷寒、瘧疾基因工程藥品新課講授3、基因工程與環(huán)境保護(1)環(huán)境監(jiān)測：

基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。1t水中只有10個病毒也能被DNA探針檢測出來新課講授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化污染物。新課講授(2)環(huán)境污染治理：

基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。新課講授兩種觀點安全：證據(jù)不安全：證據(jù)你們的觀點？三、轉基因生物與轉基因食品的安全性新課講授

安全觀點：1、轉基因食品與非轉基因食品的構成是一樣的；2、減少農(nóng)藥使用、減少環(huán)境污染；3、節(jié)省生產(chǎn)成本，降低糧食售價；4、增加食品營養(yǎng)、提高食品產(chǎn)量等。新課講授反對派的觀點一英國科學家聲稱，轉基因馬鈴薯會減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能；美國康乃爾大學也發(fā)現(xiàn)，轉基因玉米會危害蝴蝶幼蟲及其相關生態(tài)環(huán)境。新課講授

不安全觀點：1、可能產(chǎn)生抗除草劑的超級雜草；2、可能使疾病的散播跨越物種障礙；3、可能損害農(nóng)作物的生物多樣性；4、認為創(chuàng)造新物種，可能干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；5、可能產(chǎn)生新毒素和新過敏源。新課講授1.與雜交育種、誘變育種相比較，基因工程育種的優(yōu)點有哪些？目的性強、克服遠源雜交不親和性、育種周期短設問尋疑2.DNA連接酶與DNA聚合酶有什么不同？

后者將游離的脫氧核苷酸添加到脫氧核苷酸鏈，前者將兩段短的脫氧核苷酸鏈連接成一段長的脫氧核苷酸鏈。設問尋疑DNA聚合酶和DNA連接酶的比較不同點相同點DNA聚合酶DNA連接酶連接DNA片段不需要模板連接的是游離的脫氧核苷酸需要模板形成磷酸二酯鍵設問尋疑1．在遺傳工程技術中，限制性內(nèi)切酶主要用于 （）A．目的基因的提取和導入B．目的基因的導入和檢測C．目的基因與運載體結合和導入D．目的基因的提取和與運載體結合D診斷反饋2．下列四條DNA分子，彼此間具有黏性末端的一組是（）

A．①②B．②③C．③④D．②④D診斷反饋3．DNA連接酶的主要功能是 （）A．DNA復制時母鏈與子鏈之間形成的氫鍵B．粘性末端堿基之間形成的氫鍵C．將兩條DNA末端之間的縫隙連接起來D．將堿基、脫氧核糖、磷酸之間的鍵連接起來4.要使目的基因與對應的載體重組，所需的兩種酶是()

①限制酶②DNA連接酶③解旋酶④還原酶

A．①②B．③④C．①④D．②③CA診斷反饋A5.有關基因工程的敘述中，錯誤的是（）

A、DNA連接酶將黏性末端的堿基對連接起來

B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得

C、目的基因須由運載體導入受體細胞

D、人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶診斷反饋胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低