高中生物第六章從雜交育種到基因工程第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用省公開課一等獎新名師獲獎

第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用第六章從雜交育種到基因工程第一篇教材同時導(dǎo)學(xué)篇第1頁一、知識準(zhǔn)備1．基因是有遺傳效應(yīng)DNA片段，

基因中脫氧核苷酸排列次序就是遺傳信息。2．中心法則(1)a、b、c、d所表示四個過程依次分別是復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、逆轉(zhuǎn)錄。(2)真核生物中，過程a主要場所是細(xì)胞核，過程b原料是4種核糖核苷酸。(3)在不一樣生物體內(nèi)，同一個mRNA經(jīng)過c過程產(chǎn)生蛋白質(zhì)中氨基酸排列次序是相同，因為幾乎全部生物共用一套遺傳密碼。第2頁3．基因?qū)π誀羁刂?1)基因經(jīng)過控制蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)直接控制生物體性狀，如鐮刀型細(xì)胞貧血癥、囊性纖維病病因。(2)基因經(jīng)過控制酶合成來控制代謝過程，進而控制生物體性狀，如白化病、豌豆粒形。二、課標(biāo)要求1．簡述基因工程基本原理。2．掌握基因工程操作工具作用。3．了解基因工程操作步驟。第3頁一、自主初探1．基因工程原理(閱讀P102－103)(1)概念第4頁(2)基因工程操作工具①基因“剪刀”與“針線”名稱作用“剪刀”即限制酶識別特定核苷酸序列，并在特定切點上切割DNA分子“針線”即DNA連接酶連接脫氧核糖和磷酸之間缺口第5頁②運載體：將______________導(dǎo)入受體細(xì)胞。③慣用運載體：質(zhì)粒、_________和動植物病毒等。(3)基因工程步驟①提取____________；②目標(biāo)基因與__________結(jié)合；③將目標(biāo)基因?qū)隷____________；④目標(biāo)基因_______________。外源基因噬菌體目標(biāo)基因運載體受體細(xì)胞檢測與判定第6頁2．基因工程應(yīng)用(閱讀P104－106)(1)基因工程應(yīng)用應(yīng)用內(nèi)容作物育種目標(biāo)培育出含有各種抗逆性作物新品種實例抗蟲轉(zhuǎn)基因抗蟲棉意義降低了農(nóng)藥用量，而且還降低了農(nóng)藥對環(huán)境污染藥品研制實例生產(chǎn)人胰島素過程胰島素基因與大腸桿菌DNA分子重組，并在大腸桿菌內(nèi)取得成功表示環(huán)境保護實例利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒有害化合物，吸收環(huán)境中重金屬，分解泄漏石油，處理工業(yè)廢水等第7頁第8頁探究一基因工程工具二、疑問探究1．如圖表示一段DNA序列，請確定限制酶和DNA連接酶作用部位。提醒限制酶和DNA連接酶都是作用于b部位。第9頁2．要想從DNA上切下目標(biāo)基因，應(yīng)切幾個切口？產(chǎn)生幾個末端？質(zhì)粒運載體需切出幾個切口，幾個黏性末端？提醒目標(biāo)基因：2個切口，2個黏性末端；運載體：1個切口，兩個黏性末端。3．切割目標(biāo)基因和運載體應(yīng)用相同限制酶，請分析這么操作目標(biāo)是什么。提醒目標(biāo)是產(chǎn)生相同黏性末端，便于連接。第10頁三、新知破解1．限制性核酸內(nèi)切酶

(1)分布：主要在微生物體內(nèi)。(2)特點：一個限制酶只能識別一個特定核苷酸序列，并在特定切點上切割DNA分子。(3)結(jié)果：產(chǎn)生兩個帶有黏性末端或平末端DNA片段。

2．DNA連接酶

(1)作用對象：把兩個含有相同黏性末端或平末端DNA片段連接起來。(2)結(jié)果：形成重組DNA分子。第11頁(3)DNA連接酶與DNA聚合酶比較：比較項目

DNA連接酶

DNA聚合酶

作用對象

DNA片段

連接游離脫氧核苷酸作用條件

不需要模板

需要模板

作用部位

連接不一樣脫氧核苷酸之間磷酸和脫氧核糖形成化學(xué)徤

磷酸二酯鍵

第12頁3.運載體

(1)作用：

①作為運載工具，將目標(biāo)基因送入受體細(xì)胞中；

②經(jīng)過它在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制對目標(biāo)基因進行大量復(fù)制。(2)運載體必須具備條件：

①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保留并大量復(fù)制——這是確保目標(biāo)基因能在細(xì)胞分裂過程中復(fù)制并傳遞給子細(xì)胞。

②有多個限制酶切點——這是運載體能夠接入各種目標(biāo)基因所必備條件。

③有標(biāo)識基因——這是檢測目標(biāo)基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞中主要判斷依據(jù)。第13頁探究二基因工程過程及應(yīng)用二、疑問探究1．生產(chǎn)基因產(chǎn)物受體細(xì)胞為何常選取微生物？提醒因為微生物繁殖快、代謝快、產(chǎn)生基因產(chǎn)物多。2．培育轉(zhuǎn)基因動物與轉(zhuǎn)基因植物，慣用受體細(xì)胞分別是什么？

提醒培育轉(zhuǎn)基因動物，普通選取受精卵作為受體細(xì)胞；而培育轉(zhuǎn)基因植物，可選取受精卵或體細(xì)胞作為受體細(xì)胞。3．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉有性繁殖產(chǎn)生后代都含有抗蟲特征嗎？為何？提醒不一定。因為性狀分離或變異原因，抗蟲棉子代可能會失去抗蟲特征。第14頁三、新知破解1．基因工程操作步驟第15頁2．步驟解讀(1)提取目標(biāo)基因：如圖中a過程，獲取目標(biāo)基因方法為直接分離方法。(2)目標(biāo)基因與運載體結(jié)合：①圖中b表示是目標(biāo)基因與運載體結(jié)合。②工具：限制酶：圖中EcoRⅠ這種限制酶所識別序列是GAATTC，切點位于G與A之間；從圖中能夠看出提取目標(biāo)基因B和切開質(zhì)粒A所用是同一個限制酶。DNA連接酶：此酶用于質(zhì)粒A與目標(biāo)基因B結(jié)合過程，形成重組DNA分子C。第16頁(3)將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞：圖中c過程表示將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞中，此過程不存在堿基互補配對；有可能將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞染色體DNA上，目標(biāo)基因?qū)⒃谒拗骷?xì)胞中復(fù)制和表示。(4)目標(biāo)基因檢測與判定：①檢測：依據(jù)標(biāo)識基因或分子雜交技術(shù)檢測目標(biāo)基因是否導(dǎo)入受體細(xì)胞。②判定：受體細(xì)胞是否表現(xiàn)出特定性狀，如棉花抗蟲性狀表現(xiàn)。第17頁考向一基因工程工具[例1]如圖是基因工程主要技術(shù)步驟一個基本步驟，這一步驟需用到工具是(

)第18頁A．DNA連接酶和解旋酶B．DNA聚合酶和限制性核酸內(nèi)切酶C．限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶D．DNA聚合酶和RNA聚合酶[思緒點撥]第19頁解析

目標(biāo)基因和運載體結(jié)合所需基因“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶和基因“針線”——DNA連接酶。此過程不包括DNA復(fù)制，不需要DNA聚合酶和解旋酶。答案C【方法規(guī)律】基因工程中酶與化學(xué)鍵(1)基因工程三種工具中，限制酶和DNA連接酶是兩種酶工具，前者是切割磷酸二酯鍵，后者是連接磷酸二酯鍵。(2)限制酶和DNA連接酶都是一類酶，而不是一個。(3)氫鍵斷裂和重新形成與限制酶和DNA連接酶無關(guān)，氫鍵形成不需要酶作用。(4)DNA連接酶無識別特異性，能恢復(fù)兩核苷酸間磷酸二酯鍵，將兩個DNA片段連接起來。第20頁考向二基因工程過程及應(yīng)用[例2]酵母菌維生素、蛋白質(zhì)含量高，可用于生產(chǎn)食品和藥品等。科學(xué)家將大麥細(xì)胞中LTP1基因植入啤酒酵母菌中，取得啤酒酵母菌可產(chǎn)生LTP1蛋白，并釀出泡沫豐富啤酒。基本操作過程以下列圖：第21頁(1)該技術(shù)定向改變了酵母菌性狀，這在可遺傳變異起源中屬于______________。(2)本操作中為了將LTP1基因?qū)虢湍妇?xì)胞內(nèi)，所用運載體是______________。(3)要使運載體與LTP1基因連接，首先應(yīng)使用________________進行切割。(4)切割完成后，利用________將運載體與LTP1基因連接。(5)飲用轉(zhuǎn)基因酵母菌釀造啤酒安全嗎？_________________________________________第22頁[思緒點撥]第23頁解析

(1)因為基因工程利用定向技術(shù)克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和障礙，使原本不在一起基因組合到一起，使生物含有特定性狀，其原理應(yīng)為基因重組。(2)運載體取自大腸桿菌質(zhì)粒(見圖)。(3)(4)基因工程中剪刀為限制酶，兩個序列相同、能互補配正確黏性末端可用DNA連接酶“縫合”。(5)能夠從正、反兩個角度考慮。轉(zhuǎn)基因酵母菌釀造啤酒對人類健康有害，因為：①轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物中毒素可引發(fā)人類急、慢性中毒或產(chǎn)生致癌、致畸、致突變作用；②產(chǎn)物中可能含有致敏物質(zhì)使人類機體產(chǎn)生過敏反應(yīng)。(或答對人體安全，因為：兩種食品成份相同，當(dāng)前還未找到不安全證據(jù))(合理即可)第24頁答案(1)基因重組(2)質(zhì)粒(3)限制性核酸內(nèi)切酶(4)DNA連接酶(5)反對觀點：不安全，轉(zhuǎn)基因食品可能會損傷人體消化系統(tǒng)，破壞人體免疫系統(tǒng)贊成觀點：安全，轉(zhuǎn)基因食品與非轉(zhuǎn)基因食品成份相同，不會對人體健康產(chǎn)生影響(當(dāng)前還未找到不安全證據(jù)，回答上述兩種觀點之一即可)【方法規(guī)律】(1)切割運載體和目標(biāo)基因時需用同一個限制酶，才能取得相同黏性末端。(2)四個步驟中只有第三步將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞不包括堿基互補配對。(3)對目標(biāo)基因檢測和判定即使是分子水平上，但都是在體外進行。第25頁1．基因工程是按照人們意愿，把一個生物某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一個生物細(xì)胞里，定向地改造生物遺傳性狀。其原理是基因重組。2．基因工程操作工含有限制酶、DNA連接酶和運載體。3．一個限制酶只能識別一個特定核苷酸序列，并在特定切點上切割DNA分子。DNA連接酶作用是將目標(biāo)基因和運載體連接成重組DNA分子。第26頁4．運載體是將外源基因送入受體細(xì)胞，慣用運載體有質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。5．基因工程四個步驟是：提取目標(biāo)基因、目標(biāo)基因與運載體結(jié)合，將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目標(biāo)基因檢測與判定。6．基因工程在醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)牧業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護等方面含有美好應(yīng)用前景。第27頁1．以下關(guān)于基因工程敘述，錯誤是(

)A．基因工程生物學(xué)原理是基因重組B．經(jīng)過基因工程技術(shù)能夠定向改造生物遺傳性狀C．整個過程都需要酶催化D．基因工程屬于分子水平操作C

[目標(biāo)基因?qū)爰澳繕?biāo)基因檢測與判定等步驟能夠不需酶催化。]第28頁2．質(zhì)粒是基因工程最慣用運載體，以下相關(guān)質(zhì)粒說法正確是(

)A．質(zhì)粒不但存在于細(xì)菌中，一些病毒也含有B．細(xì)菌基因只存在于質(zhì)粒上C．質(zhì)粒為小型環(huán)狀DNA分子，存在于核(區(qū))外細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中D．質(zhì)粒是基因工程中主要工具酶之一C

[質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物中，是細(xì)胞染色體外能夠自我復(fù)制很小環(huán)狀DNA分子，在病毒、動植物細(xì)胞中是不存在，故A錯誤；細(xì)菌基因除少部分在質(zhì)粒上外，大部分在擬核中DNA分子上，故B錯誤。]第29頁3．工程菌在降解有毒有害化合物、吸收環(huán)境重金屬、分解泄露石油、處理工業(yè)廢水等方面發(fā)揮著主要作用。以下屬于工程菌是(

)A．經(jīng)過X射線處理后，青霉素產(chǎn)量顯著提升青霉菌B．經(jīng)過細(xì)胞雜交技術(shù)取得繁殖快酵母菌C．為抗蟲棉培育提供抗蟲基因蘇云金桿菌D．經(jīng)過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育能夠分解各種石油成份細(xì)菌D

[經(jīng)過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育能夠分解各種石油成份細(xì)菌屬于工程菌。]第30頁4．采取基因工程方法培育抗蟲棉，以下導(dǎo)入目標(biāo)基因做法正確是(

)①將毒素蛋白注射到棉受精卵中②將編碼毒素蛋白DNA序列注射到棉受精卵中③將編碼毒素蛋白DNA序列與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉體細(xì)胞，再進行組織培養(yǎng)④將編碼毒素蛋白DNA序列與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉子房并進入受精卵A．①②

B．②③

C．③④

D．①④第31頁C

[基因工程普通要經(jīng)歷四個步驟：提取目標(biāo)基因、目標(biāo)基因與運載體結(jié)合、將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞及目標(biāo)基因檢測和判定。所以在導(dǎo)入目標(biāo)基因前，首先要取得目標(biāo)基因即本題中編碼毒素蛋白DNA序列，然后要將目標(biāo)基因與運載體結(jié)合即與細(xì)菌質(zhì)粒重組。完成上述兩步以后才將目標(biāo)基因?qū)胧荏w細(xì)胞即棉體細(xì)胞或受精