目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 1 說(shuō)出基因工程的概念 2 簡(jiǎn)述基因工程的基本原理 3 比較與DNA分子有關(guān)的幾種酶 4 舉例說(shuō)明基因工程在農(nóng)業(yè) 醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用 5 關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 一 基因工程的概念基因工程又叫基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù) 它是按照人們的意愿 把一種生物的某種基因提取出來(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 棉花容易發(fā)生蟲(chóng)災(zāi) 農(nóng)民用農(nóng)藥滅蟲(chóng) 既污染環(huán)境 又耗時(shí)耗力 而且害蟲(chóng)的抗藥性會(huì)越來(lái)越強(qiáng) 你能想辦法幫農(nóng)民解決這一難題嗎 提示 可利用基因工程培育抗蟲(chóng)棉 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 二 基因工程的操作工具1 基因的 剪刀 限制酶 1 作用特性 一種限制酶只能識(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 2 舉例 大腸桿菌中的EcoR 限制酶 2 基因的 針線(xiàn) DNA連接酶 DNA連接酶能把兩條DNA末端之間的脫氧核糖與磷酸 縫合 起來(lái) 3 基因的運(yùn)載體 1 具備條件 能夠在宿主細(xì)胞中復(fù)制并穩(wěn)定地保存 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn) 便于與外源基因連接 具有某些標(biāo)記基因 便于進(jìn)行篩選 2 常用運(yùn)載體 質(zhì)粒 噬菌體 動(dòng)植物病毒等 3 質(zhì)粒一般存在于細(xì)菌 酵母菌等微生物中 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 三 基因操作的基本步驟1 提取目的基因 用限制酶切割DNA獲取目的基因 2 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 用一定的限制酶切割運(yùn)載體 用同一種限制酶切割目的基因 加入DNA連接酶 目的基因與運(yùn)載體通過(guò)DNA連接酶的作用而結(jié)合成重組DNA分子 3 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 主要是借鑒細(xì)菌和病毒侵染細(xì)胞的方法 4 目的基因的檢測(cè)與鑒定 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 四 基因工程應(yīng)用1 作物育種 利用基因工程的方法 獲得高產(chǎn) 穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物 培育具有各種抗逆性的作物新品種 如抗蟲(chóng)棉等 2 藥物研制 利用基因工程的方法 培育轉(zhuǎn)基因生物 利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)出各種高質(zhì)量 低成本的藥品 如胰島素 干擾素 乙肝疫苗等 3 環(huán)境保護(hù) 如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌降解有毒 有害化合物 吸收環(huán)境中的重金屬 分解泄漏的石油 處理工業(yè)廢水等 目標(biāo)導(dǎo)航 預(yù)習(xí)導(dǎo)引 一 二 三 四 五 五 轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性2001年5月 國(guó)務(wù)院公布了 農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例 知識(shí)梳理 典例透析 一 二 三 四 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 一 基因工程的操作工具1 限制性核酸內(nèi)切酶 簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶 1 存在 主要存在于微生物體內(nèi) 2 特性 一種限制酶只能識(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 3 作用 基因工程中重要的切割工具 在微生物體內(nèi)能將外來(lái)的DNA切斷 對(duì)自己的DNA無(wú)損害 2 DNA連接酶作用 把脫氧核糖和磷酸交替連接而成的DNA骨架上的缺口 縫合 起來(lái) 即連接磷酸和脫氧核糖形成磷酸二酯鍵 知識(shí)梳理 典例透析 一 二 三 四 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 3 運(yùn)載體 1 概念 能將外源基因送入受體細(xì)胞的專(zhuān)門(mén)運(yùn)輸工具就是運(yùn)載體 特別提醒運(yùn)載體與生物膜載體的不同 化學(xué)本質(zhì)不同 運(yùn)載體是核酸 生物膜載體是蛋白質(zhì) 功能不同 運(yùn)載體能與目的基因結(jié)合并能將其導(dǎo)入受體細(xì)胞 用于基因工程 而生物膜載體在生物膜上 與生物膜的選擇透過(guò)性有關(guān) 知識(shí)梳理 典例透析 一 二 三 四 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 二 基因工程操作的基本步驟 知識(shí)梳理 典例透析 一 二 三 四 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 三 基因重組與基因工程比較 知識(shí)梳理 典例透析 一 二 三 四 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 知識(shí)梳理 典例透析 一 二 三 四 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 四 基因工程育種的優(yōu)點(diǎn)1 育種周期短 2 目的性強(qiáng) 3 克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 知識(shí)梳理 典例透析 題型一 題型二 題型三 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 題型一基因工程工具酶的應(yīng)用 例1 已知某種限制酶在一線(xiàn)性DNA分子上有3個(gè)酶切位點(diǎn) 如下圖中箭頭所指 如果該線(xiàn)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 d4種不同長(zhǎng)度的DNA片段 現(xiàn)有多個(gè)上述線(xiàn)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)該酶酶切后 這些線(xiàn)性DNA分子最多能產(chǎn)生長(zhǎng)度不同的DNA片段的種類(lèi)數(shù)是 線(xiàn)性DNA分子的酶切示意圖A 3B 4C 9D 12 知識(shí)梳理 典例透析 題型一 題型二 題型三 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 解析 這道題目可以轉(zhuǎn)化為單純的數(shù)學(xué)計(jì)算題 每個(gè)DNA分子上至少有1個(gè)酶切位點(diǎn)被該酶切斷 可以切得的種類(lèi)有a b c d ab bc cd abc bcd 共9種 答案 C反思領(lǐng)悟限制酶切割DNA分子斷裂的化學(xué)鍵是磷酸二酯鍵 DNA連接酶所修復(fù)的也是磷酸二酯鍵 知識(shí)梳理 典例透析 題型一 題型二 題型三 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 題型二基因工程育種的特點(diǎn) 例2 能夠打破物種界限 定向改造生物的遺傳性狀 按照人類(lèi)的意愿培育生物新品種的方法有 A 誘變育種和基因工程B 雜交育種和誘變育種C 雜交育種和基因工程D 基因工程解析 雜交育種是利用同種生物的不同品種進(jìn)行交配 然后選育新品種的方法 誘變育種是利用人工條件誘發(fā)基因突變 導(dǎo)致新基因的產(chǎn)生 但基因突變具有不定向性 只有基因工程可以將控制特定性狀的基因從一種生物轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi) 使基因?qū)崿F(xiàn)了跨物種的轉(zhuǎn)移 定向改造生物的性狀 答案 D 知識(shí)梳理 典例透析 題型一 題型二 題型三 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 反思領(lǐng)悟生物育種包括不定向育種和定向育種 不定向育種包括雜交育種 誘變育種 單倍體育種和多倍體育種 基因工程育種是定向育種 知識(shí)梳理 典例透析 題型一 題型二 題型三 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 題型三基因工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用 例3 在用基因工程技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的轉(zhuǎn)基因煙草的過(guò)程中 下列操作錯(cuò)誤的是 A 用限制性核酸內(nèi)切酶切割煙草花葉病毒的核酸B 用DNA連接酶連接經(jīng)切割的抗除草劑基因和運(yùn)載體C 將重組DNA分子導(dǎo)入煙草原生質(zhì)體D 用含除草劑的培養(yǎng)基篩選轉(zhuǎn)基因煙草細(xì)胞解析 構(gòu)建抗除草劑的煙草要用限制性核酸內(nèi)切酶切割雜草中含抗除草劑基因的DNA與運(yùn)載體 答案 A反思領(lǐng)悟限制酶切割的是雙鏈DNA分子 而且具有專(zhuān)一性 有專(zhuān)一識(shí)別序列和專(zhuān)一酶切位點(diǎn) 知識(shí)梳理 典例透析 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 探究方法 能力展示 探究基因工程操作的基本步驟基因工程操作的基本步驟可以表示為 提取目的基因 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合形成重組DNA分子 目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的基因的檢測(cè)和鑒定 知識(shí)梳理 典例透析 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 探究方法 能力展示 糖尿病是一種常見(jiàn)病 且發(fā)病率有逐年增加的趨勢(shì) 以致西方發(fā)達(dá)國(guó)家把它列為第三號(hào) 殺手 治療這種病用的胰島素過(guò)去主要從動(dòng)物 如豬 牛 中得到 自20世紀(jì)70年代基因工程發(fā)展起來(lái)以后 人們開(kāi)始采用這種高新技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn) 其操作的基本過(guò)程如下圖所示 知識(shí)梳理 典例透析 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 探究方法 能力展示 進(jìn)行基因操作一般要經(jīng)過(guò)的四個(gè)步驟是 合成胰島素的遺傳信息傳遞過(guò)程是 圖中的質(zhì)粒存在于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi) 從其分子結(jié)構(gòu)看 可確定它是一種 請(qǐng)根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 在連接酶的作用下 把圖中甲與乙拼接起來(lái) 在方框內(nèi)畫(huà)出 細(xì)菌丙進(jìn)行分裂后 其中被拼接的質(zhì)粒也由1個(gè)變成2個(gè) 2個(gè)變成4個(gè) 質(zhì)粒的這種增加方式在遺傳學(xué)上稱(chēng)為 目的基因通過(guò)活動(dòng) 即表達(dá) 后 能使細(xì)菌產(chǎn)生治療糖尿病的激素 這是因?yàn)榛蚓哂锌刂坪铣傻墓δ?利用基因工程生產(chǎn)的藥物還有哪些 知識(shí)梳理 典例透析 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 探究方法 能力展示 解析 目前對(duì)糖尿病的治療 大多采用靜脈注射胰島素的方法 這種激素在人體的胰腺內(nèi)是由胰島B細(xì)胞產(chǎn)生的 胰島素的基因工程生產(chǎn)已成為現(xiàn)實(shí) 就是將人胰島素基因?qū)胧荏w細(xì)菌 通過(guò)培養(yǎng)這種細(xì)菌來(lái)獲得胰島素 答案 提取目的基因目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)和鑒定 DNA如下圖 復(fù)制蛋白質(zhì) 干擾素 白細(xì)胞介素 溶血栓劑 凝血因子等