高中生物 第6章 第2节 基因工程及其应用课件 新人教版必修2.ppt

第2节基因工程及其应用 从杂交育种到基因工程 1 基因工程 又叫做基因拼接技术或dna重组技术 通俗地说 就是按照人们的意愿 把一种生物的某种基因提取出来 加以修饰改造 然后放到另一种生物的细胞里 定向地改造生物的遗传性状 2 dna重组技术的基本工具至少需要三种 限制性核酸内切酶 基因的 剪刀 dna连接酶 基因的 针线 基因进入受体细胞的载体 基因的运载体 3 基因工程的基本程序主要包括四个步骤 提取目的基因的获取 目的基因与运载体结合 基因工程的核心 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 4 基因工程在作物育种 药物研制等方面取得了较大成果 基因工程的原理 1 含义 dna重组技术 定向地 基因 dna分子 知识清单 2 三种工具 1 剪刀 与 针线 2 运载体 作用 将外源基因送入 限制性核酸内切酶 核苷酸 限制酶 dna连接酶 脱氧核糖 磷酸 受体细胞 种类 质粒 等 质粒 存在于许多 以及酵母菌等生物的细胞中 是拟核或细胞核外能够 的很小的 3 基因工程的步骤 噬菌体 动植物病毒 细菌 自主复制 环状dna分子 答案 目的基因 运载体 受体细胞 检测与鉴定 用限制性核酸内切酶切取dna分子获得目的基因 能得到几个切口 几个黏性末端 提示 2个切口 4个黏性末端 思想感悟 基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性 1 基因工程与作物育种 农业 获得高产 稳产和具有优良品质的农作物 培育具有各种 的作物新品种 如抗棉铃虫的 畜牧养殖 培养人们所需要的各种优良品质的 动物 利用某些特定的外源基因在哺乳动物内表达 如 超级绵羊等多种转基因动物 食品 为人类开辟新的食物来源 抗逆性 转基因 转基因抗虫棉 转基因奶牛 知识清单 2 基因工程与药物研制 生产基因工程药品 如 干扰素 乙肝疫苗等 基因诊断 利用标记的 作探针 基因治疗 把健康的 导入有基因缺陷的细胞中达到治疗的目的 3 环境保护 环境监测 用 检测饮水中病毒的含量 胰岛素 外源基因 dna分子 dna探针 环境的净化 获得分解四种烃类的 超级细菌 吞噬汞和降解土壤中ddt的细菌 净化镉污染的植物 构建新的杀虫剂 4 转基因生物和转基因食品的安全性 大范围推广 严格控制 为什么通过基因工程 细菌能够合成人体的某些蛋白质呢 提示 这是因为在基因水平上 人和细菌的遗传机制是一致的 细菌和人的遗传物质都是dna 都使用同一套遗传密码子 都遵循中心法则 因此 通过基因重组 细菌能够合成人体的某些蛋白质 思想感悟 基因工程及操作步骤 一 基因工程的理解 二 基因工程的操作工具和步骤1 基因工程操作工具 1 基因的 剪刀 限制性核酸内切酶 简称限制酶 分布 主要在微生物体内 特性 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 并在特定的切点上切割dna分子 实例 ecori限制酶能专一识别gaattc序列 并在g和a之间将这段序列切开 切割结果 产生两个带有黏性末端的dna片段 作用 基因工程中重要的切割工具 能将外来的dna切断 对自己的dna无损害 2 基因的 针线 dna连接酶 催化对象 两个具有相同黏性末端的dna片段 催化位置 脱氧核糖与磷酸之间的缺口 催化结果 形成重组dna 3 常用的运载体 质粒 本质 小型环状dna分子 作用a 作为运载工具 将目的基因送到宿主细胞中去 b 用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 条件a 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制 b 有多个限制酶切点 c 有标记基因 2 基因工程操作步骤图解 特别提醒 1 基因工程的原理 基因重组 2 优点 与杂交育种相比较明显的优点 克服远缘杂交不亲合障碍 与诱变育种相比较明显的优点 定向改造生物性状 目的性强 3 基因工程操作工具酶只有两种 工具有三种 两种酶比较如下 4 操作步骤中只有第三步导入受体细胞不涉及到碱基互补配对 其余三步都涉及 5 微生物常做受体细胞的原因是因其繁殖速度快 代谢旺盛 目的产物多 6 目的基因表达的标志 通过转录翻译合成出相应的蛋白质 在基因工程操作的基本步骤中 没有进行碱基互补配对的是 a 人工合成目的基因b 目的基因与运载体结合c 将目的基因导入受体细胞d 目的基因的检测表达 解析 基因工程操作的基本步骤中只有第三步 将目的基因导入受体细胞 不涉及到碱基互补配对 其余三步都涉及 答案 c 技巧归纳 基因工程与基因重组的比较 1 大肠杆菌的一种质粒只有某限制酶的一个识别序列 位于该质粒的lacz基因中 lacz基因若无外源基因插入 便可表达出半乳糖苷酶 当培养基中含有两种物质i和x时 x便会被半乳糖苷酶水解成蓝色 大肠杆菌将形成蓝色菌落 如果lacz基因中插入了外源基因 带有该种质粒的大肠杆菌便不能表达半乳糖苷酶 培养基中的x不会被水解成蓝色 大肠杆菌将形成白色菌落 大肠杆菌的这种质粒还携带了氨苄青霉素抗性基因 如图是利用lacz基因的插入失活 筛选出重组质粒的示意图 据图回答下列问题 跟踪训练 1 图示通过 切割可获得蓝藻基因 作为受体大肠杆菌应不含 基因 以方便筛选已导入重组质粒的受体大肠杆菌 取用氯化钙溶液处理过的受体大肠杆菌 置于试管 中 完成基因工程操作 步骤 2 图中选择培养基中 除了含有大肠杆菌必需的葡萄糖 氮源 无机盐 水 生长因子 i x等营养物质外 还应加入 等物质 以筛选导入了重组质粒的受体大肠杆菌 3 将上述处理后的大肠杆菌置于图中选择培养基上培养 以检测受体大肠杆菌是否导入重组质粒 请预测菌落的颜色 并分析结果 4 若改用噬菌体为运载体 科学家分别用32p 35s标记噬菌体内的目的基因 外壳 在下图中标记元素32p 35s所在部位依次是 填图中标号 答案 1 限制酶氨苄青霉素抗性目的基因导入受体细胞 2 氨苄青霉素 3 如果长出蓝色菌落 说明没有与目的基因重组的质粒已转入受体菌 或说明重组质粒没导入受体大肠杆菌 如果长出白色菌落 说明重组质粒已经导入受体大肠杆菌 4 有关基因工程中一些观点说法的辨析 有关基因工程中一些观点说法的辨析1 限制性内切酶和dna连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键 不是氢键 只是一个切开 一个连接 2 质粒是最常用的运载体 不要把质粒同运载体等同 除此之外 噬菌体和动植物病毒也可作为运载体 运载体的化学本质为dna 其基本单位为脱氧核苷酸 3 要想从dna上切下某个基因 应切2个切口 产生4个黏性末端 4 dna酶即dna水解酶 是将dna水解的酶 dna聚合酶是在dna复制过程中 催化形成新dna分子的酶 是将单个游离的脱氧核苷酸加到dna片段上 需要模板 但dna连接酶是将两个dna片段的两个缺口同时连接 不需要模板 两者作用的化学键相同 都是磷酸二酯键 5 原核生物基因 如抗虫基因来自苏云金芽孢杆菌 可为真核生物 如棉花 提供目的基因 6 限制酶在第一步和第二步操作中都用到 且要求同一种酶 目的是产生相同的黏性末端 第二步中两种工具酶都用到 7 受体细胞动物一般用受精卵 植物若用体细胞则通过组织培养的方式形成新个体 8 抗虫棉只能抗虫 不能抗病毒 细菌 特别提醒 通过转基因技术可以产生具有新性状的个体 但并没有产生新物种 转基因奶牛和普通奶牛属于同一物种 下图为真核细胞内某基因 15n标记 结构示意图 该基因全部碱基中a占20 下列说法正确的是 a 该基因一定存在于细胞核内染色体dna上b 该基因的一条核苷酸链中 c g a t 为3 2c dna解旋酶中作于 部位 限制性核酸内切酶只作用于 部位d 将该基因置于14n培养液中复制3次后 含15n的dna分子占1 8 解析 该基因可能存在于细胞核内染色体dna 也可能存在于细胞质中 由于a占20 可知t也是20 则g c 60 所以b正确 dna解旋酶作用于 部位 限制性核酸内切酶只作用于 部位 将该基因置于14n培养液中复制3次后 含15n的dna分子有2个 占1 4 答案 b 技巧归纳 区别限制性核酸内切酶与解旋酶 1 限制性核酸内切酶 作用实质是使特定部位的两核苷酸之间磷酸二酯键断开 在基因工程第一步和第二步操作中都会用到 一般用同一种限制酶切割目的基因和运载体 以产生相同的黏性末端 2 解旋酶 解旋酶专门打开dna双链碱基对间的氢键 从而打开dna的双螺旋结构 在dna复制和转录时均须先进行解旋 起作用的酶就是解旋酶 2 2013年潮洲高一检测 要把两个不同物种的优良性状集中在一起 应采用的育种方法是 a 杂交育种b 单倍体育种 c 诱变育种d 基因工程育种 d 跟踪训练 下列有关基因工程的相关叙述中 正确的是 a 基因治疗就是去除生物体细胞中有缺陷的突变基因b 运载体上抗性基因的存在有利于对运载体是否导入受体细胞进行检测c 在基因工程操作中 必须用同种限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒d 转基因技术造成的变异 实质上相当于人为的基因重组 却产生了定向变异 正确解答 选b d 基因治疗是将外源正常基因通过基因转移技术将其插入病人适当的受体细胞中 使外源基因制造的产物治疗某种疾病 运载体上抗性基因的存在有利于检测运载体是否导入受体细胞 一般用同种限制性核酸内切酶剪切目的基因和质粒 但也有两种不同的限制性核酸内切酶产生相同黏性末端 如g attcg和 attc 通过转基因技术实现基因重组 可以定向改造生物的性状 常见错误 选ab或cd 错因分析 本题出错的原因是对相关知识理解有误 基因治疗的原理是基因重组 与基因突变不同 注意运载体上抗性基因的作用 获得目的基因不一定只用一种限制性核酸内切酶 课题 确定对照实验的设计方法基础理论 依据实验目的 可以将对照实验的设计方法分为两类 1 添加法 运用的是加法原理 给研究对象施加自变量进行干预 探索因变量 也就是说 实验的目的是为了探求某一变量会产生什么结果 即知道自变量 不知道因变量 为了 探求结果 将这一变量添加到实验中 看它会产生什么影响 例如 为了探究 光对鼠妇生活的影响 将10只左右的鼠妇放在具有阴暗和明亮两种环境的实验装置的中央 进行观察 记录 这里自变量是 光 将这一变量 明亮 添加到实验中 看它对 鼠妇的生活有什么影响 教材中的大多数对照实验 采用的都是添加法的实验设计方法 2 排除法 运用的是减法原理 排除自变量对研究对象的干扰 同时尽量保持被研究对象的稳定 具体而言 结果已知 但不知道此结果是由什么原因导致的 实验的目的是为了探求确切的 原因变量 为了 追踪求源 将某一变量人为地去除掉 看是否还能够产生这一结果 如果产生了这一结果 则自变量不是原因变量 将其从原因中排除 如果没有产生此结果 则自变量和因变量存在因果关系 例如 为了探究 鱼的尾鳍在游泳中的作用 可以用剪掉鱼尾鳍的方法来比较它和正常鱼游泳的区别 排除法的实验设计在教材中并不多见 1 科学家为探究棉花生长的最佳光照强度 设计了下面的实验 首先取若干生长状况相同的棉花植株 平均分为7组 分别放在密闭的玻璃容器中 实验开始时测定co2的浓度 12小时后再次测定co2的浓度 实验结果如下表 典例剖析 请分析回答 这一实验的自变量是 写出该实验设计的一种无关变量 如果需要测棉花植株在12小时后的补偿点 你认为应在哪两组间增加实验组 如果在实验过程中使用了不同品种的棉花植株 这样设计违背了科学实验的 原则 该实验设计尚不能确定棉花生长的最佳光照强度 请你提出进一步探究的实验设计思路 2 科学家对苏云金芽孢杆菌和棉花细胞进行研究 发现它们有一个相同的细胞器是 苏云金芽孢杆菌的抗虫基因能在棉花细胞中表达的原因是 3 科学家运用基因工程技术将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因 k基因 导入棉花 筛选出k基因成功整合到染色体上的抗虫植株 假定k基因都能正常表达 某些抗虫植株体细胞含两个k基因 假设这两个基因在染色体上随机整合 这两个基因在染色体上的整合情况有下图所示的三种类型 黑点表示k基因的整合位点 让该抗虫植株自交 后代中抗虫植株和非抗虫植株之间的比例分别是 甲 乙 丙 解析 1 由 探究棉花生长的最佳光照强度 可知这一实验的自变量是光照强度 该实验设计的无关变量有温度 二氧化碳等 由12小时后1组和2组的二氧化碳浓度 一个比起始高 一个比起始低 所以应在1组和2组两组间增加实验组 如果在实验过程中使用了不同品种的棉花植株 就违背了科学实验的单一变量原则 2 苏云金芽孢杆菌和棉花细胞 一个是原核细胞 一个是真核细胞 它们共有的是核糖体 苏云金芽孢杆菌的抗虫基因能在棉花细胞中表达 是因为它们共用一套遗传密码 3 甲图个体减数分裂产生配子全含k基因 个体自交 后代中全部含抗虫基因 乙图个体减数分裂产生配子有一半含k基因 个体自交 后代中不含抗虫基因的个体占的比例为1 2 1 2 1 4 抗虫个体占的比例为1 1 4 3 4 丙图个体减数分裂产生配子有3 4含k基因 个体自交 后代中不含抗虫基因的个体占的比例为1 4 1 4 1 16 抗虫个体占的比例为1 1 16 15 16 答案 1 光照强度温度 其它合理答案也可 1组和2组之间 单一变量对照 增加若干实验组 依次增加光照强度 2 核糖体共用一套遗传密码 3 1 03 115 1 一 单项选择题1 不属于目的基因与运载体结合过程的是 a 用一定的限制酶切割质粒露出黏性末端b 用同种限制酶切割目的基因露出黏性末端c 将切下的目的基因的片段插入到质粒切口处d 将重组dna导入受体细胞中进行扩增 d 水平测试 2 切取某动物合成生长激素的基因 用某方法将此基因转移到鲇鱼的受精卵中 从而使鲇鱼比同类个体大了3 4倍 此项研究遵循的原理是 a 基因突变dna rna 蛋白质b 基因工程dna rna 蛋白质c 细胞工程d 基因工程 d 3 下列有关基因工程的叙述不正确的是 a 基因的 剪刀 是限制性核酸内切酶b 基因的 针线 是dna连接酶c 基因的运载体有质粒 噬菌体和动植物病毒等d 基因工程不能改变生物的遗传性状 d 4 下列关于育种的叙述中 正确的是 a 培育无子西瓜是利用基因重组的原理b 基因工程育种能定向改造生物的性状c 诱变育种和杂交育种均可产生新的基因d 培育单倍体植株的原理是基因突变 b 5 1993年 我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉 其抗虫基因来源于 a 普通棉的突变基因b 棉铃虫变异形成的致死基因c 寄生在棉铃虫体内的抗虫基因d 苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因 d 二 多项选择题6 用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质 下列叙述不正确的是 a 常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒b dna连接酶和rna聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶c 可用含抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒d 导入大肠杆菌的目的基因一定能成功表达 bd 7 生物界广泛存在着变异 人们研究并利用变异可以培育高产 优质的作物新品种 下列不能产生新基因的育种方式有 a 杂交水稻之父 袁隆平通过杂交技术培育出高产的超级稻b 用x射线进行大豆人工诱变育种 从诱变后代中选出抗病性强的优良品种c 通过杂交和人工染色体加倍技术 成功培育出抗逆能力强的八倍体小黑麦d 把合成 胡萝卜素的有关基因转进水稻 育成可预防人类va缺乏症的转基因水稻 acd 8 下图表示某dna片段 有关该图的叙述中 正确的是 a 可形成dna的基本组成单位之一b 在dna中特定排列顺序可代表遗传信息c 某限制性内切酶可选择 作为切点d dna连接酶可连接 处断裂的化学键 答案 ad 一 选择题1 两个亲本的基因型分别为aabb和aabb 这两对基因按照自由组合定律遗传 欲培育出基因型为aabb的新品种 最简捷的育种方法是 a 人工诱变育种b 基因工程育种c 单倍体育种d 杂交育种 d 素能提升 2 将抗虫棉的基因导入到受体细胞后 发生了如下过程 此过程中用到的条件包括 dna解旋酶 dna聚合酶 dna连接酶 限制酶 rna聚合酶 4种核苷酸 5种核苷酸 8种核苷酸 a b c d 答案 b 3 下列关于基因工程应用的叙述 正确的是 a 基因治疗就是把缺陷基因诱变成正常基因b 基因诊断的基本原理是dna分子杂交c 一种基因探针能检测水体中的各种病毒d 原核基因不能用来进行真核生物的遗传改良 b 4 下列酶与其作用对应正确的是 a 纤维素酶 植物细胞膜b 限制酶 任何磷酸二酯键c 解旋酶 碱基间氢键d atp水解酶 肽键 c 5 下列有关基因工程中限制性内切酶的描述 错误的是 a 一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列b 限制性内切酶的活性受温度的影响c 限制性内切酶能识别和切割rnad 限制性内切酶可从原核生物中提取 c 6 正确表示基因操作 四步曲 的是 a 提取目的基因 目的基因导入受体细胞 目的基因与运载体的结合 目的基因的检测和表达b 目的基因的检测和表达 提取目的基因 目的基因与运载体结合 目的基因导入受体细胞c 提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和表达d 目的基因与运载体结合 提取目的基因 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和表达 c 7 普通小麦的卵细胞中有三个染色体组 用这种小麦的胚芽细胞 花粉分别进行离体培养 发育成的植株分别是 a 六倍体 单倍体b 六倍体 三倍体c 二倍体 三倍体d 二倍体 单倍体 a 8 关于下图dna分子片段的说法正确的是 a 限制性内切酶可作用于 处 解旋酶作用于 处b 处的碱基缺失导致染色体结构的变异c 把此dna放在含15n原料的培养液中复制2代 子代dna中含15n的dna占3 4d 该dna的特异性表现在碱基种类和a t g c的比例上答案 a 9 双选 图 表示限制酶切割某生物dna分子的过程 图 表示该生物体细胞部分基因和染色体的关系 该生物的黑色素产生需要如图 所示的3类基因参与控制 三类基因的控制均表现为完全显性 下列说法正确的是 a 图 所示限制酶能识别的碱基序列是cttaag 切点在g和a之间b 用限制性内切酶可以从图 所示基因型的细胞中提取合成黑色素的所有目的基因c 图 所示的生物体中肯定存在含有2个a基因的细胞d 若图 中的1个b基因突变为b 则该生物体仍然可以合成出物质乙答案 ac 10 双选 下列叙述错误的是 a 鉴定一株高茎豌豆是否为纯合子可以采用自交的方法b 基因工程的原理是利用基因拼接技术而导致的基因突变c 单倍体生物的体细胞中不可能含有形态 大小相同的染色体d 限制酶 dna连接酶 dna聚合酶均作用于磷酸二酯键处 而解旋酶作用于氢键处 bc 二 非选择题11 已知水稻的光效 光能利用效率 由一对基因 a a 控制 抗病性由另一对基因 b b 控制 两对基因独立遗