人教版生物必修二同步导学课件：第六章从杂交育种到基因工程第2节.ppt

第六章 从杂交育种到基因工程 第2节基因工程及其应用 自主学习 一 基因工程的原理1 基因工程的概念 1 别名 2 操作思路 提取某种生物的 加以 放到另一种生物的 中 生物的遗传性状 2 基因工程操作的基本工具 1 基因的 剪刀 名称 简称限制酶 特性 一种限制酶只能识别 并在 上切割DNA分子 基因拼接技术或DNA重组技术 基因 修饰改造 细胞 定向地改造 限制性核酸内切酶 一种特定的核苷酸序列 特定的切点 实例及剪切位点 a 实例 大肠杆菌中的EcoR 限制酶 b 在下图中标出剪切位点 如下图 2 基因的 针线 名称 作用 连接 和 之间的缺口 3 基因的运载体 作用 将外源基因送入 种类 噬菌体 动植物病毒等 DNA连接酶 脱氧核糖 磷酸 受体细胞 质粒 质粒a 分布 及酵母菌等生物的细胞中 b 特点 能够 c 本质 3 基因工程的步骤 目的基因与 结合 将目的基因导入 目的基因的 细菌 自主复制 环状DNA分子 提取目的基因 运载体 受体细胞 检测与鉴定 二 基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性1 基因工程的应用 转基因抗虫棉 农药的用量 农药对环境的污染 胰岛素 质量 成本 降解 有毒有害化合物 2 转基因生物和转基因食品的安全性 1 两种观点 转基因生物和转基因食品不安全 要 转基因生物和转基因食品是安全的 应该 2 我国的态度 十分重视转基因生物及其食品的安全性问题 严格控制 大范围推广 1 转基因抗虫棉对人体有毒害作用吗 提示 没有 转基因抗虫棉表达出的 毒蛋白 只特异性的对鳞翅目的昆虫有毒害作用 不对人体产生毒害作用 2 不同的限制酶所识别的核苷酸序列相同吗 为什么 提示 不相同 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 所以不同的限制酶所识别的序列也不同 1 一种限制酶可识别多种特定的核苷酸序列 提示 一种限制酶只识别一种核苷酸序列 2 基因工程的运载体与物质跨膜运输所需要的载体化学本质相同 提示 前者的化学本质是DNA 后者的化学本质是蛋白质 判断题 3 不同限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同 4 基因工程育种的原理是基因突变 提示 基因重组 5 质粒上抗性基因的存在有利于目的基因表达的鉴定 提示 有利于导入目的基因的受体细胞的筛选 新知解读 1 基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术 注意 基因工程也是基因重组的一种 知识点1基因工程的原理 2 基因操作的工具 3 基因操作的基本步骤 作为运载体必须具备三个条件 1 能在宿主细胞中保存下来并大量复制 2 有多个限制酶切点 而且每种酶的切点最好只有一个 如大肠杆菌pBR332就有多种限制酶单一识别位点 可适于多种限制酶切的DNA插入 3 有一定的标记基因 便于进行筛选 如大肠杆菌pBR332质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因 就可以作为筛选的标记基因 一般来说 天然运载体往往不能满足上述要求 因此需要根据不同的目的和需要 对运载体进行人工改建 现在所使用的质粒运载体几乎都是经过改建的 知识贴士 1 对于基因工程的操作工具应记住名称 理解其功能 理解基因工程操作的四个基本步骤 并注意联系 酶的专一性 碱基互补配对原则 逆转录 中心法则 等知识 2 基因工程中的运载体 在基因操作过程中使用运载体有两个目的 一是用它作为运载工具 将目的基因转移到宿主细胞中去 二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制 现在所用的运载体主要有两类 一类是细菌质粒 它是一种相对分子质量较小 独立于染色体DNA之外的环状DNA 一般有100 200kb kb为千碱基对 有的细菌中有一个 有的细菌中有多个 另一类运载体是噬菌体或某些病毒等 现在人们还在不断寻找新的运载体 如叶绿体或线粒体DNA等也可能成为运载体 下表关于基因工程中有关基因操作的名词及对应的内容 正确的组合是 C 解析 供体是提供目的基因的生物 受体是接受目的基因的生物 剪刀是限制酶 针线是DNA连接酶 常用的运载体是质粒 变式训练1 下列有关基因工程技术的正确叙述是 A 重组DNA技术所用的工具酶是限制酶 连接酶和运载体B 所有限制酶都只能识别同 种特定的核苷酸序列C 选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快D 基因工程中常用的运载体质粒在动植物细胞中广泛存在 解析 C 基因工程与作物育种 农业上获得高产 稳产 具优良品质的农作物 畜牧业上获得人们所需要的 具优良品质的转基因动物 基因工程与药物研制 能高效地生产出各种高质量 低成本药品 基因工程与环境保护 可进行环境监测 环境净化 知识点2基因工程的应用 知识贴士 1 限制酶和DNA连接酶作用的部位是相同的 都是磷酸二酯键 2 只有目的基因在受体细胞中表达 才能说明基因工程的操作成功 有关基因工程的成果及应用的说法 正确的是 A 用基因工程方法培养的抗虫植物也能抗病毒B 基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大 品质优良的动物C 目前任何一种药物都可以运用基因工程来生产D 基因工程在农业上的应用主要是培育高产 稳产 品质优良和具有抗逆性的农作物 D 解析 用基因工程方法培育出的抗虫植物只能杀死害虫 对病毒无效 基因工程在畜牧业上的应用不仅是培养体型巨大 品质优良的动物 更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳动物体内的表达 从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各类物质 目前基因工程只是实现了一部分药物的生产 变式训练2 下列各项不属于基因工程的应用的是 A 转基因抗虫棉的培育成功B 利用DNA探针检测饮用水中有无病毒C 利用工程菌生产胰岛素D 将甲植物的叶绿体移入乙植物 使光合效率提高 解析 将甲植物的叶绿体移入乙植物 转移的是细胞器而非基因 故不属于基因工程的范畴 D 通过学习 认识到科学技术是一把双刃剑 认识到生命中的许多事实还有待于人类去探索 科学发展中仍有许多问题有争议 见教材P105页 知识点3转基因生物和转基因食品的安全性 知识贴士因为科学技术是一把双刃剑 在很多方面展示出美好的应用前景 但另一方面 基因工程也给人们带来了许多潜在的危险 因此要辩证地看待基因工程所引发的问题 如可能制造超级细菌 超级杂草等 制造出难以制服的病原体 生物武器 转基因动植物的出现引发物种入侵 有可能破坏原有的生态平衡 对原有物种产生威胁 还可能带来转基因食品的安全性问题等 2016 南京调研 下列哪项属于转基因作物的优点 A 耐抗性的转基因油菜可能成为某地区危害最为严重的杂草B 转基因水稻可通过花粉向普通野生稻扩散产生基因污染C 大面积栽培转Bt基因抗虫棉可减少农药的使用D 转基因作物可能破坏生态平衡使生物数量剧减 C 解析 认为转基因生物可能存在安全问题的有 转基因油菜可能会扩散到种植区外变成野生种类 成为杂草 转基因水稻可通过花粉向普通野生稻扩散 从而重组出对人类或其他生物有害的病原体 转基因作物具有某些特殊性状 有可能成为 入侵的外来物种 威胁生态系统中其他生物的生存 转基因生物的优点 如转Bt基因的抗虫棉可减少农药的使用 变式训练3 美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后 发现这种玉米含有包括苏云金芽孢杆菌 一种产生抗虫毒蛋白的细菌 基因在内的转基因作物的基因 下列有关说法正确的是 转基因作物的基因可传播到野生植物中 转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威胁 为防止基因污染 应当禁止转基因作物的研究 自然杂交过程的实质是一个长期的转基因过程 两者没有任何区别A B C D C 解析 根据题意可知 转基因植物的基因传播到野生植物中 这样会对植物遗传多样性构成威胁 自然杂交是通过传粉的方式实现基因重组 与转基因技术中通过重组质粒实现基因重组是有区别的 指点迷津 与DNA有关的酶1 五种酶的比较 2 DNA连接酶与限制酶的关系 如下图 1 限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键 2 限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或其识别序列已经被修饰 3 限制酶是一类酶 而不是一种酶 下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化 图中依次表示限制酶 DNA聚合酶 DNA连接酶 解旋酶作用的正确顺序是 A B C D 解析 限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割 DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链 DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起 解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋 为复制或转录提供模板 C 核心素养 番茄 2n 24 的正常植株 A 对矮生植株 a 为显性 红果 B 对黄果 b 为显性 两对基因独立遗传 请回答下列问题 1 现有基因型AaBB与aaBb的番茄杂交 其后代的基因型有 种 基因型的植株自交产生的矮生黄果植株比例最高 自交后代的表现型及比例为 2 在 AA aa杂交中 若A基因所在的同源染色体在减数第一次分裂时不分离 产生的雌配子染色体数目为 这种情况下杂交后代的株高表现型可能是 探究点提示信息在补充完善型实验中的应用 转基因技术的应用 4 aaBb 矮生红果 矮生黄果 3 1 13或11 正常或矮生 3 假设两种纯合突变体X和Y都是由控制株高的A基因突变产生的 检测突变基因转录mRNA 发生X的第二个密码子中第二个碱基由C变为U Y在第二个密码子第二个碱基前多了一个U 与正常植株相比 突变体的株高变化可能更大 试从蛋白质水平分析原因 Y突变体的蛋白质中氨基酸的改变比X突变体可能更多 或 X突变体的蛋白质可能只有一个或没有氨基酸发生改变 Y突变体的蛋白质氨基酸序列可能从第一个氨基酸后都改变 Y 4 转基因技术可使某基因在植株体内过量表达 也可以抵制某基因表达 假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高 请完成如下实验设计 以验证假设是否成立 实验设计 借助转基因技术 但不要求转基因的具体步骤 a 分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高 b c 通过转基因技术 抑制正常植株A基因的表达 测定其赤霉素含量和 株高 通过转基因技术 使A基因在矮生植株中过量表达 测定其赤霉素含 量和株高 答案中b和c次序不做要求 支持上述假设的预期结果 若假设成立 据此说明基因控制性状的方式 与对照比较 正常植株在A基因表达被抑制 后 赤霉素含量降低 株高降低 与对照比较 A基因在矮生植株中过量表达 后 该植株赤霉素含量增加 株高增加 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 进而控制生物性状 方法警示 得分要点 1 必须答为 4aaBb矮生红果 矮生黄果 3 1 才能得分 2 必须答为 13或11正常或矮生 才能得分 4 必须体现如下内容 b 抑制正常植株A基因的表达 测定其赤霉素含量和株高 c A基因在矮生植株中过量表达 测定其赤霉素含量和株高 正常植株在A基因表达被抑制后 赤霉素含量降低 株高降低 A基因在矮生植株中过量表达后 该植株赤霉素含量增加 株高增加 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程 进而控制生物性状 错因案例 2 答案不全 第一空答为 13 第二空答为 矮生 3 错答为 不确定突变基因后面的基因翻译的氨基酸均发生了变化 4 答案不全 只答出其中的一种情况 技法提炼 解答本题的关键点是 1 异常减数分裂对配子染色体数目的影响 减数分裂过程中同源染色体未分离 移向同一极 导致减数第一次分裂结束后的两个细胞均异常 减数第二次分裂后 所得异常配子一半多一条染色体 另一半少一条染色体 2 赤霉素含量对植株株高的影响 赤霉素的主要作用是促进细胞伸长 从而引起植株增高 即赤霉素含量高 植株增高 3 题干信息的获取和利用 转基因技术可使某基因在植物体内过量表达 也可以抑制某基因表达 由此推出实验设计时一组是促进基因的表达 另一组是抑制基因的表达 分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高 由此推出接受处理的植株分别是正常植株和矮生植株 问题释疑 一 问题探讨提示 此节 问题探讨 以基因工程菌的实例 引导学生思考基因工程的原理 为启发学生思考 教师可引导学生回忆前面学过的遗传学知识 如不同生物的DNA在结构上的统一性 几乎所有的生物都共用一套遗传密码等 二 练习基础题1 基因工程的操作通常包括以下4步 1 获得目的基因 外源基因 2 目的基因与运载体结合