高中生物 第一单元 生物技术与生物工程 第一章 基因工程和蛋白质工程 1.1.2 基因工程的应用课件 中图版选修3.ppt

第二节基因工程的应用 课程标准 1 举例说出基因工程的应用 2 调查基因工程产品在社会中的应用情况 讨论转基因生物的利与弊 课标解读 1 举例说出基因工程在改良动植物品种 生产基因工程药物等方面的应用 2 举例说出基因治疗的基本原理与过程 了解基因治疗的新进展 基因工程技术为 开辟了一条捷径 使人们能够大幅度 获得了大量 的作物品种 1 毒蛋白的作用科学家在 中发现了一种毒蛋白 该毒蛋白对 有 作用 基因工程在农业上的应用 1 转基因育种 作物育种 改良作物性状 优质高产 2 抗虫棉的培育 苏云金杆菌 棉铃虫 特异性的毒杀 2 抗虫棉的培育利用 的方法 把苏云金杆菌的 基因导入到棉花细胞内 使其在生长过程中合成了 从而达到灭虫效果 3 抗虫作物的意义抗虫作物的培育和种植 不但降低了作物的 使作物能稳产 高产 还降低了 的使用 减少对 基因工程 毒蛋白 毒蛋白 生产成本 农药 环境的污染 普通水稻不含 人们将 导入水稻中 并诱导它们在水稻细胞中 使水稻中的双香叶素 二磷酸能转化成 人体可将该物质转化成 这种大米的颜色金黄 被形象地称为 你认为抗虫棉所含的毒蛋白对人体有毒吗 为什么 提示无毒 因为该毒蛋白只对棉铃虫具有特异性的毒杀作用 思维激活1 3 转基因 金米 维生素a 有关酶的基因 得以表达 胡萝卜素 维生素a 金米 1 大幅度改良作物性状 获得优质高产的作物品种 如高产 稳产和具有优良品质的农作物或具有各种抗逆性的作物品种等 2 克服了远缘杂交不亲和的障碍 3 目的性强 育种周期短 1 培育原理 利用基因工程技术 把苏云金杆菌的毒蛋白基因导入到棉花细胞内 使其在生长过程中合成了毒蛋白 从而达到灭虫的效果 1 基因工程育种的优点 2 抗虫棉的培育 2 培育过程 获得毒蛋白基因 直接从苏云金杆菌中分离或人工合成 重组载体的构建 从细菌中提取合适的质粒 用适宜的限制酶切割 用dna连接酶将毒蛋白基因连接到质粒上 形成重组载体 重组载体的导入与筛选 将重组载体与棉花受精卵放在一起培养 使重组载体进入受体细胞 然后在选择培养基上除去不含重组质粒的细胞 抗虫基因的表达与鉴定 将含重组质粒的受精卵在一定条件下培养成棉花植株 检测其是否具有抗虫性状 特别提醒转基因抗虫作物能抗病虫害 不能抗病毒 若利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种 其在环境保护上的重要意义是 a 减少氮肥使用量 降低生产成本b 减少氮肥生产量 节约能源c 避免使用氮肥过多引起的环境污染d 改良土壤的群落结构解析农业生产中大量施用氮肥 磷肥 往往造成水体富营养化 引起淡水 水华 海洋 赤潮 现象的发生 造成水体恶化 污染环境 利用基因工程技术培育能固氮的水稻新品种 可减少氮肥施用量 避免水体富营养化 在环保方面具有重要意义 答案c 巩固1 1982年 某公司首次将 投放市场 标志着世界上第一种 应用于临床医学 现在已有多种利用基因工程技术研制的 和 产品应用于临床治疗 1 传统疫苗的缺点传统的疫苗一般为 的病毒或细菌等 容易造成接种者心理上的负担 特别是 疫苗 疫苗 基因工程在医学上的应用 1 基因工程药物 重组胰岛素 基因工程药物 医用多肽 蛋白质类 2 基因工程疫苗 减毒或灭活 肝炎 艾滋病 等 另外 传统的疫苗主要的抗原物质是 或 往往因为病毒或细菌的变异 使其作用 2 基因工程疫苗的生产科学家找到病毒或细菌中起关键作用的 序列保守的蛋白质和 利用基因工程的方法 由受体细胞生产这些蛋白质 经 后可以作为疫苗使用 其中不会含有 以及它们的 病毒的外壳蛋 白 细菌的膜蛋白 减小甚至丧失 编码它们的基因 纯化 病毒或有害细菌 遗传物质 1 基因治疗的概念基因治疗是指将 或 通过一定的方式导入靶细胞内 可以 而达到治疗疾病的目的 基因治疗的策略主要有 等 2 基因治疗的过程 以镰刀型细胞贫血症为例 获取人体编码 将该基因插入到载体中 用此载体感染 将该细胞 的骨髓中 使其产生 3 基因治疗 正常基因 有治疗作用的基因 纠正基因缺陷 基因置换 基因修 复 基因增补 基因失活 血红蛋白的正常基因 造血干细胞 回输到病人 正常的血细胞 基因治疗需要哪些基本工具 为什么 提示限制性内切酶 dna连接酶 载体等 因为基因治疗就是利用了基因工程技术 思维激活2 利用基因工程的方法 将正常基因或有治疗作用的基因导入靶细胞内 以治疗有基因缺陷的疾病 主要策略有基因置换 基因修复 基因增补 基因失活等 1 基因治疗的原理 2 基因治疗的过程 以治疗镰刀型细胞贫血症为例 特别提醒体外基因治疗与体内基因治疗 体外基因治疗 先从病人体内获得相应的功能缺陷细胞 进行培养 然后 在体外完成基因转移 再筛选成功转移的细胞扩增培养 最后重新输入患者体内 体内基因治疗 直接向人体组织细胞中转移基因的治疗方法 基因治疗是指 a 把健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中 达到治疗疾病的目的b 对有缺陷的细胞进行修复 从而使其恢复正常 达到治疗疾病的目的c 运用人工诱变的方法 使有基因缺陷的细胞发生基因突变 从而恢复正常d 运用基因工程技术 把有缺陷的基因切除 达到治疗疾病的目的 巩固2 解析基因治疗只是将正常的基因导入病人体内 使该基因的表达产物发挥功能 从而达到治疗疾病的目的 而细胞中的缺陷基因并未修复 和正常基因同时存在 基因治疗也不是切除病变基因或诱发其突变 因而b c d三项的说法都不符合基因治疗的概念 答案a 转基因抗病香蕉的培育过程如图所示 质粒上有pstsma ecor apa 等四种限制酶切割位点 请回答下列问题 例1 示例一转基因植物育种 1 构建含抗病基因的表达载体a时 应选用限制酶 对 进行切割 2 培养基中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达载体a中含有 作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的 思维导图 深度剖析本题考查基因工程与植物组织培养的有关知识 1 从图可看出 只有pst ecor 两种酶能保持抗病基因结构的完整性 所以构建含抗病基因的表达载体a时 应选用限制酶pst ecor 两种酶 对抗病基因的dna和质粒进行切割 2 卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长 欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞 应使基因表达载体a中含有抗卡那霉素基因 以此作为标记基因 3 香蕉组织细胞具有全能性 因此 可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株 图中 依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化 答案 1 pst ecor 含抗病基因的dna 质粒 2 抗卡那霉素基因 3 全能性脱分化 再分化 方法技巧植物转基因育种往往涉及两大生物工程 基因工程和细胞工程 植物组织培养 如图所示为人体正常红细胞和镰刀型细胞贫血症患者红细胞形态及镰刀型细胞贫血症的基因治疗过程 请回答下面的问题 例2 示例二基因治疗 1 图细胞为镰刀型细胞贫血症的红细胞 这种病是由于 造成的 2 写出以下结构或物质的名称 a d 3 写出以下过程的操作内容 用携带正常基因的载体 病毒 侵染造血干细胞 思维导图 深度剖析本题主要考查通过基因治疗的措施来彻底治愈遗传病的操作过程 1 由于基因突变使红细胞形态上成镰刀状而易破碎 如图乙 2 在基因治疗过程中 a为目的基因 可以与载体结合后导入受体细胞中 d作为受体细胞应为具有持续分裂能力的造血干细胞 3 基因治疗 过程应有四个步骤 其中 为将基因表达载体导入受体细胞d的染色体上 为将具有正常功能的造血干细胞转移至体内 由此可知 此过程为体外基因治疗 答案 1 乙基因突变 2 合成血红蛋白的正常基因 目的基因 造血干细胞 3 将正常基因导入到载体中 将载体 携带正常基因 导入到造血干细胞染色体上 经过改造的造血干细胞输入到患者骨髓中并产生正常的血细胞 归纳提升基因检测和基因治疗 限制酶是基因工程中的三种重要工具之一 它的作用是切割含目的基因的dna片段和载体 使其能够在dna连接酶的作用下发生重新组合 利用同一种限制酶来分别切割含目的基因的dna片段和载体 则产生相同的黏性末端 相同黏性末端之间能发生碱基互补配对而形成三种dna分子 载体自连 目的基因自连 载体与目的基因相连 探究选择适宜的限制性内切酶 技法必备 1 2 利用两种限制酶分别切割含目的基因的dna片段和载体的两端 由于目的基因与载体的两端的黏性末端不相同 可以防止目的基因与载体自身连接的发生 因此 仅形成一种重组dna分子 载体与目的基因相连 限制性内切酶切点位置的选择以不破坏目的基因的完整性和至少保留一个标记基因为依据 3 4 科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的dna分子进行重组 并成功地在大肠杆菌中得以表达 但在进行基因工程的操作过程中 需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒 便于重组和筛选 已知限制酶i的识别序列和切点是 g gatcc 限制酶 的识别序列和切点是 gatc 据图回答 能力展示 1 过程 表示的是采取 的方法来获取目的基因 2 为了便于筛选 在构建重组载体过程中 用限制酶 切割质粒 用限制酶 切割目的基因 用限制酶切割目的基因和载体后形成的黏性末端通过 原则进行连接 3 人的基因之所以能与大肠杆菌的dna分子进行重组 原因是 4 人体的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为 5 将得到的大肠杆菌b涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上 经过一定时间培养后 能够在含有氨苄青霉素的培养基上生长的 说明已导入了 反之则没有导入 2 由题意可知 只利用限制酶 或左端用限制酶i右端用限制酶 均可将含目的基因的dna片段切成两个相同的黏性末端 而质粒使用限制酶ii切割后形成两个切口 即 两种标记基因都会被切断而起不到标记基因的作用 用限制酶 切割时 形成一个切口 即可以保留一种标记基因的完整性 相同的黏性末端的碱基通过碱基互补配对原则形成氢键连接 3 人的基因之所以能与大肠杆菌的dna分子进行重组 是因为dna结构都一样 都是由四种脱氧核苷酸构成的双螺旋结构 4 所有生物都共用一套密码子 只要条件适宜都可以转录 翻译进行基因表达过程 所以人体的生长激素基因也能在细菌体内成功表达 5 能够在含有氨苄青霉素的培养基上生长就说明目的基因导入位置不在抗氨苄青霉素基因中间 没有破坏抗氨苄青霉素基因 或者是普通的质粒没有连接上目的基因 两个抗性基因都没被破坏 答案 1 反转录 或人工合成 2 或 和 碱基互补配对 3 人的基因与大肠杆菌dna的双螺旋结构相同 4 共用一套 遗传 密码子 5 普通质粒或重组质粒 抗病毒转基因植物成功表达后 以下说法正确的是 a 抗病毒转基因植物可以抵抗所有病毒b 抗病毒转基因植物对病毒的抗性具有局限性或特异性c 抗病毒转基因植物可以抗害虫d 抗病毒转基因植物可以稳定遗传 不会变异解析抗病毒转基因植物只可以抵抗某些病毒 不是所有病毒 不可以抗虫 答案b 1 下列由基因工程方法生产的药物是 干扰素 白细胞介素 青霉素 乙肝疫苗a b c d 解析青霉素是经诱变育种方法培育出高产青霉素菌种 然后再通过发酵工程来生产的 其他药物都是用基因工程方法生产的 答案c 2 下列有关基因工程应用的叙述中 正确的是 a 基因治疗是把缺陷基因诱变成正常基因b 基因诊断的原理是dna分子杂交c 一种基因探针能检测水体中的各种病毒d 原核细胞基因不能用来进行真核生物的遗传改良解析基因治疗是把正常的基因导入有基因缺陷的细胞 从而使其表达 达到治疗目的 基因诊断常用基因探针来进行 其遵循的原理是dna分子杂交 具有很强的特异性 因此一种探针只能检测水体中的一种 类 病毒 所有生物共用一套密码子 所以原核细胞基因也能用来进行真核生物的遗传改良 答案b 3 以重组dna技术为核心的基因工程正在改善着人类的生活 请回答下列问题 1 获得目的基因的方法通常包括 和 2 切割和连接dna分子所使用的酶分别是 和 3 运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 后者的形状是 4 由于重组dna分子成功导入受体细胞的频率 所以在转化后通常需要进行 操作 5 将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌 两者生产的胰岛素在功能和 序列上是相同的 4 解析基因工程中 获得目的基因的方法常用的是直接分离法和人工合成法 前者是用限制性内切酶从生物材料的细胞或染色体中分离出来 后者是以目的基因控制合成的mrna 逆转录分成目的基因或者是以