人教版必修二第六章第2节基因工程及其应用(共59张PPT).ppt

能发光的水母,请您欣赏,能否能否让热带鱼也能发光?,设想,不能发光的热带斑马鱼,请您欣赏,请您欣赏,超级小鼠与超级鱼,第二节基因工程及其应用,一、基因工程原理分子水平改变生命,基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是在生物体外，通地对DNA分子进行人工剪切和拼接，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生人类所需要的基因产物。,通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，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（目的）。,基因工程概念的理解,基因重组,生物体外,基因,DNA分子水平,剪切、拼接、导入、表达,定向改造生物的遗传性状，获得人类需要的基因产物。,1.基因的剪刀限制性核酸内切酶(简称限制酶),（一）基因操作的工具,限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶,能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特异性。即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并且能在特定的切点上切割DNA分子。,1.基因的剪刀限制性核酸内切酶(简称限制酶),例：大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开.,限制酶,限制酶,1.基因的剪刀限制性核酸内切酶(简称限制酶),黏性末端,平末端,限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列：,限制酶EcoRI,限制酶SmaI,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA两条单链的切口,带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,限制性核酸内切酶作用的是DNA分子中的什么键？,磷酸二酯键即脱氧核糖、磷酸之间的连接,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.,1.来源,2.功能,3.作用部位,4.作用结果,主要是从原核生物中分离纯化而来,磷酸二酯键,切割DNA产生黏性末端或平末端,小结：限制性核酸内切酶,CCTGCAGDCTAAATCGACGTCGATTTAG,D,课堂演练,例.下面哪项不具有限制酶识别序列的特征()AGAATTCBGGGGCCCCCTTAAGCCCCGGGG,解析：限制酶识别的各种序具有回文对称的特点。所谓回文对称序列就是当以不同的方向分别阅读DNA的两条互补链时，DNA的两条链上的碱基序列相同。如A中的DNA分子，其中一条链从左向右阅读碱基序列是GAATTC，另一条互补链从右向左阅读碱基序列也是GAATTC。,2.限制性内切酶是基因工程中重要的操作工具.下图为限制性内切酶作用后的粘性末端。据图分析，这是几种限制酶作用的结果及限制酶识别的核苷酸序列由几个核苷酸组成_.,2,6,3.下列所示的黏性末端是由几种限制性内切酶作用产生的?,4种,GA,CA,GT,CT,4.已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a、b、c、d四种不同长度的DNA片段。现在多个上述线性DNA分子，若在每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段种类数是:A3B4C9D12,线性DNA分子的酶切示意图,C,2.基因的针线DNA连接酶,（一）基因操作的工具,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,磷酸二酯键,模型构建1,练习使用EcoRI剪切目的基因,具有相同的黏性末端,目的基因,尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,由于具有相同的黏性末端,不同来源的DNA片段可以拼接在一起形成重组DNA分子,作用把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来。,2.基因的针线DNA连接酶,运载体的作用有哪些？,常用的运载体主要有哪些？,质粒的化学本质是什么？,基因操作的基本步骤,举例说明什么是目的基因,培育转基因动物,目的基因的受体细胞是什么?,与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？,阅读思考：,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,（一）基因操作的工具,导入过程需要运输工具,3.基因的(运)载体,（一）基因操作的工具,运载体的作用有哪些？,作用一：作为运载工具，将外源基因(如:抗虫基因)转移到受体细胞(如:棉花细胞)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行复制。,质粒、噬菌体、动植物病毒等,常用的运载体主要有哪些？,质粒的化学本质是什么？,小型环状DNA,3.基因的(运)载体,质粒,质粒存在于细菌、酵母菌等生物中,是拟核或细胞核以外的小型环状DNA分子。质粒是基因工程最常用的运载体。,3.基因的(运)载体,大肠杆菌的质粒：,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因,如四环素的标记基因.质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内成。注意：质粒与（运）载体的关系,四个基本步骤：,(二)基因操作的基本步骤,1）提取目的基因2）目的基因与(运载)体结合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和鉴定,举例说明什么是目的基因,(二)基因操作的基本步骤,目的基因：是用于定向改造生物所需要的特定基因。,例如：苏云金芽孢杆菌的抗虫基因、植物的抗病(抗病毒、抗细菌)基因、种子贮藏蛋白的基因、人的胰岛素基因、干扰素基因等。,步骤一：提取目的基因,步骤二：目的基因与运载体结合,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,(二)基因操作的基本步骤,质粒,DNA分子,一个切口两个黏性末端,两个切口获得目的基因,DNA连接酶,重组DNA分子(重组质粒),同一种限制酶处理,步骤二：目的基因与运载体结合,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,由于具有相同的黏性末端,不同来源的DNA片段可以拼接在一起.,目的基因,质粒的局部DNA片段,重组DNA分子(重组质粒),步骤三：目的基因导入受体细胞,(二)基因操作的基本步骤,培育转基因抗虫棉、转基因鲤鱼及生产基因工程药品的受体细胞分别是什么？理由？,棉细胞、鲤鱼受精卵、微生物细胞,动物受精卵具有发育全能性,微生物繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多、容易培养,步骤四：目的基因的检测和鉴定,(二)基因操作的基本步骤,根据质粒上的特殊基因(标记基因)检测,不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。,（二）基因操作的基本步骤,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。,步骤四：目的基因的检测和鉴定,二、基因工程的应用,1、基因工程与作物育种,3、基因工程与环境保护,2、基因工程与药物研制,二、基因工程的应用,运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。,生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),1、基因工程与作物育种,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯,不会引起过敏的转基因大豆,会发光的转基因鱼,蓝色妖姬,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,超级动物,特殊动物,图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。,2、,与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些,目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短。,(记住！),2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,生产基因工程药品为什么常用微生物作为目的基因的受体细胞?,微生物繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多、容易培养,治疗糖尿病,治疗生长缺陷症,治疗烫伤、胃溃疡,治疗某些癌症,治疗癌症或病毒感染,预防病毒性肝炎,治疗心血管病(心脏病),*、不属于基因工程方法生产的药物是（）A、干扰素B、白细胞介素C、青霉素D、乙肝疫苗,C,3、基因工程与环境保护,环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？,1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病。,2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响。,3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。,三、转基因生物与转基因食品的安全性,例.下列应用不涉及基因工程的是()A.培育能生产乙肝疫苗的酵母菌B.培育能生产激素的“超级绵羊”C.培育高产优质的“太空椒”D.培育能分解石油的“超级细菌”E.固氮小麦的培育F.青霉素高产菌株的培育G.克隆牛H.培育矮杆抗病小麦新品种I.利用酵母菌酿造啤酒,CFGHI,例题分析：,end,课堂演练,1.有关基因工程的叙述正确的是（）A、限制酶只在获得目的基因时才用B、重组质粒的形成在细胞内完成C、质粒都可作为运载体D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,2.有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来B、限制性内切酶用于目的基因的获得C、目的基因须由运载体导入受体细胞D、人工合成目的基因不用限制性内切酶,A,end,3利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是()A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAC山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNA序列D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白,D,end,4.棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死,而此毒蛋白对人畜无害.科学家已成功地将该毒蛋白基因导入棉花植株体内并成功表达。棉铃虫吃了这种转基因棉花的植株后就会死亡。请根据上述材料回答下列问题：(1)抗虫棉的培育，从变异的角度来看,这种技术属于有目的性的人工.(2)从苏云金杆菌中切割抗虫基因所用的工具是，此工具主要存在于，其特点是：_。,基因重组,限制酶,细菌等微生物中,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定位点进行酶切割.,(3)基因工程又叫技术。假设以细菌质粒作为运载体,要用切割运载体与目的基因,将切割后的运载体与目的基因片段混合.质粒的黏性末端与目的基因DNA片段的黏性末端就可通过而黏合。并加入DNA连接酶.(4)该项科技成果在环境保护上的重要作用是:,基因拼接,同一种限制酶,碱基互补配对,减少农药污染,保护了环境,(5)题中“毒蛋白基因转入棉花植株内并成功表达”中的“成功表达”含义是指_。(6)如果在棉花植株体内产生了毒蛋白,说明_.检测毒蛋白基因是否表达的最好方法是.(7)转基因抗虫棉抗害虫的遗传信息的传递过程可以表示为:_.,目的基因,让棉铃虫食用棉花植株,毒蛋白基因在棉株细胞内经转录,和翻译过程合成了毒蛋白,完成了表达的过程,毒蛋白基因mRNA毒蛋白,(8)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程培育新品种的主要优点是:_。(9)细菌的