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成才之路 生物,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 必修2,從雜交育種到基因工程,第六章,第2節(jié) 基因工程及其應(yīng)用,第六章,1．基因工程的原理是基因重組。 2．基因工程的操作工具有限制酶、DNA連接酶和運(yùn)載體。 3．限制性核酸內(nèi)切酶具有特異性，能識(shí)別特定的核苷酸序列，并在特定位點(diǎn)上切割DNA分子。 4．DNA連接酶的作用是將目的基因和運(yùn)載體連接成重組DNA分子。 5．常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等。 6．基因工程的四個(gè)步驟是：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)與鑒定。,目標(biāo)導(dǎo)航： 1．說出基因工程的原理。 2．簡(jiǎn)述基因工程的工具及作用。(重、難點(diǎn)) 3．了解基因工程的應(yīng)用及轉(zhuǎn)基因生物和食品的安全性。 情境導(dǎo)入： “抗蟲棉”的發(fā)明，給我國(guó)廣大的棉農(nóng)帶來了福音，它不僅降低了生產(chǎn)成本，提高了棉花的產(chǎn)量和質(zhì)量，還減少了農(nóng)藥的使用，降低了環(huán)境污染。 問題探究：抗蟲棉是怎樣培育而成的？ 提示：通過基因工程(轉(zhuǎn)基因技術(shù))培育而成。,一、基因工程的原理 1．基因工程的概念 (1)別名：__________________________________。 (2)操作思路：提取某種生物的________→加以________→放到另一種生物的________中→____________生物的遺傳性狀。,預(yù) 習(xí) 導(dǎo) 學(xué),基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù),基因,修飾改造,細(xì)胞,定向地改造,2．基因工程操作的基本工具 (1)基因的“剪刀” ①名稱：__________________，簡(jiǎn)稱限制酶。 ②特性：一種限制酶只能識(shí)別______________________，并在____________上切割DNA分子。 ③實(shí)例及剪切位點(diǎn)： a．實(shí)例：大腸桿菌中的EcoRⅠ限制酶。 b．在下圖中標(biāo)出剪切位點(diǎn)：,,限制性核酸內(nèi)切酶,一種特定的核苷酸序列,特定的切點(diǎn),,(2)基因的“針線” ①名稱：____________________。 ②作用：連接______________和________之間的缺口。 (3)基因的運(yùn)載體 ①作用：將外源基因送入______________。 ②種類：____________、噬菌體、動(dòng)植物病毒等。 ③質(zhì)粒 a．分布：________及酵母菌等生物的細(xì)胞中。 b．特點(diǎn)：能夠______________。 c．本質(zhì)：__________________。 3．基因工程的步驟：____________→目的基因與_______結(jié)合→將目的基因?qū)隷__________→目的基因的_________。,DNA連接酶,脫氧核糖,磷酸,受體細(xì)胞,質(zhì)粒,細(xì)菌,自主復(fù)制,環(huán)狀DNA分子,提取目的基因,運(yùn)載體,受體細(xì)胞,檢測(cè)與鑒定,二、基因工程的應(yīng)用及轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 1．基因工程的應(yīng)用,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,農(nóng)藥的用量,農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染,胰島素,質(zhì)量,成本,降解有毒有害化合物,2.轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 (1)兩種觀點(diǎn)： ①轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品不安全，要___________； ②轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是安全的，應(yīng)該______________________。 (2)我國(guó)的態(tài)度：十分重視轉(zhuǎn)基因生物及其食品的安全性問題。,嚴(yán)格控制,大范圍推廣,1.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉對(duì)人體有毒害作用嗎？ 2．不同的限制酶所識(shí)別的核苷酸序列相同嗎？為什么？ 提示：1.沒有，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉表達(dá)出的“毒蛋白”只特異性的對(duì)鱗翅目的昆蟲有毒害作用，不對(duì)人體產(chǎn)生毒害作用。 2．不相同。一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，所以不同的限制酶所識(shí)別的序列也不同。,思 維 激 活,(一)問題探討 提示：此節(jié)“問題探討”以基因工程菌的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思考基因工程的原理。為啟發(fā)學(xué)生思考，教師可引導(dǎo)學(xué)生回憶前面學(xué)過的遺傳學(xué)知識(shí)，如不同生物的DNA在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性，幾乎所有的生物都共用一套遺傳密碼等。 (二)練習(xí) 基礎(chǔ)題 1．基因工程的操作通常包括以下4步：(1)獲得目的基因(外源基因)；(2)目的基因與運(yùn)載體結(jié)合，形成重組DNA分子；(3)將重組DNA分子導(dǎo)入受體細(xì)胞；(4)目的基因的檢測(cè)與鑒定。,2. 3．常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、噬菌體、農(nóng)桿菌、動(dòng)植物病毒等。,(三)拓展題 1．提示：這是因?yàn)樵诨蛩缴?，人和?xì)菌的遺傳機(jī)制是一致的。細(xì)菌和人的遺傳物質(zhì)都是DNA，都使用同一套遺傳密碼子，都遵循中心法則。因此，通過基因重組，細(xì)菌能夠合成人體的某些蛋白質(zhì)。 2．提示：例如，可以向客戶說明農(nóng)場(chǎng)具備相應(yīng)的安全檢測(cè)設(shè)施和措施，已經(jīng)領(lǐng)取了農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全證書，產(chǎn)品中所含有的成分都是自然界天然存在的物質(zhì)，產(chǎn)品經(jīng)過試用表明對(duì)人體無(wú)害等。 3．提示：例如，“轉(zhuǎn)基因土豆——肝炎患者的希望！”等。,1.基因工程的概念 基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。 注意：基因工程也是基因重組的一種。,基因工程的原理,要 點(diǎn) 歸 納,2．基因操作的工具,3．基因操作的基本步驟,作為運(yùn)載體必須具備三個(gè)條件：(1)能在宿主細(xì)胞中保存下來并大量復(fù)制。(2)有多個(gè)限制酶切點(diǎn)，而且每種酶的切點(diǎn)最好只有一個(gè)，如大腸桿菌pBR332就有多種限制酶單一識(shí)別位點(diǎn)，可適于多種限制酶切的DNA插入。(3)有一定的標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選。如大腸桿菌pBR332質(zhì)粒攜帶氨芐青霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因，就可以作為篩選的標(biāo)記基因。一般來說，天然運(yùn)載體往往不能滿足上述要求，因此需要根據(jù)不同的目的和需要，對(duì)運(yùn)載體進(jìn)行人工改建?，F(xiàn)在所使用的質(zhì)粒運(yùn)載體幾乎都是經(jīng)過改建的。,(1)對(duì)于基因工程的操作工具應(yīng)記住名稱，理解其功能。理解基因工程操作的四個(gè)基本步驟，并注意聯(lián)系“酶的專一性”“堿基互補(bǔ)配對(duì)原則”“逆轉(zhuǎn)錄”“中心法則”等知識(shí)。,(2)基因工程中的運(yùn)載體。在基因操作過程中使用運(yùn)載體有兩個(gè)目的：一是用它作為運(yùn)載工具，將目的基因轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)胞中去；二是利用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量的復(fù)制?，F(xiàn)在所用的運(yùn)載體主要有兩類：一類是細(xì)菌質(zhì)粒，它是一種相對(duì)分子質(zhì)量較小、獨(dú)立于染色體DNA之外的環(huán)狀DNA(一般有100～200kb，kb為千堿基對(duì))，有的細(xì)菌中有一個(gè)，有的細(xì)菌中有多個(gè)。另一類運(yùn)載體是噬菌體或某些病毒等?，F(xiàn)在人們還在不斷尋找新的運(yùn)載體，如葉綠體或線粒體DNA等也可能成為運(yùn)載體。,下表關(guān)于基因工程中有關(guān)基因操作的名詞及對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，正確的組合是( ),典 例 導(dǎo) 析,[解析] 供體是提供目的基因的生物，受體是接受目基因的生物，剪刀是限制酶，針線是DNA連接酶，常用的運(yùn)載體是質(zhì)粒。 [答案] C,下列有關(guān)基因工程技術(shù)的正確敘述是( ) A．重組DNA技術(shù)所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體 B．所有限制酶都只能識(shí)別同—種特定的核苷酸序列 C．選用細(xì)菌作為重組質(zhì)粒的受體細(xì)胞是因?yàn)榧?xì)菌繁殖快 D．基因工程中常用的運(yùn)載體質(zhì)粒在動(dòng)植物細(xì)胞中廣泛存在 [答案] C,[解析],基因工程與作物育種：農(nóng)業(yè)上獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、具優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，畜牧業(yè)上獲得人們所需要的、具優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。 基因工程與藥物研制：能高效地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本藥品。 基因工程與環(huán)境保護(hù)：可進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，環(huán)境凈化。,基因工程的應(yīng)用,要 點(diǎn) 歸 納,(1)限制酶和DNA連接酶作用的部位是相同的，都是磷酸二酯鍵。 (2)只有目的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，才能說明基因工程的操作成功。,有關(guān)基因工程的成果及應(yīng)用的說法，正確的是( ) A．用基因工程方法培養(yǎng)的抗蟲植物也能抗病毒 B．基因工程在畜牧業(yè)上應(yīng)用的主要目的是培養(yǎng)體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動(dòng)物 C．目前任何一種藥物都可以運(yùn)用基因工程來生產(chǎn) D．基因工程在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗逆性的農(nóng)作物,典 例 導(dǎo) 析,[解析] 用基因工程方法培育出的抗蟲植物只能殺死害蟲，對(duì)病毒無(wú)效；基因工程在畜牧業(yè)上的應(yīng)用不僅是培養(yǎng)體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動(dòng)物，更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的表達(dá)，從這些動(dòng)物的乳腺細(xì)胞中獲得人類所需要的各類物質(zhì)；目前基因工程只是實(shí)現(xiàn)了一部分藥物的生產(chǎn)。 [答案] D,下列各項(xiàng)不屬于基因工程的應(yīng)用的是( ) A．轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的培育成功 B．利用DNA探針檢測(cè)飲用水中有無(wú)病毒 C．利用工程菌生產(chǎn)胰島素 D．將甲植物的葉綠體移入乙植物，使光合效率提高 [答案] D [解析] 將甲植物的葉綠體移入乙植物，轉(zhuǎn)移的是細(xì)胞器而非基因，故不屬于基因工程的范疇。,通過學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，認(rèn)識(shí)到生命中的許多事實(shí)還有待于人類去探索，科學(xué)發(fā)展中仍有許多問題有爭(zhēng)議。(見教材P105頁(yè)),轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性,要 點(diǎn) 歸 納,因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，在很多方面展示出美好的應(yīng)用前景，但另一方面，基因工程也給人們帶來了許多潛在的危險(xiǎn)，因此要辯證地看待基因工程所引發(fā)的問題：如可能制造超級(jí)細(xì)菌、超級(jí)雜草等；制造出難以制服的病原體、生物武器；轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物的出現(xiàn)引發(fā)物種入侵，有可能破壞原有的生態(tài)平衡，對(duì)原有物種產(chǎn)生威脅；還可能帶來轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題等。,(2015蘇州調(diào)研)下列哪項(xiàng)屬于轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)點(diǎn)( ) A．耐抗性的轉(zhuǎn)基因油菜可能成為某地區(qū)危害最為嚴(yán)重的雜草 B．轉(zhuǎn)基因水稻可通過花粉向普通野生稻擴(kuò)散產(chǎn)生基因污染 C．大面積栽培轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉可減少農(nóng)藥的使用 D．轉(zhuǎn)基因作物可能破壞生態(tài)平衡使生物數(shù)量劇減,典 例 導(dǎo) 析,[解析] 認(rèn)為轉(zhuǎn)基因生物可能存在安全問題的有：轉(zhuǎn)基因油菜可能會(huì)擴(kuò)散到種植區(qū)外變成野生種類，成為雜草；轉(zhuǎn)基因水稻可通過花粉向普通野生稻擴(kuò)散，從而重組出對(duì)人類或其他生物有害的病原體；轉(zhuǎn)基因作物具有某些特殊性狀，有可能成為“入侵的外來物種”，威脅生態(tài)系統(tǒng)中其他生物的生存。轉(zhuǎn)基因生物的優(yōu)點(diǎn)，如轉(zhuǎn)Bt基因的抗蟲棉可減少農(nóng)藥的使用。 [答案] C,美國(guó)科學(xué)家在研究生長(zhǎng)在墨西哥某地的野生玉米后，發(fā)現(xiàn)這種玉米含有包括蘇云金芽孢桿菌(一種產(chǎn)生抗蟲毒蛋白的細(xì)菌)基因在內(nèi)的轉(zhuǎn)基因作物的基因。下列有關(guān)說法正確的是( ) ①轉(zhuǎn)基因作物的基因可傳播到野生植物中 ②轉(zhuǎn)基因作物可對(duì)天然植物的遺傳多樣性構(gòu)成威脅 ③為防止基因污染，應(yīng)當(dāng)禁止轉(zhuǎn)基因作物的研究 ④自然雜交過程的實(shí)質(zhì)是一個(gè)長(zhǎng)期的轉(zhuǎn)基因過程，兩者沒有任何區(qū)別 A．①②③④ B．③ C．①② D．①,[答案] C [解析] 根據(jù)題意可知，轉(zhuǎn)基因植物的基因傳播到野生植物中，這樣會(huì)對(duì)植物遺傳多樣性構(gòu)成威脅。自然雜交是通過傳粉的方式實(shí)現(xiàn)基因重組，與轉(zhuǎn)基因技術(shù)中通過重組質(zhì)粒實(shí)現(xiàn)基因重組是有區(qū)別的。,基因重組與基因工程的比較,基因工程技術(shù)不僅用于基因工程育種和生產(chǎn)藥物，而且可以直接用于基因的診斷和治療?；蛟\斷是用放射性同位素(如32P)、熒光分子等標(biāo)記的DNA分子作探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測(cè)標(biāo)本上的遺傳信息，達(dá)到檢測(cè)疾病的目的。,基因工程在疾病的診斷與治療方面的應(yīng)用,基因診斷技術(shù)在診斷遺傳性疾病方面發(fā)展得尤為迅速，目前人們已經(jīng)可以對(duì)幾十種遺傳病進(jìn)行產(chǎn)前診斷?；蛑委熓前呀】档耐庠椿?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)到治療疾病的目的。雖然這里還有許多技術(shù)上的難題需要解決，但是我們相信，不久的將來，人類一定能夠用基因工程的方法治療白化病、苯丙酮尿癥等許多遺傳病。,探究點(diǎn) 提示信息在補(bǔ)充完善型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 ——轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用 [案例] 番茄(2n＝24)的正常植株(A)對(duì)矮生植株(a)為顯性，紅果(B)對(duì)黃果(b)為顯性，兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳。請(qǐng)回答下列問題： (1)現(xiàn)有基因型AaBB與aaBb的番茄雜交，其后代的基因型有________種，________基因型的植株自交產(chǎn)生的矮生黃果植株比例最高。自交后代的表現(xiàn)型及比例為______________。,(2)在♀AA♂aa雜交中，若A基因所在的同源染色體在減數(shù)第一次分裂時(shí)不分離，產(chǎn)生的雌配子染色體數(shù)目為____，這種情況下雜交后代的株高表現(xiàn)型可能是____。 (3)假設(shè)兩種純合突變體X和Y都是由控制株高的A基因突變產(chǎn)生的，檢測(cè)突變基因轉(zhuǎn)錄mRNA，發(fā)生X的第二個(gè)密碼子中第二個(gè)堿基由C變?yōu)閁，Y在第二個(gè)密碼子第二個(gè)堿基前多了一個(gè)U，與正常植株相比，________突變體的株高變化可能更大，試從蛋白質(zhì)水平分析原因：______________________。,(4)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可使某基因在植株體內(nèi)過量表達(dá)，也可以抵制某基因表達(dá)。假設(shè)A基因通過控制赤霉素的合成來控制番茄的株高，請(qǐng)完成如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以驗(yàn)證假設(shè)是否成立。 ①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(借助轉(zhuǎn)基因技術(shù)，但不要求轉(zhuǎn)基因的具體步驟)： a．分別測(cè)定正常與矮生植株的赤霉素含量和株高。 b．___________________________________。 c．_________________________________。 ②支持上述假設(shè)的預(yù)期結(jié)果：_____________________。 ③若假設(shè)成立，據(jù)此說明基因控制性狀的方式：______。,[標(biāo)準(zhǔn)答案] (1)4 aaBb 矮生紅果矮生黃果＝31 (2)13或11 正?；虬?(3)Y Y突變體的蛋白質(zhì)中氨基酸的改變比X突變體可能更多(或：X突變體的蛋白質(zhì)可能只有一個(gè)或沒有氨基酸發(fā)生改變，Y突變體的蛋白質(zhì)氨基酸序列可能從第一個(gè)氨基酸后都改變),(4)①b.通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，抑制正常植株A基因的表達(dá)，測(cè)定其赤霉素含量和株高 c．通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，使A基因在矮生植株中過量表達(dá)，測(cè)定其赤霉素含量和株高(答案中b和c次序不做要求) ②與對(duì)照比較，正常植株在A基因表達(dá)被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；與對(duì)照比較，A基因在矮生植株中過量表達(dá)后，該植株赤霉素含量增加，株高增加 ③基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物性狀,[方法警示] 得分要點(diǎn)： (1)必須答為“4 aaBb 矮生紅果矮生黃果＝31”才能得分。 (2)必須答為“13或11 正?；虬辈拍艿梅?。 (4)必須體現(xiàn)如下內(nèi)容： ①b.抑制正常植株A基因的表達(dá)，測(cè)定其赤霉素含量和株高。 c．A基因在矮生植株中過量表達(dá)，測(cè)定其赤霉素含量和株高。,②正常植株在A基因表達(dá)被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；A基因在矮生植株中過量表達(dá)后，該植株赤霉素含量增加，株高增加。 ③基因通過控制酶的合成來控制代謝過程，進(jìn)而控制生物性狀。,[錯(cuò)因案例] (2)答案不全，第一空答為“13”，第二空答為“矮生”。 (3)錯(cuò)答為“不確定 突變基因后面的基因翻譯的氨基酸均發(fā)生了變化”。 (4)②答案不全，只答出其中的一種情況。 [技法提煉] 解答本題的關(guān)鍵點(diǎn)是： (1)異常減數(shù)分裂對(duì)配子染色體數(shù)目的影響： 減數(shù)分裂過程中同源染色體未分離，移向同一極，導(dǎo)致減數(shù)第一次分裂結(jié)束后的兩個(gè)細(xì)胞均異常，減數(shù)第二次分裂后，所得異常配子一半多一條染色體，另一半少一條染色體。,(2)赤霉素含量對(duì)植株株高的影響： 赤霉素的主要作用是促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)，從而引起植株增高，即赤霉素含量高，植株增高。 (3)題干信息的獲取和利用： ①“轉(zhuǎn)基因技術(shù)可使某基因在植物體內(nèi)過量表達(dá)，也可以抑制某基因表達(dá)”，由此推出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)一組是促進(jìn)基因的表達(dá)，另一組是抑制基因的表達(dá)； ②“分別測(cè)定正常與矮生植株的赤霉素含量和株高”，由此推出接受處理的植株分別是正常植株和矮生植株。,,