2014-2015学年高中生物人教版必修二课件：第6章 第2节　基因工程及其应用.ppt

1、生物必修2（人教版）第6章 从杂交育种到基因工程 第2节 基因工程及其应用核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接核 心点 晴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。2DNA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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接核 心点 晴3基因工程的基本程序主要包括四个步骤：提取目的基因；目的基因与运载体结合(基因工程的核心)；将

2、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接一、基因工程的原理新 知初 探u 自主学习DNA重组技术基因DNA分子定向地核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接新 知初 探2三种工具。(1)“剪刀”与“针线”。项目名称作用剪刀针线_(简称_)识别特定的_序列，并在特定的切点上切割DNA分子_连接_和_之间的缺口限制性核酸内切酶限制酶核苷酸DNA连接酶脱氧核糖磷酸核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接新 知初 探(2)运载体。作用：

3、将外源基因送入_。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_。受体细胞噬菌体动植物病毒细菌自主复制环状DNA分子核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接新 知初 探3基因工程的步骤。目的基因运载体受体细胞检测与鉴定核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接二、基因工程的应用及转基因生物和转基因食品的安全性新 知初 探1基因工程的应用。应用内容作物育种药物研制环境保护培育出具有各种_的作物新品种_的转基因抗虫棉减少了_，而且还减少了农药对环境的污染生产人的胰岛素胰岛素基因与大肠杆菌的DNA分子_，并在大肠杆菌内获得成功的_利用

4、_降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等实例目的实例意义过程实例抗逆性 抗棉铃虫农药的用量重组表达转基因细菌核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接新 知初 探2.转基因生物和转基因食品的安全性。严格控制 大范围推广核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接新 知初 探u 合作交流1判断正误：(1)基因工程的操作过程可以产生新的基因，从而产生了基因突变。()(2)基因工程是将目的基因导入受体细胞中并获得相应性状或基因产物，操作对象为基因，属于分子水平。()(3)一种限制酶可以识别多种序列。()(4)质粒是最为常用的运载体，它只能从原核生物中获取。

5、()核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接(1)基因工程的实质是基因重组，不能产生新的基因。(3)一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。(4)质粒存在于许多细菌及酵母菌等生物的细胞中，不是只能从原核生物中获取。分析新 知初 探核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接新 知初 探2问题思考：(1)转基因抗虫棉有性繁殖产生的后代都具有抗虫特性吗？为什么？(2)转基因成功的标志是什么？不一定。因为性状分离或变异的原因，抗虫棉的子代可能会失去抗虫特性。提示产生了目的基因的产物或具有了相应的性状。提示核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验

6、专项栏目链接探究一 基因工程及操作步骤要 点探 究一、基因工程的理解基因工程别名操作环境操作对象操作水平原理基本过程结果基因拼接技术或DNA重组技术生物体体外基因DNA分子水平基因重组剪切、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核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究二、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。核心点

7、晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究切割结果：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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究(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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究条件：a能在宿主细胞内稳

8、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究特别提醒：(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：克服远缘杂交不亲和障碍。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：核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究比较项目DNA连接酶DNA聚合酶不同点作用对象连接DNA片段连接游离的脱氧核苷酸作用条件不需要模板需要模板相同点作用部位连接不同脱氧核苷酸之间的磷酸和脱氧核糖(4)操作步骤中只有第

9、三步导入受体细胞不涉及碱基互补配对，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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究u 问题导学用同一种限制酶切割形成的是同一种黏性末端，可以通过碱基互补配对的形式结合到一起，并用DNA连接酶将其“缝合”。提示1.(1)将目的基因与运载体结合时为什么用同一种限制酶，两者结合的原理是什么？(2)基因工程中，为什么目的基因在不同物种中均能成功表达？不同的生物体共用一套遗传密码，控制合成相同的蛋白质。提示核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏

10、目链接要 点探 究【例1】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技巧归纳：基因工程与基因重组的比较核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究基因重组基因工程原理减数分裂时，非同源染色体上的非等位基因的自由组合或同源染色体上的等位基因的交叉互换基因重组重组方式同一物种的不同基因不同物种的不同基因变异大小小大意义生物变异的来源之一，对生物进化有重要意义使人类有可能按照自己意愿，直接定向改变生物的遗传性状，培育出新品种相同点实现不同基因的重新组合，使生物产生变异核心点晴新知初探要点

11、探究易错剖析实验专项栏目链接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”不涉及碱基互补配对，其余三步都涉及。解析核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究C解析要 点探 究u 跟踪训练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

12、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：核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究(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。限制酶氨苄青霉素抗性目的基因导入受体细胞核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究(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

13、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：_。氨苄青霉素如果长出蓝色菌落，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)核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接_。要 点探 究如果长出白色菌落，说明重组质粒已经导入受体大肠杆菌核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接探究二 有关基因工程中一些观点说法的辨析要 点探 究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

14、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究4DNA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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究6

15、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究u 问题导学2.(1)不同的限制酶切割形成的黏性末端一定不能连接在一起吗？为什么？不一定。例如，限制酶1的识别序列和切点分别是GGATCC、在G与G之间切开，限制酶2的识别序列和切点分别是GATC、在G之前切开，两者形成的

16、黏性末端是可以互补配对并连接在一起的。解析核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接氢键的断裂和重新形成与限制酶和DNA连接酶无关，氢键的形成不需要酶的作用。DNA连接酶无识别的特异性，能恢复两核苷酸间的磷酸二酯键，将两个DNA片段连接起来。解析(2)氢键形成需要酶的作用吗？DNA连接酶有识别的特异性吗？要 点探 究【例2】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()核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究CDNA解旋酶作用于部位，限制性核酸内切酶只作用于部

17、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究(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。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GC60%；DNA解

18、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。解析答案B核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究u 跟踪训练2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核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究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GC60%；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

19、2个，占1/4。解析答案B核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接易 错剖 析【例】(双选)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，却产生了定向变异核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接易 错剖 析易错选项：选AB项或CD项错因分析：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

20、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接要 点探 究选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GATTCG 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。正确答案核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接课题：确定对照

21、实验的设计方法实 验专 项基础理论：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”，核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接实 验专 项将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

22、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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接实 验专 项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。核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链

23、接u 典例剖析实 验专 项(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：组别温度/光照强度：普通阳光/%开始时的CO2浓度/%12小时后CO2浓度/%1 25 0 0.35 0.3682 25 10 0.35 0.3423 25 20 0.35 0.3064 25 40 0.35 0.2895 25 60 0.35 0.2826 25 80 0.35 0.2807 25 95 0.35 0.279核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验

24、专项栏目链接实 验专 项 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：_。光照强度温度(其他合理答案也可)1组和2组之间单一变量对照增加若干实验组，依次增加光照强度核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接实 验专 项(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

25、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)，核糖体共用一套遗传密码核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接实 验专 项让该抗虫植株自交，后代中抗虫植株和非抗虫植株之间的比例分别是：甲_乙_丙_。1：03：115:1核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接实 验专 项(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

26、，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。解析核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接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1/21/21/4，抗虫个体占的比例为11/4=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1/41/41/16，抗虫个体占的比例为11/1615/16。实 验专 项核心点晴新知初探要点探究易错剖析实验专项栏目链接