1、目标导航,预习导引,1.说出基因工程的概念。 2.简述基因工程的基本原理。 3.比较与DNA分子有关的几种酶。 4.举例说明基因工程在农业、医药等领域的应用。 5.关注转基因生物和转基因食品的安全性。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,一、基因工程的概念 基因工程又叫基因拼接技术或DNA重组技术,它是按照人们的意愿,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。棉花容易发生虫灾,农民用农药灭虫,既污染环境,又耗时耗力,而且害虫的抗药性会越来越强,你能想办法帮农民解决这一难题吗? 提示:可利用基因工程培育抗虫棉。,目标导航,预习导引,一,
2、二,三,四,五,二、基因工程的操作工具 1.基因的“剪刀”(限制酶) (1)作用特性: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。 (2)举例:大肠杆菌中的EcoR限制酶。 2.基因的“针线”(DNA连接酶) DNA连接酶能把两条DNA末端之间的脱氧核糖与磷酸“缝合”起来。 3.基因的运载体 (1)具备条件:能够在宿主细胞中复制并稳定地保存;具有多个限制酶切点,便于与外源基因连接;具有某些标记基因,便于进行筛选。 (2)常用运载体:质粒、噬菌体、动植物病毒等。 (3)质粒一般存在于细菌、酵母菌等微生物中。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,三、基因操作的基本步
3、骤 1.提取目的基因:用限制酶切割DNA获取目的基因。 2.目的基因与运载体结合:用一定的限制酶切割运载体,用同一种限制酶切割目的基因;加入DNA连接酶,目的基因与运载体通过DNA连接酶的作用而结合成重组DNA分子。 3.将目的基因导入受体细胞:主要是借鉴细菌和病毒侵染细胞的方法。 4.目的基因的检测与鉴定。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,四、基因工程应用 1.作物育种:利用基因工程的方法,获得高产、稳产和具有优良品质的农作物;培育具有各种抗逆性的作物新品种,如抗虫棉等。 2.药物研制:利用基因工程的方法,培育转基因生物,利用转基因生物生产出各种高质量、低成本的药品,如胰岛素、干扰素
4、、乙肝疫苗等。 3.环境保护:如利用转基因细菌降解有毒、有害化合物,吸收环境中的重金属,分解泄漏的石油,处理工业废水等。,目标导航,预习导引,一,二,三,四,五,五、转基因生物和转基因食品的安全性 2001年5月,国务院公布了农业转基因生物安全管理条例。,知识梳理,典例透析,一,二,三,四,实验设计,一、基因工程的操作工具 1.限制性核酸内切酶(简称限制酶) (1)存在:主要存在于微生物体内。 (2)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。 (3)作用:基因工程中重要的切割工具,在微生物体内能将外来的DNA切断,对自己的DNA无损害。 2.DNA连接酶 作
5、用:把脱氧核糖和磷酸交替连接而成的DNA骨架上的缺口“缝合”起来,即连接磷酸和脱氧核糖形成磷酸二酯键。,知识梳理,典例透析,一,二,三,四,实验设计,3.运载体 (1)概念:能将外源基因送入受体细胞的专门运输工具就是运载体。特别提醒运载体与生物膜载体的不同 化学本质不同,运载体是核酸,生物膜载体是蛋白质。 功能不同,运载体能与目的基因结合并能将其导入受体细胞,用于基因工程,而生物膜载体在生物膜上,与生物膜的选择透过性有关。,知识梳理,典例透析,一,二,三,四,实验设计,二、基因工程操作的基本步骤,知识梳理,典例透析,一,二,三,四,实验设计,三、基因重组与基因工程比较,知识梳理,典例透析,一,
6、二,三,四,实验设计,知识梳理,典例透析,一,二,三,四,实验设计,四、基因工程育种的优点 1.育种周期短。 2.目的性强。 3.克服远缘杂交不亲和的障碍。,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,题型一 基因工程工具酶的应用 【例1】 已知某种限制酶在一线性DNA分子上有3个酶切位点,如下图中箭头所指。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 4种不同长度的DNA片段。现有多个上述线性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,经该酶酶切后,这些线性DNA分子最多能产生长度不同的DNA片段的种类数是( )线性DNA
7、分子的酶切示意图 A.3 B.4 C.9 D.12,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,解析:这道题目可以转化为单纯的数学计算题。每个DNA分子上至少有1个酶切位点被该酶切断,可以切得的种类有a、b、c、d、ab、bc、cd、abc、bcd,共9种。 答案:C 反思领悟限制酶切割DNA分子断裂的化学键是磷酸二酯键,DNA连接酶所修复的也是磷酸二酯键。,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,题型二 基因工程育种的特点 【例2】 能够打破物种界限,定向改造生物的遗传性状,按照人类的意愿培育生物新品种的方法有( ) A.诱变育种和基因工程 B.杂交育种和诱变育种 C
8、.杂交育种和基因工程 D.基因工程 解析:杂交育种是利用同种生物的不同品种进行交配,然后选育新品种的方法;诱变育种是利用人工条件诱发基因突变,导致新基因的产生,但基因突变具有不定向性。只有基因工程可以将控制特定性状的基因从一种生物转移到另一种生物体内,使基因实现了跨物种的转移,定向改造生物的性状。 答案:D,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,反思领悟生物育种包括不定向育种和定向育种。不定向育种包括杂交育种、诱变育种、单倍体育种和多倍体育种;基因工程育种是定向育种。,知识梳理,典例透析,题型一,题型二,题型三,实验设计,题型三 基因工程在农业生产上的应用 【例3】 在用基因工
9、程技术构建抗除草剂的转基因烟草的过程中,下列操作错误的是( ) A.用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B.用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和运载体 C.将重组DNA分子导入烟草原生质体 D.用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 解析:构建抗除草剂的烟草要用限制性核酸内切酶切割杂草中含抗除草剂基因的DNA与运载体。 答案:A 反思领悟限制酶切割的是双链DNA分子,而且具有专一性,有专一识别序列和专一酶切位点。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,探究基因工程操作的基本步骤 基因工程操作的基本步骤可以表示为: 提取目的基因目的基因与运载体结合形成重组DNA分子目的基因导
10、入受体细胞目的基因的检测和鉴定。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,糖尿病是一种常见病,且发病率有逐年增加的趋势,以致西方发达国家把它列为第三号“杀手”。 治疗这种病用的胰岛素过去主要从动物(如猪、牛)中得到。自20世纪70年代基因工程发展起来以后,人们开始采用这种高新技术进行生产,其操作的基本过程如下图所示。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,进行基因操作一般要经过的四个步骤是 ; ; ; 。 合成胰岛素的遗传信息传递过程是 。 图中的质粒存在于细菌细胞内,从其分子结构看,可确定它是一种 。请根据碱基互补配对原则,在连接酶的作用下,把图中甲与乙拼接起来。(在方
11、框内画出) 细菌丙进行分裂后,其中被拼接的质粒也由1个变成2个,2个变成4个质粒的这种增加方式在遗传学上称为 。目的基因通过活动(即表达)后,能使细菌产生治疗糖尿病的激素。这是因为基因具有控制 合成的功能。 利用基因工程生产的药物还有哪些? 。,知识梳理,典例透析,实验设计,探究方法,能力展示,解析:目前对糖尿病的治疗,大多采用静脉注射胰岛素的方法,这种激素在人体的胰腺内是由胰岛B细胞产生的。胰岛素的基因工程生产已成为现实,就是将人胰岛素基因导入受体细菌,通过培养这种细菌来获得胰岛素。 答案:提取目的基因 目的基因与运载体结合 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测和鉴定DNA 如下图复制 蛋白质 干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子等,
