2019-2020学年人教版生物必修二讲义:第6章 第2节 基因工程及其应用 Word版含答案.pdf
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1、第第 2 节 基因工程及其应用节 基因工程及其应用 学学 习习 目目 标标核核 心心 素素 养养 1说出基因工程的概念。说出基因工程的概念。 2说出基因工程的基本工具。说出基因工程的基本工具。(重点重点) 3 阐述基因工程的基本操作。 阐述基因工程的基本操作。 (重、 难点重、 难点) 4举例说明基因工程的应用。举例说明基因工程的应用。 1 理解遗传物质的研究为基因工程提供 了理论基础。 理解遗传物质的研究为基因工程提供 了理论基础。 2通过联想制作拼接画的过程,理解基 因工程的操作工具。 通过联想制作拼接画的过程,理解基 因工程的操作工具。 3 采用绘图方法逐步理解基因工程的基 本操作。 采
2、用绘图方法逐步理解基因工程的基 本操作。 一、基因工程的基本操作工具一、基因工程的基本操作工具 1基因工程的概念基因工程的概念 2基因工程的操作工具基因工程的操作工具 (1)“剪刀”和“针线”“剪刀”和“针线” 项目项目名称名称作用作用 “剪刀”“剪刀”限制酶限制酶 识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切 割 识别特定的核苷酸序列,并在特定的切点上切 割 DNA 分子分子 “针线”“针线”DNA 连接酶连接酶连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口连接脱氧核糖和磷酸之间的缺口 (2)运载体运载体 作用:将外源基因送入受体细胞。作用:将外源基因送入受体细胞。 种类种类 噬噬菌菌体体 质质粒粒 分分布布:
3、:许 许多 多细 细菌菌以以及及酵酵母母菌 菌等等生生物物细细胞胞质质中中 特特性性: :能能够够自自主主复复制制 实实质质: :环环状状DNA分分子子) 动动植植物物病病毒毒 ) 二、基因工程的操作及应用二、基因工程的操作及应用 1基本操作步骤基本操作步骤 2应用及安全性应用及安全性 (1)应用应用 应用应用内容内容 目的目的培育出具有各种抗逆性的作物新品种培育出具有各种抗逆性的作物新品种 实例实例抗虫的转基因抗虫棉抗虫的转基因抗虫棉 作物育 种 作物育 种 意义意义减少了农药用量,而且还减少了农药对环境的污染减少了农药用量,而且还减少了农药对环境的污染 实例实例生产人的胰岛素生产人的胰岛素
4、 药物研 制 药物研 制过程过程 胰岛素基因与大肠杆菌的胰岛素基因与大肠杆菌的 DNA 分子重组,并在大肠杆菌分子重组,并在大肠杆菌 内成功表达内成功表达 环境保 护 环境保 护 实例实例 利用转基因细菌降解有毒有害的化合物,吸收环境中的利用转基因细菌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,处理工业废水等重金属,分解泄漏的石油,处理工业废水等 (2)安全性安全性 判断对错判断对错(正确的打“” ,错误的打“”正确的打“” ,错误的打“”) 1基因工程能够定向地改造生物的性状。基因工程能够定向地改造生物的性状。( ) 2基因工程导入了新的基因,其原理是基因突变。基因工程导入了
5、新的基因,其原理是基因突变。( ) 3一种限制酶可以识别多种核苷酸序列。一种限制酶可以识别多种核苷酸序列。( ) 4含有目的基因的运载体是否进入受体细胞需要检测。含有目的基因的运载体是否进入受体细胞需要检测。( ) 5基因工程中的运载体只有质粒。基因工程中的运载体只有质粒。( ) 6转基因生物和转基因食品都是不安全的。转基因生物和转基因食品都是不安全的。( ) 提示:提示:1 2 基因工程导入的基因是自然界原来就存在的基因,原理是基因重组。 基因工程导入的基因是自然界原来就存在的基因,原理是基因重组。 3 一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。 一种限制酶只能识别特定的核苷酸序列。 4 5 基因
6、工程中常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。 基因工程中常见的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒。 6 对于转基因生物和转基因食品的安全性问题不能片面地一概而论。 对于转基因生物和转基因食品的安全性问题不能片面地一概而论。 基因工程的基本操作工具基因工程的基本操作工具 1基因的“剪刀”基因的“剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称限制酶简称限制酶) (1)存在:主要存在于微生物中。存在:主要存在于微生物中。 (2)作用:断裂两个核苷酸之间的磷酸二酯键。作用:断裂两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 (3)特点:具有特异性,即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在 特定的位点切割 特点:具有
7、特异性,即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在 特定的位点切割 DNA 分子。分子。 (4)作用结果:一般产生黏性末端。作用结果:一般产生黏性末端。 2基因的“针线”基因的“针线”DNA 连接酶连接酶 (1)催化对象:两个具有相同末端的催化对象:两个具有相同末端的 DNA 片段。片段。 (2)催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口。催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口。 (3)催化结果:形成重组催化结果:形成重组 DNA。 (4)限制酶与限制酶与 DNA 连接酶的比较连接酶的比较 比较 比较 项目 项目 作用作用应用应用 限制酶限制酶 使特定部位的磷酸二酯键断 裂 使特定部位的磷酸二酯键断
8、裂 用于提取目的基因和切割载 体 用于提取目的基因和切割载 体 DNA 连接酶连接酶 在在 DNA 片段之间重新形成磷 酸二酯键 片段之间重新形成磷 酸二酯键 用于重组用于重组 DNA 分子分子(重组质 粒 重组质 粒)构建构建 两者的关系可表示为:两者的关系可表示为: (5)DNA 连接酶与连接酶与 DNA 聚合酶的比较聚合酶的比较 项目 项目 比较 比较 DNA 连接酶连接酶DNA 聚合酶聚合酶 作用对象作用对象DNA 片段片段 将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核 苷酸链上 将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核 苷酸链上 作用条件作用条件不需要模板不需要模板需要模板需要模板 作用部位作用部位连接相邻
9、脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖连接相邻脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖 形成化学键形成化学键磷酸二酯键磷酸二酯键 3.运载体运载体 (1)质粒质粒 存在:许多细菌及酵母菌等生物细胞中。存在:许多细菌及酵母菌等生物细胞中。 本质:拟核或细胞核外的环状本质:拟核或细胞核外的环状 DNA 分子。分子。 特点:能够自主复制。特点:能够自主复制。 (2)运载体应具备的条件运载体应具备的条件 能在宿主细胞内稳定保存并大量复制能在宿主细胞内稳定保存并大量复制保证目的基因能在细胞分裂过程 中复制并传递给子细胞。 保证目的基因能在细胞分裂过程 中复制并传递给子细胞。 有一至多个限制酶切点有一至多个限制酶切点运载体能够接入
10、多种目的基因所必备的条件。运载体能够接入多种目的基因所必备的条件。 有标记基因有标记基因检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。检测目的基因是否导入受体细胞中的重要判断依据。 1下列有关基因工程和酶的相关叙述,正确的是下列有关基因工程和酶的相关叙述,正确的是( ) A同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,因此不具备专一性同种限制酶既可以切割目的基因又可以切割质粒,因此不具备专一性 B运载体的化学本质与载体蛋白相同运载体的化学本质与载体蛋白相同 C限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸限制酶不能切割烟草花叶病毒的核酸 DDNA 连接酶可催化游离的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链连接酶可催化游离
11、的脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链 C 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, 具备专一性,分子, 具备专一性, A 错误 ; 运载体的化学本质是错误 ; 运载体的化学本质是 DNA, 与载体蛋白不同, 与载体蛋白不同, B 错误;限制酶能切割错误;限制酶能切割 DNA,不能切割烟草花叶病毒的核酸,不能切割烟草花叶病毒的核酸 RNA,C 正确;正确;DNA 连接酶可催化不同的连接酶可催化不同的 DNA 片段连接在一起, 不能催化游离的脱氧核苷酸连接成脱 氧核苷酸链, 片段连接在一起, 不能催化游离的脱
12、氧核苷酸连接成脱 氧核苷酸链,D 错误。错误。 2限制性核酸内切酶是一种核酸切割酶,可辨识并切割限制性核酸内切酶是一种核酸切割酶,可辨识并切割 DNA 分子上特定的 核苷酸序列,如图依次为 分子上特定的 核苷酸序列,如图依次为 4 种限制酶种限制酶 BamH,EcoR,Hind以及以及 Bgl的辨的辨 识序列,箭头表示每一种限制酶的特定切割部位,其中哪两种限制酶所切割出来 的 识序列,箭头表示每一种限制酶的特定切割部位,其中哪两种限制酶所切割出来 的 DNA 片段末端可以互补黏合?片段末端可以互补黏合?( ) BamH EcoR Hind Bgl GGATCC GAATTC AAGCTT AG
13、ATCT CCTAGG CTTAAG TTCGAA TCTAGA ABamH和和 EcoRBBamH和和 Hind CEcoR和和 HindDBamH和和 Bgl D BamH和和 EcoR切割形成的黏性末端不互补配对, 因此不能互补黏合,切割形成的黏性末端不互补配对, 因此不能互补黏合, A错误 ;错误 ; BamH和和Hind切割形成的黏性末端不互补配对, 因此不能互补黏合,切割形成的黏性末端不互补配对, 因此不能互补黏合, B 错误 ;错误 ; EcoR和和 Hind切割形成的黏性末端不互补配对,因此不能互补黏合,切割形成的黏性末端不互补配对,因此不能互补黏合,C 错误;错误;BamH和
14、和 Bgl切割形成的黏性末端可以互补配对,因此能互补黏合,切割形成的黏性末端可以互补配对,因此能互补黏合,D 正确。正确。 基因工程的操作及应用基因工程的操作及应用 问题探究问题探究 下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图,请据图回答。下图是利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图,请据图回答。 1能否利用人的皮肤细胞进行过程?过程特别需要的酶是哪一种?能否利用人的皮肤细胞进行过程?过程特别需要的酶是哪一种? 提示 :提示 : 不能,皮肤细胞中胰岛素基因不表达 ; 过程是逆转录,需要逆转录酶。不能,皮肤细胞中胰岛素基因不表达 ; 过程是逆转录,需要逆转录酶。 2如何将如何将 A
15、 和和 B 连接成连接成 C?操作后的产物只有?操作后的产物只有 C 吗?吗? 提示 :提示 : 用同一种限制酶切割用同一种限制酶切割 A 和和 B,再加入,再加入 DNA 连接酶,才能形成连接酶,才能形成 C。操作 后的产物除了 。操作 后的产物除了 C,还可能有,还可能有 A 与与 A 结合、结合、B 与与 B 结合的产物。结合的产物。 3人的胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达的基础是什么?人的胰岛素基因能够在大肠杆菌细胞中表达的基础是什么? 提示:提示:所有生物共用一套遗传密码。所有生物共用一套遗传密码。 4该方法和诱变育种相比,有什么优点?该方法和诱变育种相比,有什么优点? 提示:提示
16、:可以定向改造生物的遗传性状。可以定向改造生物的遗传性状。 归纳总结归纳总结 1基因工程操作的基本步骤基因工程操作的基本步骤 知识拓展:知识拓展: (1)在基因工程操作过程中,将目的基因导入受体细胞的过程不涉及碱基互补 配对。 在基因工程操作过程中,将目的基因导入受体细胞的过程不涉及碱基互补 配对。 (2)受体细胞常选用微生物的原因:微生物繁殖快、代谢快、目的产物多。受体细胞常选用微生物的原因:微生物繁殖快、代谢快、目的产物多。 (3)培育转基因动物时,常采用显微注射法将目的基因导入受精卵,原因是受 精卵的全能性高。 培育转基因动物时,常采用显微注射法将目的基因导入受精卵,原因是受 精卵的全能
17、性高。 (4)培育转基因植物时,受体细胞可用受精卵和其他高度分化的细胞,因为高 度分化的植物细胞仍具有全能性。可用植物组织培养技术将其培育成个体。 培育转基因植物时,受体细胞可用受精卵和其他高度分化的细胞,因为高 度分化的植物细胞仍具有全能性。可用植物组织培养技术将其培育成个体。 2基因工程成功的基础基因工程成功的基础 3基因工程的应用基因工程的应用 4转基因育种与杂交育种、诱变育种的比较转基因育种与杂交育种、诱变育种的比较 (1)杂交育种能使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上,但育种 周期长 ; 诱变育种可以提高变异频率, 大幅度改良某些性状, 但有利变异个体不多, 需要大量供试材
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