2018年秋高中生物 第6章 从杂交育种到基因工程 6.2 基因工程及其应用课件 新人教版必修2.ppt

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1、第2节 基因工程及其应用,一,二,一、基因工程的原理,一,二,预习反馈 1.判断正误。 (1)所有的限制酶都识别GAATTC序列。( ) (2)一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。 ( ) (3)限制酶能识别和切割RNA。( ) (4)DNA连接酶可将黏性末端之间的碱基连接起来。( ) (5)基因工程中的运载体只有质粒。( ) 2.若用DNA连接酶将目的基因与运载体两两连接,可能有哪些产物? 答案:目的基因目的基因、目的基因运载体、运载体运载体。,一,二,3.切割目的基因和运载体应用相同的限制酶,请分析这样操作的目的是什么? 答案:用同一种限制酶切割出相同的黏性末端,有利于目的基因与运载体

2、结合。 4.不同生物的DNA能够重组在一起的基础是什么? 答案:不同生物的DNA都是由4种脱氧核苷酸组成的;都是规则的双螺旋结构;都遵循碱基互补配对原则。,一,二,5.下列关于基因工程的叙述,正确的是( ) A.基因工程所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 B.所有限制酶都只能识别同一种按规定排列的核苷酸序列 C.选用细菌作为重组质粒的受体细胞是因为细菌繁殖快 D.只要目的基因进入了受体细胞就能成功地表达 解析:基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列。目的基因进入受体细胞不一定能成功表达。 答案:C,一,二,二、基因工程的应用及安全性,一,二,预习反

3、馈 1.基因工程育种的原理是什么?与杂交育种、诱变育种相比,基因工程育种的主要优点有哪些? 答案:基因工程的原理是基因重组。基因工程育种的主要优点有育种周期短,能定向改造生物的遗传性状等。,一,二,2.中国农业科学院的科学家继成功培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉后,又成功培育出了抗虫烟草、抗虫玉米、抗虫水稻等多种农作物,下列属于转基因抗虫作物的推广意义的是( ) 使危害农作物的害虫灭绝 农药用量减少 环境污染降低 农业生产成本降低 A. B. C. D. 解析:抗虫基因产生对害虫有害的物质,使害虫食用后死亡,从而减少了农药的使用量,降低了农业生产成本,也降低了对环境的污染。 答案:B,探究点一,

4、探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,基因工程的操作工具 限制酶与DNA连接酶作用的部位分别是什么?运载体必须具备哪些条件? 1.EcoR限制酶只能识别GAATTC的序列,并在G和A之间将这段序列切开,产生黏性末端,请写出下列DNA片段被切割后产生的黏性末端。,答案:,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,2.下图表示一段DNA序列,限制酶和DNA连接酶的作用部位是a还是b?,答案:b。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,下图为DNA分子的某一片段,其中分别表示某种酶的作用部位, 则相应的酶依次是( )

5、A.DNA连接酶、限制性核酸内切酶、解旋酶 B.限制性核酸内切酶、解旋酶、DNA连接酶 C.解旋酶、限制性核酸内切酶、DNA连接酶 D.限制性核酸内切酶、DNA连接酶、解旋酶 解析:使氢键断裂的是解旋酶,限制性核酸内切酶使相邻两个脱氧核苷酸的磷酸二酯键断裂;连接DNA片段间磷酸二酯键的是DNA连接酶。 答案:C,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,知识总结与DNA有关的四种酶的比较,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,1.基因工程的基本工具 (1)限制酶 作用与特性:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定的位点切割D

6、NA分子,也就是说限制酶具有专一性和特异性。 作用结果:一般产生黏性末端(碱基能互补配对)或平末端。 (2)DNA连接酶 催化对象:两个具有相同黏性末端或平末端的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。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,(3)运载体 作用:作为运载工具将目的基因转移到宿主细胞中;使目的基因在宿主细胞内进行大量复制。 需要具备的条件:能够在宿主细胞中复制并稳定地保存;具备多个限制酶切点,以便与外源基因连接;具有某些标记基因,便于进行筛选。 常见的种类:质粒、噬菌体和动植物病毒等。质粒是一种相对分子质量较小

7、、独立于拟核或细胞核之外的环状DNA分子(一般有100200 kb,kb为千碱基对),存在于许多细菌和酵母菌等生物的细胞中。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,2.DNA连接酶与DNA聚合酶的比较,问题导引,典例剖析,归纳提升,探究点一,探究点二,活学活练,温故知新,1.下列关于DNA连接酶的叙述,正确的是( ) A.催化有互补配对的黏性末端的DNA片段之间的连接 B.催化不同黏性末端的DNA片段之间的连接 C.催化两个黏性末端互补碱基间氢键的形成 D.在基因工程的操作中,可以用DNA聚合酶代替DNA连接酶 解析:在DNA重组技术中,DNA连接酶催化两个具有

8、互补配对的黏性末端的DNA片段连接,DNA连接酶和DNA聚合酶都能催化脱氧核糖与磷酸间的磷酸二酯键的形成,但两者作用的底物不同。 答案:A,问题导引,典例剖析,归纳提升,探究点一,探究点二,活学活练,温故知新,2.要使目的基因与相应的运载体重组,所需的两种酶是( ) 限制酶 DNA连接酶 解旋酶 还原酶 A. B. C. D. 答案:A 3.基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是 ( ) A.质粒、线粒体、噬菌体 B.染色体、叶绿体、线粒体 C.质粒、噬菌体、动植物病毒 D.细菌、噬菌体、动植物病毒 答案:C,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,基因工程的操

9、作步骤 基因工程的基本操作步骤是怎样的? 酵母菌的维生素、蛋白质含量高,可用来生产食品和药品等。科学家将大麦细胞的LTP1基因植入啤酒酵母菌中,获得的啤酒酵母菌种可产生LTP1蛋白,并酿出泡沫丰富的啤酒。基本的操作过程如下图,请回答下列问题。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,(1)图中过程是提取目的基因;过程是目的基因与运载体结合;过程是将目的基因导入受体细胞。 (2)本操作过程中为了将LTP1基因导入啤酒酵母菌细胞内,所用的运载体是质粒。 (3)要使运载体与LTP1基因连接,首先应使用同一种限制酶对二者进行切割。切割完成后,用DNA连接酶将运载体与LTP

10、1基因连接。 (4)有C进入的啤酒酵母菌在分别含有青霉素、四环素的两种选择培养基上的生长情况是在含青霉素的培养基上能存活,但在含四环素的培养基上不能存活。 (5)除了看啤酒泡沫的丰富程度外,还可以怎样检测LTP1基因在啤酒酵母菌中的表达?检测转基因啤酒酵母菌能否产生LTP1蛋白。 (6)该技术定向改变了酵母菌的性状,这在可遗传变异中属于基因重组。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,基因工程基本操作流程如下图,请据图分析回答。,(1)图中A是 ;在基因工程中,需要在 酶的作用下才能完成剪接过程。 (2)图中遵循碱基互补配对原则的步骤有 。(用图中序号表示) (

11、3)从分子水平分析,不同种生物之间的基因拼接能够成功的主要原因是 ,也说明了不同生物共用一套 。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,解析:图中A与目的基因结合形成重组DNA分子,所以A应为运载体;基因工程中的“剪”需要限制酶,“接”需要DNA连接酶;图中的“拼接”和“扩增”过程需进行碱基互补配对,如果目的基因的获取方法是人工合成法,也需进行碱基互补配对;不同种生物之间基因拼接成功的原因也就是基因工程的理论基础,即生物界共用一套遗传密码和不同生物的DNA分子的结构基本相同。 答案:(1)运载体 限制酶和DNA连接 (2)() (3)不同生物的DNA分子基本结构

12、是相同的 遗传密码,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,基因工程操作步骤图解,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,(1)限制酶和DNA连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键,只是前者切开,后者连接。 (2)从DNA上切下某个基因,会产生2个切口,产生4个黏性末端。 (3)获取目的基因、切割运载体需要用同种限制酶,目的是产生相同的黏性末端。 (4)动物一般用受精卵作为受体细胞;植物可以用体细胞作为受体细胞,也可以用受精卵作为受体细胞,再通过植物组织培养方式培养成新个体。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,

13、活学活练,温故知新,规律方法(1)基因工程的四个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。 (2)目的基因必须与运载体结合后才能导入受体细胞,才能稳定地保存,并进行复制。 (3)受体细胞常用微生物的原因:繁殖快、代谢快、目的产物多。,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,1.下图表示利用基因工程培育抗虫棉过程的示意图已知甲硫氨酸(AUG)、甘氨酸(GGA)、丝氨酸(UCU)、酪氨酸(UAC)、精氨酸(AGA)、丙氨酸(GCU),下列叙述不正确的是( ),探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,A.操作要用不同限制性核

14、酸内切酶分别切割运载体和含目的基因的DNA片段 B.形成的重组DNA分子有标记基因,可特异性地表达某一性状 C.由于发生性状分离,抗虫棉植株后代种子可能不具有抗虫特性 D.根据密码子表可知,图中合成的多肽的前三个氨基酸为甲硫氨酸、丙氨酸、丝氨酸 解析:基因表达载体的构建要用同一种限制酶切割运载体和含目的基因的DNA片段;运载体有标记基因,便于筛选;抗虫棉植株自交后代会发生性状分离;由图可知,合成的多肽的前三个氨基酸为甲硫氨酸、丙氨酸、丝氨酸。 答案:A,探究点一,探究点二,问题导引,典例剖析,归纳提升,活学活练,温故知新,2.据报道,科学家近日培育出了世界上第一头携带有两个人类基因的牛,因此有

15、望生产出和人类母乳极其类似的奶制品。下列叙述正确的是( ) 该技术将导致定向变异 DNA连接酶将目的基因与运载体黏性末端的碱基对连接起来 蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料 受精卵是理想的受体 A. B. C. D. 解析:转基因导致的变异都属于定向变异。DNA连接酶连接起来的是目的基因和运载体黏性末端的磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键,而不是碱基对之间的氢键。由蛋白质中的氨基酸序列可逆推出相应mRNA的碱基序列,进而为人工合成目的基因提供资料。动物的受精卵具有全能性,是理想的受体。 答案:D,探究点一,探究点二,温故知新,1.基因工程的1个原理:遵循基因重组的原理。 2.基因工程的3种工具 (1)限制性核酸内切酶:能识别并切割特定的核苷酸序列。 (2)DNA连接酶:连接两个DNA片段之间的脱氧核糖和磷酸(磷酸二酯键)。 (3)运载体:将外源基因送入受体细胞。常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒等。 3.基因工程的4个步骤 (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)目的基因的检测与鉴定。 4.基因工程的3个应用:作物育种、药物研制以及环境保护等。,