高中生物第6章从杂交育种到基因工程第2节基因工程及其应用课件新人教版必修21

生物必修②·人教版新课标导学第一页，共49页。第六章从杂交育种(zájiāoyùzhǒnɡ)到基因工程第2节基因工程(jīyīngōngchéng)及其应用第二页，共49页。学习目标课程标准1.说出基因工程的概念。2．说出基因工程的基本工具。(重点)3．阐述基因工程的基本操作。(重点)4．举例说明基因工程的应用。1.简述基因工程的基本原理；2．举例说出基因工程的农业、医药等领域的应用；3．关注转基因生物和转基因食品的安全性第三页，共49页。1自主学习2新知解读3指点迷津4核心素养7训练巩固8课时作业5问题释疑6知识构建第四页，共49页。自主学习第五页，共49页。一、基因工程的原理1．基因工程的概念(1)别名：___________________________。(2)操作思路：提取某种生物的______→加以__________→放到另一种生物的______中→____________生物的遗传性状。2．基因工程操作的基本工具(1)基因的“剪刀”①名称：__________________，简称限制酶。②特性：一种限制酶只能识别(shíbié)______________________，并在____________上切割DNA分子。基因拼接(pīnjiē)技术或DNA重组技术基因(jīyīn)修饰改造细胞定向地改造限制性核酸内切酶一种特定的核苷酸序列特定的切点第六页，共49页。③实例及剪切位点：a．实例：大肠杆菌中的EcoRⅠ限制(xiànzhì)酶。b．在下图中标出剪切位点：如下图第七页，共49页。(2)基因的“针线(zhēnxian)”①名称：___________。②作用：连接__________和______之间的缺口。(3)基因的运载体①作用：将外源基因送入__________。②种类：______、噬菌体、动植物病毒等。③质粒a．分布：______及酵母菌等生物的细胞中。b．特点：能够__________。c．本质：_____________。3．基因工程的步骤：______________→目的基因与________结合→将目的基因导入__________→目的基因的____________。DNA连接酶脱氧核糖磷酸(línsuān)受体细胞质粒细菌(xìjūn)自主复制环状DNA分子提取目的基因运载体受体细胞检测与鉴定第八页，共49页。二、基因工程的应用(yìngyòng)及转基因生物和转基因食品的安全性1．基因工程的应用(yìngyòng)实例意义作物育种方面抗棉铃虫的______________减少了____________，降低了生产成本，减少了__________________药物研制方面利用大肠杆菌生产________高效率地生产高______、低______的药品环境保护方面利用转基因细菌____________________吸收环境中的重金属，分解泄漏石油，处理工业废水转基因抗虫棉农药(nóngyào)的用量农药对环境(huánjìng)的污染胰岛素质量成本降解有毒有害化合物第九页，共49页。2．转基因生物和转基因食品的安全性(1)两种观点：①转基因生物和转基因食品不安全，要__________；②转基因生物和转基因食品是安全的，应该____________。(2)我国的态度(tàidu)：十分重视转基因生物及其食品的安全性问题。严格控制大范围(fànwéi)推广第十页，共49页。1．转基因抗虫棉对人体(réntǐ)有毒害作用吗？提示：没有，转基因抗虫棉表达出的“毒蛋白”只特异性的对鳞翅目的昆虫有毒害作用，不对人体(réntǐ)产生毒害作用。2．不同的限制酶所识别的核苷酸序列相同吗？为什么？提示：不相同。一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，所以不同的限制酶所识别的序列也不同。？思考(sīkǎo)第十一页，共49页。1．一种限制酶可识别多种特定的核苷酸序列。()提示：一种限制酶只识别一种核苷酸序列。2．基因工程的运载体与物质跨膜运输所需要的载体化学本质相同。()提示：前者(qiánzhě)的化学本质是DNA，后者的化学本质是蛋白质。3．不同限制酶切割DNA后形成的黏性末端可能相同。()4．基因工程育种的原理是基因突变。()提示：基因重组。5．质粒上抗性基因的存在有利于目的基因表达的鉴定。()提示：有利于导入目的基因的受体细胞的筛选。判断题×

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√×

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第十二页，共49页。新知解读第十三页，共49页。1．基因工程的概念基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组(zhònɡzǔ)技术。注意：基因工程也是基因重组(zhònɡzǔ)的一种。知识点1基因工程(jīyīngōngchéng)的原理第十四页，共49页。第十五页，共49页。第十六页，共49页。作为运载体必须具备三个条件：(1)能在宿主细胞中保存下来并大量复制。(2)有多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个，如大肠杆菌pBR332就有多种限制酶单一识别位点，可适于多种限制酶切的DNA插入。(3)有一定的标记基因，便于进行筛选。如大肠杆菌pBR332质粒携带氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因，就可以作为筛选的标记基因。一般来说，天然运载体往往不能满足(mǎnzú)上述要求，因此需要根据不同的目的和需要，对运载体进行人工改建。现在所使用的质粒运载体几乎都是经过改建的。第十七页，共49页。(1)对于基因工程的操作工具应记住名称，理解其功能。理解基因工程操作的四个基本步骤，并注意联系“酶的专一性”“碱基互补配对原则”“逆转录”“中心法则”等知识。(2)基因工程中的运载体。在基因操作过程中使用运载体有两个目的：一是用它作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞中去；二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量的复制。现在(xiànzài)所用的运载体主要有两类：一类是细菌质粒，它是一种相对分子质量较小、独立于染色体DNA之外的环状DNA(一般有100～200kb，kb为千碱基对)，有的细菌中有一个，有的细菌中有多个。另一类运载体是噬菌体或某些病毒等。现在(xiànzài)人们还在不断寻找新的运载体，如叶绿体或线粒体DNA等也可能成为运载体。知识(zhīshi)贴士第十八页，共49页。 下表关于基因工程中有关基因操作(cāozuò)的名词及对应的内容，正确的组合是()典题1供体剪刀针线运载体受体A质粒限制性核酸内切酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物DNA连接酶限制性核酸内切酶质粒大肠杆菌等C提供目的基因的生物限制性核酸内切酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等连接酶DNA连接酶限制性核酸内切酶提供目的基因的生物质粒C第十九页，共49页。[解析]供体是提供目的基因的生物，受体是接受目的基因的生物，剪刀(jiǎndāo)是限制酶，针线是DNA连接酶，常用的运载体是质粒。第二十页，共49页。〔变式训练1〕下列有关基因工程技术的正确叙述是()A．重组DNA技术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—种特定的核苷酸序列(xùliè)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．基因工程中常用的运载体质粒在动植物细胞中广泛存在C第二十一页，共49页。第二十二页，共49页。基因工程与作物育种：农业上获得高产、稳产、具优良品质的农作物，畜牧业上获得人们所需要的、具优良品质的转基因动物。基因工程与药物研制：能高效地生产出各种高质量、低成本药品。基因工程与环境保护：可进行(jìnxíng)环境监测，环境净化。知识点2基因工程(jīyīngōngchéng)的应用第二十三页，共49页。(1)限制(xiànzhì)酶和DNA连接酶作用的部位是相同的，都是磷酸二酯键。(2)只有目的基因在受体细胞中表达，才能说明基因工程的操作成功。知识(zhīshi)贴士第二十四页，共49页。 有关基因工程的成果及应用的说法，正确的是()A．用基因工程方法培养的抗虫植物也能抗病毒B．基因工程在畜牧业上应用的主要目的是培养体型巨大、品质优良的动物C．目前任何一种药物都可以运用基因工程来生产D．基因工程在农业上的应用主要是培育高产、稳产(wěnchǎn)、品质优良和具有抗逆性的农作物典题2D第二十五页，共49页。[解析]用基因工程方法培育出的抗虫植物只能杀死害虫，对病毒无效；基因工程在畜牧业上的应用不仅是培养体型巨大、品质优良(yōuliáng)的动物，更重要的是利用某些特定外源基因在哺乳动物体内的表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各类物质；目前基因工程只是实现了一部分药物的生产。第二十六页，共49页。〔变式训练2〕下列各项不属于基因工程的应用的是()A．转基因抗虫棉的培育成功 B．利用DNA探针检测饮用水中有无病毒(bìngdú)C．利用工程菌生产胰岛素 D．将甲植物的叶绿体移入乙植物，使光合效率提高[解析]将甲植物的叶绿体移入乙植物，转移的是细胞器而非基因，故不属于基因工程的范畴。D第二十七页，共49页。通过(tōngguò)学习，认识到科学技术是一把双刃剑，认识到生命中的许多事实还有待于人类去探索，科学发展中仍有许多问题有争议。(见教材P105页)知识点3转基因生物(shēngwù)和转基因食品的安全性第二十八页，共49页。因为科学技术是一把双刃剑，在很多方面展示出美好的应用前景，但另一方面，基因工程也给人们带来了许多潜在的危险，因此要辩证地看待基因工程所引发的问题：如可能(kěnéng)制造超级细菌、超级杂草等；制造出难以制服的病原体、生物武器；转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能(kěnéng)破坏原有的生态平衡，对原有物种产生威胁；还可能(kěnéng)带来转基因食品的安全性问题等。知识(zhīshi)贴士第二十九页，共49页。 (2016·南京调研)下列哪项属于转基因作物的优点()A．耐抗性的转基因油菜可能成为某地区危害最为严重的杂草B．转基因水稻可通过花粉向普通野生稻扩散产生基因污染C．大面积栽培(zāipéi)转Bt基因抗虫棉可减少农药的使用D．转基因作物可能破坏生态平衡使生物数量剧减[解析]认为转基因生物可能存在安全问题的有：转基因油菜可能会扩散到种植区外变成野生种类，成为杂草；转基因水稻可通过花粉向普通野生稻扩散，从而重组出对人类或其他生物有害的病原体；转基因作物具有某些特殊性状，有可能成为“入侵的外来物种”，威胁生态系统中其他生物的生存。转基因生物的优点，如转Bt基因的抗虫棉可减少农药的使用。典题3C第三十页，共49页。〔变式训练3〕美国科学家在研究生长在墨西哥某地的野生玉米后，发现这种玉米含有包括苏云金芽孢杆菌(一种产生抗虫毒蛋白的细菌)基因在内的转基因作物的基因。下列有关说法正确的是()①转基因作物的基因可传播到野生植物中②转基因作物可对天然植物的遗传多样性构成威胁③为防止基因污染，应当(yīngdāng)禁止转基因作物的研究④自然杂交过程的实质是一个长期的转基因过程，两者没有任何区别A．①②③④ B．③ C．①② D．①[解析]根据题意可知，转基因植物的基因传播到野生植物中，这样会对植物遗传多样性构成威胁。自然杂交是通过传粉的方式实现基因重组，与转基因技术中通过重组质粒实现基因重组是有区别的。C第三十一页，共49页。指点迷津第三十二页，共49页。与DNA有关的酶1．五种(wǔzhǒnɡ)酶的比较项目作用底物作用部位形成产物限制酶DNA分子磷酸二酯键黏性末端或平末端DNA连接酶DNA片段磷酸二酯键重组DNA分子DNA聚合酶脱氧核苷酸磷酸二酯键子代DNADNA解旋酶DNA分子碱基对间的氢键形成脱氧核苷酸单链DNA(水解)酶DNA分子磷酸二酯键游离的脱氧核苷酸第三十三页，共49页。第三十四页，共49页。[解析]限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA双链解开(jiěkāi)螺旋，为复制或转录提供模板。典题4C第三十五页，共49页。核心素养第三十六页，共49页。探究点提示信息在补充完善(wánshàn)型实验中的应用——转基因技术的应用案例4aaBb矮生红果︰矮生黄果(huánɡɡuǒ)＝3︰113或11正常(zhèngcháng)或矮生第三十七页，共49页。(3)假设两种纯合突变体X和Y都是由控制株高的A基因突变产生的，检测突变基因转录mRNA，发生X的第二个密码子中第二个碱基由C变为U，Y在第二个密码子第二个碱基前多了一个U，与正常(zhèngcháng)植株相比，___突变体的株高变化可能更大，试从蛋白质水平分析原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。YY突变体的蛋白质中氨基酸的改变比X突变体可能更多(或：X突变体的蛋白质可能只有(zhǐyǒu)一个或没有氨基酸发生改变，Y突变体的蛋白质氨基酸序列可能从第一个氨基酸后都改变)第三十八页，共49页。(4)转基因技术可使某基因在植株体内过量表达，也可以(kěyǐ)抵制某基因表达。假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高，请完成如下实验设计，以验证假设是否成立。①实验设计(借助转基因技术，但不要求转基因的具体步骤)：a．分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高。b．__________________________________________________________________。c．_______________________________________________________________________________________________。通过转基因(jīyīn)技术，抑制正常植株A基因(jīyīn)的表达，测定其赤霉素含量和株高通过转基因(jīyīn)技术，使A基因(jīyīn)在矮生植株中过量表达，测定其赤霉素含量和株高(答案中b和c次序不做要求)第三十九页，共49页。②支持上述假设的预期结果：______________________________________________________________________________________________________________________________________________。③若假设成立，据此说明基因控制(kòngzhì)性状的方式：______________________________________________________。与对照比较，正常植株在A基因(jīyīn)表达被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；与对照比较，A基因在矮生植株(zhízhū)中过量表达后，该植株赤霉素含量增加，株高增加基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性状第四十页，共49页。[方法警示]得分要点：(1)必须答为“4aaBb矮生红果︰矮生黄果＝3︰1”才能得分。(2)必须答为“13或11正常或矮生”才能得分。(4)必须体现如下内容：①b.抑制正常植株A基因的表达(biǎodá)，测定其赤霉素含量和株高。c．A基因在矮生植株中过量表达(biǎodá)，测定其赤霉素含量和株高。②正常植株在A基因表达(biǎodá)被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；A基因在矮生植株中过量表达(biǎodá)后，该植株赤霉素含量增加，株高增加。③基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物性状。第四十一页，共49页。[错因案例](2)答案不全，第一空答为“13”，第二空答为“矮生”。(3)错答为“不确定突变基因后面的基因翻译的氨基酸均发生了变化”。(4)②答案不全，只答出其中的一种情况。[