基因工程的原理和应用

人教版高中生物必修二第六章学习目标1、简述基因工程的基本原理；2、描述基因工程的基本步骤教学重点基因工程的三个工具和基本步骤基因工程的原理和应用基因工程：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，定向地改造生物的性状。

基因工程的原理基因工程别名：基因拼接技术或________原理：______操作水平：______水平优点：可_____地改造生物的遗传性状操作对象：____基因重组DNA重组技术基因分子定向问题情景将胰岛素做为治疗糖尿病的最主要的药物,其需求量越来越大。科学家利用微生物快速繁殖的特点，将人的胰岛素基因转移到大肠杆菌体内，让大肠杆菌来产生人的胰岛素。假如你作为一名研究者，来培育能产生人胰岛素的大肠杆菌，那么你会遇到哪些困难或需要解决哪些问题呢？你认为关键的步骤是什么？人体某DNA片段（含胰岛素基因）大肠杆菌“剪刀”“运输工具”“针线”一.基因工程的工具1、基因的“剪刀”——限制酶2、基因的“运输工具”——运载体3、基因的“针线”——DNA连接酶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。特点:实例:大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开主要是从原核生物中分离和纯化来源:1.基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（限制酶）一.基因工程的工具切割结果：产生2个DNA片段1.基因的剪刀——限制性内切酶一.基因工程的工具【合作探究一】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,试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后产生的2个DNA片段②HindⅢ限制酶能专一识别AAGCTT序列,并在A和A之间将这段序列切开,试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后产生的2个DNA片段黏性末端黏性末端【合作探究一】③被EcoRI限制酶和HindⅢ限制酶切断的2个DNA是否具有相同的黏性末端？限制酶有什么特点？④要获得目的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？1、基因的“剪刀”——限制酶一.基因工程的工具不同。专一性GGCATCTTAAAATTCCGTAG两个切口，四个黏性末端。AATTCGGATTGCCTAACTTAAGGGCATCTTAAAATTCCGTAGAATTCGGATTGCCTAACTTAAG2.基因的运输工具——运载体1）作用：2)种类：将外源基因送入受体细胞的工具。质粒、噬菌体和动植物病毒。一.基因工程的工具质粒：存在于许多______以及酵母菌等生物中，是细胞除拟核或细胞核外能够_______的__________________。细菌自主复制小型环状DNA分子【探究二】运载体运输目的基因之前需要先切割运载体（质粒），才能将目的基因拼接上去，那么应该使用什么工具来切割运载体？请分析这样操作的目的是什么？

限制酶获得相同的黏性末端，便于质粒与目的基因的结合。2.基因的运输工具——运载体一.基因工程的工具同种3.基因的“针线”──DNA连接酶一.基因工程的工具质粒的片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT【探究三】①DNA连接酶可以将具有相同黏性末端的两个DNA片段缝合。那么它缝合的是两个DNA片段的什么部位？②用DNA连接酶将目的基因与运载体两两连接时，可能有哪些产物？

目的基因-目的基因目的基因-运载体运载体-运载体3.基因的“针线”──DNA连接酶一.基因工程的工具DNA连接酶的作用是缝合2个相邻的脱氧核苷酸之间磷酸和脱氧核糖之间的缺口（箭头a），形成磷酸二酯键。二.基因工程基本步骤【合作探究四】1.如何让大肠杆菌生产人胰岛素？请动手操作，并准确阐述操作步骤。0人体某DNA片段（含胰岛素基因）质粒大肠杆菌EcoRI限制酶DNA连接酶=“剪刀”=“胶纸”⑴提取目的基因：

⑵目的基因与运载体结合：

⑶将目的基因导入受体细胞：

⑷目的基因的检测与鉴定：取出DNA取出质粒←用同种限制酶→用DNA连接酶连接将重组DNA导入受体细胞增殖(限制酶)

切开DNA切割质粒重组DNA基因产物基因产物二.基因工程基本步骤2.嫁接了人胰岛素基因的工程菌，能大量合成人胰岛素。细菌和人是差异非常大的两种生物，为什么通过基因重组后，细菌能够合成人体的某些蛋白质呢？人和细菌共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码二.基因工程基本步骤小结基因工程原理步骤优点基因重组定向改造生物性状1.提取目的基因2.目的基因与_________结合3.将目的基因导入___________4.目的基因的检测和鉴定运载体受体细胞（限制酶）（同种限制酶DNA连接酶）4个步骤，3种工具，2种酶，1个原理课堂检测1.判断题（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）基因工程所用的工具酶有限制酶、DNA连接酶和运载体（6）基因工程中载体只有质粒√XXXXX2.图为DNA分子的某一片段，其中①②③分别表示某种酶的作用部位，则相应的酶依次是DNA连接酶、限制酶、解旋酶限制酶、解旋酶、DNA连接酶解旋酶、限制酶、DNA连接酶限制酶、DNA连接酶、解旋酶C种类过程作用化学键限制酶DNA连接酶DNA聚合酶解旋酶切割DNA分子，形成黏性末端切割磷酸二酯键基因工程基因工程连接相同黏性末端的DNA片段连接游离脱氧核苷酸形成磷酸二酯键将DNA双链解开形成单链DNA复制DNA复制转录破坏氢键形成磷酸二酯键DNA聚合酶、DNA连接酶、限制酶、DNA解旋酶有何异同？课堂检测1.下列有关基因工程的叙述，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．所有的限制酶都只能识别同一种特定的核苷酸序列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实现表达2.对下图中a、b、c、d代表的结构和物质的描述。正确的是

a为质粒RNAB．b为限制酶c为RNA聚合酶D．d为标记基因CB3.下列有关DNA连接酶的叙述，正确的是（）A.催化相同黏性末端的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.在基因工程操作中，可用DNA聚合酶代替DNA连接酶课堂检测C基因工程育种与杂交育种、诱变育种相比，其原理是什么？主要优点是什么？三．反思总结(1)原理：与杂交育种相同，是基因重组。(2)优点：与杂交育种相比，基因工程育种的育种周期短并产生了新性状；与诱变育种相比，基因工程育种能定向改造生物的遗传性状。总结：基因工程育种的优点(1)目的性强，定向改造生物性状；(2)育种周期短；(3)克服远缘杂交不亲和的障碍。都实现了__________基因间的重新组合，都能比较项目基因重组基因工程不同点概念在生物体进行______过程中，控制______的基因的重新组合按照人们的意愿，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，____地改造生物的遗传性状重组基因____物种的不同基因____物种间的不同基因繁殖方式________________变异大小________________意义是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自己的意愿________地改造生物，培育出新品种相同点使生物产生____基因间的重新组合，都能使生物产生____

有性生殖不同性状定向不同同种有性生殖无性生殖小大定向不同变异＊基因工程与动、植物育种：获得高产、稳产、质优、抗逆的农作物和动物新品种。抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量，大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。抗虫棉普通棉四．基因工程的应用耐贮存的转基因番茄抗除草剂的转基因小麦＊基因工程与动、植物育种：获得高产、稳产、质优、抗逆的农作物和动物新品种。四．基因工程的应用转人乳清蛋白基因的奶牛转基因超级鼠转生长激素基因的超级绵羊＊基因工程与动、植物育种：获得高产、稳产、质优、抗逆的农作物和动物新品种。四．基因工程的应用＊基因工程与药物研制：能够高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。资料：用转基因大肠杆菌生产人胰岛素胰岛素是治疗糖尿病的特效药。以往临床上给病人注射的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4～5g。用这种方法生产的胰岛素产量低，价格昂贵，远远不能满足需求。

1978年，科学家将人体内能够产生胰岛素的基因，与大肠杆菌的

DNA

分子重组，并且在大肠杆菌细胞内获得成功表达。这样，用2000

L大肠杆菌培养液就可以提取100

g胰岛素，相当于从2t猪胰腺中提取的量。

1982年，美国一家公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投入市场。100kg胰腺4~5g胰岛素2000L大肠杆菌培养液100g胰岛素相当于2T猪胰腺提取量四．基因工程的应用＊基因工程与环境保护：资料能清除石油污染的“超级细菌”超级细菌1975年，科学家用基因工程的方法，把能分解三种烃类的基因都转移到一种假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。四．基因工程的应用能降解TNT的转基因烟草能净化镉污染农田的籽粒苋有毒工业废水生物处理工程＊基因工程与环境保护：四．基因工程的应用资料分析转基因生物和转基因食品的安全性当人类拥有了只有大自然才拥有的改造生物、创造生物的能力时，也感到了不安与困惑。人类是否有权按照自己的意愿操纵地球上的生命？人类创造的转基因生物、转基因食品是否会危害整个生物圈，包括人类自身？这些问题曾引起了全球范围的大辩论，而辩论的起因源于对老鼠的实验。

1998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。电视播出后，引起了人们对转基因食品的极度恐惧。尽管审查表明这一实验存在明显的漏洞，结果不可信，但仍无法消除人们的疑虑。一种观点转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制

1.一个简陋的小实验室，就能把艾滋病病毒与感冒病毒组装到一起，使艾滋病病毒像感冒一样，大范围地传播。

2.1999年5月20日的《自然》杂志报导：帝王蝶的幼虫在吃了某种转基因玉米的花粉粘染过的牛奶草叶子后，近一半的个体死亡，幸存的也不能正常发育。

3.某些公司曾利用基因工程技术让细菌生产牛的生长激素(BST)，然后定期给奶牛注射BST，使奶牛分泌更多的乳汁。但注射BST的奶牛，乳房感染更为频繁，必需用抗生素治疗，结果导致乳汁中含有抗生素。……另一种观点转基因生物和转基因食品是安全的，应大范围推广

1.转基因食品的构成与非转基因食品一样，都是由氨基酸、蛋白质和碳水化合物等物质组成的，从理论上分析是安全的。

2.对转入苏云金杆菌基因的西红柿进行毒性分析表明，这种转基因西红柿对人体健康没有影