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1、Content第二節(jié)第二節(jié) 基因工程及基因工程及其應用其應用一、基因工程的原理一、基因工程的原理基因工程的別名基因工程的別名基因拼接技術或基因拼接技術或操作對象操作對象操作水平操作水平 水平水平優(yōu)點優(yōu)點可可 改造生物的遺傳性狀改造生物的遺傳性狀定向地定向地DNADNA重組技術重組技術基因基因DNADNA分子分子1.1.含義含義2.2.三種工具三種工具a.a.識別特定的識別特定的 序列序列b.b.在在 上切割上切割DNADNA分子分子(1)(1)基因的基因的“剪刀剪刀”名稱：名稱： 。特點特點特定的切點特定的切點限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶核苷酸核苷酸(2)(2)基因的基因的“針線針線”a.
2、a.名稱：名稱： 酶。酶。b.b.作用：連接作用：連接 和和 之間的缺口。之間的缺口。(3)(3)基因的運載體基因的運載體a.a.作用：將外源基因導入作用：將外源基因導入 。b.b.種類：質(zhì)粒、種類：質(zhì)粒、 、 等。等。c.c.質(zhì)粒：存在于許多質(zhì)粒：存在于許多 以及酵母菌等生物的細胞中，以及酵母菌等生物的細胞中，是擬核或細胞核外能夠是擬核或細胞核外能夠 的的 。3.3.基因工程的步驟基因工程的步驟(1)(1) ；(2)(2)目的基因與目的基因與 結合；（結合；（3 3）將目的基因導入將目的基因導入 ；（；（4 4）目的基因的）目的基因的 。二、基因工程的應用二、基因工程的應用1.1.基因工程與
3、作物育種基因工程與作物育種（1 1）目的：獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，）目的：獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物，培育出具有各種培育出具有各種 的作物新品種。的作物新品種。（2 2）實例：）實例： 的轉基因抗蟲棉。的轉基因抗蟲棉。（3 3）意義：抗蟲基因作物的使用不僅減少了）意義：抗蟲基因作物的使用不僅減少了 ，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減少，大大降低了生產(chǎn)成本，而且還減少了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。農(nóng)藥的農(nóng)藥的DNADNA連接連接脫氧核糖脫氧核糖磷酸磷酸受體細胞受體細胞噬菌體噬菌體動植物病毒動植物病毒細菌細菌自主復制自主復制環(huán)狀環(huán)狀DNADNA分子分子提取目的基因提取
4、目的基因運載體運載體受體細胞受體細胞檢測與鑒定檢測與鑒定抗逆性抗逆性抗棉鈴蟲抗棉鈴蟲用量用量2.2.基因工程與藥物研制基因工程與藥物研制（1 1）實例：用基因工程方法生產(chǎn)胰島素。）實例：用基因工程方法生產(chǎn)胰島素。（2 2）過程：胰島素基因與大腸桿菌的）過程：胰島素基因與大腸桿菌的DNADNA分子分子 ，并且，并且在大腸桿菌內(nèi)獲得成功的在大腸桿菌內(nèi)獲得成功的 。3.3.基因工程與環(huán)境保護基因工程與環(huán)境保護實例：利用轉基因細菌實例：利用轉基因細菌 ，吸收環(huán)境，吸收環(huán)境中的重金屬，分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。中的重金屬，分解泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。三、轉基因生物和轉基因食品的安全性三、轉基因
5、生物和轉基因食品的安全性1.1.兩種觀點兩種觀點（1 1）轉基因生物和轉基因食品不安全，要嚴格控制。）轉基因生物和轉基因食品不安全，要嚴格控制。（2 2）轉基因生物和轉基因食品是安全的，應該）轉基因生物和轉基因食品是安全的，應該 。 2.2.我國的態(tài)度：十分重視轉基因生物及其產(chǎn)品的我國的態(tài)度：十分重視轉基因生物及其產(chǎn)品的 安全性問題。安全性問題。大范圍推廣大范圍推廣重組重組表達表達降解有毒有害的化合物降解有毒有害的化合物Content學點一學點一 基因工程的原理基因工程的原理1.1.基因工程的概念基因工程的概念通俗地說，基因工程就是按照人們的意愿，把一種生物的某通俗地說，基因工程就是按照人們的
6、意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改變生物的遺傳性狀。定向地改變生物的遺傳性狀。2.2.基因工程的原理基因工程的原理基因工程是把一種生物的某種基因作為整體轉移到另一種生基因工程是把一種生物的某種基因作為整體轉移到另一種生物體的細胞內(nèi)，基因仍然具有一定的獨立性和完整性，基因的結物體的細胞內(nèi)，基因仍然具有一定的獨立性和完整性，基因的結構基本沒有變化，只是位置發(fā)生了變化，所以應該屬于基因重組。構基本沒有變化，只是位置發(fā)生了變化，所以應該屬于基因重組。Content3.3.基因的基因的“剪刀剪刀
7、”限制酶限制酶(1)(1)作用與特性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，作用與特性：一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割并在特定的切點上切割DNADNA分子，即限制酶具有專一性和特異性。分子，即限制酶具有專一性和特異性。(2)(2)作用結果：一般產(chǎn)生黏性末端（堿基能互補配對）。作用結果：一般產(chǎn)生黏性末端（堿基能互補配對）。說明：限制酶切割的是脫氧核苷酸之間的化學鍵說明：限制酶切割的是脫氧核苷酸之間的化學鍵, ,不是堿基不是堿基之間的氫鍵。目的基因的兩端一般都具有黏性末端。限制酶之間的氫鍵。目的基因的兩端一般都具有黏性末端。限制酶切割目的基因不一定都產(chǎn)生黏性末端，也
8、可能產(chǎn)生平末端。切割目的基因不一定都產(chǎn)生黏性末端，也可能產(chǎn)生平末端。4.4.基因的基因的“針線針線”DNADNA連接酶連接酶作用：將不同作用：將不同DNADNA分子的兩個相同的黏性末端連接起來。分子的兩個相同的黏性末端連接起來。說明：說明：DNADNA連接酶連接的是磷酸和脫氧核糖之間的化學鍵，而連接酶連接的是磷酸和脫氧核糖之間的化學鍵，而不是堿基之間的氫鍵。不是堿基之間的氫鍵。5.5.基因的運輸工具基因的運輸工具運載體運載體(1)(1)作用：與含有外源基因作用：與含有外源基因( (即目的基因即目的基因) )的的DNADNA片段結合片段結合, ,將將外源基因送入受體細胞中。利用它在宿主細胞內(nèi)對目
9、的基因進外源基因送入受體細胞中。利用它在宿主細胞內(nèi)對目的基因進行大量的復制。行大量的復制。（2 2）作為載體需要具備的條件：能夠在宿主細胞中復制并）作為載體需要具備的條件：能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定保存；具備多個限制酶切點，便于與外源基因連接；具穩(wěn)定保存；具備多個限制酶切點，便于與外源基因連接；具有某些標記基因有某些標記基因, ,便于進行篩選。便于進行篩選。（3 3）常見的種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。）常見的種類：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等。質(zhì)粒是一種能在細胞染色體外自主復制的很小的環(huán)狀質(zhì)粒是一種能在細胞染色體外自主復制的很小的環(huán)狀DNADNA分子，分子，存在于細菌和酵母菌等許多生物中。
10、存在于細菌和酵母菌等許多生物中。說明：外源說明：外源DNADNA是很難直接透過細胞膜進入受體細胞的是很難直接透過細胞膜進入受體細胞的, ,即使能即使能進入受體細胞，也會受到細胞內(nèi)限制酶的作用而分解。進入受體細胞，也會受到細胞內(nèi)限制酶的作用而分解。Content6.6.基因工程的操作步驟基因工程的操作步驟Content【例例1 1】科學家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興的生物技術科學家們經(jīng)過多年的努力，創(chuàng)立了一種新興的生物技術基基 因工程，實施該工程的最終目的是因工程，實施該工程的最終目的是 （ ） A.A.定向提取生物體的分子定向提取生物體的分子 B.B.定向地對分子進行人工定向地對分子進行人
11、工“剪切剪切” C.C.在生物體外對分子進行改造在生物體外對分子進行改造 D.D.定向地改造生物的遺傳性狀定向地改造生物的遺傳性狀D D【解析解析】基因工程是通過對生物體的基因進行修飾改造，使之基因工程是通過對生物體的基因進行修飾改造，使之按照人們的意愿表現(xiàn)出人們所需要的性狀，產(chǎn)生人類所需要的基按照人們的意愿表現(xiàn)出人們所需要的性狀，產(chǎn)生人類所需要的基因產(chǎn)物，可見，基因工程的目的是定向改造生物的遺傳性狀。因產(chǎn)物，可見，基因工程的目的是定向改造生物的遺傳性狀。ContentDNADNA連接酶連接酶DNADNA聚合酶聚合酶作用作用連接兩個連接兩個DNADNA雙鏈片段間雙鏈片段間的兩個缺口的兩個缺口連
12、接單個脫氧核苷酸形成子鏈連接單個脫氧核苷酸形成子鏈模板模板相同點相同點都能形成磷酸二酯鍵，化學本質(zhì)都是都能形成磷酸二酯鍵，化學本質(zhì)都是1.1.基因工程引起的生物變異是基因工程引起的生物變異是 的。的。2.2.根據(jù)所學知識填寫下表。根據(jù)所學知識填寫下表。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)定向定向不需要不需要需要需要Content1.1.以下有關基因工程的敘述，正確的是以下有關基因工程的敘述，正確的是 ( )( ) A. A.基因工程是細胞水平上的生物工程基因工程是細胞水平上的生物工程 B.B.基因工程的產(chǎn)物對人類都是有益的基因工程的產(chǎn)物對人類都是有益的 C.C.基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工誘變基因工程產(chǎn)生的變異屬于人工
13、誘變 D.D.基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強基因工程育種的優(yōu)點之一是目的性強 D D學點二學點二 基因工程的應用基因工程的應用. .基因工程與作物育種基因工程與作物育種（）目的：把各種優(yōu)良基因通過基因工程導入生物體內(nèi)，（）目的：把各種優(yōu)良基因通過基因工程導入生物體內(nèi)，從而改變生物的遺傳特性，培育出新品種。從而改變生物的遺傳特性，培育出新品種。培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物。培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物。培育各種抗逆性的作物新品種。培育各種抗逆性的作物新品種。（2 2）優(yōu)點：降低生產(chǎn)成本、減少農(nóng)藥的使用對環(huán)境造成的污）優(yōu)點：降低生產(chǎn)成本、減少農(nóng)藥的使用對環(huán)境造成的污染，提高農(nóng)作物
14、對不良環(huán)境的適應能力。染，提高農(nóng)作物對不良環(huán)境的適應能力。. .基因工程與藥物研制基因工程與藥物研制把控制產(chǎn)生基因藥物的基因通過基因工程轉移到另一種生物把控制產(chǎn)生基因藥物的基因通過基因工程轉移到另一種生物（一般是微生物）體內(nèi)，從而獲得各種高質(zhì)量、低成本的藥物。（一般是微生物）體內(nèi)，從而獲得各種高質(zhì)量、低成本的藥物。例如胰島素、干擾素以及預防乙肝的疫苗等。例如胰島素、干擾素以及預防乙肝的疫苗等。. .基因工程與環(huán)境保護基因工程與環(huán)境保護利用轉基因細菌溶解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金利用轉基因細菌溶解有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，處理工業(yè)廢水，檢測環(huán)境中病毒的含量，生產(chǎn)超級細菌等。屬
15、，處理工業(yè)廢水，檢測環(huán)境中病毒的含量，生產(chǎn)超級細菌等。Content【例例2 2】下列關于基因工程成果的概述，錯誤的是下列關于基因工程成果的概述，錯誤的是 （ ） A.A.在醫(yī)藥衛(wèi)生方面，主要用于生產(chǎn)藥品和診斷治療疾病在醫(yī)藥衛(wèi)生方面，主要用于生產(chǎn)藥品和診斷治療疾病 B.B.在農(nóng)業(yè)上主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗性的農(nóng)作物在農(nóng)業(yè)上主要是培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良和具有抗性的農(nóng)作物 C.C.在畜牧業(yè)上主要的目的是培育體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動物在畜牧業(yè)上主要的目的是培育體型巨大、品質(zhì)優(yōu)良的動物 D.D.在環(huán)境保護方面主要用于環(huán)境監(jiān)測和對被污染環(huán)境的凈化在環(huán)境保護方面主要用于環(huán)境監(jiān)測和對被污染環(huán)境
16、的凈化C C【解析解析】基因工程技術在畜牧業(yè)上的應用主要目的是能產(chǎn)生人基因工程技術在畜牧業(yè)上的應用主要目的是能產(chǎn)生人們所需要的各種品質(zhì)優(yōu)良的動物，如具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高們所需要的各種品質(zhì)優(yōu)良的動物，如具有抗病能力、高產(chǎn)仔率、高產(chǎn)奶率和高質(zhì)量皮毛等品質(zhì)的動物。產(chǎn)奶率和高質(zhì)量皮毛等品質(zhì)的動物。Content1.1.轉基因生物是指細胞內(nèi)轉入了轉基因生物是指細胞內(nèi)轉入了 的生物。的生物。2.2.基因工程成功的標志是基因工程成功的標志是 。2.2.具有很強抗藥性的害蟲，體內(nèi)酯酶活性很高，該酶可催化分解有機磷具有很強抗藥性的害蟲，體內(nèi)酯酶活性很高，該酶可催化分解有機磷 農(nóng)藥。近年來，科學家已將控制酯
17、酶合成的基因分離出來，并將其導農(nóng)藥。近年來，科學家已將控制酯酶合成的基因分離出來，并將其導 入細菌體內(nèi)，經(jīng)過這樣處理的細菌仍能分裂繁殖，導入基因能不斷地入細菌體內(nèi)，經(jīng)過這樣處理的細菌仍能分裂繁殖，導入基因能不斷地 得到表達。該成果的重要意義是得到表達。該成果的重要意義是 （ ） A.A.用于殺滅害蟲用于殺滅害蟲B.B.處理農(nóng)藥殘留污染處理農(nóng)藥殘留污染 C.C.保護害蟲天敵保護害蟲天敵D.D.促進植株生長促進植株生長獲得了目的基因的產(chǎn)物獲得了目的基因的產(chǎn)物外源基因外源基因B B學點三學點三 轉基因生物和轉基因食品的安全轉基因生物和轉基因食品的安全. .轉基因生物轉基因生物轉基因生物包括轉基因植物
18、、轉基因動物和轉基因微生物，轉基因生物包括轉基因植物、轉基因動物和轉基因微生物，它們在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領域都有廣泛的應用。它們在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領域都有廣泛的應用。. .轉基因食品轉基因食品用轉基因生物生產(chǎn)或制造的食品、食品原料以及食品添加劑用轉基因生物生產(chǎn)或制造的食品、食品原料以及食品添加劑等都稱為轉基因食品。等都稱為轉基因食品。. .轉基因食品的安全性轉基因食品的安全性人類在改造生物、創(chuàng)造生物時，也感到不安與困惑，這主要人類在改造生物、創(chuàng)造生物時，也感到不安與困惑，這主要表現(xiàn)在：表現(xiàn)在：（）轉基因作物在代謝中會產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，對人體和（）轉基因作物在代謝中會產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，對人體和
19、動物的健康造成一定的危害。動物的健康造成一定的危害。（）轉基因生物中的抗病毒基因可能與其他病毒發(fā)生重組，（）轉基因生物中的抗病毒基因可能與其他病毒發(fā)生重組，產(chǎn)生超級病毒，給生物界帶來巨大的災難。產(chǎn)生超級病毒，給生物界帶來巨大的災難。Content【例例3 3】生物工程技術可實現(xiàn)基因在微生物、動物、植物之間的轉移，生物工程技術可實現(xiàn)基因在微生物、動物、植物之間的轉移， 甚至可將人工合成的基因導入植物體內(nèi)，培育出自然界沒有的新類甚至可將人工合成的基因導入植物體內(nèi)，培育出自然界沒有的新類 型。針對這項技術，下列說法中不正確的是型。針對這項技術，下列說法中不正確的是 （ ） A.A.可豐富生物多樣性可
20、豐富生物多樣性 B.B.自然界中的生物共用一套遺傳密碼自然界中的生物共用一套遺傳密碼 C.C.轉基因作物一旦成功，就可成為商品，豐富人們的食物轉基因作物一旦成功，就可成為商品，豐富人們的食物 D.D.也可以破壞生物的多樣性也可以破壞生物的多樣性C C【解析解析】生物工程技術之所以能實現(xiàn)基因在微生物、動物、植生物工程技術之所以能實現(xiàn)基因在微生物、動物、植物之間的轉移，是因為不同生物的物之間的轉移，是因為不同生物的DNADNA分子的結構是相同的，而且分子的結構是相同的，而且自然界中的所有生物共用一套遺傳密碼。但是，由于轉基因生物具自然界中的所有生物共用一套遺傳密碼。但是，由于轉基因生物具備了某些特
21、殊的性狀，增強了它們在該地區(qū)的競爭能力，所以轉基備了某些特殊的性狀，增強了它們在該地區(qū)的競爭能力，所以轉基因生物會威脅其他生物的生存，破壞生物的多樣性。轉基因農(nóng)作物因生物會威脅其他生物的生存，破壞生物的多樣性。轉基因農(nóng)作物研究，從實驗室走向大田實驗及產(chǎn)品商品化都要有相應法規(guī)或進行研究，從實驗室走向大田實驗及產(chǎn)品商品化都要有相應法規(guī)或進行嚴格監(jiān)控，不能立即成為商品。嚴格監(jiān)控，不能立即成為商品。Content轉基因生物的優(yōu)缺點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：轉基因生物的優(yōu)缺點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：. .優(yōu)點優(yōu)點（）解決糧食短缺問題（）解決糧食短缺問題, ,節(jié)省節(jié)省 ，降低糧食售價；，降低糧食售價；（）減
22、少農(nóng)藥使用量，從而減少（）減少農(nóng)藥使用量，從而減少 ；（）增加食物營養(yǎng)，提高附加值；增加食物種類，提升食物品質(zhì)；（）增加食物營養(yǎng)，提高附加值；增加食物種類，提升食物品質(zhì)；（）促進生產(chǎn)效率，帶動相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。（）促進生產(chǎn)效率，帶動相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。. .缺點缺點（）可能產(chǎn)生新毒素和新過敏原；（）可能產(chǎn)生新毒素和新過敏原；（）可能產(chǎn)生抗除草劑的雜草；（）可能產(chǎn)生抗除草劑的雜草；（）可能使疾病的散播跨越（）可能使疾病的散播跨越 障礙；障礙；（）可能破壞農(nóng)作物的生物多樣性，干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（）可能破壞農(nóng)作物的生物多樣性，干擾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本環(huán)境污染環(huán)境污染物種物種Content3.
23、3.基因工程產(chǎn)物可能存在著一些安全性問題基因工程產(chǎn)物可能存在著一些安全性問題, ,但不必擔心但不必擔心 （ ） A.A.三倍體轉基因鯉魚與正常鯉魚雜交三倍體轉基因鯉魚與正常鯉魚雜交, ,進而導致自然種群被淘汰進而導致自然種群被淘汰 B.B.運載體的標記基因運載體的標記基因( (如抗生素基因如抗生素基因) )可能指導合成有利于抗性進化可能指導合成有利于抗性進化 的產(chǎn)物的產(chǎn)物 C.C.目的基因目的基因( (如殺蟲基因如殺蟲基因) )本身編碼的產(chǎn)物可能會對人體產(chǎn)生毒性本身編碼的產(chǎn)物可能會對人體產(chǎn)生毒性 D.D.目的基因通過花粉的散布轉移到其他植物體內(nèi)目的基因通過花粉的散布轉移到其他植物體內(nèi), ,從而
24、可能打破生態(tài)從而可能打破生態(tài) 平衡平衡A AContent比較項目比較項目基因重組基因重組基因工程基因工程不不同同點點概念概念在生物體進行有性生在生物體進行有性生殖過程中，控制不同殖過程中，控制不同性狀的基因重新組合性狀的基因重新組合利用分子生物學和基因利用分子生物學和基因工程手段，將某種生物工程手段，將某種生物的基因轉移到其他生物的基因轉移到其他生物中，使原物種出現(xiàn)不具中，使原物種出現(xiàn)不具有的新性狀有的新性狀重組重組方式方式同一物種的不同基因同一物種的不同基因不同物種間的不同基因不同物種間的不同基因繁殖繁殖方式方式有性生殖有性生殖無性生殖無性生殖變異變異大小大小小小大大意義意義是生物變異的來源之是生物變異的來源之一，對生物進化有重一，對生物進化有重要意義要意義使人類能按自己的意愿使人類能按自己的意愿定向地改變基因結構，定向地改變基因結構，培育出新品種培育出新品種相相同同點點都實現(xiàn)了不同基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生變都實現(xiàn)了不同基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生變異異1.1.基因重組與基基因重組與基因工程有什么關因工程有什么關系系Content2.2.利用所學知識利用所學知識嘗試構建三維知嘗試構建三維知識體系識體系
【人教版】高中生物必修二《 6.2 基因工程及其應用》課件
