基因工程的原理和應(yīng)用

人教版高中生物必修二第六章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、簡述基因工程的基本原理；2、描述基因工程的基本步驟教學(xué)重點基因工程的三個工具和基本步驟基因工程的原理和應(yīng)用基因工程：按照人們的意愿，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，定向地改造生物的性狀。

基因工程的原理基因工程別名：基因拼接技術(shù)或________原理：______操作水平：______水平優(yōu)點：可_____地改造生物的遺傳性狀操作對象：____基因重組DNA重組技術(shù)基因分子定向問題情景將胰島素做為治療糖尿病的最主要的藥物,其需求量越來越大。科學(xué)家利用微生物快速繁殖的特點，將人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌體內(nèi)，讓大腸桿菌來產(chǎn)生人的胰島素。假如你作為一名研究者，來培育能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌，那么你會遇到哪些困難或需要解決哪些問題呢？你認(rèn)為關(guān)鍵的步驟是什么？人體某DNA片段（含胰島素基因）大腸桿菌“剪刀”“運輸工具”“針線”一.基因工程的工具1、基因的“剪刀”——限制酶2、基因的“運輸工具”——運載體3、基因的“針線”——DNA連接酶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DNA分子。特點:實例:大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開主要是從原核生物中分離和純化來源:1.基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶（限制酶）一.基因工程的工具切割結(jié)果：產(chǎn)生2個DNA片段1.基因的剪刀——限制性內(nèi)切酶一.基因工程的工具【合作探究一】EcoRI限制酶能專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開,試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后產(chǎn)生的2個DNA片段②HindⅢ限制酶能專一識別AAGCTT序列,并在A和A之間將這段序列切開,試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后產(chǎn)生的2個DNA片段黏性末端黏性末端【合作探究一】③被EcoRI限制酶和HindⅢ限制酶切斷的2個DNA是否具有相同的黏性末端？限制酶有什么特點？④要獲得目的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？1、基因的“剪刀”——限制酶一.基因工程的工具不同。專一性GGCATCTTAAAATTCCGTAG兩個切口，四個黏性末端。AATTCGGATTGCCTAACTTAAGGGCATCTTAAAATTCCGTAGAATTCGGATTGCCTAACTTAAG2.基因的運輸工具——運載體1）作用：2)種類：將外源基因送入受體細胞的工具。質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒。一.基因工程的工具質(zhì)粒：存在于許多______以及酵母菌等生物中，是細胞除擬核或細胞核外能夠_______的__________________。細菌自主復(fù)制小型環(huán)狀DNA分子【探究二】運載體運輸目的基因之前需要先切割運載體（質(zhì)粒），才能將目的基因拼接上去，那么應(yīng)該使用什么工具來切割運載體？請分析這樣操作的目的是什么？

限制酶獲得相同的黏性末端，便于質(zhì)粒與目的基因的結(jié)合。2.基因的運輸工具——運載體一.基因工程的工具同種3.基因的“針線”──DNA連接酶一.基因工程的工具質(zhì)粒的片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT【探究三】①DNA連接酶可以將具有相同黏性末端的兩個DNA片段縫合。那么它縫合的是兩個DNA片段的什么部位？②用DNA連接酶將目的基因與運載體兩兩連接時，可能有哪些產(chǎn)物？

目的基因-目的基因目的基因-運載體運載體-運載體3.基因的“針線”──DNA連接酶一.基因工程的工具DNA連接酶的作用是縫合2個相鄰的脫氧核苷酸之間磷酸和脫氧核糖之間的缺口（箭頭a），形成磷酸二酯鍵。二.基因工程基本步驟【合作探究四】1.如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？請動手操作，并準(zhǔn)確闡述操作步驟。0人體某DNA片段（含胰島素基因）質(zhì)粒大腸桿菌EcoRI限制酶DNA連接酶=“剪刀”=“膠紙”⑴提取目的基因：

⑵目的基因與運載體結(jié)合：

⑶將目的基因?qū)胧荏w細胞：

⑷目的基因的檢測與鑒定：取出DNA取出質(zhì)?！猛N限制酶→用DNA連接酶連接將重組DNA導(dǎo)入受體細胞增殖(限制酶)

切開DNA切割質(zhì)粒重組DNA基因產(chǎn)物基因產(chǎn)物二.基因工程基本步驟2.嫁接了人胰島素基因的工程菌，能大量合成人胰島素。細菌和人是差異非常大的兩種生物，為什么通過基因重組后，細菌能夠合成人體的某些蛋白質(zhì)呢？人和細菌共用一套遺傳密碼所有生物共用一套遺傳密碼二.基因工程基本步驟小結(jié)基因工程原理步驟優(yōu)點基因重組定向改造生物性狀1.提取目的基因2.目的基因與_________結(jié)合3.將目的基因?qū)隷__________4.目的基因的檢測和鑒定運載體受體細胞（限制酶）（同種限制酶DNA連接酶）4個步驟，3種工具，2種酶，1個原理課堂檢測1.判斷題（1）所有的限制酶都識別GAATTC序列（2）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列（3）限制酶能識別和切割RNA（4）DNA連接酶可將黏性末端之間的堿基連接起來（5）基因工程所用的工具酶有限制酶、DNA連接酶和運載體（6）基因工程中載體只有質(zhì)?！蘕XXXX2.圖為DNA分子的某一片段，其中①②③分別表示某種酶的作用部位，則相應(yīng)的酶依次是DNA連接酶、限制酶、解旋酶限制酶、解旋酶、DNA連接酶解旋酶、限制酶、DNA連接酶限制酶、DNA連接酶、解旋酶C種類過程作用化學(xué)鍵限制酶DNA連接酶DNA聚合酶解旋酶切割DNA分子，形成黏性末端切割磷酸二酯鍵基因工程基因工程連接相同黏性末端的DNA片段連接游離脫氧核苷酸形成磷酸二酯鍵將DNA雙鏈解開形成單鏈DNA復(fù)制DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄破壞氫鍵形成磷酸二酯鍵DNA聚合酶、DNA連接酶、限制酶、DNA解旋酶有何異同？課堂檢測1.下列有關(guān)基因工程的敘述，正確的是：（）A.基因工程所用的工具酶是限制酶、連接酶和運載體B．所有的限制酶都只能識別同一種特定的核苷酸序列C．選用細菌作為重組質(zhì)粒的受體細胞是因為細菌繁殖快D．只要目的基因進入了受體細胞就能成功實現(xiàn)表達2.對下圖中a、b、c、d代表的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的描述。正確的是

a為質(zhì)粒RNAB．b為限制酶c為RNA聚合酶D．d為標(biāo)記基因CB3.下列有關(guān)DNA連接酶的敘述，正確的是（）A.催化相同黏性末端的DNA片段之間的連接B.催化不同黏性末端的DNA片段之間的連接C.催化兩個黏性末端互補堿基間氫鍵的形成D.在基因工程操作中，可用DNA聚合酶代替DNA連接酶課堂檢測C基因工程育種與雜交育種、誘變育種相比，其原理是什么？主要優(yōu)點是什么？三．反思總結(jié)(1)原理：與雜交育種相同，是基因重組。(2)優(yōu)點：與雜交育種相比，基因工程育種的育種周期短并產(chǎn)生了新性狀；與誘變育種相比，基因工程育種能定向改造生物的遺傳性狀?？偨Y(jié)：基因工程育種的優(yōu)點(1)目的性強，定向改造生物性狀；(2)育種周期短；(3)克服遠緣雜交不親和的障礙。都實現(xiàn)了__________基因間的重新組合，都能比較項目基因重組基因工程不同點概念在生物體進行______過程中，控制______的基因的重新組合按照人們的意愿，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，____地改造生物的遺傳性狀重組基因____物種的不同基因____物種間的不同基因繁殖方式________________變異大小________________意義是生物變異的來源之一，對生物進化有重要意義使人類有可能按自己的意愿________地改造生物，培育出新品種相同點使生物產(chǎn)生____基因間的重新組合，都能使生物產(chǎn)生____

有性生殖不同性狀定向不同同種有性生殖無性生殖小大定向不同變異＊基因工程與動、植物育種：獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、抗逆的農(nóng)作物和動物新品種?？瓜x基因作物的使用，不僅減少了農(nóng)藥的用量，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。抗蟲棉普通棉四．基因工程的應(yīng)用耐貯存的轉(zhuǎn)基因番茄抗除草劑的轉(zhuǎn)基因小麥＊基因工程與動、植物育種：獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、抗逆的農(nóng)作物和動物新品種。四．基因工程的應(yīng)用轉(zhuǎn)人乳清蛋白基因的奶牛轉(zhuǎn)基因超級鼠轉(zhuǎn)生長激素基因的超級綿羊＊基因工程與動、植物育種：獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、抗逆的農(nóng)作物和動物新品種。四．基因工程的應(yīng)用＊基因工程與藥物研制：能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品。資料：用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素胰島素是治療糖尿病的特效藥。以往臨床上給病人注射的胰島素主要從豬、牛等家畜的胰腺中提取，每100kg胰腺只能提取4～5g。用這種方法生產(chǎn)的胰島素產(chǎn)量低，價格昂貴，遠遠不能滿足需求。

1978年，科學(xué)家將人體內(nèi)能夠產(chǎn)生胰島素的基因，與大腸桿菌的

DNA

分子重組，并且在大腸桿菌細胞內(nèi)獲得成功表達。這樣，用2000

L大腸桿菌培養(yǎng)液就可以提取100

g胰島素，相當(dāng)于從2t豬胰腺中提取的量。

1982年，美國一家公司用基因工程方法生產(chǎn)的胰島素開始投入市場。100kg胰腺4~5g胰島素2000L大腸桿菌培養(yǎng)液100g胰島素相當(dāng)于2T豬胰腺提取量四．基因工程的應(yīng)用＊基因工程與環(huán)境保護：資料能清除石油污染的“超級細菌”超級細菌1975年，科學(xué)家用基因工程的方法，把能分解三種烴類的基因都轉(zhuǎn)移到一種假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時分解四種烴類的“超級細菌”。四．基因工程的應(yīng)用能降解TNT的轉(zhuǎn)基因煙草能凈化鎘污染農(nóng)田的籽粒莧有毒工業(yè)廢水生物處理工程＊基因工程與環(huán)境保護：四．基因工程的應(yīng)用資料分析轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性當(dāng)人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、創(chuàng)造生物的能力時，也感到了不安與困惑。人類是否有權(quán)按照自己的意愿操縱地球上的生命？人類創(chuàng)造的轉(zhuǎn)基因生物、轉(zhuǎn)基因食品是否會危害整個生物圈，包括人類自身？這些問題曾引起了全球范圍的大辯論，而辯論的起因源于對老鼠的實驗。

1998年，英國一位生物學(xué)家在電視節(jié)目中宣布：老鼠食用了轉(zhuǎn)基因馬鈴薯后，腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷，體重和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)遭到破壞。電視播出后，引起了人們對轉(zhuǎn)基因食品的極度恐懼。盡管審查表明這一實驗存在明顯的漏洞，結(jié)果不可信，但仍無法消除人們的疑慮。一種觀點轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品不安全，要嚴(yán)格控制

1.一個簡陋的小實驗室，就能把艾滋病病毒與感冒病毒組裝到一起，使艾滋病病毒像感冒一樣，大范圍地傳播。

2.1999年5月20日的《自然》雜志報導(dǎo)：帝王蝶的幼蟲在吃了某種轉(zhuǎn)基因玉米的花粉粘染過的牛奶草葉子后，近一半的個體死亡，幸存的也不能正常發(fā)育。

3.某些公司曾利用基因工程技術(shù)讓細菌生產(chǎn)牛的生長激素(BST)，然后定期給奶牛注射BST，使奶牛分泌更多的乳汁。但注射BST的奶牛，乳房感染更為頻繁，必需用抗生素治療，結(jié)果導(dǎo)致乳汁中含有抗生素?！硪环N觀點轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品是安全的，應(yīng)大范圍推廣

1.轉(zhuǎn)基因食品的構(gòu)成與非轉(zhuǎn)基因食品一樣，都是由氨基酸、蛋白質(zhì)和碳水化合物等物質(zhì)組成的，從理論上分析是安全的。

2.對轉(zhuǎn)入蘇云金桿菌基因的西紅柿進行毒性分析表明，這種轉(zhuǎn)基因西紅柿對人體健康沒有影