山東省沂水縣高中生物 第六章 從雜交育種到基因工程 6.2 基因工程及其應(yīng)用課件 新人教版必修2.ppt

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雜交育種 原理 基因重組 方法 優(yōu)點(diǎn) 使位于不同個(gè)體上的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體上 即 集優(yōu) 能產(chǎn)生新的基因型 缺點(diǎn) 育種所需時(shí)間較長 應(yīng)用 農(nóng)作物育種 動(dòng)物的雜交育種等 概念 二 誘變育種 原理 基因突變 方法 優(yōu)點(diǎn) 產(chǎn)生新基因和新的性狀 能提高變異的頻率 后代變異性狀能較快穩(wěn)定 加速育種進(jìn)程 缺點(diǎn) 有利個(gè)體不多 須大量處理實(shí)驗(yàn)材料 工作量大 應(yīng)用 太空辣椒的培育 青霉菌的選育等 利用物理因素 如x射線 射線 紫外線 激光等 或化學(xué)因素 如亞硝酸 硫酸二乙酯等 處理生物 使生物發(fā)生基因突變 概念 誘變育種能夠提高變異頻率 在較短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型 但是方向難以掌握 有利個(gè)體少 雜交育種只能利用已有基因進(jìn)行重組 按需選擇 并不能創(chuàng)造新的基因 這種育種方法只能在同種生物中進(jìn)行 有沒有一種育種方法能夠按照人類的意愿直接定向改變生物 將一種生物的優(yōu)良性狀 移植到另一種生物體 基因工程及其應(yīng)用 我們可以這樣設(shè)想 思考 1 為什么能把一種生物的基因 嫁接 到另一種生物上 2 推測這種 嫁接 怎樣實(shí)現(xiàn) 3 這種嫁接對品種的改良有什么意義 1 什么是基因工程 2 基因工程的步驟和原理3 關(guān)注轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 課標(biāo)要求 原理 基因重組 操作水平 DNA分子水平 操作環(huán)境 生物體外 結(jié)果 定向改造生物的性狀 獲得人類所需要的品種 一 基因工程 目的基因 基因工程又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù) 通俗的說 就是按照人們的意愿 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(xì)胞里 定向地改造生物的性狀 二 基因操作的工具 專一性 基因的針線 DNA連接酶 被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端 限制性內(nèi)切酶在生物體內(nèi)有一類酶 它們能將外來的DNA切斷 即能夠限制異源DNA的侵入并使之失去活力 但對自身的DNA卻無損害 科學(xué)家還注意到 這種酶是從DNA分子內(nèi)部切斷DNA的 因此 這種酶稱做限制性內(nèi)切酶 美國生物學(xué)家內(nèi)森斯和史密斯因發(fā)現(xiàn)了限制性內(nèi)切酶而獲得1978年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) 基因的針線 DNA連接酶 將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來 使之成為一個(gè)完整的DNA分子 連接酶的作用是 3 基因的運(yùn)輸工具 運(yùn)載體 常用的運(yùn)載體 質(zhì)粒 噬菌體和動(dòng)植物病毒 質(zhì)粒習(xí)慣上用來專指細(xì)菌 酵母菌和放線菌等生物中染色體 或擬核 以外的DNA分子 它們在細(xì)菌中以獨(dú)立于染色體或擬核之外的方式存在 即使細(xì)菌細(xì)胞不含質(zhì)粒 也可以正常地生活 質(zhì)粒的存在通常不會(huì)對寄主細(xì)胞產(chǎn)生不利影響 有時(shí)還會(huì)為寄主細(xì)胞提供新的遺傳特性 例如 有些質(zhì)粒攜帶幫助自身從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)入另一個(gè)細(xì)胞的信息 有些質(zhì)粒含有對某種抗生素具有抗性的基因 作為載體的質(zhì)粒通常具有以下特點(diǎn) 第一 能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)保存并自主復(fù)制 第二 要有一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記基因 用于篩選 在基因工程操作中 用肉眼無法看到載有目的基因的載體是否真正進(jìn)入細(xì)胞 這時(shí) 標(biāo)記基因就為鑒別和篩選提供了標(biāo)記 所謂的選擇標(biāo)記指的就是抗生素抗性基因 如抗四環(huán)素或抗氨芐青霉素基因 只要在培養(yǎng)基中加入四環(huán)素或氨芐青霉素就能夠篩選已轉(zhuǎn)化的細(xì)胞 當(dāng)質(zhì)粒存在于細(xì)菌細(xì)胞時(shí) 細(xì)菌便獲得了抗生素抗性 用來區(qū)別未轉(zhuǎn)化的細(xì)胞 第三 質(zhì)粒的相對分子質(zhì)量要小 以便于操作 第四 具有多個(gè)限制酶識別位點(diǎn) 便于與外源基因連接 第一步 獲取目的基因 三 工程基本步驟 1 直接從生物體中分離獲得 2 生物合成法 2 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個(gè)切口 將目的基因插入切口處 讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補(bǔ)配對后 在連接酶的作用下連接形成重組DNA分子 在連接酶的作用下連接時(shí) 可能是質(zhì)粒和目的基因重組 也可能是質(zhì)粒和質(zhì)粒結(jié)合 也可能是目的基因和目的基因 第三步 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 常用的受體細(xì)胞 菌類和動(dòng)植物細(xì)胞 4 目的基因的檢測和鑒定 大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因 處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少 必須將它從中檢測出來 利用是否具有標(biāo)記基因?qū)⒚總€(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落 檢測菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物 淘汰無表達(dá)產(chǎn)物的菌落 保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng) 研究 四 基因工程的應(yīng)用 1 基因工程與作物育種 生長快 肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚 中國 乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛 阿根廷 轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒 2 基因工程與藥物研制 我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物 許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的 受材料來源限制產(chǎn)量有限 其價(jià)格往往十分昂貴 微生物生長迅速 容易控制 適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn) 若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi) 讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物 不但能解決產(chǎn)量問題 還能大大降低生產(chǎn)成本 胰島素從豬 牛等動(dòng)物的胰腺中提取 100Kg胰腺只能提取4 5g的胰島素 其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知 將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌 每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素 使其價(jià)格降低了30 50 基因工程做成的 超級細(xì)菌 能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì) 通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類 用基因工程培育成功的 超級細(xì)菌 卻能分解石油中的多種烴類化合物 有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞 鎘等重金屬 分解DDT等毒害物質(zhì) 3 環(huán)境保護(hù) 利用基因工程培育的 指示生物 能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況 卻不易因環(huán)境污染而大量死亡 甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物 練習(xí) 要使目的基因與對應(yīng)的載體重組 所需的兩種酶是 限制酶 連接酶 解旋酶 還原酶 實(shí)施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來 這要利用限制性內(nèi)切酶 一種限制性內(nèi)切酶能識別 分子的 順序 切點(diǎn)在 和 之間 這是利用了酶的 高效性 專一性 多樣性 催化活性易受外界影響 3 基因工程的正確操作步驟是 使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 檢測目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求 提取目的基因 采用基因工程的方法培育抗蟲棉 下列導(dǎo)入目的基因的作法正確的是 將毒素蛋白注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的 序列 注射到棉受精卵中 將編碼毒素蛋白的 序列 與質(zhì)粒重組 導(dǎo)入細(xì)菌 用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞 在進(jìn)行組織培養(yǎng) 將編碼毒素蛋白的 序列 與細(xì)菌質(zhì)粒重組 注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中