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1、共 117 页1第第25讲从杂交育种到基因工程讲从杂交育种到基因工程共 117 页2走进高考第一关走进高考第一关:教材关教材关共 117 页3从杂交育种到基因工程杂交育从杂交育种到基因工程杂交育种与诱变育种杂交育种概念种与诱变育种杂交育种概念:将将_或或_品种的品种的优良性状通过优良性状通过_集集中在一起中在一起,再经过选择和培育再经过选择和培育,获得新品种的方法获得新品种的方法原理原理:_方法方法:杂交杂交目的目的:培育动培育动 植物优良品种植物优良品种特点特点只能利用已有基因的重组只能利用已有基因的重组,按需要选择按需要选择,不能创造不能创造_两个两个多个多个杂交杂交基因重组基因重组新基因
2、新基因共 117 页4杂交后代会出现杂交后代会出现_现象现象,育种进程缓慢育种进程缓慢,过程相对简过程相对简单诱变育种概念单诱变育种概念:利用物理因素或化学因素来处理生物利用物理因素或化学因素来处理生物,使生使生物发生物发生_原理原理:基因突变基因突变方法方法:物理物理(如如X射线射线 射线射线 紫外线紫外线 激光等激光等)诱变诱变化学化学(如亚硝酸如亚硝酸 硫酸二乙酯等硫酸二乙酯等)诱变诱变特点提高特点提高_,缩短育种进程缩短育种进程_大基因工程及其大基因工程及其分离分离基因突变基因突变突变率突变率盲目性盲目性共 117 页5应用基因工程的原理概念应用基因工程的原理概念:又叫又叫_技术或技术
3、或_技技术术 通俗地说通俗地说,就是按照人们的意就是按照人们的意愿愿,把一种生物的某种基因提取出来把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造加以修饰改造,然后放在然后放在另一种生物的细胞里另一种生物的细胞里,_地改造生物的遗传性状地改造生物的遗传性状工具基因的工具基因的“剪刀剪刀”_酶酶基因的基因的“针线针线”_酶基因的运载体酶基因的运载体步骤步骤:提取目的基因提取目的基因目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合将目的基因将目的基因导入受体细胞导入受体细胞目的基因的目的基因的_基因工程的应用作物育种药物研制环境保护基因工程的应用作物育种药物研制环境保护转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物和
4、转基因食品的安全性基因拼接基因拼接DNA重组重组定向定向限制性核酸内切限制性核酸内切DNA连接连接检测与表达检测与表达共 117 页6解读高考第二关解读高考第二关:考点关考点关共 117 页7考点考点1几种育种方法的比较几种育种方法的比较杂交育种杂交育种诱变育种诱变育种多倍体育种多倍体育种单倍体育种单倍体育种基因工程育种基因工程育种方法方法杂交杂交 自交自交射线射线 激光激光 化学化学药品处理药品处理 生物处理生物处理秋水仙素处理萌秋水仙素处理萌发的种子或发的种子或幼苗幼苗花药离体培养后花药离体培养后再诱导染色再诱导染色体加倍体加倍将一种生物特定基因将一种生物特定基因转移到另一种生转移到另一种
5、生物细胞中物细胞中原理原理基因重组基因重组基因突变基因突变染色体变异染色体变异染色体变异染色体变异基因重组基因重组优点优点操作简单操作简单 目的目的性强性强提高变异频率提高变异频率,大大辐度改良某辐度改良某些性状些性状,后代后代变异性状较变异性状较快稳定快稳定器官大器官大 营养物营养物质含量高质含量高明显缩短育种年明显缩短育种年限限定向改造生物的遗传定向改造生物的遗传性状性状缺点缺点育种年限长育种年限长处理材料较多处理材料较多,突突变后有利个变后有利个体少体少发育延迟发育延迟,结实率结实率较低较低,在动物在动物中难以开展中难以开展方法复杂方法复杂,成活率成活率较低较低,需与杂需与杂交育种配合交
6、育种配合有可能引发生态危机有可能引发生态危机举例举例高秆抗病和矮秆高秆抗病和矮秆易感病小麦易感病小麦杂交产生矮杂交产生矮秆抗病品种秆抗病品种高产青霉素菌株高产青霉素菌株的育成的育成三倍体无子西瓜三倍体无子西瓜和甜菜和甜菜 八八倍体小黑麦倍体小黑麦抗病植株的育成抗病植株的育成抗虫抗虫棉棉共 117 页8特别提醒特别提醒:杂交育种与杂种优势的区别杂交育种与杂种优势的区别:杂交育种是通过有性生殖杂交育种是通过有性生殖,使不同的优良性状组合到后代的使不同的优良性状组合到后代的一个个体中一个个体中,从而选育出优良品种的方法从而选育出优良品种的方法 杂种优势是指基因型不同的个体杂交产生的杂种一代杂种优势是
7、指基因型不同的个体杂交产生的杂种一代,在适在适应能力上优于两个亲本的现象应能力上优于两个亲本的现象 共 117 页9深化拓展深化拓展:1.诱变育种与杂交育种相比诱变育种与杂交育种相比,前者能产生前所未有的新基因前者能产生前所未有的新基因,创造变异新类型创造变异新类型;后者不能产生新基因后者不能产生新基因,只是实现原有基因的只是实现原有基因的重新组合重新组合 2.在所有育种方法中在所有育种方法中,最简捷最简捷 常规的育种方法常规的育种方法杂交育种杂交育种 共 117 页103.根据不同育种需求选择不同的育种方法根据不同育种需求选择不同的育种方法(1)将两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上将
8、两亲本的两个不同优良性状集中于同一生物体上,可利可利用杂交育种用杂交育种,亦可利用单倍体育种亦可利用单倍体育种 (2)要求快速育种要求快速育种,则运用单倍体育种则运用单倍体育种 (3)要求大幅度改良某一品种要求大幅度改良某一品种,使之出现前所未有的性状使之出现前所未有的性状,可利可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法用诱变育种和杂交育种相结合的方法 (4)要求提高品种产量要求提高品种产量,提高营养物质含量提高营养物质含量,可运用多倍体育种可运用多倍体育种 共 117 页114.杂交育种选育的时间是从杂交育种选育的时间是从F2代开始代开始,原因是从原因是从F2开始发生性开始发生性状分离状分离;选育
9、后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还选育后是否连续自交取决于所选优良性状是显性还是隐性是隐性 5.杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传杂交育种是通过杂交培育具有优良性状且能稳定遗传(纯合纯合子子)的新品种的新品种,而杂种优势则是通过杂交获得种子而杂种优势则是通过杂交获得种子,一般不是纯一般不是纯合子合子,在杂种后代上表现出多个优良性状在杂种后代上表现出多个优良性状,但只能用杂种一代但只能用杂种一代,因为后代会发生性状分离因为后代会发生性状分离 6.诱变育种尽管提高突变率诱变育种尽管提高突变率,但处理材料时仍然是未突变的远但处理材料时仍然是未突变的远远多于突变的个体远多于突变的个体
10、;突变的不定向性和一般有害的特性决定突变的不定向性和一般有害的特性决定了在突变的个体中有害的仍多于有利的了在突变的个体中有害的仍多于有利的,只是与自然突变相比只是与自然突变相比较较,二者都增多二者都增多 共 117 页12例析例析1普通小麦中有高秆抗病普通小麦中有高秆抗病(TTRR)和矮秆易感病和矮秆易感病(ttrr)两个两个品种品种,控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上控制两对性状的基因分别位于两对同源染色体上 实验实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验:共 117 页13请分析回答请分析回答:(1)A组由组由F1获得获得F2的方法是的方法是_,F
11、2矮秆抗病植株中不矮秆抗病植株中不能稳定遗传的占能稳定遗传的占_ (2) 三类矮杆抗病植株中三类矮杆抗病植株中,最可能产生不育配子的最可能产生不育配子的是是_类类 (3)A B C三组方法中三组方法中,最不容易获得矮秆抗病小麦品种的最不容易获得矮秆抗病小麦品种的是是_组组,原因是原因是_ 自交自交2/3C基因突变频率低且不定向基因突变频率低且不定向共 117 页14(4)通过矮杆抗病通过矮杆抗病获得矮秆抗病小麦新品种的方法是获得矮秆抗病小麦新品种的方法是_ 获得的矮杆抗病植株获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占中能稳定遗传的占_ (5)在一块高秆在一块高秆(纯合体纯合体)小麦田中小麦田中,发现了
12、一株矮秆小麦发现了一株矮秆小麦 请设请设计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因计实验方案探究该矮秆性状出现的可能原因(简要写出所用简要写出所用方法方法 结果和结论结果和结论) _ 秋水仙素秋水仙素(或低温或低温)诱导染色体加倍诱导染色体加倍100%将矮秆小麦与高秆小麦杂交将矮秆小麦与高秆小麦杂交;如果子一代为高秆如果子一代为高秆 子二代高子二代高秆：矮秆秆：矮秆=3：1(或出现性状分离或出现性状分离),则矮秆性状是基因突变造则矮秆性状是基因突变造成的成的;否则否则,矮秆性状是环境引起的矮秆性状是环境引起的 或将矮秆小麦与高秆小或将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下麦种植在相同环境条件下;如
13、果两者未出现明显差异如果两者未出现明显差异,则矮秆则矮秆性状由环境引起性状由环境引起;否则否则,矮秆性状是基因突变的结果矮秆性状是基因突变的结果共 117 页15解析解析:(1)将将F1高秆抗病类型自交高秆抗病类型自交,在在F2中可获得高秆抗病中可获得高秆抗病 矮矮秆抗病秆抗病 高秆易感病和矮秆易感病四种类型高秆易感病和矮秆易感病四种类型,从四种类型中选从四种类型中选择矮秆抗病择矮秆抗病 该矮秆抗病类型的基因组成为该矮秆抗病类型的基因组成为ttRR或或ttRr,其其中中,不能稳定遗传的不能稳定遗传的(ttRr)在矮抗植株中占在矮抗植株中占2/3 (2)B组矮秆抗组矮秆抗病类型病类型是由是由F1
14、高秆抗病类型的花药离体培养直接获得高秆抗病类型的花药离体培养直接获得,其基其基因组成为因组成为tR,属单倍体属单倍体,高度不育高度不育 (3)由题干信息可知由题干信息可知,A为杂为杂交育种交育种,B为单倍体育种为单倍体育种,C为诱变育种为诱变育种,因诱变育种具有突变率因诱变育种具有突变率低且不定向等特点低且不定向等特点,所以所以C组最不易获得矮秆抗病品种组最不易获得矮秆抗病品种 (4)矮矮秆抗病秆抗病是单倍体是单倍体,要经过秋水仙素要经过秋水仙素(或低温或低温)诱导染色体加倍诱导染色体加倍,才能得到矮秆抗病小麦新品种才能得到矮秆抗病小麦新品种,基因型基因型ttRR,全部为纯合体全部为纯合体 (
15、5)一块高秆一块高秆(纯合体纯合体)小麦田中小麦田中,发现了一株矮发现了一株矮共 117 页16秆小麦秆小麦,属于变异属于变异 导致变异的原因有两种导致变异的原因有两种:环境条件导致的环境条件导致的不可遗传的变异和遗传物质变化引起的可遗传的变异不可遗传的变异和遗传物质变化引起的可遗传的变异,所以探所以探究该矮秆性状出现可能原因的实验思路是通过判断该变异性究该矮秆性状出现可能原因的实验思路是通过判断该变异性状能否遗传来获得结论状能否遗传来获得结论,如该变异性状能遗传如该变异性状能遗传,则是基因突变则是基因突变的结果的结果;如该变异性状不能遗传如该变异性状不能遗传,则是环境引起的则是环境引起的 实
16、验方法实验方法有两种有两种,其一将矮秆小麦与高秆小麦杂交其一将矮秆小麦与高秆小麦杂交,如果子二代高秆如果子二代高秆：矮秆矮秆=3：1(或出现性状分离或出现性状分离),则矮秆性状是基因突变造成的则矮秆性状是基因突变造成的,否则否则,矮秆性状是环境引起的矮秆性状是环境引起的 其二其二,将矮秆小麦与高秆小麦将矮秆小麦与高秆小麦种植在相同环境条件下种植在相同环境条件下;如果两者未出现明显差异如果两者未出现明显差异,则矮秆性则矮秆性状由环境引起状由环境引起,否则是基因突变的结果否则是基因突变的结果 共 117 页17互动探究互动探究1:以下各项是产生新个体的几种方法以下各项是产生新个体的几种方法,图中涉
17、及小麦图中涉及小麦的两对相对性状独立遗传的两对相对性状独立遗传 请据图回答问题请据图回答问题:A.高秆白粒小麦高秆白粒小麦矮秆红粒小麦矮秆红粒小麦F1F2 稳定遗传稳定遗传的矮秆白粒小麦的矮秆白粒小麦B.高秆抗锈病小麦高秆抗锈病小麦矮秆易染锈病小麦矮秆易染锈病小麦F1花粉花粉 a 稳定遗传的矮秆抗锈病小麦稳定遗传的矮秆抗锈病小麦C.普通小麦普通小麦黑麦黑麦F1小黑麦小黑麦D 共 117 页18谷氨酸：谷氨酸： 亮氨酸：亮氨酸： 丙氨酸：丙氨酸： 精精氨酸：氨酸：共 117 页19(1)在在A组的组的处育种工作者应采用的方法是处育种工作者应采用的方法是_ (2)B组组a代表的个体叫做代表的个体叫
18、做_ B组的育种方法与组的育种方法与A组组的育种方法比较的育种方法比较,最大优点是最大优点是_ 经过经过处理处理后的个体基因型按理论计算共有后的个体基因型按理论计算共有_种种 (3)若若是转录的模板链是转录的模板链,则则代表的氨基酸是代表的氨基酸是_ (4)E组中丙个体的性状多数与组中丙个体的性状多数与_相似相似 (5)D组的辐射引起组成生物基因的脱氧核苷酸的组的辐射引起组成生物基因的脱氧核苷酸的_发生了改变发生了改变,从而改变了从而改变了_ 自交自交单倍体单倍体明显缩短育种年限明显缩短育种年限,后代不发生性状分离后代不发生性状分离4丙氨酸丙氨酸甲甲遗传信息遗传信息种类种类共 117 页20解
19、析解析:由题意知由题意知:(1)A表示杂交育种表示杂交育种,其中其中表示自交方法表示自交方法 (2)B表示单倍体育种表示单倍体育种,表示花粉离体培养成表示花粉离体培养成a单倍体植株单倍体植株,表示用秋水仙素处理表示用秋水仙素处理,若高秆若高秆(A)抗锈病抗锈病(B),则则B过程可图解过程可图解为为:AABBaabbF1：AaBb花粉花粉：AB,Ab,aB,ab 单倍体植株单倍体植株AB Ab,aB,ab AABB AAbb,aaBB,aabb四种稳定遗传的个体四种稳定遗传的个体,筛选出筛选出aaBB矮秆抗矮秆抗锈病小麦锈病小麦 共 117 页21(3)D表示射线引发的基因突变表示射线引发的基因
20、突变,按照碱基互补配对原则按照碱基互补配对原则上的上的碱基组成为碱基组成为CGT,转录产生的转录产生的mRNA链上密码子为链上密码子为GCA,翻翻译成的氨基酸译成的氨基酸为丙氨酸为丙氨酸 (4)E图表示克隆图表示克隆;丙的性状与提供细胞核的亲本甲相似丙的性状与提供细胞核的亲本甲相似 共 117 页22方法技巧方法技巧:根据育种要求选择育种方式根据育种要求选择育种方式一般作物育种可选用杂交育种和单倍体育种一般作物育种可选用杂交育种和单倍体育种 为得到特殊性状为得到特殊性状,可选择诱变育种可选择诱变育种(如航天育种如航天育种)或多倍体育或多倍体育种种 若要将特殊性状组合到一起若要将特殊性状组合到一
21、起,还要克服远缘杂交的不亲和性还要克服远缘杂交的不亲和性,可考虑运用基因工程育种或细胞工程育种可考虑运用基因工程育种或细胞工程育种,如抗虫棉的培育和如抗虫棉的培育和“工程菌工程菌”的培育的培育 共 117 页23考点考点2基因工程的工具基因工程的工具1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称限制酶简称限制酶)(1)分布分布:主要在微生物体内主要在微生物体内 (2)特性特性:一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特并在特定的切点上切割定的切点上切割DNA分子分子 共 117 页24(3)实例实例:EcoRI限制酶能专一识别限制酶
22、能专一识别GAATTC序列序列,并在并在G和和A之之间将这段序列切开间将这段序列切开 (4)切割结果切割结果:产生两个带有黏性末端的产生两个带有黏性末端的DNA片段片段 (5)作用作用:基因工程中重要的切割工具基因工程中重要的切割工具,能将外来的能将外来的DNA切断切断,对自己的对自己的DNA无损害无损害 共 117 页252.基因的基因的“针线针线”DNA连接酶连接酶(1)催化对象催化对象:两个具有相同黏性末端的两个具有相同黏性末端的DNA片段片段 (2)催化位置催化位置:脱氧核糖与磷酸之间的缺口脱氧核糖与磷酸之间的缺口 (3)催化结果催化结果:形成重组形成重组DNA 共 117 页263.
23、常用的运载体常用的运载体质粒质粒(1)本质本质:小型环状小型环状DNA分子分子 (2)作用作用作为运载工具作为运载工具,将目的基因送到宿主细胞中去将目的基因送到宿主细胞中去;用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制 (3)条件条件能在宿主细胞内稳定保存并大量复制能在宿主细胞内稳定保存并大量复制;有多个限制酶切点有多个限制酶切点;有标记基因有标记基因 共 117 页27特别提醒特别提醒:1.限制性内切酶和限制性内切酶和DNA连接酶的作用部位都是脱连接酶的作用部位都是脱氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键氧核苷酸之间形成的磷酸二酯键(不是氢键不是氢键),只是一个切开只是
24、一个切开,一一个连接个连接 2.质粒是最常用的运载体质粒是最常用的运载体,不要把质粒同运载体等同不要把质粒同运载体等同,除此之除此之外外,噬菌体和动植物病毒也可作为运载体噬菌体和动植物病毒也可作为运载体 运载体的化学本质运载体的化学本质为为DNA,其基本单位为脱氧核苷酸其基本单位为脱氧核苷酸 共 117 页283.要想从要想从DNA上切下某个基因上切下某个基因,应切应切2个切口个切口,产生产生4个黏性末个黏性末端端 4.基因工程中工具酶有两种基因工程中工具酶有两种限制性内切酶和限制性内切酶和DNA连接酶连接酶;工具有三种工具有三种,除上述两种工具酶外还包括运载体除上述两种工具酶外还包括运载体
25、5.DNA酶即酶即DNA水解酶水解酶,是将是将DNA水解的酶水解的酶;DNA聚合酶是在聚合酶是在DNA复制过程中复制过程中,催化形成新催化形成新DNA分子的酶分子的酶,是将单个游离的是将单个游离的脱氧核苷酸加到脱氧核苷酸加到DNA片段上片段上,需要模板需要模板;但但DNA连接酶是将两连接酶是将两个个DNA片段的两个缺口同时连接片段的两个缺口同时连接,不需要模板不需要模板,两者作用的化两者作用的化学键相同学键相同,都是磷酸二酯键都是磷酸二酯键 共 117 页29例析例析2-1已知某种限制性内切酶在一线性已知某种限制性内切酶在一线性DNA分子上有分子上有3个酶个酶切位点切位点,如下图中箭头所指如下
26、图中箭头所指 如果该线性如果该线性DNA分子在分子在3个酶切个酶切位点上都被该酶切断位点上都被该酶切断,则会产生则会产生a、b、c、d四种不同长度的四种不同长度的DNA片段片段 现有多个上述线性现有多个上述线性DNA分子分子,若在每个若在每个DNA分子分子上至少有上至少有1个酶切位点被该酶切断个酶切位点被该酶切断,则从理论上讲则从理论上讲,经该酶酶切经该酶酶切后后,这些线性这些线性DNA分子最多能产生长度不同的分子最多能产生长度不同的DNA片段种类片段种类数是数是( )A.3B.4C.9D.12共 117 页30解析解析:若该线性若该线性DNA分子在分子在3个酶切位点切断个酶切位点切断,得到得
27、到4种长度不种长度不同的同的DNA片段片段;若在若在2个酶切位点切断个酶切位点切断,得到得到3种长度不同的种长度不同的DNA片段片段;若在若在1个酶切位点切断个酶切位点切断,得到得到2种长度不同的种长度不同的DNA片片段段 因此最多能产生因此最多能产生4+3+2=9(种种)长度不同的长度不同的DNA片段片段 答案答案:C共 117 页31例析例析2-2下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，下列有关基因工程中限制性内切酶的描述，错误的是错误的是 ( )A.一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B.限制性内切酶的活性受温度影响限制性内切酶的
28、活性受温度影响C.限制性内切酶能识别和切割限制性内切酶能识别和切割RNAD.限制性内切酶可从原核生物中提取限制性内切酶可从原核生物中提取解析解析:限制性内切酶主要存在于微生物中限制性内切酶主要存在于微生物中 一种限制性内切一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并能在特定的切点上切并能在特定的切点上切割割DNA分子分子 其作用对象不是其作用对象不是RNA分子分子,故故C错错 答案答案:C共 117 页32互动探究互动探究2-1:质粒是基因工程最常用的运载体质粒是基因工程最常用的运载体,有关质粒的说有关质粒的说法正确的是法正确的是( )A.质粒不仅存在于细菌中
29、质粒不仅存在于细菌中,某些病毒也具有某些病毒也具有B.细菌的基因只存在于质粒上细菌的基因只存在于质粒上C.质粒为小型环状质粒为小型环状DNA分子分子,存在于拟核存在于拟核(或细胞核或细胞核)外的细胞外的细胞质基质中质基质中D.质粒是基因工程中的重要工具酶之一质粒是基因工程中的重要工具酶之一共 117 页33解析解析:质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中质粒存在于许多细菌以及酵母菌等生物中,是细胞染色是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状体外能够自主复制的很小的环状DNA分子分子,在病毒在病毒 动植物动植物细胞中是不存在的细胞中是不存在的,故故A错误错误;细菌的基因除少部分在质粒上细菌的基因除少
30、部分在质粒上外外,大部分在拟核中的大部分在拟核中的DNA分子上分子上,故故B错误错误 答案答案:C共 117 页34互动探究互动探究2-2:下列关于下列关于DNA连接酶的作用叙述连接酶的作用叙述,正确的是正确的是( )A.将单个核苷酸加到某将单个核苷酸加到某DNA片段末端片段末端,形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键B.将断开的两个将断开的两个DNA片段的骨架连接起来片段的骨架连接起来,重新形成磷酸二重新形成磷酸二酯键酯键C.连接两条连接两条DNA链上碱基之间的氢键链上碱基之间的氢键D.只能将双链只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间连接起来片段互补的黏性末端之间连接起来,而不而不能将双链能将双链DN
31、A片段末端之间进行连接片段末端之间进行连接答案答案:B共 117 页35考点考点3基因工程的步骤及应用基因工程的步骤及应用一一 基因工程操作的基本步骤基因工程操作的基本步骤共 117 页36目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测检测检测:根据受体细胞中是否具有标记基因根据受体细胞中是否具有标记基因,判断目的基因导入判断目的基因导入与否与否表达表达:受体细胞表现出特定的性状受体细胞表现出特定的性状,如棉花抗虫性状的表现如棉花抗虫性状的表现共 117 页37二二 基因工程的应用基因工程的应用1.作物育种作物育种:人们利用基因工程的方法人们利用基因工程的方法,获得了高产获得了高产 稳产和稳产和具有
32、优良品质的农作物具有优良品质的农作物,培育出具有各种抗逆性状的作物新品培育出具有各种抗逆性状的作物新品种种 2.药物研制药物研制:利用转基因生物培育出各种基因工程药物利用转基因生物培育出各种基因工程药物,如胰如胰岛素岛素 干扰素等干扰素等 3.环境保护环境保护:利用转基因细菌降解有毒有害的化合物利用转基因细菌降解有毒有害的化合物,吸收环吸收环境中的重金属境中的重金属,处理工业废水处理工业废水,检测环境中病毒含量检测环境中病毒含量 生产超生产超级细菌级细菌 共 117 页38三三 转基因生物和转基因食品的优转基因生物和转基因食品的优 缺点缺点1.优点优点:(1)解决粮食短缺问题解决粮食短缺问题;
33、(2)减少农药使用减少农药使用,从而减少环境污染从而减少环境污染;(3)节省生产成本节省生产成本,降低粮食售价降低粮食售价;(4)增加食物营养增加食物营养,提高附加价提高附加价值值;(5)增加食物种类增加食物种类,提升食物品质提升食物品质;(6)促进生产效率的提高促进生产效率的提高,带动相关产业发展带动相关产业发展 2.缺点缺点:(1)可能产生新毒素和新过敏原可能产生新毒素和新过敏原;(2)可能产生抗除草剂的杂可能产生抗除草剂的杂草草;(3)可能使疾病的散播跨物种障碍可能使疾病的散播跨物种障碍;(4)可能会损害农作物的可能会损害农作物的生物多样性生物多样性;(5)可能干扰生态系统的稳定性可能干
34、扰生态系统的稳定性 共 117 页39例析例析3-1采用基因工程的方法培育抗虫棉采用基因工程的方法培育抗虫棉,下列导入目的基下列导入目的基因的做法正确的是因的做法正确的是( )将毒素蛋白注射到棉受精卵中将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNA序列注射到棉受精卵中序列注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNA序列与质序列与质粒重组粒重组,导入细菌导入细菌,用该细菌感染棉的体细胞用该细菌感染棉的体细胞,再进行组织培再进行组织培养养将编码毒素蛋白的将编码毒素蛋白的DNA序列与细菌质粒重组序列与细菌质粒重组,注射到棉注射到棉的子房并进入受精卵的子房并进入受精卵A.B
35、.C.D.共 117 页40解析解析:从基因工程操作的基本步骤可知从基因工程操作的基本步骤可知,提取目的基因后提取目的基因后,要与要与运载体结合形成重组运载体结合形成重组DNA分子才能再导入到受体细胞中分子才能再导入到受体细胞中 答案答案:C共 117 页41例析例析3-2下列有关基因工程技术的叙述下列有关基因工程技术的叙述,正确的是正确的是( )A.重组重组DNA技术所用的工具酶是限制酶技术所用的工具酶是限制酶 连接酶和运载体连接酶和运载体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选用细菌作为
36、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只要目的基因进入了受体细胞就能成功实现表达共 117 页42解析解析:此题考查基因操作的工具此题考查基因操作的工具 目的基因的表达等知识目的基因的表达等知识 解答此类题目需明确以下几方面知识解答此类题目需明确以下几方面知识 (1)基因操作的工具酶是限制酶基因操作的工具酶是限制酶 连接酶连接酶;(2)一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,不同的限制不同的限制酶识别的核苷酸序列不同酶识别的核苷酸序列不同;(3)运载体是基因的运输工具运载体是基因的运输工具;(4)目的基因进入受体细
37、胞后目的基因进入受体细胞后,受体细胞表现出特定的性状受体细胞表现出特定的性状,才才能说明目的基因完成了表达过程能说明目的基因完成了表达过程;(5)导入受体细胞中目的基因主要是为了表达生产目的基因的导入受体细胞中目的基因主要是为了表达生产目的基因的产物产物,因此能够快速繁殖是选择受体细胞的重要条件之一因此能够快速繁殖是选择受体细胞的重要条件之一 答案答案:C共 117 页43互动探究互动探究3-1:干扰素是治疗癌症的重要药物干扰素是治疗癌症的重要药物,它必须从血液中它必须从血液中提取提取,每升人血中只能提出每升人血中只能提出0.5g,所以价格昂贵所以价格昂贵 美国加利福美国加利福尼亚的某生物制品
38、公司用如下方法生产干扰素尼亚的某生物制品公司用如下方法生产干扰素 如下图所示如下图所示:从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是( )A.个体间的杂交个体间的杂交B.基因工程基因工程C.细胞融合细胞融合D.器官移植器官移植共 117 页44解析解析:题图描述了从淋巴细胞中取出干扰素基因题图描述了从淋巴细胞中取出干扰素基因,利用基因工利用基因工程生产干扰素的过程程生产干扰素的过程 答案答案:B共 117 页45互动探究互动探究3-2:基因工程等生物高科技的广泛应用引发了基因工程等生物高科技的广泛应用引发了“关关于科技与伦理于科技与伦理”的争
39、论的争论 有人欢呼有人欢呼,科学技术的发展将改变一科学技术的发展将改变一切切;有人惊呼有人惊呼,它将引发道德危机它将引发道德危机 对此对此,我们应持的正确态度我们应持的正确态度是是( )摒弃现有道德规范摒弃现有道德规范,推动科技发展推动科技发展发挥道德规范的作用发挥道德规范的作用,限制科技的负面效应限制科技的负面效应科技的发展必须以现有道德规范为准科技的发展必须以现有道德规范为准绳绳调整现有道德规范调整现有道德规范,适应科技发展适应科技发展A.B.C.D.共 117 页46解析解析:要解决好该题要解决好该题,要求学生平时关注生命科学发展中的重要求学生平时关注生命科学发展中的重大热点问题在社会上
40、引起的各种反应大热点问题在社会上引起的各种反应,并且初步建立符合社会并且初步建立符合社会意识流的科学的认识观意识流的科学的认识观 题中题中 项中项中,都带有偏激都带有偏激 绝对绝对化意向的词句化意向的词句,如如“摒弃现有道德规范摒弃现有道德规范” “必须以现有道德必须以现有道德规范为准绳规范为准绳”等等,与当今社会对待新生事物的开放与当今社会对待新生事物的开放 宽松宽松 客客观观 审慎的态度以及舆论氛围相背离审慎的态度以及舆论氛围相背离,显然是不可取的显然是不可取的 答案答案:D共 117 页47笑对高考第三关笑对高考第三关:技巧关技巧关共 117 页48有关基因工程的探究有关基因工程的探究1
41、.探究目的基因插入质粒上的位置情况探究目的基因插入质粒上的位置情况:若运载体上含抗青霉若运载体上含抗青霉素基因素基因a和抗四环素基因和抗四环素基因b,当目的基因插入当目的基因插入a片段中片段中,则该基因则该基因不表达不表达,在青霉素培养基上不存活在青霉素培养基上不存活,在四环素培养基上存活在四环素培养基上存活;若若插入插入b基因片段基因片段,则结果相反则结果相反 2.探究质粒上抗性基因的情况探究质粒上抗性基因的情况(1)方法方法:将重组后的质粒导入受体细胞将重组后的质粒导入受体细胞,分别放在含青霉素分别放在含青霉素 四环素的培养基上培养四环素的培养基上培养,观察成活情况观察成活情况 (2)现象
42、结论现象结论:都成活都成活两种标记基因都有两种标记基因都有;只有一个培只有一个培养基上成活养基上成活只有其中一种只有其中一种,抗青霉素基因或抗四环素基抗青霉素基因或抗四环素基因因;都不成活都不成活两种抗性基因都不存在两种抗性基因都不存在 共 117 页49典例下图为某种质粒表达载体简图典例下图为某种质粒表达载体简图,小箭头所指分别为限制性小箭头所指分别为限制性内切酶内切酶EcoRI BamHI的酶切位点的酶切位点,ampR为青霉素抗性基为青霉素抗性基因因,tetR为四环素抗性基因为四环素抗性基因,P为启动子为启动子,T为终止子为终止子,ori为复制为复制原点原点 已知目的基因的两端分别有包括已
43、知目的基因的两端分别有包括EcoRI,BamHI在内在内的多种酶的酶切位点的多种酶的酶切位点 共 117 页50据图回答据图回答:(1)将含有目的的基因的将含有目的的基因的DNA与质粒表达载体分别用与质粒表达载体分别用EcoRI酶酶切切,酶切产物用酶切产物用DNA连接酶进行连接后连接酶进行连接后,其中由两个其中由两个DNA片段片段之间连接形成的产物有之间连接形成的产物有_ _ _三种三种 若要若要从这些连接产物中分离出重组质粒从这些连接产物中分离出重组质粒,需要对这些连接产物进行需要对这些连接产物进行_ 目的基因目的基因载体连接物载体连接物载体载体载体连接物载体连接物分离纯化分离纯化目的基因目
44、的基因目的基因连接物目的基因连接物共 117 页51(2)用上述用上述3种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行种连接产物与无任何抗药性的原核宿主细胞进行转化实验转化实验 之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中之后将这些宿主细胞接种到含四环素的培养基中,能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是_;若接种到含青霉素的培养基中若接种到含青霉素的培养基中,能生长能生长的原核宿主细胞所含有的连接产物是的原核宿主细胞所含有的连接产物是_ 载体载体载体连接物载体连接物目的基因目的基因载体连接物载体连接物 载体载体载体连接物载体连接物共 117 页52(3)目的基因
45、表达时目的基因表达时,RNA聚合酶识别和结合的位点是聚合酶识别和结合的位点是_,其合成的产物是其合成的产物是_ (4)在上述实验中在上述实验中,为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切为了防止目的基因和质粒表达载体在酶切后产生的末端发生任意连接后产生的末端发生任意连接,酶切时应选用的酶是酶切时应选用的酶是_ 启动子启动子mRNAEcoRI和和BamHI共 117 页53思维导析思维导析:(1)用用EcoRI酶切出的目的基因和质粒具有相同的酶切出的目的基因和质粒具有相同的黏性末端黏性末端,如果放在一起加入如果放在一起加入DNA连接酶连接酶,则可出现三种连接则可出现三种连接结果结果,即会出现目的基因自
46、身形成的连接物即会出现目的基因自身形成的连接物,载体自身形成的载体自身形成的连接物和重组质粒连接物和重组质粒,要通过筛选要通过筛选 纯化才能选出符合要求的纯化才能选出符合要求的DNA (2)载体自身形成的连接物能重新形成完整的载体自身形成的连接物能重新形成完整的tetR基因基因,具有抗四环素的特点具有抗四环素的特点,其他连接物中其他连接物中tetR基因被限制性内切酶基因被限制性内切酶破坏破坏,不再具有抗四环素的特点不再具有抗四环素的特点;在整个操作过程中在整个操作过程中,ampR基基因保持完整因保持完整,质粒自身形成的连接物和重组质粒都具有抗青霉质粒自身形成的连接物和重组质粒都具有抗青霉素的特
47、性素的特性 (3)RNA聚合酶与相关基因的启动子结合聚合酶与相关基因的启动子结合,完成的完成的是转录过程是转录过程 (4)将含有目的基因的靶将含有目的基因的靶DNA共 117 页54片段和载体分别用两个不同的限制性内切酶切割片段和载体分别用两个不同的限制性内切酶切割,使两种使两种DNA片段自身的片段自身的5和和3黏性末端不同黏性末端不同,但二者相同末端又互补但二者相同末端又互补,这明显减少靶这明显减少靶DNA片段和载体自身环化与串连片段和载体自身环化与串连,使外源使外源DNA片段能正确插入载体启动子下游片段能正确插入载体启动子下游 在本题中目的基因两端有在本题中目的基因两端有EcoRI酶切点和
48、酶切点和BamHI酶切点酶切点,在质粒载体上也有这两种酶的在质粒载体上也有这两种酶的切点切点,所以可以用这两种酶切出非同源性互补末端来阻止其他所以可以用这两种酶切出非同源性互补末端来阻止其他连接连接 共 117 页55应用拓展应用拓展共 117 页56形成的重组形成的重组DNA分子是否真正转移到了受体细胞分子是否真正转移到了受体细胞,必须对受必须对受体细胞进行检测体细胞进行检测 请根据下面实验原理和材料用具请根据下面实验原理和材料用具,设计实验选择运载体设计实验选择运载体质粒质粒,探究质粒的抗菌素基因所表达的抗菌类别探究质粒的抗菌素基因所表达的抗菌类别 实验原理实验原理:作为运载体的质粒作为运
49、载体的质粒,须有标记基因须有标记基因,这一标记基因是这一标记基因是抗菌素抗性基因抗菌素抗性基因 故凡有抗菌素抗性的细菌故凡有抗菌素抗性的细菌,其质粒才可能用其质粒才可能用作运载体作运载体 材料用具材料用具:青霉素青霉素 四环素的四环素的10万单位溶液万单位溶液 菌种试管菌种试管 灭灭菌的含细菌培养基的培养皿菌的含细菌培养基的培养皿 酒精灯酒精灯 接种环接种环 一次性注射一次性注射器器 蒸馏水蒸馏水 恒温箱恒温箱 共 117 页57方法步骤方法步骤:第一步第一步:取三个含细菌培养基的培养皿并标取三个含细菌培养基的培养皿并标1 2 3号号,在酒精在酒精灯旁灯旁,用三支注射器用三支注射器,分别注入分
50、别注入1mL蒸馏水蒸馏水 青霉素青霉素 四环素四环素液液 并使之分布在整个培养基表面并使之分布在整个培养基表面 第二步第二步:将接种环在酒精灯上燃烧用来灭菌将接种环在酒精灯上燃烧用来灭菌,并在酒精灯火焰并在酒精灯火焰旁取种旁取种,然后对三个培养皿接种然后对三个培养皿接种 第三步第三步:培养培养 将接种后的三个培养皿放入将接种后的三个培养皿放入37C的恒温箱中的恒温箱中培养培养24h 共 117 页58预测结果并分析预测结果并分析:设置设置1号的目的是号的目的是_,出现的现象是出现的现象是_ 若仅若仅2号生存则号生存则_ 若若2号不存活号不存活,3号存活则号存活则_对照对照细菌正常生长细菌正常生