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山东省沂水县高中生物 第六章 从杂交育种到基因工程 6.2 基因工程及其应用讲义 新人教版必修2_图文

杂交育种:

概念: 原理: 基因重组

杂交→自交→选优

自交

优点: 使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个 个体上,即“集优”,能产生新的基因型。
缺点: 育种所需时间较长

农作物育种、动物的杂交育种等

二、诱变育种

概念:

原理: 基因突变

方法:

利用物理因素(如x 射线,γ射线、紫外线,激光等) 或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理生物,

使生物发生基因突变。

优点: 产生新基因和新的性状,能提高变异的频率,后代变
异性状能较快稳定,加速育种进程。

缺点: 有利个体不多,须大量处理实验材料 ,工作量大 。

应用: 太空辣椒的培育 、青霉菌的选育等

诱变育种能够提高变异频率,在较短的时间 内获得更多的优良变异类型,但是方向难以 掌握,有利个体少。
杂交育种只能利用已有基因进行重组,按需 选择,并不能创造新的基因 ,这种育种方法 只能在同种生物中进行。
有没有一种育种方法能够按照人类的意愿直 接定向改变生物,将一种生物的优良性状, 移植到另一种生物体?

基因工程及其应用

我们可以这样设想

思考:
? 1、为什么能把一种生物的基因“嫁接” 到另一种生物上?
? 2、推测这种“嫁接”怎样实现? ? 3、这种嫁接对品种的改良有什么意义?

课标要求
? 1、什么是基因工程? ? 2、基因工程的步骤和原理 ? 3、关注转基因生物和转基因食品的安
全性

一、 基因工程
基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组 技术。通俗的说,就是按照人们的意愿, 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。

原理:基因重组 操作水平:DNA分子水平

操作环境:生物体外

结 果:定向改造生物的性状,获

得人类所需要的品种。

供体细胞 目的基因

受体细胞

二、基因操作的工具
1.基因的“剪刀”──限制性内切酶(限制酶) 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在 特定的切割点上将DNA分子切断。
专一性

GAA TT C

GAA TT C

C TT AA G

C TT AA G

用同种限制酶切割

G AA TT C

G AA TT C

C TT AA G

C TT AA G

基因的针线:DNA连接酶

G AA TT C

C TT AA G

被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有 相同的黏性末端?

限制性内切酶
在生物体内有一类酶,它们能将外来的 DNA切断,即能够限制异源DNA的侵入并 使之失去活力,但对自身的DNA却无损害。 科学家还注意到,这种酶是从DNA分子内 部切断DNA的,因此,这种酶称做限制性 内切酶。美国生物学家内森斯和史密斯因发 现了限制性内切酶而获得1978年度的诺贝 尔生理学或医学奖。

2、基因的针线──DNA连接酶
连接酶的作用是: 将互补配对的两个黏性末端连接起来,使之成 为一个完整的DNA分子。

3、基因的运输工具——运载体
常用的运载体:质粒、 噬菌体和动植物病毒
标记基因,便 于进行检测。

质粒习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线 菌等生物中染色体(或拟核)以外的 DNA分子,它们在细菌中以独立于染色 体或拟核之外的方式存在。即使细菌细胞 不含质粒,也可以正常地生活。质粒的存 在通常不会对寄主细胞产生不利影响,有 时还会为寄主细胞提供新的遗传特性。例 如,有些质粒携带帮助自身从一个细胞转 入另一个细胞的信息;有些质粒含有对某 种抗生素具有抗性的基因

作为载体的质粒通常具有以下特点: 第一,能够在宿主细胞内保存并自主复制, 第二,要有一个或多个标记基因,用于筛选。在 基因工程操作中,用肉眼无法看到载有目的基因的 载体是否真正进入细胞,这时,标记基因就为鉴别 和筛选提供了标记。所谓的选择标记指的就是抗生 素抗性基因,如抗四环素或抗氨苄青霉素基因。只 要在培养基中加入四环素或氨苄青霉素就能够筛选 已转化的细胞。当质粒存在于细菌细胞时,细菌便 获得了抗生素抗性,用来区别未转化的细胞; 第三,质粒的相对分子质量要小,以便于操作; 第四:具有多个限制酶识别位点,便于与外源基 因连接

三、工程基本步骤 ? 第一步:获取目的基因:
1、直接从生物体中分离获得 2、生物合成法

2、目的基因与运载体结合
用与提取目的基 因相同的限制酶 切割质粒使之出 现一个切口,将 目的基因插入切 口处,让目的基 因的黏性末端与 切口上的黏性末 端互补配对后, 在连接酶的作用 下连接形成重组 DNA分子。

在连接酶的作用 下连接时,可能 是质粒和目的基 因重组,也可能 是质粒和质粒结 合,也可能是目 的基因和目的基 因

第三步:将目的基因导入受体细胞
常用的受体细胞:

导入

菌类和动植物细胞

扩增

4、目的基因的检测和鉴定
大量的受体细胞接受不多的目的基因。处 理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少, 必须将它从中检测出来。利用是否具有标记基 因
将每个受体细胞单独培养形成菌落,检测 菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表 达产物的菌落,保留有表达产物的进一步培养、 研究。
无表达产物 无表达产物 有表达产物 无表达产物

四、 基因工程的应用
1、基因工程与作物育种

生长快、肉质好的转基因 乳汁中含有人生长激素的

鱼(中国)

转基因牛(阿根廷)

转鱼抗寒基 因的番茄
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒

2、基因工程与药物研制

许多药品的生产是从 生物组织中提取的。 受材料来源限制产量 有限,其价格往往十 分昂贵。

我国生产的部分基因 工程疫苗和药物

微生物生长迅速,容易控制,适于大规模工业 化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导 入微生物细胞内,让它们产生相应的药物,不 但能解决产量问题,还能大大降低生产成本。

胰岛素从猪、牛等动物的胰 腺中提取,100Kg胰腺只能提取 4-5g的胰岛素,其产量之低和价 格之高可想而知。
将合成的胰岛 素基因导入大肠杆 菌,每2000L培养液 就能产生100g胰岛 素!使其价格降低 了30%-50%!

3、环境保护
基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多 种污染环境的物质。
通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类,用基因 工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃 类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属,分解 DDT等毒害物质。

利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏 地反映环境污染的情况,却不易因环境污染而
大量死亡,甚至还可以吸收和转化污染物。

练习:

⒈要使目的基因与对应的载体重组,所需的两种酶是(A)

①限制酶 A.①②

②连接酶 ③解旋酶 ④还原酶 B.③④ C.①④ D.②③

⒉实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从 供体细胞内分离出来,这要利用限制性内切酶。一种限 制性内切酶能识别DNA分子的GAATTC顺序,切
点在G和A之间,这是利用了酶的(B)

A.高效性

B.专一性

C.多样性

D.催化活性易受外界影响

3、基因工程的正确操作步骤是( C )
①使目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞
③检测目的基因的表达是否符合特定性 状要求 ④提取目的基因 A.③②④① B.②④①③ C.④①②③ D.③④①②




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