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1、人教版选修3现代生物科技专题,目 录,专题1 基因工程 专题2 细胞工程 专题3 胚胎工程 专题4 生物技术的安全性和伦理问题 专题5 生态工程,选修3 核心知识关系,现代生物科技专题,科学 技术,现代,基因工程 细胞工程 胚胎工程 生态工程,基本概念和基本原理,技术流程、操作和应用,伦理问题,生物技术的安全性与伦理问题,社会,交流、讨论、辩论,基因工程 细胞工程 胚胎工程 生态工程,分子水平,细胞水平,个体水平,群体水平,微观,宏观,中观,各专题之间知识难度差异较大。,专题的安排是微观中观宏观。,本模块知识内容的构建顺序：,致同学们生物科技创造美好未来 由领导和组织我国有关基因组测序工作的杨
2、焕明教授撰写。给学生生物科学技术历史的凝重感和生物科学技术工作者的社会责任感以感染，而“生命是数据的”的提示，更洋溢着时代气息。,序言：,专题引言、题图和文字,科技探索之路,基础理论和技术的发展催生了基因工程 细胞工程的发展历程 胚胎工程的建立 生物技术引发的社会争论 生态工程的兴起,编写目的： 概述本领域的发展历程，激发学生的学习兴趣。 介绍一些背景资料或呈现一些不同的观点，以激发学生学习的兴趣。 加深学生对科学史和科学本质的理解和认识，增强学生对科学、技术与社会关系的理解。,专题1 基因工程,专题1 基因工程,本专题的内容由题图、科技探索之路和四节内容构成。,题图为学习者创设了一个意境。沃
3、森和克里克对DNA双螺旋结构的重大发现和随后的技术创新孕育了基因工程。在复制的DNA双螺旋结构上展示的转基因工程菌、牛、羊、鱼、番茄、甜椒、牵牛等，代表了基因工程在三个重要方面的研究成果：转基因微生物、转基因动物和转基因植物。在上述画面的基础上，点出基因工程的主题：“基因工程是按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。”此题图不仅寓意深刻，且十分生动。,科技探索之路-基础理论和技术的发展催生了基因工程是正文的前奏曲。没有基础理论的研究成果，没有技术方面的创新发明，基因工程不可能诞生，也不可能迅速崛起。其
4、内容分为两部分：一部分介绍基础理论研究成果，一部分介绍在技术层面上发明的各种操作手段。编者精选这些最重要的成果，其目的是使学生从科技史实中，感悟创新是科学技术发展的不竭动力。,基础理论和技术的发展催生了基因工程,20世纪中叶，基础理论取得了重大突破 DNA是遗传物质的证明 DNA双螺旋结构和中心法则的确立 遗传密码的破译,1.基因转移载体的发现 2.工具酶的发现 3.DNA合成和测序技术的发明 4.DNA体外重组的实现 5.重组DNA表达实验的成功 6.第一例转基因动物问世 7.PCR技术的发明,技术发明使基因工程的实施成为可能,问题探讨：,苏云金芽孢杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。 让细菌
5、的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。,普通棉花抗虫棉,1.1 DNA重组技术的基本工具,想一想：需要做哪些关键工作？,基因工程培育抗虫棉的简要过程：,普通棉花(无抗虫特性),苏云金杆菌,提取,抗虫基因,与运载体DNA拼接 导入,棉花细胞(含抗虫基因),棉花植株(有抗虫特性),上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？,1.1 DNA重组技术的基本工具,基因工程培育抗虫棉的关键步骤：,关键步骤一：,从苏云金杆菌细胞内提取出抗虫基因,关键步骤二：,抗虫基因与运载体DNA拼接,关键步骤三：,抗虫基因导入受体(棉花)细胞,1.1 DNA重组技术的基本工具,解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些
6、工具？,“分子手术刀” 限制性核酸内切酶,“分子缝合针” DNA连接酶,“分子运输车” 基因进入受体细胞的载体,1.1 DNA重组技术的基本工具,一、限制性核酸内切酶“分子手术刀”,来源：,主要从原核生物中分离纯化出来。,种类：,已从近300种微生物中分离出约4000种限制酶。,作用：,1.能识别双链DNA的某种特定核苷酸序列 2.使每条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。,具有特异性。 一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子，,作用特点：,大多数限制酶的识别序列由6个核苷酸组成 少数的识别序列由4、5或8个核苷酸组成,限制酶的识别序列：,一、限制
7、性核酸内切酶“分子手术刀”,形成两种末端,EcoRI限制酶的切割：,SmaI限制酶的切割,要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性(平)末端？,要切两个切口，产生四个黏性(平)末端。,如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？,会产生相同的黏性(平)末端，然后让两者的黏性(平)末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。,思考?,DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?,1)只能将单个核苷酸连接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯键,形成磷酸二酯键,1)在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,2)以一条DNA链为模板，将单个核苷酸通过磷酸二酯键连接成
8、一条互补的DNA链,2)将DNA双链上的两个缺口同时连接起来，不需要模板,二、DNA连接酶“分子缝合针”,二、DNA连接酶“分子缝合针”,1、作用：,形成磷酸二酯键,恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键。,2、类型：,EcoliDNA连接酶,T4DNA连接酶,来源,功能,大肠杆菌,T4噬菌体,恢复 磷酸 二酯键,只能连接黏性末端,能连接黏性末端和平末端(效率较低),相同点,差别,二、DNA连接酶“分子缝合针”,可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，,Ecoli DNA连接酶或T4DNA连接酶,即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键,T4 DNA连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”
9、起来，但效率较低,T4DNA连接酶,三、基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”,1、假如目的基因导入受体细胞后不能复制将怎样？,导入受体细胞的目的基因不能复制，将在细胞增殖中丢失。,2、作为载体没有切割位点将怎样？,3、目的基因是否进入受体细胞，你如何去察觉？,如果载体上有遗传标记基因，在载体进入受体细胞后，就可通过标记基因的表达来检测。,4、如果载体对受体细胞有害将怎样？不能分离会怎样？,载体对受体有害，将影响受体细胞的新陈代谢，进而使转入的目的基因也无立足之地。载体不能分离，就不能获得更多带有目的基因的载体。,载体没有切割位点，外源的目的基因不可能插入。,将外源基因送入受体细胞。,载体的作
10、用：,三、基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”,作为载体的必要条件：,有切割位点供外源DNA片段(基因)插入。 能自我复制并能带着插入的目的基因一起复制 有遗传标记基因供重组DNA的鉴定和选择。 载体DNA必需是安全的不会对受体细胞有害，或不能进入到除受体细胞外的其他生物细胞中去。 载体DNA分子大小应适合以便提取和在体外进行操作，太大就不便操作。,实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件，都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。,质粒：,裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。,三、基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”,质粒,
11、质粒：,能复制并带着插入的目的基因一起复制,有切割位点,有标记基因的存在，可用含氨苄青霉素的培养基鉴别。,三、基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”,说明没有危害，大肠杆菌是非致病菌，且分裂快，也便于从大量复制个体中分离出来。,质粒 噬菌体的衍生物 动植物病毒等,载体的种类：,三、基因进入受体细胞的载体 “分子运输车”,小结,随堂练习,1、关于限制酶的说法中，正确的是（ ） A、限制酶是一种酶，只识别GAATTC碱基序列 B、EcoRI切割的是GA之间的氢键 C限制酶一般不切割自身的DNA分子，只切割外源DNA D限制酶只存在于原核生物中,答案：C,2. （多选）有关基因工程的叙述中，错误的是
12、 A、基因工程技术能定向地改造生物的遗传性状，培育生物新品种 B、重组DNA的形成在细胞内完成 C、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、质粒都可作为运载体,答案：BD,3、不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能复制 （ ） B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因 D、它是环状DNA,答案：D,20世纪中叶，基础理论取得了重大突破,科技探索之路,艾弗里证明DNA是遗传物质，DNA可从一种生物个体转移到另一种生物个体。,BACK,科技探索之路,沃森、克里克提出DNA的双螺旋结构模型。,20世纪中叶，基础理论取得了重大突破,科技探索之路,梅塞尔松、斯塔尔证明DNA的半保留复制,20世纪中叶，基础
13、理论取得了重大突破,科技探索之路,克里克等提出中心法则,20世纪中叶，基础理论取得了重大突破,BACK,科技探索之路,1963年尼伦伯格和马太破译编码氨基酸的遗传密码，1966年霍拉纳用实验加以证明。,20世纪中叶，基础理论取得了重大突破,BACK,限制酶的识别序列：,BACK,磷酸二酯键：,磷酸二酯键：,一个核苷酸脱氧核糖上第3位的羟基与下一个核苷酸脱氧核糖上第5位的磷酸羟基脱水缩合成酯键，该酯键称3,5磷酸二酯键。,BACK,限制酶所识别的序列有什么特点？ 限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线,中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。 图1-1
14、 限制酶识别序列的中心轴线,BACK,切割DNA分子时产生的两种不同末端,BACK,EcoRI限制酶的切割：,中轴线,黏性末端,黏性末端,在G与A之间切割,大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)只能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,EcoR ,黏性末端,黏性末端,EcoR,黏性末端,黏性末端,大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,什么叫黏性末端？,限制酶,什么叫黏性末端？,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,BACK,中轴线,SmaI限制酶的切割：,平末
15、端,平末端,只能识别CCCGGG序列，并在C和G之间切开。,Sma ,平末端平末端,什么叫平末端？,当限制酶从识别序列的中心轴线处切开时，切开的DNA两条单链的切口，是平整的，这样的切口叫平末端。,BACK,三 模拟操作：重组DNA分子的模拟操作,注意：这两条DNA分子的碱基对不是随意乱写的。 首先，每个DNA分子上的两条链上的碱基要互补配对； 第二，每个DNA分子中每条链都存在一个G-A-A-T-T-C的碱基序列，也就是说是EcoRI限制酶的识别序列，并存在G-A的切割位点。,标记基因,抗四环素的基因,抗氨苄青霉素的基因,特定颜色的基因,四环素,氨苄青霉素,4.标记基因的作用及其应用,习题:已知标记基因有抗四环素基因和抗氨苄青霉素的基因,现探讨某细菌的质粒中有无标记基因或标记基因是什么?请设计实验、预期实验结果，并得出相应的实验结论,
