資源簡介

(共40張PPT)
我國是棉花的生產和消費大國。棉花在種植過程中,常常會受到一些害蟲的侵襲,其中以棉鈴蟲最為常見。棉鈴蟲可以使棉花產量減少三分之一,嚴重時,甚至能使一片棉田絕收。
為了棉花姓“中國”
1992年，一場史無前例的棉鈴蟲災害吞噬著中國的棉田，我國棉花產業遭遇滅頂之災；
國外公司拒絕出售抗蟲棉核心技術，到1999年外國抗蟲棉已占領我國95%的棉花市場份額，國內棉花品種市場迅速流失。
1998年中棉所成功培育出我國第一個國審抗蟲雜交棉新品種——中棉所29，使低齡棉鈴蟲的死亡率超過90%；
2002年成功培育出我國第一個雙價轉基因抗蟲棉新品種——中棉所41，該品種能夠緩解棉鈴蟲抗藥性，
我國成為世界第二個擁有抗蟲基因自主知識產權的國家！
轉移
A生物
B生物
抗蟲基因
棉花細胞
任務一：論證基因工程可行的理論依據
基因的結構和功能
1.基因與DNA的關系？
2.基因的基本單位是什么？
3.基因的功能？
基因是有遺傳效應的DNA片段
CH2
H
OH
H
H
H
H
堿基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
脫氧核苷酸
挖掘記憶
儲存、傳遞、表達遺傳信息
復制
轉錄
翻譯
DNA
RNA
逆轉錄
復制
蛋白質
表達的基礎
DNA
RNA
蛋白質
性狀
復制
轉錄
翻譯
翻譯
拼接的基礎
1. DNA的基本組成單位 。
2. 都遵循 原則
3. DNA分子的空間結構都是規則的 結構
相同（四種脫氧核苷酸）
堿基互補配對
雙螺旋
1. 基因是控制生物 的結構與功能單位
2. 遺傳信息的傳遞都遵循 法則
3. 生物界共用 。（相同的遺傳信息在不同的生物體內表達出相同的蛋白質）。
中心
一套遺傳密碼
性狀
基因工程誕生的理論基礎
“基因工程實質”
轉移
A生物
B生物
抗蟲基因
棉花細胞
重組DNA技術,即基因在空間上轉移并成功表達
任務二：討論想要獲得能夠表達毒蛋白的抗蟲棉，需要有哪些步驟？解決哪些問題？提出構建抗蟲棉的基本方案。
任務二 論證基因工程方案的可行性
活動1： 結合資料，論證Bt抗蟲蛋白基因能否直接導入細胞發揮作用
資料1
①DNA分子的復制通常是從一個固定的位點開始的，這種起始DNA復制的序列叫做復制起點。細胞內缺乏復制起點的DNA將無法完成復制過程，從而被核酸酶降解。
②萊茵衣藻基因組大約含1.7萬余個基因，1千多個復制起點
活動2：結合資料論證如何使導入的基因穩定復制？
蘇云金桿菌
與載體拼接
普通棉花
（無抗蟲特性）
棉花細胞
抗蟲棉
提取
表達Bt基因
導入
Bt基因
重組DNA分子
培育轉基因抗蟲棉的簡要過程
DNA雙螺旋的直徑只有2nm,對如此微小的分子進行操作，是一項非常精細的工作，更需要專門的“分子工具”。
“分子手術刀”
準確切割DNA分子
“分子縫合針”
“分子運輸車”
將DNA片段連接起來
將體外重組好的DNA分子導入受體細胞
2.主要來源：
主要是從原核生物中分離純化出來的。
一、限制性核酸內切酶 ——分子手術刀
1.全稱和簡稱
全稱——限制性內切核酸酶
簡稱——限制酶
約4000種。
活動3：討論限制酶如何實現對DNA 的精確剪切？作用位點是哪？
1’
2’
3’
4’
5’
G
限制酶
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯鍵
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
圖解專一性
EcoR I
(在G與A之間切割)
Sma I
(在G與C之間切割)
5'
5'
5'
5'
3'
3'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
黏性末端
平末端
1.你能推測限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？
2.為什么限制酶不剪切細菌本身的DNA？
原核生物容易受到外源DNA的入侵
限制酶的作用：切割外源DNA,使之失效
保證自身的安全
DNA分子中不具備這種限制酶的識別切割序列，
或者DNA分子被修飾（甲基化），使限制酶不能將其切開
限制酶所識別的序列的特點是：呈現堿基互補對稱，無論是6個堿基還是4個堿基，都可以找到一條中心軸線，中軸線兩側的雙鏈DNA上的堿基是反向對稱重復排列的。過長識別序列有限，過段切割位點過多，會傷害自身。
①限制性核酸內切酶只能識別雙鏈DNA分子上某種特定的脫氧核苷酸序列；
②只能在識別序列上特定的兩個脫氧核苷酸之間進行切割。
這體現了酶的專一性。
3、各限制酶識別的特定序列有何特點？為什么識別堿基大約4-8個？
4、限制性核酸內切酶的“限制性”表現在什么地方？這體現了酶的哪種特性？
請你根據圖3-3中的相關信息找到兩條片段上EcoRI 的識別序列和切割位點。 然后，用剪刀進行“切割”。
…TATCGTACGATAGGTACTTAA
…ATAGCATGCTATCCATG
AATTCGGCATAC…
GCCGTATG…
…TCCTAG
…AGGATCTTAA
GAGCCATACTTAA
AATTCTCGGTATG
AATTCCATAC…
GGTATG…
GAGCCATACTTAA
AATTCTCGGTATG
探究 活動4： 重組DNA分子的模擬操作
寫出下列限制酶切割形成的黏性末端
BamHⅠ____ EcoRⅠ___
HindⅢ___ BglⅡ ___
GATC
AATT
AGCT
GATC
思考：你從中發現什么現象了？
不同的限制酶可能切割形成相同的黏性末端
以下黏性末端是由__種限制酶作用產生的
3
思考：你從中發現什么現象了？
相同的黏性末端也可能是由不同限制酶作用形成的
1.剪刀和透明膠條分別代表哪種“分子工具”？
剪刀代表限制酶；透明膠條代表DNA連接酶。
如果制作的黏性末端的堿基不能互補配對，可能是剪切位點或連接位點選得不對，也可能是其他原因。
不能，因為基因的長度一般在100個堿基對以上。
2.你制作的黏性末端的堿基能不能互補配對？如果不能，可能是什么原因造成的？
3.你插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？
…TATCGTACGATAGGTACTTAA
…ATAGCATGCTATCCATG
AATTCGGCATAC…
GCCGTATG…
GAGCCATACTTAA
AATTCTCGGTATG
4. DNA片段反向連接能成功嗎？還有什么可能？
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用同種限制酶切割(EcoRⅠ)
把兩種來源不同的DNA進行重組，應該怎樣處理？
思考
缺口怎么辦？
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
思考
資料3 1967年，科學家們發現了一種能夠將兩個DNA片段連接起來的酶，可以用它來修復DNA鏈的斷裂口，并把這種酶叫做DNA連接酶。1970年，科學家們又提取了一種具有更高活性的T4 DNA連接酶。當兩個DNA片段的黏性末端彼此相臨，而且它們的堿基能夠互補配對時，DNA連接酶就能把它們之間的縫隙“縫合”起來（如圖）。
活動5：思考DNA連接酶如何保證準確連接兩個不同的DNA分子
1. 作用：
2. 種類：
⑴ E·coli DNA連接酶
⑵ T4 DNA連接酶
將雙鏈 DNA片段“縫合”起來，恢復被限制酶切開的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵 。
兩DNA片段要具有互補的黏性末端才能拼起來
可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，
二、分子縫合針—DNA連接酶
1.作用：
注意：用DNA連接酶連接兩個片段之間的磷酸二酯鍵
不是連接氫鍵（氫鍵的形成不需要酶的催化）
活動6：討論DNA連接酶和DNA聚合酶是一回事嗎？利用DNA水解酶、DNA聚合酶能否起到相同的作用？請陳述理由。
DNA聚合酶
DNA連接酶 DNA聚合酶
相同點 作用實質 化學本質 不 同 點 模板
作用對象
作用結果
用途
都能催化形成磷酸二酯鍵
都是蛋白質
不需要
需要
形成完整的
重組DNA分子
形成DNA的一條鏈
基因工程
DNA復制
只能將單個核苷酸連接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯鍵
在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵
活動7：為了能與目的基因相連接，質粒應該需要具備什么序列？還需要滿足什么條件？
大自然的啟示
目的基因如何轉移到受體細胞？
利用病毒的侵染能力
利用接合作用中質粒的轉移能力
質粒
將外源基因送入受體細胞, 在受體細胞內對目的基因進行大量復制.
1.作用：
動植物病毒
噬菌體
2.種類：
質粒是一種裸露的、結構簡單、獨立于真核細胞細胞核或原核細胞擬核DNA之外，并具有自我復制能力的環狀雙鏈DNA分子。
基因進入受體細胞的載體
種類 用途 不同點
質粒、噬菌體
植物病毒 動物病毒 將外源基因導入大腸桿菌
等受體細胞
將外源基因導入植物細胞
將外源基因導入動物細胞
來源不同，在大小、結構、復制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差別
將目的基因轉入受體細胞，在受體細胞內對目的基因進行大量復制
目的基因是一個DNA片段，不含有復制原點、不含有啟動子和終止子。
3.為什么不能直接將目的基因導入受體細胞？？
1.質粒上有一個或多個限制酶切點，有什么作用？
思考：
大腸桿菌及質粒結構模式圖
供外源基因或外源DNA片段插入其中。
2.質粒上有標記基因，有什么作用？
便于重組DNA的篩選、鑒定和選擇。
目的基因不能自主復制，不能穩定存在并遺傳給后代。
4.天然的DNA分子為何不可以直接用做基因工程載體？
（1） 載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。
這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。
（2） 載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。
（3） 載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。
（4） 載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。
（5） 載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。
實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。
對轉基因工程的分析
蘇云金桿菌中的Bt基因
基本原理
普通棉花細胞
含Bt基因的棉花細胞
能產生Bt抗蟲蛋白的棉花植株
轉入
植物組織培養技術
形成
目的基因
1
受體細胞
2
目的基因表達產物
3
兩個關鍵環節
4
在實驗中研究或操縱的可以帶來預期性狀的基因
用來接受目的基因以定向改造某種性狀的細胞
目的基因在受體細胞中轉錄和翻譯出來的產物
不同來源的DNA進行重新組合形成一個DNA
重組的DNA分子在受體細胞里能表達出產物
操作原理
操作對象
操作水平
操作環境
操作結果
工程優點
基因重組
基因
DNA分子水平
生物體外
獲得新的生物類型和生物產品
克服遠緣雜交不親和的障礙
定向改變生物的性狀
蘇云金桿菌
與載體拼接
普通棉花
（無抗蟲特性）
棉花細胞
抗蟲棉
提取
表達Bt基因
導入
Bt基因
重組DNA分子
培育轉基因抗蟲棉的簡要過程
基因工程：
是指按照人們的愿望，通過轉基因等技術，賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品。又叫 重組DNA技術
1.操作環境：
2.原理：
3.操作對象：
4.操作水平：
5.結果：
體外環境
基因
分子水平
基因重組
賦予生物新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物制品
定向改造生物性狀；克服遠緣雜交不親和障礙
6.意義：
一、概念檢測
1. DNA連接酶是重組DNA技術常用的一種工具酶。下列相關敘述正確的是 （ ）
A. 能連接DNA分子雙鏈堿基對之間的氫鍵
B. 能將單個脫氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵
C. 能連接用同種限制酶切開的兩條DNA片段，重新形成磷酸二酯鍵
D. 只能連接雙鏈DNA片段互補的黏性末端，不能連接雙鏈DNA片段的平末端
練習與應用
C
2. 在重組DNA技術中，將外源基因送入受體細胞的載體可以是 （ ）
A. 大腸桿菌的質粒
B. 切割DNA分子的酶
C. DNA片段的黏性末端
D. 用來識別特定基因的DNA探針
練習與應用
A
根據所學知識，完成以下填空：
①限制酶 ②解旋酶 ③DNA連接酶 ④DNA聚合酶 ⑤RNA聚合酶
b
a
A.切斷a處的酶為_______
B.連接a處的酶為_______
C.切斷b處的酶為_______
①
③④
②
a：磷酸二酯鍵；b：氫鍵

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