3.1.1 重组DNA技术的基本工具-【爱上生物课】2022-2023学年高二生物优质精讲课件（人教版2019选择性必修3）

我国是棉花的生产和消费大国。棉花在种植过程中,常常会受到一些害虫的侵袭,其中以棉铃虫最为常见。棉铃虫可以使棉花产量减少三分之一,严重时,甚至能使一片棉田绝收。大量施用农药杀虫不仅会提高生产成本,还可能造成农产品和环境的污染。要是能培育出自身就能抵抗虫害的棉花新品种,这一问题就会迎刀而解,我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉就是在这样的背景下产生的。为什么传统的杂交育种方法培育不出抗虫棉,基因工程却可以呢?基因工程是如何进行操作的?它给我们的生产和生活带来了怎样的影响? 普通棉花和转基因抗虫棉 为了棉花姓“中国” 1992年，一场史无前例的棉铃虫灾害吞噬着中国的棉田，我国棉花产业遭遇灭顶之灾； 国外公司拒绝出售抗虫棉核心技术，到1999年外国抗虫棉已占领我国95%的棉花市场份额，国内棉花品种市场迅速流失。 1998年中棉所成功培育出我国第一个国审抗虫杂交棉新品种——中棉所29，使低龄棉铃虫的死亡率超过90%； 2002年成功培育出我国第一个双价转基因抗虫棉新品种——中棉所41，该品种能够缓解棉铃虫抗药性， 我国成为世界第二个拥有抗虫基因自主知识产权的国家！ “3年间，全国棉花种植面积从1亿亩锐减到6000万亩，国家与棉农的经济损失超过400亿元。 棉铃虫大爆发那年，棉场里很难看到一棵完整的植株。棉铃虫危害到什么程度？老百姓说，棉铃虫除了地上的电线杆不吃，天上飞的飞机不吃，什么都吃。” 第3章 基因工程 基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫作重组DNA技术。 （1）原理： （2）操作水平： （3）操作环境： （4）操作对象： （5）结果： 基因重组。 分子水平。 生物体外。 基因。 赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物制品。 科技探索之路 基因工程的诞生和发展 1944年，艾弗里等人通过肺炎链球菌的转化实验，不仅证明了遗传物质是DNA，还证明了DNA可以在同种生物的不同个体之间转移。 1950年，埃特曼发明了一种测定氨基酸序列的方法。2年后，桑格首次完成了对胰岛素氨基酸序列的测定。 1958年，梅塞尔森和斯塔尔用实验证明了DNA的半保留复制。随后不久，克里克提出中心法则。 1953年，沃森和克里克建立了DNA双螺旋结构模型并提出了遗传物质自我复制的假说。 1961年，尼伦伯格和马太破译了第一个编码氨基酸的密码子。截至1966年，64个密码子均被成功破译。 1967年，科学家发现，在细菌拟核DNA之外的质粒有自我复制能力，并可以在细菌细胞间转移。 1970年，科学家在细菌中发现了第一个限制性内切核酸酶（简称限制酶）。 20世纪70年代初，多种限制酶、DNA连接酶和逆转录酶被相继发现。这些发现为DNA的切割、连接以及功能基因的获得创造了条件。 1972年，伯格首先在体外进行了DNA改造的研究，成功构建了第一个体外重组DNA分子。 1973年，科学家证明质粒可以作为基因工程的载体，构建重组DNA，导入受体细胞，使外源基因在原核细胞中成功表达，并实现物种间的基因交流。至此，基因工程正式问世。 1977年，桑格等科学家发明了DNA序列分析的方法，为基因序列图的绘制提供了可能。此后，DNA合成仪的问世为体外合成DNA提供了方便。 1982年，第一个基因工程药物-重组人胰岛素被批准上市。基因工程药物成为世界各国研究和投资开发的热点。 1983年，科学家采用农杆菌转化法培育出世界上第一例转基因烟草。此后，基因工程进入了迅速发展的阶段。 科技探索之路 基因工程的诞生和发展 1985年，穆里斯等人发明了PCR，为获取目的基因提供了有效手段。 1990年，人类基因组计划启动。2003年，该计划的测序任务顺利完成。 21世纪以来，科学家发明了多种高通量测序技术，可以实现低成本测定大量核酸序列，加速了人们对基因组序列的了解。 2013年，华人科学家张锋及其团队首次报道利用最新的基因组编辑技术——CRISPR（成簇规律间隔短回文重复）技术编辑了哺乳动物基因组。该技术可以实现对特定基因的定点插入、敲除或替换。 1984年，我国科学家朱作言领导的团队培育出世界上第一条转基因鱼。 科技探索之路 基因工程的诞生和发展 第1节 重组DNA技术的基本工具 从社会中来 番木瓜容易受番木瓜环斑病毒的侵袭。当番木瓜被这种病毒感染后，产量会大大下降。科学家通过精心设计，用“分子工具”培育出了转基因番木瓜，它可以抵御番木瓜环斑病毒。 DNA双螺旋的直径只有2nm,对如此微小的分子进行操作，是一项非常精细的工作，更需要专门的“分子工具”。那么，科学家