第3、4章 基因工程、生物技术安全性和伦理性问题（复习课件）-2023-2024学年高二生物下学期期末复习大礼包（讲+背+练）

第3章 基因工程 新课程标准内容 1.概述基因工程是在遗传学、微生物学、生物化学和分子生物学等学科基础上发展而来的 2. 阐明DNA重组技术的实现需要利用限制性内切核酸酶、DNA连接酶和载体三种基本工具 3.阐明基因工程的基本操作程序主要包括目的基因的获取、基因表达载体的构建、目的基因导入受体细胞和目的基因及其表达产物的检测鉴定等步骤 4.举例说明基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质 5.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质 6.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程 核心素养 生命观念：理解基因的结构决定其功能，建立结构与功能观。 科学思维：运用归纳与概括、模型与建模等科学思维方法，理解基因工程和蛋白质工程的原理和技术。 科学探究：通过“DNA的粗提取与鉴定”实验，培养实验探究能力。 社会责任：关注基因工程的发展和应用，结合基因工程在生产实践中的应用，提出防止基因污染的措施。 核心知识.答题必备 1.（P67）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。 2.（P71）限制酶主要从原核生物中分离提纯出来,能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列,并使每一条链中特定部位的磷酸二酯键断开。 3.（P71）DNA分子经过限制酶切割后形成黏性末端或平末端。 4.（P72）DNA连接酶可将两个DNA链连接起来,主要有E.coli DNA连接酶和T4 DNA连接酶。 5.（P72）目的基因的主要载体是质粒,它是一种能够自我复制的小型环状双链DNA分子。 6.（P80）基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建。 7.（P72）目的基因获取的方法有构建基因文库获取、利用PCR技术获取和扩增等方法。 8.（P76）基因表达载体包括目的基因、标记基因、启动子、终止子等。 9.（P81）目的基因导入植物受体细胞常用花粉管通道法和农杆菌转化法等;导入动物细胞的方法有显微注射法。将目的基因导入大肠杆菌时要用Ca2+处理。 10.（P82）检测目的基因是否导入受体细胞的染色体上以及是否转录出了mRNA,采用PCR技术;检测目的基因是否翻译成蛋白质,采用抗原—抗体杂交。 核心知识.答题必备 11.（P82）目的基因的检测与鉴定还需要进行个体生物学水平的鉴定。 12.（P88）将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中,培育转基因抗病植物。 13.（P89）将外源生长激素基因导入鲤鱼,可提高鲤鱼的生长速率。 14.（P90）将药用蛋白基因导入大肠杆菌或酵母菌构建工程菌可生产药物。 15.（P90）将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组成表达载体导入哺乳动物的受精卵中可构建乳腺生物反应器。 16.（P91）在器官供体的基因组中导入某种调节因子,以抑制抗原决定基因的表达,或设法除去抗原决定基因,然后再结合克隆技术,可培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆器官。 17.（P93）基因工程技术原则上只能生产自然界中已有的蛋白质。 18.（P93）天然蛋白质是长期进化的结果,但其结构和功能不一定符合人类生产和生活的需要。 19.（P93）蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。 核心知识.答题必备 1.（P101）微生物具有生理结构和遗传物质简单、生长繁殖快、对环境因素敏感和容易进行遗传物质操作等优点。 2.（P101）转基因技术已被用来减少啤酒酵母双乙酰的生成,缩短啤酒的发酵周期。 3.（P101）用基因工程技术构建高产、优质的基因工程菌来生产氨基酸,是目前工业化生产氨基酸的重要途径。 4.（P102）建立了某些人类疾病的转基因动物模型,模拟疾病的发生和发展过程,如转基因小鼠1型糖尿病模型、转基因小鼠原发性高血压模型等。 5.（P103）生活的国家或社会不同决定了人们具有不同的价值观取向,对于转基因技术就会产生不同的见解,特别是在转基因食品的安全性等方面发生激烈的争论。 6.（P104）我国对待转基因技术的方针是研究上要大胆,坚持自主创新;推广上要慎重,做到确保安全;管理上要严格,坚持依法监管。 7.（P106）生殖性克隆是指通过克隆技术产生独立生存的新个体。 8.治疗性克隆是指将患者的细胞诱导成特定的细胞、组织和器官,用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官,从而达到治疗疾病的目的。 9.（P106）生殖性克隆人将可能面临众多的伦理问题。 10.（P108）我国政府坚决反对克隆人,不允许进行任何生殖性克隆人实验。 11.（P111）生物武器包括致病菌类、病毒类和生化毒剂类等。 12.（P111）生物武器直接或者通过食物、生活必需品和带菌昆虫等散布,会给人、畜乃至植物带来巨大的伤害。 13.（P113）国际社会签署了《禁止生物武器公约》,但仍然面临很多潜在的威胁和挑战。 核心知识.答题必备 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 重组DNA技术。 基因 分子水平 基因重组 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 定向改造生物性状；克服远缘杂交不亲和障碍 1.原理： 2.操作对象： 3.操作水平： 4.结果： 5.意义： 1.DNA的基本组成单位相同(都是四种脱氧核苷酸) 2.都遵循碱基互补配对原则 3.DNA分子的空间结构都是规则的双螺旋结构 4.DNA复制的方式相同 表达的理论基础 1.基因是控制生物性状的结构与功能单位 2.遗传信息传递都遵循中心法则 3.生物界几乎共用一套遗传密码 重组DNA RNA 蛋白质 性状 复制 转录 翻译 翻译 重组与复制的理论基础 基因工程的理论基础 DNA重组技术的基本工具(三种“分子工具”) 工具酶 准确切割DNA分子的”分子手术刀” 将DNA片段再连接起来的”分子缝合针” 将体外重组好的DNA分子导入受体细胞的 ”分子运输车” 载体 限制性核酸内切酶 DNA连接酶 剪切 拼接 导入 表达 二、基因工程的工具 1.限制酶——“分子手术刀”切割DNA分子的工具 ①来源： 主要是从原核生物中分离纯化出来的一类酶。 ②种类： 数千种 （限制酶不是一种酶，而是一类酶） ③作用： 识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 *确切来说应该是催化磷酸二酯键断开 *该过程“特定”体现了酶的专一性 *限制酶只切割两个核苷酸之间的磷酸二酯键。 即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNA分子。 二、基因工程的工具 阅读下面有关基因工程诞生过程的资料。 11 二、基因工程的工具 DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——________和_______ 黏性末端 平末端 当限制酶在它的识别序列的中心轴线两侧将DNA分子的两条链分别切开时，产生的是黏性末端 当限制酶在它的识别序列的中心轴线处切开时，产生的是平末端 ④识别和切割结果 大多数限制酶的识别序列由___个核苷酸组成，也有少数限制酶的识别序列由___个、___个或__________的核苷酸组成。 6 4 8 其他数量 1.限制酶——“分子手术刀”切割DNA分子的工具 2.DNA连接酶——“分子缝合针” 二、基因工程的工具 种类 来源 大肠杆菌 T4噬菌体 作用 差别 只连接____________ 缝合___________和____________ E.coli DNA连接酶 T4 DNA连接酶 黏性末端 黏性末端 平末端（效率较低） 都能将双链DNA片段“缝合“起来， 恢复被限制酶切开的磷酸二酯键。 　　　项目 种类　　　 作用部位 作用结果 图示 限制酶 DNA连接酶 DNA聚合酶 DNA(水解)酶 解旋酶 磷酸二酯键 形成黏性末端或平末端 磷酸二酯键 连接DNA分子片段 磷酸二酯键 形成新DNA分子 磷酸二酯键 形成脱氧核苷酸 碱基对间的氢键 形成单链DNA分子 与DNA相关的五种酶的比较 二、基因工程的工具 二、基因工程的工具 3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 质粒(常用）、噬菌体、动植物病毒 ⑵种类： ⑴作用： ①将目的基因送入受体细胞 ②在受体细胞内对目的基因进行大量复制 ⑶载体需具备的条件 ——供外源DNA片段（目的基因）插入其中 ✭真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的。 ①有一个至多个限制酶切割位点 ③具有标记基因 ④对受体细胞无害、易分离 ——便于重组DNA分子的筛选 ②能在细胞中进行自我复制，或整合到受体DNA上，随受体DNA同步复制。 ——避免受体细胞受到损伤 拟核 质粒 大肠杆菌 氨苄青霉素抗性基因 目的基因 复制起点 (4)质粒 ①来源：来源于许多 等生物，它是一种裸露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，并具有自我复制能力的很小的 （化学本质），故质粒有 个游离的磷酸基团。 ②氨苄青霉素抗性基因在质粒DNA上称为 ，其作用是 。 ③复制原点： 。 细菌和酵母菌 双链环状DNA分子 0 用于鉴别和筛选含有目的基因的受体细胞 DNA分子复制的起点 标记基因 二、基因工程的工具 3.基因进入受体细胞的载体——“分子运输车” 培育转基因抗虫棉的四个步骤 普通棉花 （无抗虫特性） 棉花细胞 抗虫棉 提取 表达Bt基因 导入 与载体拼接 重组DNA分子 1.目的基因的筛选与获取 2.基因表达载体的构建 （核心） 3.将目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与鉴定 Bt基因 苏云金杆菌 三.基因操作基本操作程序 4.为什么要有“目的基因的检测与鉴定”？ 用于改变受体细胞性状和获得预期表达产物的基因，主要是编码蛋白质的基因，也可以是一些具有调控作用的因子。 构建的目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。 含目的基因的表达载体只有进入受体细胞，并且维持稳定和表达，才能实现一种生物的基因在另一种生物中的转化 目的基因是否能够在受体细胞中稳定维持和表达其遗传特性，只有通过检测与鉴定才能知道 1.为什么要有“目的基因的筛选与获取”？ 2.为什么要有“基因表达载体的构建”？ 3.为什么要有“将目的基因导入受体细胞”？ 三.基因操作基本操作程序 三.基因操作基本操作程序 1.目的基因 （1）概念：在基因工程的设计和操作中，用于改变受体细胞性状或获得预期表达产物 等的基因。 （2）作用:根据不同的需要，目的基因是不同的，它主要指编码蛋白质的基因。 从相关的已知结构和功能清晰的基因中进行筛选是较为有效的方法之一 2.筛选合适的目的基因 3.获取目的基因的方法 ⑵从_________中获取 基因文库 ⑴用_____方法直接人工合成 条件：基因比较小， 已知 方法：通过___________用化学方法直接 人工合成 化学 核苷酸序列 DNA合成仪 ⑶利用PCR技术扩增目的基因 第一步：目的基因的筛选与获取 ⑶利用PCR技术扩增目的基因 三.基因操作基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 DNA半保留复制 原理 体外 操作环境 对目的基因的核苷酸序列进行大量复制 目的 可在短时间内大量 扩增目的基因 优点 聚合酶链式反应 全称 它是一项根据DNA半保留复制的原理，在体外提供参与DNA复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。 PCR 参与的组分 在PCR中的作用 前提条件 高温 模板DNA 4种脱氧核苷酸 耐高温的DNA聚合酶 引物 一定的缓冲溶液(Mg2＋) 打开DNA双链 提供DNA复制的模板 合成DNA子链的原料 催化合成DNA子链 主要是DNA单链或RNA,使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3’端开始连接脱氧核苷酸 已知基因的核苷酸序列 提供合适的酸碱度和离子，DNA聚合酶需要Mg2＋激活 所需的基本条件 ⑶利用PCR技术扩增目的基因 三.基因操作基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 耐高温的DNA聚合酶(Taq酶） 4种脱氧核苷酸（DNTP） 引物 待扩增的DNA片段（模板） 5’ 5’ 变性 复性 延伸 温度上升到90℃以上，双链DNA解聚为单链 当温度下降到50℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。 温度上升到72℃左右时，溶液中的4种脱氧核苷酸在耐高温的DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。 过程 ⑶利用PCR技术扩增目的基因 三.基因操作基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 ⑶利用PCR技术扩增目的基因 三.基因操作基本操作程序 第一步：目的基因的筛选与获取 结果： DNA分子以指数形式扩增(约为2n，其中n为扩增循环次数) A、在PCR过程中实际加入的为dNTP(即dATP、dGTP、dTTP、dCTP)，既可作为合成DNA子链的原料，又可为DNA的合成提供能量。 B、引物既可以是DNA单链，也可以为RNA单链。细胞内的DNA进行复制时，也需要引物，一般为RNA片段。 C、真核细胞和细菌的DNA聚合酶都需要Mg2＋激活。因此，PCR反应缓冲溶液中一般要添加Mg2＋。 特备注意： 1.(2021·天津模拟)PCR技术是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，使目的DNA得以迅速扩增。其简要过程如图所示。下列关于PCR技术叙述错误的是 (　 　) C A.PCR反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板 B.PCR技术制备大量DNA时引物 要被不断消耗 C.DNA的合成方向总是从子链的 3′端向5′端延伸 D.应用PCR技术与探针杂交技术可以检测特定的基因 三.基因操作基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 ——核心步骤 ① ; ② 。 启动子： RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动转录。 终止子： 终止转录 1.目的 使目的基因在受体细胞中稳定存在,并且可以遗传给下一代 使目的基因能够表达和发挥作用 2.组成 标记基因： 目的基因： 复制原点： 鉴别或筛选含有重组DNA分子的受体细胞 目的基因必须插入到 与 之间。 终止子 DNA复制的起始位点。 载体的种类： 质粒（常用）、噬菌体、动植物病毒 启动子 项目 启动子 终止子 起始密码子 终止密码子 本质 ______ _____ _______ _______ 位置 目的基因上游 目的基因下游 mRNA首端 mRNA尾端 功能 ________________________________________________ ____________________________ _____________________ ________________________ DNA DNA mRNA mRNA RNA聚合酶识别和结合的部位，驱动基因转录出mRNA 使转录在所需要的地方停下来 翻译的起始信号(编码氨基酸) 翻译的结束信号(不编码氨基酸) 启动子、终止子、起始密码子、终止密码子对比 三.基因操作基本操作程序 第二步：基因表达载体的构建 ——核心步骤 第1步： 用同种限制酶或产生相同黏性末端的限制酶分别切割质粒和含有目的基因的DNA片段。 第2步： 用DNA连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，形成重组DNA分子。 3.过程 三.基因操作基本操作程序 第三步：将目的基因导入受体细胞 转化：目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程。 将目的基因导入受体细胞的方法 将目的基因导入 植物细胞 将目的基因导入 动物细胞 将目的基因导入 微生物细胞 农杆菌转化法 花粉管通道法 ——显微注射法 ——Ca2+处理法 我国科学家独创 （常用） 将目的基因导入受体细胞的方法有哪些？ 将目的基因导入受体细胞的方法、过程 生物种类 植物 动物 微生物 常用方法 处理法 受体细胞 ________________ _______ 转化过程 农杆菌转化法 体细胞或受精卵 受精卵 Ca2＋ 将目的基因插入Ti质粒的T－DNA中→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的染色体DNA上→表达 将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物 Ca2＋处理细胞→细胞处于一种能吸收周围环境中DNA分子的生理状态→基因表达载体导入 显微注射法 原核细胞 第四步：目的基因的检测与鉴定： 1.检测与鉴定的目的： 检测和鉴定目的基因进入受体细胞后，是否稳定维持和表达其遗传特性。 2.检测与鉴定的方法： 三.基因操作基本操作程序 类型 检测内容 方法 分子水平的检测 个体生物学水平的鉴定 受体细胞的染色体DNA上是否插入了目的基因 目的基因是否转录出了mRNA PCR等技术 目的基因是否翻译成蛋白质 抗原-抗体杂交技术 个体是否具有相应性状 抗虫鉴定、抗病鉴定、活性鉴定等 第四步：目的基因的检测与鉴定： 三.基因操作基本操作程序 个体生物学水平鉴定 A.检测生物是否具有该蛋白质赋予的某种特性以及具有该特性的程度。如： 抗虫：做抗虫接种实验，观察 （害虫/生物）的生存状况 抗病：做病原体接种实验，观察 （病原体/生物）的生存状况 抗盐：将转基因植物移栽到 或用一定浓度的盐水浇灌水稻。 抗寒：将转基因植物移栽到 环境中，观察其生长状况 抗除草剂植物：喷洒除草剂 害虫 生物 低温（寒冷） 盐碱地 B.活性比较实验: 将基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能活性是否相同。 下列有关叙述正确的是(　 　) A.过程①是获取抗冻基因的过程，用到的酶只有限制酶 B.在重组质粒上，抗冻基因首端和末端一定具有启动子和终止子，启动和终止翻译的进程 C.过程②用到的质粒是农杆菌的Ti质粒，要将重组质粒转入农杆菌才能进行筛选 D.根据抗冻基因制作的DNA探针，可以用来检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在 利用DNA与RNA、蛋白质和脂质等在物理和化学性质方面的差异，提取DNA，去除其他成分。 (1)提取的基本思路： (2)实验原理： ③在一定温度下，DNA遇二苯胺试剂会呈现蓝色。 DNA溶解度 NaCl浓度 0.14mol/L 2mol/L 1.DNA提取思路与原理 ①DNA不溶于酒精，但某些蛋白质溶于酒精。 ②DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度不同， 能溶于2mol/L NaCl溶液。 四、DNA的粗提取与鉴定 四、DNA的粗提取与鉴定 DNA含量相对较高的生物组织，如新鲜洋葱、香蕉、菠菜、菜花和猪肝等 注意： (1)选材： 不能选择哺乳动物成熟的红细胞，因为哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核和线粒体，几乎不含DNA 2.材料用具 四、DNA的粗提取与鉴定 (2)试剂： 试剂 作用 研磨液 体积分数为95%的酒精 2mol/L 的NaCl溶液 二苯胺试剂 蒸馏水 2.材料用具 溶解并提取DNA 析出DNA 溶解DNA 鉴定DNA，要现配现用 3.方法步骤 四、DNA的粗提取与鉴定 研磨 加酒精析出 溶解与鉴定 提取上清液 取上 清液 充分 研磨 纱布过滤 95%冷酒精 离心 离心 丝状物 沉淀物 (1)取材研磨： (破碎细胞，使核物质容易溶解在研磨液中) 3.方法步骤 抑制核酸水解酶的活性，进而抑制DNA降解；抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出； (2)过滤或离心取上清液： 在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。 直接将研磨液倒入塑料离心管中，1500r/min的转速下离心5min，再取上清液放入烧杯中。 上清液中除DNA之外，可能含有哪些杂质？ 低温放置几分钟的作用： 方法一： 方法二： 四、DNA的粗提取与鉴定 (3)预冷酒精析出DNA或离心收集沉淀中的DNA 在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液(体积分数为95%)，静置2-3min，溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分； 方法一： 3.方法步骤 搅拌时应轻缓、并沿一个方向： 减少DNA断裂，以便获得较完整的DNA分子 低温抑制核酸水解酶活性,抑制DNA降解;低温抑制DNA分子运动，使DNA易形成沉淀析出；低温有利于增加DNA的柔韧性，减少断裂。 将溶液倒入塑料离心管中，在10000r/min的转速下离心5min，弃上清液，将管底的沉淀物(粗提取的DNA)晾干。 方法二： 四、DNA的粗提取与鉴定 组别 试剂 处理 结果 对照组 实验组 (4)NaCl溶液溶解DNA并鉴定 实验组 对照组 水浴加热 溶液蓝色的深浅与溶液中DNA的含量的多少有关。 2mol/L的NaCl溶液5mL 2mol/L的NaCl溶液5mL 4mL的二苯胺试剂 4mL的二苯胺试剂 丝状物或沉淀物 3.方法步骤 四、DNA的粗提取与鉴定 (1)如果选用鸡血细胞进行实验，如何快速破碎细胞？ 将鸡血细胞置于蒸馏水中，待细胞涨破后，收集滤液。 利用蛋白酶分解杂质蛋白，不分解DNA，有利于DNA与蛋白质分开。 进一步纯化DNA——用高盐浓度的溶液溶解DNA，能除去在高盐溶液中不能溶解的杂质；用低盐溶液使DNA析出，能除去溶解在低盐溶液中的杂质。因此，通过反复溶解与析出DNA，就能够除去与DNA溶解度不同的多种杂质。 4.进一步探究 (2)有时会在DNA滤液中添加嫩肉粉（木瓜蛋白酶），这样有什么好处？ (3)有时还会反复利用不同浓度的NaCl溶液来溶解、析出DNA，试猜想该操作的目的？ 四、DNA的粗提取与鉴定 1.（2023·广东·统考高考真题）“DNA粗提取与鉴定”实验的基本过程是：裂解→分离→沉淀→鉴定。下列叙述错误的是（ ） A．裂解：使细胞破裂释放出DNA等物质 B．分离：可去除混合物中的多糖、蛋白质等 C．沉淀：可反复多次以提高DNA的纯度 D．鉴定：加入二苯胺试剂后即呈现蓝色 D 五.基因工程的应用 1.基因工程在农牧业方面的应用 (1)培养抗性植物： 转基因抗虫植物： 转基因抗病植物： 转基因抗除草剂植物： 从某些生物中分离出具有抗虫功能的基因，将它导入作物中培育出具有抗虫性的作物 转基因抗虫棉花、玉米、大豆、水稻和马铃薯等 ①方法： ②成果： 科学家将来源于某些病毒、真菌等的抗病基因导入植物中，培育出了转基因抗病植物 转基因抗病毒甜椒、番木瓜和烟草等 将降解或抵抗某种除草剂的基因导入作物，可以培育出抗除草剂的作物品种 转基因抗除草剂玉米、大豆、油菜和甜菜等 ①方法： ②成果： ①方法： ②成果： 五.基因工程的应用 (2)改良植物的品质： 我国科学家成功地将与植物花青素代谢相关的基因导入矮牵牛，呈现出自然界中没有的颜色变异，大大提高了观赏价值。 将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因导人植物中,可以提高这种氨基酸的含量 ①方法： ②成果： 优良性状的基因导入植物 (4)改善畜产品的品质： ①方法： ②成果： 将肠乳糖酶基因导入奶牛基因组 转基因牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大降低，而其他营养成分不受影响 (3)提高动物的生长速率： ①方法： ②成果： 将外源生长激素基因导入动物体内， 以提高动物的生长速率。 转基因鲤鱼 五.基因工程的应用 2.基因工程在医药卫生领域的应用 我国生产的重组人干扰素、血小板生成素、促红细胞生成素和粒细胞集落刺激因子等基因工程药物均已投放市场。 细胞因子、抗体、疫苗和激素等 ①常见药物类型： ②实例： (1)对微生物或动植物的细胞进行基因改造生产药物 干扰素基因 质粒 重组质粒 大肠杆菌或酵母菌 可大量生产干扰素的大肠杆菌或酵母菌 构建 导入 培养 五.基因工程的应用 45 ①实例： 乳腺生物反应器或乳房生物反应器 ②培育过程： 药用蛋白基因 乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件 基因表达载体 受精卵 泌乳期 分泌乳汁 转基因动物 药物蛋白 显微注射 发育 (2)让转基因哺乳动物批量生产药物 获得乳腺生物反应器的步骤与培育普通转基因动物的步骤有什么区别？ 培育乳腺生 反应器时要选用乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件与药用蛋白基因重组在一起，目的是让药用蛋白基因只在乳腺细胞中表达。 五.基因工程的应用 用转基因动物作为器官移植的供体 培育无免疫排斥的转基因克隆猪器官 抑制抗原决定基因表达 或除去抗原决定基因 在器官供体基因组中导入某种调节因子 五.基因工程的应用 1.(2022·辽宁模拟)目前基因工程硕果累累，下列叙述错误的是 (　 　) A.我国科学家将Bt毒蛋白基因导入棉花细胞，培育出的棉花既能抗虫也能抗病毒 B.科学家可以把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的 C.可将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子重组在一起，用来生产乳腺生物反应器 D.科学家试图利用基因工程的方法改造猪的器官，解决器官移植中的免疫排斥问题 A 2.(2023·福建宁德期末)利用转基因山羊乳腺生物反应器生产丁酰胆碱酯酶，可治疗有机磷中毒。下列叙述错误的是(　　) A.应该用山羊乳腺中特异表达的基因的启动子构建基因表达载体 B.通过体细胞克隆可将丁酰胆碱酯酶基因传递给子代 C.通过显微注射技术将基因表达载体导入山羊乳腺细胞 D.山羊乳腺细胞可将肽链加工成具有一定空间结构的丁酰胆碱酯酶 C 六.蛋白质工程的原理和应用 1.蛋白质工程的概念 ①基础： ②操作手段及对象： ③结果： ④目的： ⑤困难： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 改造或合成基因 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是涉及多学科的综合科技工程。 是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 (1)概念： (2)特点： 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反 预期的蛋白质功能 设计 预期的蛋白质结构 应有的氨基酸序列 推测 改造或合成 转录 翻译 生物功能 行使 DNA mRNA (3)蛋白质工程的基本思路： 六.蛋白质工程的原理和应用 2.蛋白质工程的应用 ①利用蛋白质工程研发 。 ②实例：如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成 ，在一定条件下，可以延长保存时间。 ①蛋白质工程被广泛用于改进 或开发新的工业用酶。 ②实例：枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 药物 丝氨酸 酶的性能 (1)在医药方面 (2)在工业方面 (3)在农业方面 科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物_________的效率，增加粮食的产量。 光合作用 六.蛋白质工程的原理和应用 蛋白质工程与基因工程的异同 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的 →推测应有的 →找到并改变相对应的 (基因)或合成新的基因→获得所需蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 实质 结果 联系 蛋白质结构 氨基酸序列 脱氧核苷酸序列 只生产自然界中已存在的蛋白质 定向改造或生产人类所需要的蛋白质 定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品 可生产自然界中不存在的蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程 1.下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是(　 　) A．蛋白质工程只能生产自然界已经存在的蛋白质 B．蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 C．蛋白质工程是以基因工程为基础的生物工程技术 D．蛋白质工程可以制造一种新的蛋白质也可以对现有的蛋白质进行改造 A 2.(2023·山东淄博期中)纤维素酶广泛应用于医药、食品发酵、造纸、废水处理等领域。研究人员利用蛋白质工程将细菌纤维素酶的相应氨基酸替换后纤维素酶热稳定性得到了提高。下列有关该技术的说法，正确的是(　　) A.改造后的纤维素酶的较高热稳定性不可遗传 B.对纤维素酶的改造需要以基因工程为基础 C.改造纤维素酶无需构建基因表达载体 D.对纤维素酶的改造是通过直接改造mRNA实现的 B 3.(2023·湖北孝感高中质检)下图表示蛋白质工程的操作过程，相关说法不正确的是(　　) A.a、b过程分别是转录、翻译 B.蛋白质工程中对蛋白质分子结构的了解是非常关键的工作 C.蛋白质工程是完全摆脱基因工程技术的一项全新的生物工程技术 D.蛋白质工程中可能构建出一种全新的基因 C 六.生物技术的安全性和伦理问题 (1)转基因成果 领域 成果 微生物 方面 ①减少啤酒酵母双乙酰的生成，缩短啤酒的 ； ②构建高产、优质的基因工程菌生产氨基酸； ③用基因工程菌生产药物 转基因动物方面　 ①培育 、 的转基因家禽、家畜； ②培育抵抗相应病毒的动物新品种； ③建立某些人类疾病的转基因动物模型 转基因植物方面　 培育具有 、 、 和耐储藏等新性状的作物 发酵周期 生长迅速 营养品质优良 抗虫 抗病 抗除草剂 1.转基因产品的安全性 六.生物技术的安全性和伦理问题 1.转基因产品的安全性 (2)对转基因产品安全性的争论 ①争论原因： ②争论内容： 人们所生活的国家或社会,政治制度、意识形态、宗教信仰、经济发展水平、历史背景、传统文化和伦理道德观念等的差异,决定了人们具有不同的价值观取向 转基因技术 转基因食品的安全性 ③正确态度： 理性看待转基因技术要做到建立在完备的相关科学知识基础之上;看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响;要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论 六.生物技术的安全性和伦理问题 2.关注生殖性克隆人 (2)生殖性克隆和治疗性克隆的比较 类型 生殖性克隆 治疗性克隆 目的 _______________________ _________ 水平 __________ _________ 联系 产生独立生存的新个体 治疗疾病 个体水平 细胞水平 (1)概念: 生殖性克隆: 治疗性克隆: 是指通过克隆技术产生独立生存的新个体 指利用克隆技术产生特定的细胞、组织和器官,用它们来修复或替代受损的细胞、组织和器官从而达到治疗疾病的目的 都属于无性生殖；产生新个体或新组织，遗传信息相同 六.生物技术的安全性和伦理问题 类型 试管婴儿 设计试管婴儿 技术手段 不需进行__________ 胚胎移植前需进行__________ 实践应用 解决 问题 用于 等疾病的治疗 联系 二者都是体外受精，经体外 ，再进行 ，在生殖方式上都为_________ 遗传诊断 遗传诊断 不孕不育 白血病、贫血病 早期胚胎发育 胚胎移植 有性生殖 3.试管婴儿和设计试管婴儿的比较 六.生物技术的安全性和伦理问题 4.禁止生物武器 (1)种类 致病菌类: 病毒类: 生化毒剂类: 经过基因重组的致病菌等: 炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌 天花病毒、动物痘病毒 肉毒杆菌毒素 重组蜡状杆菌、新型鼠痘病毒等 (2)中国政府的态度 在任何情况下，不发展、不生产、、不储存生物武器,并反对生物武器及其技术和设备的扩散 六.生物技术的安全性和伦理问题 ①致病性强；传染性强；人易感。 ②较隐蔽：不易被发现；易传播(如气溶胶)，发病有潜伏期，污染面积大、危害时间长。 ③易得到：制备容易，花费小。 ④传染途径多，治疗困难。 ⑤受自然条件影响大。 (3)特点 4.禁止生物武器 √ × × × (5)中国政府不允许进行任何生殖性克隆人实验(　　) (6)生殖性克隆和治疗性克隆没有本质区别(　　) √ × (7)天花病毒、波特淋菌、霍乱弧菌和炭疽杆菌都可以用来制造生物武器(　　) (8)微生物产生的代谢产物都可以用来制造生化毒剂(　　) (9)我们对待生物武器的态度是坚决禁止生物武器(　　) √ × √ (1)通过转基因技术生产药物只是转基因微生物方面的应用(　　) (2)转基因抗虫植物也抗病，种植过程中可以不施农药(　　) (3)如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不会存在安全性问题(　　) (4)转基因生物可能会破坏生态平衡(　　) 易错辨析 $$