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(共40张PPT)
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。
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！
转移
A生物
B生物
抗虫基因
棉花细胞
任务一：论证基因工程可行的理论依据
基因的结构和功能
1.基因与DNA的关系？
2.基因的基本单位是什么？
3.基因的功能？
基因是有遗传效应的DNA片段
CH2
H
OH
H
H
H
H
碱基
磷酸
5’
4’
3’
2’
1’
脱氧核苷酸
挖掘记忆
储存、传递、表达遗传信息
复制
转录
翻译
DNA
RNA
逆转录
复制
蛋白质
表达的基础
DNA
RNA
蛋白质
性状
复制
转录
翻译
翻译
拼接的基础
1. DNA的基本组成单位 。
2. 都遵循 原则
3. DNA分子的空间结构都是规则的 结构
相同（四种脱氧核苷酸）
碱基互补配对
双螺旋
1. 基因是控制生物 的结构与功能单位
2. 遗传信息的传递都遵循 法则
3. 生物界共用 。（相同的遗传信息在不同的生物体内表达出相同的蛋白质）。
中心
一套遗传密码
性状
基因工程诞生的理论基础
“基因工程实质”
转移
A生物
B生物
抗虫基因
棉花细胞
重组DNA技术,即基因在空间上转移并成功表达
任务二：讨论想要获得能够表达毒蛋白的抗虫棉，需要有哪些步骤？解决哪些问题？提出构建抗虫棉的基本方案。
任务二 论证基因工程方案的可行性
活动1： 结合资料，论证Bt抗虫蛋白基因能否直接导入细胞发挥作用
资料1
①DNA分子的复制通常是从一个固定的位点开始的，这种起始DNA复制的序列叫做复制起点。细胞内缺乏复制起点的DNA将无法完成复制过程，从而被核酸酶降解。
②莱茵衣藻基因组大约含1.7万余个基因，1千多个复制起点
活动2：结合资料论证如何使导入的基因稳定复制？
苏云金杆菌
与载体拼接
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
Bt基因
重组DNA分子
培育转基因抗虫棉的简要过程
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”。
“分子手术刀”
准确切割DNA分子
“分子缝合针”
“分子运输车”
将DNA片段连接起来
将体外重组好的DNA分子导入受体细胞
2.主要来源：
主要是从原核生物中分离纯化出来的。
一、限制性核酸内切酶 ——分子手术刀
1.全称和简称
全称——限制性内切核酸酶
简称——限制酶
约4000种。
活动3：讨论限制酶如何实现对DNA 的精确剪切？作用位点是哪？
1’
2’
3’
4’
5’
G
限制酶
1’
2’
3’
4’
5’
A
磷酸二酯键
T
G
C
C
G
T
A
A
5'
3'
5'
3'
图解专一性
EcoR I
(在G与A之间切割)
Sma I
(在G与C之间切割)
5'
5'
5'
5'
3'
3'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
5'
5'
3'
3'
黏性末端
平末端
1.你能推测限制酶存在于原核生物中的作用是什么吗？
2.为什么限制酶不剪切细菌本身的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
保证自身的安全
DNA分子中不具备这种限制酶的识别切割序列，
或者DNA分子被修饰（甲基化），使限制酶不能将其切开
限制酶所识别的序列的特点是：呈现碱基互补对称，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。过长识别序列有限，过段切割位点过多，会伤害自身。
①限制性核酸内切酶只能识别双链DNA分子上某种特定的脱氧核苷酸序列；
②只能在识别序列上特定的两个脱氧核苷酸之间进行切割。
这体现了酶的专一性。
3、各限制酶识别的特定序列有何特点？为什么识别碱基大约4-8个？
4、限制性核酸内切酶的“限制性”表现在什么地方？这体现了酶的哪种特性？
请你根据图3-3中的相关信息找到两条片段上EcoRI 的识别序列和切割位点。 然后，用剪刀进行“切割”。
…TATCGTACGATAGGTACTTAA
…ATAGCATGCTATCCATG
AATTCGGCATAC…
GCCGTATG…
…TCCTAG
…AGGATCTTAA
GAGCCATACTTAA
AATTCTCGGTATG
AATTCCATAC…
GGTATG…
GAGCCATACTTAA
AATTCTCGGTATG
探究 活动4： 重组DNA分子的模拟操作
写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：你从中发现什么现象了？
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__种限制酶作用产生的
3
思考：你从中发现什么现象了？
相同的黏性末端也可能是由不同限制酶作用形成的
1.剪刀和透明胶条分别代表哪种“分子工具”？
剪刀代表限制酶；透明胶条代表DNA连接酶。
如果制作的黏性末端的碱基不能互补配对，可能是剪切位点或连接位点选得不对，也可能是其他原因。
不能，因为基因的长度一般在100个碱基对以上。
2.你制作的黏性末端的碱基能不能互补配对？如果不能，可能是什么原因造成的？
3.你插入的DNA片段能称得上一个基因吗？
…TATCGTACGATAGGTACTTAA
…ATAGCATGCTATCCATG
AATTCGGCATAC…
GCCGTATG…
GAGCCATACTTAA
AATTCTCGGTATG
4. DNA片段反向连接能成功吗？还有什么可能？
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
用同种限制酶切割(EcoRⅠ)
把两种来源不同的DNA进行重组，应该怎样处理？
思考
缺口怎么办？
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
资料3 1967年，科学家们发现了一种能够将两个DNA片段连接起来的酶，可以用它来修复DNA链的断裂口，并把这种酶叫做DNA连接酶。1970年，科学家们又提取了一种具有更高活性的T4 DNA连接酶。当两个DNA片段的黏性末端彼此相临，而且它们的碱基能够互补配对时，DNA连接酶就能把它们之间的缝隙“缝合”起来（如图）。
活动5：思考DNA连接酶如何保证准确连接两个不同的DNA分子
1. 作用：
2. 种类：
⑴ E·coli DNA连接酶
⑵ T4 DNA连接酶
将双链 DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 。
两DNA片段要具有互补的黏性末端才能拼起来
可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，
二、分子缝合针—DNA连接酶
1.作用：
注意：用DNA连接酶连接两个片段之间的磷酸二酯键
不是连接氢键（氢键的形成不需要酶的催化）
活动6：讨论DNA连接酶和DNA聚合酶是一回事吗？利用DNA水解酶、DNA聚合酶能否起到相同的作用？请陈述理由。
DNA聚合酶
DNA连接酶 DNA聚合酶
相同点 作用实质 化学本质 不 同 点 模板
作用对象
作用结果
用途
都能催化形成磷酸二酯键
都是蛋白质
不需要
需要
形成完整的
重组DNA分子
形成DNA的一条链
基因工程
DNA复制
只能将单个核苷酸连接到已有的DNA片段上，形成磷酸二酯键
在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键
活动7：为了能与目的基因相连接，质粒应该需要具备什么序列？还需要满足什么条件？
大自然的启示
目的基因如何转移到受体细胞？
利用病毒的侵染能力
利用接合作用中质粒的转移能力
质粒
将外源基因送入受体细胞, 在受体细胞内对目的基因进行大量复制.
1.作用：
动植物病毒
噬菌体
2.种类：
质粒是一种裸露的、结构简单、独立于真核细胞细胞核或原核细胞拟核DNA之外，并具有自我复制能力的环状双链DNA分子。
基因进入受体细胞的载体
种类 用途 不同点
质粒、噬菌体
植物病毒 动物病毒 将外源基因导入大肠杆菌
等受体细胞
将外源基因导入植物细胞
将外源基因导入动物细胞
来源不同，在大小、结构、复制方式以及可以插入外源DNA片段的大小也有很大差别
将目的基因转入受体细胞，在受体细胞内对目的基因进行大量复制
目的基因是一个DNA片段，不含有复制原点、不含有启动子和终止子。
3.为什么不能直接将目的基因导入受体细胞？？
1.质粒上有一个或多个限制酶切点，有什么作用？
思考：
大肠杆菌及质粒结构模式图
供外源基因或外源DNA片段插入其中。
2.质粒上有标记基因，有什么作用？
便于重组DNA的筛选、鉴定和选择。
目的基因不能自主复制，不能稳定存在并遗传给后代。
4.天然的DNA分子为何不可以直接用做基因工程载体？
（1） 载体DNA必需有一个或多个限制酶的切割位点，以便目的基因可以插入到载体上去。
这些供目的基因插入的限制酶的切点所处的位置，还必须是在质粒本身需要的基因片段之外，这样才不至于因目的基因的插入而失活。
（2） 载体DNA必需具备自我复制的能力，或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。
（3） 载体DNA必需带有标记基因，以便重组后进行重组子的筛选。
（4） 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。
（5） 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。
对转基因工程的分析
苏云金杆菌中的Bt基因
基本原理
普通棉花细胞
含Bt基因的棉花细胞
能产生Bt抗虫蛋白的棉花植株
转入
植物组织培养技术
形成
目的基因
1
受体细胞
2
目的基因表达产物
3
两个关键环节
4
在实验中研究或操纵的可以带来预期性状的基因
用来接受目的基因以定向改造某种性状的细胞
目的基因在受体细胞中转录和翻译出来的产物
不同来源的DNA进行重新组合形成一个DNA
重组的DNA分子在受体细胞里能表达出产物
操作原理
操作对象
操作水平
操作环境
操作结果
工程优点
基因重组
基因
DNA分子水平
生物体外
获得新的生物类型和生物产品
克服远缘杂交不亲和的障碍
定向改变生物的性状
苏云金杆菌
与载体拼接
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
Bt基因
重组DNA分子
培育转基因抗虫棉的简要过程
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。又叫 重组DNA技术
1.操作环境：
2.原理：
3.操作对象：
4.操作水平：
5.结果：
体外环境
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
6.意义：
一、概念检测
1. DNA连接酶是重组DNA技术常用的一种工具酶。下列相关叙述正确的是 （ ）
A. 能连接DNA分子双链碱基对之间的氢键
B. 能将单个脱氧核苷酸加到DNA片段的末端，形成磷酸二酯键
C. 能连接用同种限制酶切开的两条DNA片段，重新形成磷酸二酯键
D. 只能连接双链DNA片段互补的黏性末端，不能连接双链DNA片段的平末端
练习与应用
C
2. 在重组DNA技术中，将外源基因送入受体细胞的载体可以是 （ ）
A. 大肠杆菌的质粒
B. 切割DNA分子的酶
C. DNA片段的黏性末端
D. 用来识别特定基因的DNA探针
练习与应用
A
根据所学知识，完成以下填空：
①限制酶 ②解旋酶 ③DNA连接酶 ④DNA聚合酶 ⑤RNA聚合酶
b
a
A.切断a处的酶为_______
B.连接a处的酶为_______
C.切断b处的酶为_______
①
③④
②
a：磷酸二酯键；b：氢键

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