人教版選修3

當(dāng)代生物科技專項(xiàng)目錄專項(xiàng)1基因工程專項(xiàng)2細(xì)胞工程專項(xiàng)3胚胎工程專項(xiàng)4生物技術(shù)的安全性和倫理問題專項(xiàng)5生態(tài)工程選修3核心知識(shí)關(guān)系生態(tài)工程原理生態(tài)工程實(shí)例生態(tài)工程生態(tài)工程建設(shè)基因工程的誕生蛋白質(zhì)工程基因工程應(yīng)用基因工程的原理及技術(shù)基因工程現(xiàn)代生物科技專題植物的組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)體細(xì)胞克隆細(xì)胞融合與單克隆抗體細(xì)胞工程轉(zhuǎn)基因生物的安全性生物技術(shù)中的倫理問題生物武器對(duì)人類的威脅胚胎工程應(yīng)用胚胎工程理論基礎(chǔ)動(dòng)物胚胎發(fā)育胚胎干細(xì)胞移植胚胎工程當(dāng)代生物科技專項(xiàng)科學(xué)技術(shù)當(dāng)代基因工程細(xì)胞工程胚胎工程生態(tài)工程基本概念和基本原理技術(shù)流程、操作和應(yīng)用倫理問題生物技術(shù)的安全性與倫理問題社會(huì)交流、討論、辯論基因工程細(xì)胞工程胚胎工程生態(tài)工程

分子水平細(xì)胞水平個(gè)體水平群體水平微觀宏觀中觀各專項(xiàng)之間知識(shí)難度差別較大。專項(xiàng)的安排是微觀→中觀→宏觀。本模塊知識(shí)內(nèi)容的構(gòu)建次序：致同窗們——《生物科技發(fā)明美妙將來(lái)》由領(lǐng)導(dǎo)和組織我國(guó)有關(guān)基因組測(cè)序工作的楊煥明專家撰寫。給學(xué)生生物科學(xué)技術(shù)歷史的凝重感和生物科學(xué)技術(shù)工作者的社會(huì)責(zé)任感以感染，而“生命是數(shù)據(jù)的”的提示，更洋溢著時(shí)代氣息。前言：給出定義創(chuàng)設(shè)情景,引出專題典型事例、典型圖片，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣專項(xiàng)引言、題圖和文字科技探索之路《基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程》《細(xì)胞工程的發(fā)展歷程》《胚胎工程的建立》《生物技術(shù)引發(fā)的社會(huì)爭(zhēng)論》《生態(tài)工程的興起》編寫目的：概述本領(lǐng)域的發(fā)展歷程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好。介紹某些背景資料或呈現(xiàn)某些不同的觀點(diǎn)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的愛好。加深學(xué)生對(duì)科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的理解和認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)關(guān)系的理解。專項(xiàng)1基因工程專項(xiàng)1基因工程本專項(xiàng)的內(nèi)容由題圖、《科技探索之路》和四節(jié)內(nèi)容構(gòu)成。題圖為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)了一種意境。沃森和克里克對(duì)DNA雙螺旋構(gòu)造的重大發(fā)現(xiàn)和隨即的技術(shù)創(chuàng)新孕育了基因工程。在復(fù)制的DNA雙螺旋構(gòu)造上展示的轉(zhuǎn)基因工程菌、牛、羊、魚、番茄、甜椒、牽牛等，代表了基因工程在三個(gè)重要方面的研究成果：轉(zhuǎn)基因微生物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和轉(zhuǎn)基因植物。在上述畫面的基礎(chǔ)上，點(diǎn)出基因工程的主題：“基因工程是按照人們的愿望，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，通過(guò)體外DNA重組和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，賦予生物以新的遺傳特性，發(fā)明出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品。”此題圖不僅寓意深刻，且十分生動(dòng)?！犊萍继剿髦?----基礎(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程》是正文的前奏曲。沒有基礎(chǔ)理論的研究成果，沒有技術(shù)方面的創(chuàng)新發(fā)明，基因工程不可能誕生，也不可能快速崛起。其內(nèi)容分為兩部分：一部分介紹基礎(chǔ)理論研究成果，一部分介紹在技術(shù)層面上發(fā)明的多個(gè)操作手段。編者精選這些最重要的成果，其目的是使學(xué)生從科技史實(shí)中，感悟創(chuàng)新是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的不竭動(dòng)力?；A(chǔ)理論和技術(shù)的發(fā)展催生了基因工程20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論獲得了重大突破DNA是遺傳物質(zhì)的證明DNA雙螺旋構(gòu)造和中心法則確實(shí)立遺傳密碼的破譯1.基因轉(zhuǎn)移載體的發(fā)現(xiàn)2.工具酶的發(fā)現(xiàn)3.DNA合成和測(cè)序技術(shù)的發(fā)明4.DNA體外重組的實(shí)現(xiàn)5.重組DNA體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的成功6.第一例轉(zhuǎn)基因動(dòng)物問世7.PCR技術(shù)的發(fā)明技術(shù)發(fā)明使基因工程的實(shí)施成為可能問題探討：蘇云金芽孢桿菌含有一種能夠合成毒蛋白的基因。讓細(xì)菌的毒蛋白基因在棉花細(xì)胞中體現(xiàn)，可哺育出抵抗棉鈴蟲害的抗蟲棉。

蘇云金芽孢桿菌毒蛋白普通棉花抗蟲棉1.1DNA重組技術(shù)的基本工具想一想：需要做哪些核心工作？基因工程哺育抗蟲棉的簡(jiǎn)要過(guò)程：普通棉花(無(wú)抗蟲特性)蘇云金桿菌提取抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入棉花細(xì)胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)上述哺育抗蟲棉的核心環(huán)節(jié)是什么？1.1DNA重組技術(shù)的基本工具基因工程哺育抗蟲棉的核心環(huán)節(jié)：核心環(huán)節(jié)一：從蘇云金桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出抗蟲基因核心環(huán)節(jié)二：抗蟲基因與運(yùn)載體DNA拼接核心環(huán)節(jié)三：抗蟲基因?qū)胧荏w(棉花)細(xì)胞1.1DNA重組技術(shù)的基本工具解決哺育抗蟲棉的核心環(huán)節(jié)需要哪些工具？“分子手術(shù)刀”——限制性核酸內(nèi)切酶關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與載體DNA“縫合”關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因進(jìn)入棉花細(xì)胞“分子縫合針”——DNA連接酶“分子運(yùn)輸車”——基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體1.1DNA重組技術(shù)的基本工具一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”①來(lái)源：重要從原核生物中分離純化出來(lái)。②種類：已從近300種微生物中分離出約4000種限制酶。③作用：1.能識(shí)別雙鏈DNA的某種特定核苷酸序列2.使每條鏈中特定部位的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開。含有特異性。一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子，④作用特點(diǎn)：大多數(shù)限制酶的識(shí)別序列由6個(gè)核苷酸構(gòu)成少數(shù)的識(shí)別序列由4、5或8個(gè)核苷酸構(gòu)成⑤限制酶的識(shí)別序列：一、限制性核酸內(nèi)切酶——“分子手術(shù)刀”⑥形成兩種末端粘性末端平末端EcoRI限制酶的切割：SmaI限制酶的切割2..16要想獲得某個(gè)特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個(gè)切口？可產(chǎn)生幾個(gè)黏性(平)末端？要切兩個(gè)切口，產(chǎn)生四個(gè)黏性(平)末端。如果把兩種來(lái)源不同的DNA用同一種限制酶來(lái)切割，會(huì)如何呢？會(huì)產(chǎn)生相似的黏性(平)末端，然后讓兩者的黏性(平)末端黏合起來(lái)，就似乎能夠合成重組的DNA分子了。思考?DNA聚合酶DNA連接酶區(qū)別1區(qū)別2相同點(diǎn)DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎?為什么?1)只能將單個(gè)核苷酸連接到已有的核酸片段上，形成磷酸二酯鍵形成磷酸二酯鍵1)在兩個(gè)DNA片段之間形成磷酸二酯鍵2)以一條DNA鏈為模板，將單個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接成一條互補(bǔ)的DNA鏈2)將DNA雙鏈上的兩個(gè)缺口同時(shí)連接起來(lái)，不需要模板二、DNA連接酶——“分子縫合針”二、DNA連接酶—“分子縫合針”1、作用：形成磷酸二酯鍵恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵。2、類型：類型E·coliDNA連接酶T4DNA連接酶來(lái)源功效大腸桿菌T4噬菌體恢復(fù)磷酸二酯鍵只能連接黏性末端能連接黏性末端和平末端(效率較低)相似點(diǎn)差別二、DNA連接酶—“分子縫合針”可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，E·coliDNA連接酶或T4DNA連接酶即恢復(fù)被限制酶切開的兩個(gè)核苷酸之間的磷酸二酯鍵

T4DNA連接酶還可把平末端之間的縫隙“縫合”起來(lái)，但效率較低T4DNA連接酶三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”1、如果目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞后不能復(fù)制將如何？導(dǎo)入受體細(xì)胞的目的基因不能復(fù)制，將在細(xì)胞增殖中丟失。2、作為載體沒有切割位點(diǎn)將如何？3、目的基因與否進(jìn)入受體細(xì)胞，你如何去察覺？如果載體上有遺傳標(biāo)記基因，在載體進(jìn)入受體細(xì)胞后，就可通過(guò)標(biāo)記基因的體現(xiàn)來(lái)檢測(cè)。4、如果載體對(duì)受體細(xì)胞有害將如何？不能分離會(huì)如何？載體對(duì)受體有害，將影響受體細(xì)胞的新陳代謝，進(jìn)而使轉(zhuǎn)入的目的基因也無(wú)立足之地。載體不能分離，就不能獲得更多帶有目的基因的載體。載體沒有切割位點(diǎn)，外源的目的基因不可能插入。將外源基因送入受體細(xì)胞。①載體的作用：三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”②作為載體的必要條件：有切割位點(diǎn)——供外源DNA片段(基因)插入。能自我復(fù)制——并能帶著插入的目的基因一起復(fù)制有遺傳標(biāo)記基因——供重組DNA的鑒定和選擇。載體DNA必需是安全的——不會(huì)對(duì)受體細(xì)胞有害，或不能進(jìn)入到除受體細(xì)胞外的其它生物細(xì)胞中去。載體DNA分子大小應(yīng)適合——方便提取和在體外進(jìn)行操作，太大就不便操作。事實(shí)上自然存在的質(zhì)粒DNA分子并不完全含有上述條件，都要進(jìn)行人工改造后才干用于基因工程操作。質(zhì)粒：裸露的、構(gòu)造簡(jiǎn)樸的、獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，并含有自我復(fù)制能力的很小的雙鏈環(huán)狀DNA分子。三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”質(zhì)粒質(zhì)粒：能復(fù)制并帶著插入的目的基因一起復(fù)制有切割位點(diǎn)有標(biāo)記基因的存在，可用含氨芐青霉素的培養(yǎng)基鑒別。三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”闡明沒有危害，大腸桿菌是非致病菌，且分裂快，也便于從大量復(fù)制個(gè)體中分離出來(lái)。質(zhì)粒λ噬菌體的衍生物動(dòng)植物病毒等③載體的種類：三、基因進(jìn)入受體細(xì)胞的載體——“分子運(yùn)輸車”小結(jié)基因工程的工具限制酶主要存在于原核生物中具有專一性(識(shí)別序列)切開DNA分子的磷酸二酯鍵DNA連接酶連接磷酸二酯鍵種類E.coliDNA連接酶T4

DNA連接酶運(yùn)載工具條件結(jié)構(gòu)小而穩(wěn)定能自我復(fù)制具多個(gè)限制酶切位點(diǎn)具標(biāo)記基因等質(zhì)粒、λ噬菌體衍生物、動(dòng)植物病毒等隨堂練習(xí)1、有關(guān)限制酶的說(shuō)法中，對(duì)的的是（）A、限制酶是一種酶，只識(shí)別GAATTC堿基序列B、EcoRI切割的是G—A之間的氫鍵C．限制酶普通不切割本身的DNA分子，只切割外源DNAD．限制酶只存在于原核生物中答案：C2.（多選）有關(guān)基因工程的敘述中，錯(cuò)誤的是A、基因工程技術(shù)能定向地改造生物的遺傳性狀，哺育生物新品種B、重組DNA的形成在細(xì)胞內(nèi)完畢C、目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞D、質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體答案：BD3、不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是A、能復(fù)制（）B、有多個(gè)限制酶切點(diǎn)C、含有標(biāo)記基因D、它是環(huán)狀DNA答案：D20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論獲得了重大突破科技探索之路

艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)，DNA可從一種生物個(gè)體轉(zhuǎn)移到另一種生物個(gè)體。BACK科技探索之路沃森、克里克提出DNA的雙螺旋構(gòu)造模型。20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論獲得了重大突破科技探索之路梅塞爾松、斯塔爾證明DNA的半保存復(fù)制20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論獲得了重大突破科技探索之路克里克等提出中心法則DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論獲得了重大突破BACK科技探索之路

1963年尼倫伯格和馬太破譯編碼氨基酸的遺傳密碼，1966年霍拉納用實(shí)驗(yàn)加以證明。20世紀(jì)中葉，基礎(chǔ)理論獲得了重大突破BACK限制酶的識(shí)別序列：BACK磷酸二酯鍵：磷酸二酯鍵：一種核苷酸脫氧核糖上第3位的羥基與下一種核苷酸脫氧核糖上第5位的磷酸羥基脫水縮合成酯鍵，該酯鍵稱3,5磷酸二酯鍵。BACK限制酶所識(shí)別的序列有什么特點(diǎn)？限制酶所識(shí)別的序列，無(wú)論是6個(gè)堿基還是4個(gè)堿基，都能夠找到一條中心軸線,中軸線兩側(cè)的雙鏈DNA上的堿基是反向?qū)ΨQ重復(fù)排列的。圖1-1限制酶識(shí)別序列的中心軸線BACK切割DNA分子時(shí)產(chǎn)生的兩種不同末端BACKEcoRI限制酶的切割：中軸線黏性末端黏性末端在G與A之間切割大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)只能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開。

EcoRⅠ黏性末端黏性末端

EcoRⅠ黏性末端黏性末端大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間切開。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？被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個(gè)伸出的核苷酸，他們之間正好互補(bǔ)配對(duì)，這樣的切口叫黏性末端。BACKCCCG

GGGGGCCC中軸線SmaI限制酶的切割：CCCG

GGG

GGCCC平末端平末端只能識(shí)別CCCGGG序列，并在C和G之間切開。SmaⅠ平末端平末端什么叫平末端？當(dāng)限制酶從識(shí)別序列的中心軸線處切開時(shí)，切開的DNA兩條單鏈的切口，是平整的，這樣的切口叫平末端。BACK三模擬操作：重組DNA分子的模擬操作注意：這兩條DNA分子的堿基對(duì)不是隨意亂寫的。首先，每個(gè)DNA分子上的兩條鏈上的堿基要互補(bǔ)配對(duì)；第二，每個(gè)DNA分子中每條鏈都存在一種G-A-A-T-T-C的堿基序列，也就是說(shuō)是EcoRI限制酶的識(shí)別序列，并存在G-A的切割位點(diǎn)。標(biāo)記基因抗四環(huán)素的基因抗氨芐青霉素的基因特定顏色的基因四環(huán)素氨芐青霉素4.標(biāo)記基因的作用