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1、第2节 基因工程及其应用,假定你是一位知名的育种专家，某动物园为了迎合观众猎奇的心理，想请你为他们培育出下面几只“怪物”，请问你准备用什么方法？,怪物 1,怪物 2,怪物 3,怪物 4,传统的育种方法能否实现？,这就要用到定向改造生物的新技术 基因工程,基因工程：即 。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，( )地改造生的 ( )。,原 理：,操作水平：,结 果：,一、基因工程的原理,目的基因,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,获得新性状,基因拼接技术或DNA重组技术,定向,遗传性状,1、
2、基因工程的,指“ 限制性内切酶 ”,微生物,一种限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列,并在特定切点切割,已发现的有200多种,这个特点说明了：,酶具有专一性,二、基因工程的基本工具,限制性内切酶（EcoR）作用过程,1、被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,2、限制酶的发现有什么意义？,形成的黏性末端不同,基因工程创立的标志,不同的限制酶呢？,具有。,指“DNA连接酶”,连接“梯子”断口的“扶手”而非“梯子”中间的“踏板”。,其作用与限制性内切酶相反，作用点相同,DNA连接酶的作用过程,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,A
3、、 条 件：,1、能够在宿主细胞中复制并稳定地保存,2、具有多个限制酶切点（每种限制酶切点最好只有一个），以便与外源基因连接,3、具有标记基因，便于进行筛选,B、常用 的运载体：,质粒、噬菌体和动、 植物病毒等,标记基因，便于进行检测。,其中质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.,C、它们的共同特点是：,都有侵染或进入宿主细胞的能力,三、基因工程的操作步骤,四个基本步骤：,基因操作的基本步骤,1）提取目的基因 2）目的基因与运载体结合 3）将目的基因导入受体细胞 4）目的基因的检测和表达,步骤一：提取目的基因,基因操作的基本步骤,目的基因是人们所
4、需要转移或改造的基因。,如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。,目的基因的提取方法,注意：要保持基因的完整性,基因操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体重组,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实质上是不同来源的基因重组的过程。,结果：,三种情况要筛选,基因操作的基本步骤,常用的受体细胞：,有大肠杆
5、菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,步骤三：目的基因导入受体细胞,注意：,1、常用微生物作受体细胞的原因：,微生物增殖快、代谢快、目的产物多,2、若受体细胞为细菌应作何处理：,应用CaCl2处理,目的是：,增大细胞壁的通透性,基因操作的基本步骤,步骤四：目的基因的检测和表达,一般检测：,标记基因是否表达,不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达。,基因操作的基本步骤,受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。,？,思维拓展:,细菌和人是差异非常大的两
6、种生物, 通过基因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么？,这可不是普通的细菌，它是嫁接了人胰岛素基因的工程菌，能大量合成人胰岛素。,人和细菌共用一套遗传密码,所有生物共用一套遗传密码,四、基因工程的应用,将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。,2）抗逆性品种,基因工程在农业上的应用,1）高产、稳产和具优良品质的品种,转入向日葵基因的大豆,用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。如“向日葵豆”植株。,转鱼抗寒基因的番茄,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,1、繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮
7、毛等优良品质的转基因动物。,基因工程在畜牧养殖业上的应用,将人的生长激素基因和牛的生长激素基因分别注射到小白鼠受精卵中，得到的“超级小鼠”。,生长快、肉质好的转基因鲤鱼(中国),超级羊,乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),导入人基因具特殊用途的猪,2、利用某些特定的外源基因在哺乳动物体内表达，从这些动物的乳腺细胞中获得人类所需要的各种物质，如激素、抗体及酶类等。,基因工程在畜牧养殖业上的应用,背上长人耳的老鼠,基因工程与药物研制,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。,微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因
8、导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。,生产基因工程药品,胰岛素治疗糖尿病的特效药。,干扰素抗病毒的特效药。,人造血液及其生产,我国生产的部分基因 工程疫苗和药物,白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子、人造血液代用品,疫苗： 乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱、伤寒、疟疾,基因工程药品,基因治疗： 是指是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。 患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳糖苷转移酶基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。 1971年，美国科学家在体外做了试验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者
9、的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。,基因工程与环境保护,环境监测： 检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t水中有10个病毒也能被检测出来,快速灵敏,利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。,环境污染治理,1）用基因工程产物“超级细菌”分解石油，可以大大提高细菌分解石油的效率。,3）通过基因重组构建新的杀虫剂，取代生产过程中耗能多、易造成环境污染的农药，并试图通过基因工程回收和利用工业废物。,2）用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能
10、够净化镉污染的植物。,当人类拥有了只有大自然才拥有的改造生物、创造生物的能力时，我们是否感到很坦然呢？,转基因抗乙肝西红柿(中国)，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。,用转基因的植物生产药物,转基因食品,安全吗?!,目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。,绿色和平组织将转基因食品妖魔化,你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题？,1、（09安徽卷）2008年诺
11、贝尔化学奖授予了“发现和发展了水母绿色荧光蛋白“的三位科学家。将绿色荧光蛋白基因的片段与目的基因连接起来组成一个融合基因，再将该融合基因转入真核生物细胞内，表达出的蛋白质就会带有绿色荧光。绿色荧光蛋白在该研究中的主要作用是 A追踪目的基因在细胞内的复制过程 B追踪目的基因插入到染色体上的位置 C追踪目的基因编码的蛋白质在细胞内的分布 D追踪目的基因编码的蛋白质的空间结构 答案：C,练习：,2、（09浙江卷）下列关于基因工程的叙述，错误的是 A目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物 B限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶 C人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性 D载
12、体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达 答案：D,3、（09江苏卷）苏云金杆菌（Bt）能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图（ 为抗氨苄青霉素基因），据图回答下列问题。,（1）将图中的DNA用Hind、BamH完全酶切后，反应管中有 种DNA片段。 （2）图中表示 Hind与BamH酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得 种重组质粒；如果换用Bst l与BamH酶切，目的基因与质粒连接后可获得 种重组质粒。 （3）目的基因插入质粒后，不能影响质粒的 。 （4）图中的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导人植物细胞，并防止植物细胞中 对TDNA的降解。 （5）已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞 。 答案： （1）4 （2）2 1 （3）复制 （4）DNA水解酶 （5）表面无相应的特异性受体,THE END,
