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1、基因工程及 其应用第2节能发 荧光 的热 带斑 马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的你知道为什么能把人的基因“嫁接”到 细菌上吗？你能推测出，这种基因的“嫁 接”是怎么实现的吗？你能举出一些类似 的、与你的生活关系很密切的例子吗？“ “嫁接嫁接” ”了人胰岛素基因了人胰岛素基因 的工程菌的工程菌一、基因工程的概念：又叫做基因拼接技术基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术。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，定向定向地改造生物 的遗传性状遗传性状。原理 操作环境 操作对象 操作水平 基本过程 结果基因重组 生物体外 基因/DN
2、A 分子水平 剪切拼接导入表达人类需要的基因产物二、基因操作的工具1、 基因的“剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶专一性： 识别特定核苷酸序列，在特定的切点切DNA，具特异性。并裂解磷酸二酯键，产生两个黏性末端。 二、基因操作的工具黏性末端黏性末端例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。EcoR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、基因的“针线” DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用： 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。 连接的部位：生成磷酸二酯键 DNA连接酶的作用过程：连接酶的作用是：将
3、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。基因的针线：DNA连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T CGG C T T A A A A T T CGG C T T A A A A T T CG用同种限制酶切割3、基因的运输工具运载体常用的运载体： 质粒、噬菌体和 动植物病毒等标记基 因，便 于进行 检测。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.作为运载体必须具备哪些条件？作为运载体必须具备哪些条件？1）能够在宿主细胞中复制并
4、稳定地保存。2）具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。3）具有某些标记基因，便于进行筛选。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的 小型环状DNA分子；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。质粒可作为有何特点？质粒可作为有何特点？三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤从细胞中分 离出DNA从大肠杆菌 中提取质粒限制 酶提取目的基因限制酶目的基因与运 载体结合DNA连 接酶目的基因导入 受体细胞目的基因的表 达与检测基因工程操作的基本步骤 四个四个基本步骤：基本步骤：1）提取目的基因2）目的基因与运载体结
5、合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和表达水母（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物将富含赖氨酸 的蛋白质编码基因 转入玉米,获得转 基因玉米。将控制番茄果 实成熟的基因导入 番茄,获得转基因耐 贮存番茄,是世界上 进入市场的第一种 转基因植物。转入金鱼草基 因的紫番茄富含花 青素 ，可明显减缓 结肠癌细胞生长， 同时具抵抗心血管 疾病的功效。1、基因工程与作物育种（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种苏云金杆菌抗虫基因普通棉花抗虫棉提取导入培育抗 虫 棉 的 培 育 过 程1、基因工程与作物育种转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基 因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的
6、转基因大豆运用基因工程技术，不但可以培养优质、 高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可 以培养出具有特殊用途的动、植物。乳汁中含有人生长激素的转 基因牛(阿根廷)生长快、耐不良环境、肉质 好的转基因鱼(中国)2、基因工程与畜牧养殖导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级 动物特殊 动物我国生产的部分基因 工程疫苗和药物 基因工程药品的生产许多药品的生产是 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
7、，还能大大降低生产成本。3、基因工程在医学上的应用胰岛素从猪、牛等动物的 胰腺中提取，100Kg胰腺只能 提取4-5g的胰岛素，其产量之 低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基 因导入大肠杆菌，每 2000L培养液就能产 生100g胰岛素！使其 价格降低了30%- 50%!通过基因工程的方 式创造了能合成人干扰 素的大肠杆菌，每1Kg的 培养液可提取204 mg干扰素。 干扰素治疗病毒感染简直 是“万能灵药”！过去从人 血中提取，300L血才提 取1mg！其“珍贵”程度自 不用多说。基因工程人干扰素-2b（安达芬） ，是我 国第一个全国产业化基因工程。安达芬具有抗病 毒，抑制肿瘤细胞增生，调节
8、人体免疫功能的作 用，广泛用于病毒性疾病治疗和多种肿瘤的治疗 ，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首选药物 和肿瘤生物治疗的主要药物。其它基因工程药物人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等 通过基因工程实现工业化生产，均为解除 人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了 重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产 基因诊断与基因治疗诊断：用放射性同 位素等标记的“DNA探 针”检测肝炎病毒等病 毒感染及遗传缺陷， 不但准确而且迅速。我国研究人员正在制备用于基因 治疗的基因工程细胞治疗：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。基因诊断DNA探针概念：是用已知序列的DNA或RNA片段
9、作 为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核 酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因 顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。条件：（1）必须是单链；（2）带有容易被检测出来的标记物 。原理：DNA分子杂交（碱基互补配对）基因诊断生物芯片从正常人的基因组中分离出DNA与DNA芯片 杂交就可以得出标准图谱；从病人的基因组中分 离出DNA与DNA芯片杂交就可以得出病变图谱通过比较、分析这两种图谱，就可以得出病变 的DNA信息。基因芯片诊断技术以其快速、高效、敏感、经 济、平行化、自动化等特点，将成为一项现代化 诊断新技术。 基因治疗用正常的基因取代或修补病人细 胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾
10、病的目的1990年9月14日，安德森对一例患ADA缺 乏症的4岁女孩进行基因治疗。这个4岁女孩由 于遗传基因有缺陷，自身不能生产ADA，先天 性免疫功能不全，只能生活在无菌的隔离帐里 。他们将这个女孩的白血球进行基因改造，使 有缺陷的基因被健康的基因替代，然后把含正 常白血球的溶液输入她左臂的一条静脉血管中 。在以后的10个月内她又接受了7次这样的治 疗，同时也接受酶治疗。后来，她的免疫功能 日趋健全，能够走出隔离帐，过上了正常人的 生活，并进入普通小学上学。取患者 骨髓分离干 细胞病毒正常基因导入正常基 因的干细胞注入患 者体内 环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地 检测环境中的
11、病毒、细菌等污染。1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来4、基因工程与环境保护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：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解 多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类， 用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石 油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞 、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。阅读课本讨论：转基因食品安全吗？五、转基因生物和转基因食品的安全性转转基因植物的安全性争论论 支持派认为：如果转基因农业生物技术得 不到社会支持，这一研究
12、将被扼杀，并且 强调，迄今为止并没有发现转基因食品危 害人体健康和环境的确切证据。美国人食用转转基因食品已多年，超级级 市场场上有4000多种商品是含有转转基 因植物成分的，还还没有事例证证明人吃 了以后会得病，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚亚也是转转基因食品的 生产产大国，均有几千万人在吃，到现现 在为为止也没有个案例说说明它有问题问题 。反对派的观点 一英国科学家声称，转基因马铃薯会减 弱老鼠免疫系统功能； 美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会 危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。 环保团体认为这种违反自然的转基因作 物及产品，未经长期安全测试，长期食 用可能对人类及生态环境造成负面影响 。 尤
13、其是注重环境和生态保护的欧盟国家 ，对转基因作物更加排斥，因而抵制美 国GMO产品的进口。“转基因食品，要不要贴标签?” 若转基因产品与目前市售的产品具有实质 等同性，则不需再加特殊的标签； 若转基因产品中含有对一部分人群有过敏 性反应的蛋白，则需加标签，以使购买者 作出选择。我国 2001年6月6日，国务院公布的农业转基 因生物安全管理条例规定，不得销售未 标识的农业转基因生物，其标识应注明产 品中含有转基因成分的主要原料名称；有 特殊销售范围的还应注明并在指定范围内 销售。几种常见育种方法的比较育种 方法杂交 育种单倍体 育种多倍体 育种诱变 育种基因工 程育种基本 原理方法优点缺点实例作
14、业：作业：杂交自交 选优基因重组不同个体的优良 性状可集中到同 一个个体上育种时间长， 需及时发现优 良性状杂交水稻 中国荷斯坦牛花药离体培 养、秋水仙 素诱导加倍染色体变异明显缩短育种 年限，后代一 般都为纯种技术复杂， 成本高普通小麦花 药离体培养秋水仙素处 理萌发的种 子、幼苗染色体变异植物茎杆粗壮 ，果实、种子 大，营养高发育延迟， 结实率低无籽西瓜物理或化学方 法处理动植物 、微生物基因突变提高变异频率， 大幅度改良某些 性状，加速育种 进程有利变异少， 需要处理大量 实验材料，具 有不确定性青霉菌高产菌 株的培育 黑农五号大豆基因重组将一种生物特定 基因转移到另一 种生物体内染色体变异定 向地改造生物 的遗传性状可能引起生 态危机，技 术难度大转基因抗 虫棉DNA的一段序列EcoRI识别序列ECORI切割位点目的基因用相同的限制 性内切酶切割市学案P 87 -7 （1）A （2）替换 增加 （3）突变植株y2 用含有Y基因的农杆菌 感染纯合突变植株y2 能 不能维持“常绿” Y基因能使子叶由绿色变为黄色
