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1、 现代现代生物学技术生物学技术 基因工程基因工程盐芥：十字花科，盐芥：十字花科， 耐盐碱。耐盐碱。 东营市所处黄河入海之地，成陆时间短，土壤含东营市所处黄河入海之地，成陆时间短，土壤含盐量高，适宜生长的树木种类较少，曾被人们称作是盐量高，适宜生长的树木种类较少，曾被人们称作是“绿化的禁区绿化的禁区”。 胜大园林公司欲培养一批日本晚樱树种，美化东营。胜大园林公司欲培养一批日本晚樱树种，美化东营。结合东营土质现状，你能让这些樱花具备耐盐性状，从结合东营土质现状，你能让这些樱花具备耐盐性状，从而在东营安家吗？而在东营安家吗？基因工程及其应用(9)课件基因工程及其应用(9)课件1978年，美国将人的胰
2、岛素基因重组到年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。大大降低了生产成本。转基因超级小鼠转基因超级小鼠荧光小猪荧光小猪导入人基因的小鼠导入人基因的小鼠( (长出人的耳朵长出人的耳朵) )器官移植器官移植荧光小鱼荧光小鱼个头特别大的转基因鲤鱼个头特别大的转基因鲤鱼日日本本生生产产的的转转基基因因方方形形西西瓜瓜日本转基因蓝色玫瑰日本转基因蓝色玫瑰未来会不会出现这样的香蕉？未来会不会出现这样的香蕉？ 甲生物甲生物乙生物乙生物取出优取出优秀基因秀基因新类型新类型表达表达新的生物产品新的生物产品基基因因工工程程标准概念标准概
3、念在在生物体外生物体外，通过对，通过对DNADNA分子分子进行人工进行人工“切割切割”和和“拼接拼接”，对生物的，对生物的基因基因进行改造和重新进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内，使组合，然后导入受体细胞内，使重组基因重组基因在受体细胞在受体细胞内表达，产生出内表达，产生出人类所需要的产物人类所需要的产物。基因工程又叫做基因工程又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNA重组技术。重组技术。通俗概念通俗概念按照人们的意愿，把一种生物的个别基按照人们的意愿，把一种生物的个别基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，细胞里，定向地改
4、造定向地改造生物的遗传性状。生物的遗传性状。一、基因工程的概念一、基因工程的概念分子水平改变生物分子水平改变生物基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达人类需要的基因产物人类需要的基因产物不同生物间的不同生物间的基因重组基因重组( (定向变异）定向变异）操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平操作过程操作过程结果结果原理原理优点优点定向改造生物的遗传性状；定向改造生物的遗传性状；克服了远缘杂交不亲和的障碍。克服了远缘杂交不亲和的障碍。基因工程及其应用(9
5、)课件2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具（1）基因的）基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶(限制酶限制酶)C T T A AG A A T T C GG A A T T C C T T A A G 限制酶限制酶ECORI黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端基因工程及其应用(9)课件作用：作用：切割切割 3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键结果：结果：产生两个相同的黏性末端产生两个相同的黏性末端特点：特点： 专一性专一性 一种限制酶只能识别一种特一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割的切点上切割DNA分子。分子。基因工程及其应用(9)课
6、件黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端例：大肠杆菌的一种限制酶例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoR)能识别能识别 GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。EcoR基因工程及其应用(9)课件G A A T T CC T T A A GGC T T A AA A T T CGC C C G G GG G G C C CC C CG G GG G GC C C中轴线中轴线黏性末端黏性末端平末端平末端EcoR在在G与与A之间切割之间切割Sma在在G与与C之间切割之间切割黏性末端黏性末端和和平末端平末端基因工程及其应用(9)课件 下列所示的黏性末端是由下列所示的黏性末端是由_种种限制性内切
7、酶作用产生的。限制性内切酶作用产生的。 学会了吗？学会了吗？4基因工程及其应用(9)课件(2)基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶C T T A AG黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端 A A T T C G 2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具(2)基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具C T T A AG A A T T C G(2)基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶C T T A AG A A T T C G 2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具DNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子分子DNA连接酶和连接酶和DNA
8、聚合酶的异同聚合酶的异同DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶作用作用形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键对象对象DNADNA片段片段单个脱氧核苷酸单个脱氧核苷酸模板模板不需要不需要需要需要重组质粒重组质粒的构建的构建GAATTCCTTAAGGAATTCCTTAAG酶切酶切酶切酶切质粒粒目的基因目的基因必须是必须是同一种同一种限制酶限制酶AATTTTAA思考：如何将重组思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？分子送入受体细胞呢？DNA连接酶连接酶质粒质粒质粒质粒是存在于是存在于细菌细菌细菌细菌细胞质细胞质中独立于拟核而自主复制中独立于拟核而自主复制的环状双链的环状双链DNA分子。分子。（3 3）基因的
9、运输工具）基因的运输工具运载体运载体2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具常用的运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体、质粒、噬菌体、动植物病毒。动植物病毒。二、基因工程的二、基因工程的“工具工具”运载体的特点运载体的特点1.能在受体细胞中复制并稳定保存能在受体细胞中复制并稳定保存2.具有一至多个具有一至多个限制酶切点限制酶切点，供外源，供外源DNA片段插入片段插入3.具有标记基因，供重组具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选的鉴定和选择。择。例题：下面是四种不同质粒的示意图，箭头表示一种限例题：下面是四种不同质粒的示意图，箭头表示一种限制性核酸内切酶的酶切位点。制性核酸内切酶的酶切位点。 其中
10、其中ori为复制必需的序列，为复制必需的序列，amp为氨苄青霉素抗性基因，为氨苄青霉素抗性基因， tet为四环素抗性基因，为四环素抗性基因，若要得到一个若要得到一个能在四环素培养基上生长，能在四环素培养基上生长， 而而不能在氨苄青霉素培养基上不能在氨苄青霉素培养基上生长的含重组生长的含重组DNA的细胞，应选用的质粒是的细胞，应选用的质粒是基因工程及其应用(9)课件3、基因工程的基本操作步骤：、基因工程的基本操作步骤：四步曲：四步曲：1、获取目的基因、获取目的基因2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测和鉴定、目的基因的检
11、测和鉴定基因工程及其应用(9)课件三、基因操作的基本步骤三、基因操作的基本步骤细菌细菌取出取出质粒质粒 用用相同的限制酶相同的限制酶切出黏性末端切出黏性末端供体细胞供体细胞取出取出DNADNA分子分子 用限制酶切取用限制酶切取目的基因目的基因 将目的基因插入质粒切口将目的基因插入质粒切口用用DNADNA连接酶连接酶将目的基因与质粒相连将目的基因与质粒相连将将重组重组DNADNA分子分子导入受体细胞导入受体细胞 重组重组DNADNA分子增殖、表达分子增殖、表达 检测检测目的基因产物目的基因产物 基因工程的基因工程的遗传学原理：遗传学原理：基因重组基因重组 基因工程的别名基因工程的别名基因拼接技术
12、或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达人类需要的基因产物人类需要的基因产物不同生物间的不同生物间的基因重组基因重组( (定向变异）定向变异）操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平操作过程操作过程结果结果原理原理优点优点定向改造生物的遗传性状；定向改造生物的遗传性状；克服了远缘杂交不亲和的障碍。克服了远缘杂交不亲和的障碍。基因工程及其应用(9)课件二、基因工程的应用 资料资料1：1993年，中国农业科学院的科学家年，中国农业科学院的科学家成功培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。抗虫的成功培育出了
13、抗棉铃虫的转基因抗虫棉。抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。如今，科学家已利用这一基因成功培育出了抗虫如今，科学家已利用这一基因成功培育出了抗虫的烟草、玉米、水稻和棉等多种生物。抗虫基因的烟草、玉米、水稻和棉等多种生物。抗虫基因作物的使用，不仅减少了农药的用量，大大降低作物的使用，不仅减少
14、了农药的用量，大大降低了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。了生产成本，而且还减少了农药对环境的污染。应用一：作物育种应用一：作物育种 利用基因工程的方法，获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，培育出具有各种抗逆性的作物新品种。 基因工程培育抗虫棉基因工程培育抗虫棉的简要过程的简要过程普通棉花普通棉花(无无抗虫特性抗虫特性)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA拼接拼接导入导入棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤？上述培育抗虫棉的关键步骤？ 资料资料2：许多药品的生产是从生物组织中提取的
15、。受材料：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，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，还能大大降低生产成本。解决产量问题，还能大大降低生产成本。基因工程疫苗和药物基因工程疫苗和药物 资料资料3：胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中：胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，提取，100Kg胰腺只能提取胰腺只能提
16、取4-5g的胰岛素。的胰岛素。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生培养液就能产生100g胰岛素胰岛素,相当于相当于从从2t猪胰腺中提取的量！用基因工程方法生猪胰腺中提取的量！用基因工程方法生产的药物还有干扰素、白细胞介素、溶血栓产的药物还有干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子，以及预防乙肝、霍乱、伤寒、剂、凝血因子，以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾的疫苗等。疟疾的疫苗等。应用二：药物研制应用二：药物研制 利用基因工程的方法能够高效率的生产出各种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。基因工程及其应用(9)课件 资料资料4：通常
17、一种细菌只能分解石油中的一种烃类，：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用基因工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种却能分解石油中的多种烃类等有毒化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分烃类等有毒化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。解泄漏的石油，处理工业废水等。 应用三：环境保护应用三：环境保护 利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，吸收环境中的重金属，分解泄漏的石油，处理工业废水等。基因工程及其应用(9)课件1990年，美国孟山都公司把年，美国孟山都公司把苏苏云金杆菌基因云金杆菌基因插入棉花植株获得插入棉花植株获得了转
18、基因棉花植株，经与农业研了转基因棉花植株，经与农业研究局和一些大学科学家连续两年究局和一些大学科学家连续两年的田间试验，防治虫害效果良好。的田间试验，防治虫害效果良好。 1993年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。棉铃虫的转基因抗虫棉。抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫
19、害的能力。成质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。成为继美国之后，第二个拥有自主研制抗虫棉的国家。为继美国之后，第二个拥有自主研制抗虫棉的国家。 转基因抗虫棉1996年春，美国伊利诺伊西部年春，美国伊利诺伊西部许多农场主种植了一种大豆新品许多农场主种植了一种大豆新品种，这种大豆是移植了矮牵牛的种，这种大豆是移植了矮牵牛的一种基因。这个新大豆品种可以一种基因。这个新大豆品种可以抵抗杀草剂抵抗杀草剂草甘膦（毒滴混草甘膦（毒滴混剂）。草甘膦会把普通大豆植株剂）。草甘膦会把普通大豆植株与杂草一起杀死。与杂草一起杀死。 黑龙江省内有一定规模的大豆加工企业几乎全部停产，黑龙江省内有一定规模的大豆
20、加工企业几乎全部停产，也没有一家收购大豆的。与此同时，农民手中却积压大量也没有一家收购大豆的。与此同时，农民手中却积压大量的大豆没有销路。造成这一结果的原因是进口转基因大豆的大豆没有销路。造成这一结果的原因是进口转基因大豆低价冲击大豆市场，而有一条不成文的行规，黑龙江的油低价冲击大豆市场，而有一条不成文的行规，黑龙江的油脂加工企业都采用本地产非转基因大豆，但若按此行规收脂加工企业都采用本地产非转基因大豆，但若按此行规收购企业又很难避免亏损。购企业又很难避免亏损。 转基因大豆冲击中国市场！美培育出聪明的转基因鼠美培育出聪明的转基因鼠 2000年，美国科学家培育出一种转基因鼠，它们大脑中年，美国科
21、学家培育出一种转基因鼠，它们大脑中能产生更多的、能刺激神经纤维生长的蛋白质，具有较强的学能产生更多的、能刺激神经纤维生长的蛋白质，具有较强的学习能力。在迷宫实验中，转基因鼠觅食本领比普通鼠要高许多，习能力。在迷宫实验中，转基因鼠觅食本领比普通鼠要高许多，同时对迷宫中食物存放地点记忆更清楚。通过转基因鼠的培育，同时对迷宫中食物存放地点记忆更清楚。通过转基因鼠的培育，科学家进一步认识到神经生长在促进大脑功能方面的重要性。科学家进一步认识到神经生长在促进大脑功能方面的重要性。 转基因鼠培育者是美国西北大学转基因鼠培育者是美国西北大学的阿瑞的阿瑞鲁腾勃格教授和他的同事，他鲁腾勃格教授和他的同事，他们给
22、实验鼠移植了一种新发现的基因。们给实验鼠移植了一种新发现的基因。该基因能促进转基因鼠大脑中过量产生该基因能促进转基因鼠大脑中过量产生与生长相关的、名为与生长相关的、名为GAP43的蛋白质。的蛋白质。该蛋白质作用于神经末梢，可刺激神经该蛋白质作用于神经末梢，可刺激神经生长，并为大脑记忆功能提供更多的资生长，并为大脑记忆功能提供更多的资源。源。 目前，目前，转基因生物转基因生物和转基因食和转基因食品的安全性还没有证实品的安全性还没有证实，国际上对，国际上对于转基因食品的管理主要有两种态于转基因食品的管理主要有两种态度，即欧洲国家的严格管理的态度度，即欧洲国家的严格管理的态度和美国相对宽松的态度。和
23、美国相对宽松的态度。六、转基因生物和转基因食品的安全性六、转基因生物和转基因食品的安全性 卖方（你有一批转基因产品卖方（你有一批转基因产品亟待出售，怎样把这些产品推亟待出售，怎样把这些产品推销给顾客？）销给顾客？） 买方甲（不认同转基因产品，买方甲（不认同转基因产品，拒绝购买。举例说明理由。）拒绝购买。举例说明理由。） 买方乙（可以接受转基因产买方乙（可以接受转基因产品，愿意购买。举例说明理由。品，愿意购买。举例说明理由。） 角色转换角色转换 安全观点：安全观点： 1 1、转基因食品与非转基因食品的构、转基因食品与非转基因食品的构成是一样的；成是一样的； 2 2、减少农药使用、减少环境污染；、
24、减少农药使用、减少环境污染； 3 3、节省生产成本，降低粮食售价；、节省生产成本，降低粮食售价； 4 4、增加食品营养、提高食品产量等。、增加食品营养、提高食品产量等。 不安全观点：不安全观点： 1 1、可能产生抗除草剂的超级杂草；、可能产生抗除草剂的超级杂草； 2 2、可能使疾病的散播跨越物种障碍；、可能使疾病的散播跨越物种障碍； 3 3、可能损害农作物的生物多样性；、可能损害农作物的生物多样性； 4 4、认为创造新物种，可能干扰生态系、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性；统的稳定性； 5 5、可能产生新毒素和新过敏源。、可能产生新毒素和新过敏源。1 1、基因工程的正确操作步骤是（、基
25、因工程的正确操作步骤是（ ）使目的基因与运载体结合使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因提取目的基因、 、 、 C2 2、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种工、要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种工具酶是具酶是 （ ）限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶解旋酶解旋酶 还原酶还原酶、 、 、 、3 3、以下说法正确的是、以下说法正确的是 （ ）A. A. 所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B. B. 质粒是基因工程中唯一的运载
26、体质粒是基因工程中唯一的运载体 C. C. 运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接酶切点，以便与外源基因连接D. DNAD. DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键AC4.限制性内切酶能识别特定的限制性内切酶能识别特定的DNA序列并进行剪切，不同的限制性内切酶可以对序列并进行剪切，不同的限制性内切酶可以对不同的核苷酸序列进行剪切。现以三种不同的限制性内切酶对长度为不同的核苷酸序列进行剪切。现以三种不同的限制性内切酶对长度为8kb大小的大小的DNA进行剪切后，用凝胶电脉分离各核酸片断，实验结果
27、如图所示。进行剪切后，用凝胶电脉分离各核酸片断，实验结果如图所示。请问：三种不同的限制性内切酶在此请问：三种不同的限制性内切酶在此DNA片断上相应切点的位置是（片断上相应切点的位置是（ ）C基因工程及其应用(9)课件5.(2008)5.(2008)已知某种限制性内切酶在一线性已知某种限制性内切酶在一线性DNADNA分子上有分子上有3 3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNADNA分子在分子在3 3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a a、b b、c c、d d四种四种不同长度的不同长度的DNADNA片段。现有多个上述线性片段。现有多个上述线性DNADNA分子，若在分子，若在每个每个DNADNA分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论分子上至少有一个酶切位点被该酶切断，则理论上讲，经该酶酶切后，这些线性上讲，经该酶酶切后，这些线性DNADNA分子最多能产生长度分子最多能产生长度不同的不同的DNADNA片段种类数是（片段种类数是（ ）A.3 B.4 C.9 D.12C基因工程及其应用(9)课件
