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1、第二节第二节 基因工程基因工程及其及其应用应用能能发发光光的的水水母母不不能能发发光光的的热热带带斑斑马马鱼鱼能否让热带鱼也能能否让热带鱼也能发光发光?设想能发能发荧光荧光的热的热带斑带斑马鱼马鱼普通热带斑马鱼是不发荧光的普通热带斑马鱼是不发荧光的抗抗虫虫害害的的玉玉米米抗虫棉抗虫棉能产能产生人生人胰岛胰岛素的素的大肠大肠杆菌杆菌从大肠杆菌说起从大肠杆菌说起胰岛素胰岛素 每每100kg 猪或牛的胰腺中提取猪或牛的胰腺中提取 45g胰岛素胰岛素 1979年，利用大肠杆菌的年，利用大肠杆菌的DNA分子重组，分子重组，2000L大肠杆菌的培养液中提取大肠杆菌的培养液中提取100g 胰岛素，胰岛素，
2、相当于相当于2吨吨猪胰腺中提取的量猪胰腺中提取的量 问题探讨问题探讨1、为什么要把人的基因、为什么要把人的基因“嫁接嫁接”到细菌上？到细菌上？2、怎样把人胰岛素基因、怎样把人胰岛素基因“嫁接嫁接”到大肠杆菌中去？到大肠杆菌中去？3、把人胰岛素基因、把人胰岛素基因“嫁接嫁接”到大肠杆菌中去后与普通到大肠杆菌中去后与普通细菌有什么不同？细菌有什么不同？基因工程基因工程大肠杆菌可以产生人类的胰岛素大肠杆菌可以产生人类的胰岛素胰岛素提取困难，试着用胰岛素提取困难，试着用其他科学方法去生产其他科学方法去生产一、基因工程原理一、基因工程原理基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术。重组技术。 1
3、1、概念：通俗地说，就是按照人们的意愿，把一、概念：通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别种生物的个别基因基因复制出来，加以修饰改造，然后放复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。定向地改造生物的遗传性状。 2 2、原、原 理理：3 3、操作水平、操作水平：4 4、结、结 果果：基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状，获得定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种和生物产品人类所需要的品种和生物产品 。5、操作环境：、操作环境：生物体外生物体外6、基因工程理论基础基因工程理论基础：生物界共用一
4、套遗传密码生物界共用一套遗传密码 所用生物的所用生物的DNA分子结构及碱基互补配对原则相同分子结构及碱基互补配对原则相同7、基因工程的优点基因工程的优点：可以实现不同物种之间的基因转：可以实现不同物种之间的基因转移，打破了有性生殖的远缘杂交不亲和的生殖障碍，移，打破了有性生殖的远缘杂交不亲和的生殖障碍，能培育出前所未有的新品种。能培育出前所未有的新品种。8、基因工程的意义基因工程的意义：使人类有可能按照自己的意愿：使人类有可能按照自己的意愿定向地改变生物的遗传性状，培育新品种。定向地改变生物的遗传性状，培育新品种。基因的剪刀基因的剪刀限制性核酸内切酶（简称限限制性核酸内切酶（简称限制酶）制酶）
5、1 1、基因操作的工具、基因操作的工具 特点：特点：专一性。专一性。本质本质：蛋白质。：蛋白质。分布分布：主要在：主要在微生物中微生物中 即：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序即：一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。分子。例：大肠杆菌例：大肠杆菌( (EcoEcoRIRI) )的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。限制酶限制酶被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否具有是否具有相同的黏性末端？相同的黏性末端？是的。因为酶具有
6、专一性。是的。因为酶具有专一性。磷酸二酯键基因的针线基因的针线DNA连接酶（本质：蛋白质）连接酶（本质：蛋白质）磷酸二酯键磷酸二酯键作用：将互补配对的两个作用：将互补配对的两个黏性末端黏性末端连接起来，使连接起来，使之成为一个完整的之成为一个完整的DNADNA分子。分子。使用使用DNA连接酶制作重组连接酶制作重组DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组DNA分子分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG 基因的运载工具基因的运载工具运载体（本质：运载体（本质：DNA)常
7、用运载体：常用运载体：质粒、噬菌体或动植物病毒质粒、噬菌体或动植物病毒最常用的运载体是：最常用的运载体是：质粒质粒质粒质粒是存在于许多是存在于许多细细菌以及酵母菌等生物菌以及酵母菌等生物的的细胞质中，是拟核细胞质中，是拟核或细胞核外能够自主或细胞核外能够自主复制的小型环状双链复制的小型环状双链DNA分子分子。质粒存在？本质？质粒存在？本质？运载体的特点：运载体的特点：1)1)、能够在宿主细胞中、能够在宿主细胞中复制复制并稳定并稳定保存保存2)2)、具有、具有多个限制酶切点多个限制酶切点，以便与外源基因，以便与外源基因连接连接3)3)、具有、具有标记基因标记基因，便于进行筛选，便于进行筛选 目的
8、基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的基因。的基因。 如如:苏云金芽孢杆菌的苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还有植物的，还有植物的抗抗病病（抗病毒、抗细菌）基因（抗病毒、抗细菌）基因、种子、种子贮藏蛋白的基贮藏蛋白的基因因，以及人的，以及人的胰岛素胰岛素基因、基因、干扰素干扰素基因基因等。等。提取方法提取方法直接分离：鸟枪法直接分离：鸟枪法人工合成人工合成2 2、基因操作的基本步骤、基因操作的基本步骤1 1）提取目的基因）提取目的基因供体细胞、受体细胞目的基因与运载体的结合过程，实际目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的上是不同来源的基因重组基因重组的过程的过程。
9、注意：注意：要用同一种限制酶切取目的基因要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用和运载体，并用DNA连接酶连接，形成连接酶连接，形成重组重组DNA分子。分子。2 2）目的基因与运载体结合）目的基因与运载体结合使用使用DNA连接酶制作重组连接酶制作重组DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组DNA分子分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG 对动物用方法：显微注射法对动物用方法：显微注射法 用口径为用口径为1m的的DNA注注射器，将大量的目的基因射器，将大量的目的基因
10、片段注入到受体细胞内。片段注入到受体细胞内。3 3）将目的基因导入受体细胞）将目的基因导入受体细胞对对植物植物往往借鉴细菌或往往借鉴细菌或病毒侵染细胞的方法病毒侵染细胞的方法受体细胞必须表现受体细胞必须表现我们所需要的性状我们所需要的性状，才能说明目的基，才能说明目的基因因完成了表达完成了表达。即是否产生了目的基因表达的产物（蛋。即是否产生了目的基因表达的产物（蛋白质）进行检测白质）进行检测4 4）目的基因的检测和鉴定）目的基因的检测和鉴定细菌和人是差异非常大的两种生物细菌和人是差异非常大的两种生物, , 通过通过基因重组后基因重组后, ,细菌能够合成人体的胰岛素，细菌能够合成人体的胰岛素，这
11、说明了什么？这说明了什么？生物界的统一性生物界的统一性所有生物共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码思考与讨论思考与讨论二、基因工程的应用二、基因工程的应用运用基因工程技术育种的方法：运用基因工程技术育种的方法：不但可以培不但可以培养优质、高产、稳产、各种抗逆性好的农作物及畜、养优质、高产、稳产、各种抗逆性好的农作物及畜、禽新品种，禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植还可以培养出具有特殊用途的动、植物。物。生长快、耐不良环境、肉质生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼好的转基因鱼( (中国中国) )乳汁中含有人生长激素的乳汁中含有人生长激素的转基因牛转基因牛( (阿根廷阿根廷) )1 1
12、、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种（1）基因工程育种的目的：（2）植物育种-转基因抗虫棉 培育抗逆性品种培育抗逆性品种 将细菌的将细菌的抗虫、抗病毒、抗抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温高温等抗性基因转移到作物体等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。性。如转基因抗虫棉。 抗虫基因作物的意义：抗虫基因作物的意义： 减少农药的用量，降低了生产减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。的成本，减少了农药对环境的污染。转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因
13、的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆转基因龙胆花色奇异转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色转基因牵牛花改变了花色A：紫外光照射下的转紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。花。B：转没有绿色荧光转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，蛋白的空质粒的花，基因工程育种的优点：目的性强，育种周期短，基因工程育种的优点：目的性强，育种周期短，克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国
14、生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物 用基因工程的方法用基因工程的方法生产胰岛素、干扰素、生产胰岛素、干扰素、白细胞介素、凝血因子、白细胞介素、凝血因子、以及预防乙肝、霍乱、以及预防乙肝、霍乱、伤寒、疟疾等的疫苗。伤寒、疟疾等的疫苗。 提高生产产量、降提高生产产量、降低生产成本。低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只胰腺只能提取能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛将合成的胰岛素基因导入大肠杆素基因导入大肠杆菌，每菌，每2000
15、L2000L培养液培养液就能产生就能产生100g100g胰岛胰岛素！使其价格降低素！使其价格降低了了30%-50%!30%-50%!从人血中提取干扰素，从人血中提取干扰素，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！通过基因工程的通过基因工程的方式创造了能合成人方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，干扰素的大肠杆菌，每每1Kg1Kg的培养液可提取的培养液可提取24mg24mg干扰素干扰素人造血液及其生产人造血液及其生产3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。测环境中的病毒、细菌等污
16、染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污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。染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。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烃却
17、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，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质等毒害物质。 20062006年年3 3月月1414日日绿色和平组织发布消息绿色和平组织发布消息, ,称亨称亨氏营养米粉含有转氏营养米粉含有转BtBt基因抗虫水稻成分。基因抗虫水稻成分。 那么转基因食品那么转基因食品到底安全吗？什么到底安全吗？什么样的转基因食品才样的转基因食品才能上市？如何面对能上市？如何面对市场上的转基因食市场上的转基因食品呢？品呢？三、转基因生物与转基因食品的安全性三、转基因生物与转基因食品的安全性两种观点两种观点不安全：证据不安全：证据
18、安全：证据安全：证据 安全观点：安全观点： 1 1、转基因食品与非转基因食品的构成一样；、转基因食品与非转基因食品的构成一样； 2 2、减少农药使用、减少环境污染；、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
19、扰生态系统的稳、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性；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。归纳：基因重组与基因工程基因重组基因工程基因重组的含义不同同种生物的不同基因的重新组合不同生物的不同基因的重新组合繁殖方式不同有性生殖无性生殖意义不同生物变异来源之一，对生物的进化有重要意义是人类有可能按照自己的意愿定向的改变生物，培育出新品种相同点：都实现了不同基因的重新组合，都能使生物产生变异。最新款的摩托车最新款的摩托车谁能告诉我这是什么？谁能告诉我这是什么？谁能告诉我这是什么？谁能告诉我这是什么？谁能告诉我这是什么？谁能告诉我这是什么？1 1、要将目的基因与运
20、载体连接起来，在操作中应选用、要将目的基因与运载体连接起来，在操作中应选用A A、只需、只需DNADNA连接酶连接酶B B、同一种限制酶和、同一种限制酶和DNADNA连接酶连接酶C C、只需限制酶、只需限制酶D D、不同的限制酶和、不同的限制酶和DNADNA连接酶连接酶课堂练习课堂练习2 2、下列各项中，说明目的基因完成了表达的是、下列各项中，说明目的基因完成了表达的是A A、棉珠中含有杀虫蛋白基因、棉珠中含有杀虫蛋白基因B B、大肠杆菌中具有胰岛素基因、大肠杆菌中具有胰岛素基因C C、酵母菌中产生了干扰素、酵母菌中产生了干扰素D D、抗病毒基因导入土豆细胞中、抗病毒基因导入土豆细胞中BC3、
21、要要使使目目的的基基因因与与对对应应的的载载体体重重组组，所所需需的的两两种种酶酶是是限制酶限制酶 连接酶连接酶 解旋酶解旋酶 还原酶还原酶、 、 、 、4、实实施施基基因因工工程程的的第第一一步步的的一一种种方方法法是是把把所所需需的的基基因因从从供供体体细细胞胞内内分分离离出出来来，这这要要利利用用限限制制性性内内切切酶酶。一一种种限限制制性性内内切切酶酶能能识识别别分分子子的的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的、高效性、专一性、高效性、专一性、多样性、催化活性易受外界影响、多样性、催化活性易受外界影响AB6 6、不属于基因工程方法生产的药物是、不属于基因
22、工程方法生产的药物是A A、干扰素干扰素 B B、白细胞介素白细胞介素C C、青霉素青霉素 D D、乙肝疫苗乙肝疫苗 5 5、基因工程的正确操作步骤是、基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、 、 、 CC7 7、采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基、采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（因的作法正确的是（ ）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将毒素蛋白注射到棉受精卵中 将编码毒素蛋白的序列，注射到
23、棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中注射到棉的子房并进入受精卵中 8 8、在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的、在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的A.A.人工合成目的基因人工合成目的基因 B.B.目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合C.C.将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 D.D.目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达
