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1、基因工程的简介基因工程的简介设想设想一一 能否让禾本科的植物也能够固定空能否让禾本科的植物也能够固定空能否让禾本科的植物也能够固定空能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？气中的氮？气中的氮？气中的氮？能否让细菌能否让细菌能否让细菌能否让细菌“ “吐出吐出吐出吐出” ”蚕丝？蚕丝？蚕丝？蚕丝？设想设想二二 能否让微生物产生出人的胰岛素、能否让微生物产生出人的胰岛素、能否让微生物产生出人的胰岛素、能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？干扰素等珍贵的药物？干扰素等珍贵的药物？干扰素等珍贵的药物？设想设想三三定向基因改造设想定向基因改造设想 基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操
2、作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果实质实质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分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组（一）基因工程的概念（一）基因工程的概念: :基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程：普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) )苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌提取提取提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞( (含含抗虫基因抗虫基因) )棉
3、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是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤：关键步骤一：关键步骤一： 抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内细胞内提取出来提取出来关键步骤二：关键步骤二：抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNADNA连接连接关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体( (棉花棉花) )细胞细胞（二）基因操作的工具：（二）基因操作的工具：关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀
4、剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线DNADNA连接酶连接酶基因的基因的运载工具运载工具运载体运载体1 1、基因的剪刀、基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）分布：分布：特点：特点：结果：结果：举例：举例：主要在微生物中主要在微生物中特异性特异性产生黏性未端（碱基互补配对）。产生黏性未端（碱基互补配对）。大肠杆菌的一种限制酶能识别大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开之间切开即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。 被限制酶切开的被限制酶切开的被限制酶切开的被限制酶切开的
5、DNADNADNADNA两条单链的切口，带有几个两条单链的切口，带有几个两条单链的切口，带有几个两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好，他们之间正好，他们之间正好互补配对互补配对互补配对互补配对，这样的切，这样的切，这样的切，这样的切口叫口叫口叫口叫黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端。限制性内切酶作用过程限制性内切酶作用过程点击播放点击播放几种限制性内切酶几种限制性内切酶返回（1 1）要想获得某个特定性状的基因必须要用限）要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？思考：
6、思考：要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四个黏性末端。（2 2）如果把两种来源不同的）如果把两种来源不同的DNADNA用同一种限制用同一种限制酶来切割，会怎样呢？酶来切割，会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的，然后让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNADNA分子了。分子了。2 2、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶（1 1）连接的部位：）连接的部位：连接连接连接连接“梯子梯子梯子梯子”断口的断口的断口的断口的“扶手扶手扶手扶手”磷酸二酯键；而非磷酸二酯键；而非磷酸二酯键；而非磷酸二酯键
7、；而非“梯子梯子梯子梯子”中间的中间的中间的中间的“踏板踏板踏板踏板”氢键氢键氢键氢键（2 2）结果：）结果：两个相同的粘性末端的连接两个相同的粘性末端的连接两个相同的粘性末端的连接两个相同的粘性末端的连接点击播放点击播放（3 3）DNADNA连接酶的作用过程：连接酶的作用过程：问题：问题： 如何将目的基因导入受体细胞呢？如何将目的基因导入受体细胞呢？目的基因目的基因目的基因目的基因运载体运载体3 3、运输工具、运输工具运载体运载体(1)(1)运载体的作用运载体的作用: :作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因( (抗虫基抗虫基因因) )转移转移到受体细胞到受体细胞(
8、 (棉花细胞棉花细胞) )中去。中去。作用二作用二：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞( (棉花细胞棉花细胞) )内，内，对外源基因对外源基因( (抗虫基因抗虫基因) )进行进行大量复制大量复制。（2 2）具备条件）具备条件（3 3）种类：）种类：质粒质粒、噬菌体和动植物病毒、噬菌体和动植物病毒a a、能够在宿主细胞中、能够在宿主细胞中复制复制 并稳定地并稳定地保存保存b b、具有多个限制酶切点，以便、具有多个限制酶切点，以便与与外源基因外源基因连接连接c c、具有、具有标记基因标记基因，便于筛选、，便于筛选、检测检测质粒的特点：质粒的特点：细细胞胞染染色色体体质质外外能能自自主主复复
9、制制的的小小型型环环状状DNADNA分子；分子；质粒是基因工程中最常用的运载体；质粒是基因工程中最常用的运载体；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；最常用的质粒是大肠杆菌的质粒；存在于许多细菌及酵母菌等生物中；存在于许多细菌及酵母菌等生物中；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的存在对宿主细胞无影响；质粒的复制只能在宿主细胞内完成。质粒的复制只能在宿主细胞内完成。四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤：（三）基因操作的基本步骤：1 1）提取提取目的基因目的基因2 2）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合3 3）将目的基因）将目的基因导入导入受体细胞受体细胞4 4）目的基因的）目的基因
10、的检测检测和和表达表达目的基因：目的基因：是人们所是人们所是人们所是人们所需要转移需要转移需要转移需要转移或或或或改造改造改造改造的基因。的基因。的基因。的基因。 如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因，还有植物的，还有植物的，还有植物的，还有植物的抗抗抗抗病病病病（抗病毒抗病毒抗病毒抗病毒、抗细菌抗细菌抗细菌抗细菌）基因基因基因基因、种子、种子、种子、种子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的以及人的以及人的以及人的胰岛素基因胰岛素基因胰岛素基因胰岛素基因、干扰素基因干扰素基因干扰素基因干扰素基因等
11、。等。等。等。1 1、提取目的基因：、提取目的基因：目的基因的提取方法：目的基因的提取方法：直接分离基因直接分离基因直接分离基因直接分离基因: :人工合成基因人工合成基因人工合成基因人工合成基因反转录法反转录法反转录法反转录法根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列根据已知的氨基酸序列合成合成合成合成DNADNADNADNA鸟枪法鸟枪法鸟枪法鸟枪法1 1）鸟枪法（散弹射击法）：）鸟枪法（散弹射击法）：优点：优点：缺点：缺点：操作简便操作简便工作量大，具有一定的盲目性工作量大，具有一定的盲目性目的基因目的基因目的基因目的基因供体细胞供体细胞供体细胞供体细胞DNADNADNAD
12、NA片断片断片断片断不同受不同受不同受不同受体细胞体细胞体细胞体细胞DNADNADNADNA片断片断片断片断扩增扩增扩增扩增目的基目的基目的基目的基因细胞因细胞因细胞因细胞限制酶限制酶限制酶限制酶运载体运载体运载体运载体找出找出找出找出以以以以目的基因目的基因目的基因目的基因转录成的转录成的转录成的转录成的信使信使信使信使RNARNARNARNA为模板，为模板，为模板，为模板，反转反转反转反转录录录录成互补的成互补的成互补的成互补的单链单链单链单链DNADNADNADNA，然后在酶的作用下，然后在酶的作用下，然后在酶的作用下，然后在酶的作用下合合合合成双链成双链成双链成双链DNADNADNAD
13、NA，从而获得所需的基因。，从而获得所需的基因。，从而获得所需的基因。，从而获得所需的基因。目的基因的目的基因的目的基因的目的基因的mRNAmRNAmRNAmRNA单链单链单链单链DNA(cDNA)DNA(cDNA)DNA(cDNA)DNA(cDNA)双链双链DNADNA( (即目的基因即目的基因) )反转录反转录反转录反转录合成合成合成合成2 2）人工合成法：）人工合成法：反转录法：反转录法：根据已知的氨基酸序列合成根据已知的氨基酸序列合成DNADNA法法 ： 根据根据根据根据已知已知已知已知蛋白质的蛋白质的蛋白质的蛋白质的氨基酸序列氨基酸序列氨基酸序列氨基酸序列，推测推测推测推测出相应的出
14、相应的出相应的出相应的信使信使信使信使RNARNARNARNA序列，然后按照序列，然后按照序列，然后按照序列，然后按照碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对碱基互补配对原则，原则，原则，原则，推测推测推测推测出它的出它的出它的出它的结构基因的结构基因的结构基因的结构基因的核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列核苷酸序列，再通过化学方法，以，再通过化学方法，以，再通过化学方法，以，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的单核苷酸为原料合成目的单核苷酸为原料合成目的单核苷酸为原料合成目的基因基因基因基因。蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列蛋白质的氨基酸序列mRNAmRNAmRNAmRNA
15、的核苷酸序列的核苷酸序列的核苷酸序列的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列结构基因的核苷酸序列推测推测推测推测推测推测推测推测目的基因目的基因目的基因目的基因化学合成化学合成化学合成化学合成三种目的基因提取的方法的比较：三种目的基因提取的方法的比较：优点优点缺点缺点鸟枪法鸟枪法反转录法反转录法根据已知氨基酸根据已知氨基酸合成合成DNADNA法法操作简便操作简便广泛使用广泛使用工作量大，盲目，分工作量大，盲目，分离出来的有时并非一离出来的有时并非一个基因个基因专一性强专一性强操作过程麻烦，操作过程麻烦，mRNAmRNA很不稳定，要求的技很不稳定，要求的技术条件较
16、高术条件较高专一性最强专一性最强仅限于合成核苷酸对仅限于合成核苷酸对较少的简单基因较少的简单基因2 2、目的基因与运载体重组：、目的基因与运载体重组： 1 1 1 1）用一定的）用一定的）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出现，使其出现，使其出现，使其出现一个一个一个一个切口切口切口切口，露出，露出，露出，露出黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端。 2 2 2 2）用）用）用）用同一种同一种同一种同一种限制酶限制酶限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因切断目的基因切断目的基因，使其产生，使其产生，使其产生，使其产生相同相同相同相同的的的的黏性末端黏性末端
17、黏性末端黏性末端。 3 3 3 3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒插入质粒插入质粒的切口处，的切口处，的切口处，的切口处，再加入适量再加入适量再加入适量再加入适量DNADNADNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶，形成了一个，形成了一个，形成了一个，形成了一个重组重组重组重组DNADNADNADNA分子分子分子分子（重组质粒）（重组质粒）（重组质粒）（重组质粒） 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的过程基因重组的过程。DNA目的基因目的基因G C AG C A
18、T TT G CT G CAAA C GA C GT TC G TC G TAAG C AG C AT TT G CT G CAA观察与思考观察与思考G A A T T CG A A T T CC T T A A GC T T A A GC T T A AC T T A AGGA A T T CA A T T CGG观观察察与与思思考考A C GA C GT TG C AG C AT T抗菌素抗性基因抗菌素抗性基因A C GA C GT TG C AG C AT T目的基因目的基因A C GA C GT TG C AG C AT T标记基因标记基因观观察察与与思思考考1 1、切割质粒与获得目的
19、基因切割、切割质粒与获得目的基因切割DNADNA分子是否分子是否 一定要用同一种限制性内切酶？为什么？一定要用同一种限制性内切酶？为什么？答：是。要保证有相同的黏性未端。答：是。要保证有相同的黏性未端。2 2、该过程除使用限制性内切酶外，还使用什么酶？、该过程除使用限制性内切酶外，还使用什么酶？答：答：DNADNA连接酶。连接酶。常用的受体细胞：常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理：将目的基因导入受体细胞的原理：借鉴借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞的途径的途径3、目
20、的基因导入受体细胞：、目的基因导入受体细胞：1 1、为什么常用细菌等微生物作为受体细胞？、为什么常用细菌等微生物作为受体细胞？2 2、当用细菌作为受体细胞时，在导入重组、当用细菌作为受体细胞时，在导入重组DNADNA之前之前对其应作何处理？对其应作何处理？3 3、重组、重组DNADNA分子进入受体细胞后，是否意味着转基分子进入受体细胞后，是否意味着转基因的成功？因的成功？答：细菌等微生物的繁殖速度非常快，在短时间答：细菌等微生物的繁殖速度非常快，在短时间内就能获得大量目的基因和基因产物。内就能获得大量目的基因和基因产物。答：用氯化钙溶液处理细菌，以增大细菌细胞壁的通透答：用氯化钙溶液处理细菌，
21、以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。答：不是，重组答：不是，重组DNADNA分子进入受体细胞后受体细胞必分子进入受体细胞后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须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。达过程。4 4、目的基因的检测和表达：、目的基因的检测和表达：大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。从中检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落将
22、每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物1）以下说法正确的是）以下说法正确的是 （ ） A、所所有有的的限限制制酶酶只只能能识识别别一一种种特特定定的的核核苷苷酸序列酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运运载载体体必必须须具具备备的的条条件件之之一一是是：具具有有多多个限制酶切点，以便与外源基因连接个限制酶切点，
23、以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来C练习练习2）不属于质粒被选为基因运载体的理由是）不属于质粒被选为基因运载体的理由是 A、能能复复制制 （ ） B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNAD练习练习3）有有关关基基因因工工程程的的叙叙述述中中，错错误误的的是是（ ） A、DNA连连接接酶酶将将黏黏性性末末端端的的碱碱基基对对连连接接起起来来 B、 限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、
24、人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习练习4）有有关关基基因因工工程程的的叙叙述述正正确确的的是是 （ ） A、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成 C、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体 D、蛋蛋白白质质的的结结构构可可为为合合成成目目的的基基因因提提供供资料资料D练习练习5）基基因因工工程程是是在在DNA分分子子水水平平上上进进行行设设计计施施工工的的。在在基基因因操操作作的的基基本本步步骤骤中中，不不进进行行碱碱基基互互补补配配对对的的步步骤骤是是 （ ） A、人工合成目
25、的基因、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合 C、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达C练习练习6、填空题：(1) 中国科学家陈炬把人的抗病毒干扰素（一种蛋白质）基因植入烟草的细胞中并“嫁接”到其DNA分子上，使烟草获得了抗病毒的能力。试分析回答：、人的基因这所以能、人的基因这所以能“嫁接嫁接”到植物的到植物的DNADNA分子上去，是因分子上去，是因为：为： _ _。、烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了、烟草有了抗病毒的能力，这表明烟草体内产生了_。这个事实说明，人和植物共同使用一套。这个事实说明，人和植物共同使用一套_，蛋白质的合成方式，蛋白质的合成方式_。、这个事实也可证明，现代地球上的生物是由共同的、这个事实也可证明，现代地球上的生物是由共同的原始祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的，它们之原始祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的，它们之间有着或近或远的间有着或近或远的_关系。关系。人与植物的人与植物的DNA分子结构相同分子结构相同抗病毒干扰素抗病毒干扰素遗传密码遗传密码相同相同亲缘亲缘
