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1、剪切剪切拼接拼接导入导入表达表达基因操作的基因操作的基本步骤基本步骤第三节第三节 基因工程的应用基因工程的应用一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗三、基因工程与生态环境保护三、基因工程与生态环境保护方法方法方法方法原理原理原理原理原因原因原因原因实例实例实例实例优点优点优点优点无性无性繁殖繁殖有丝有丝分裂分裂遗传物质没有发生改遗传物质没有发生改变变无核蜜桔无核蜜桔杂交杂交基因基因重组重组非非同源染色体上的非同源染色体上的非等位基因自由组合等位基因自由组合抗抗倒伏抗倒伏抗锈病小麦锈病小麦诱变诱变基因基因突变突变人工使人工使DNADNA复制过程复
2、制过程发生差错发生差错青霉素高青霉素高产菌株产菌株单倍体单倍体染色体染色体倍减倍减秋水仙素处理单倍体秋水仙素处理单倍体使其染色体加倍使其染色体加倍小麦新品小麦新品种种多倍体多倍体染色体染色体倍增倍增秋水仙素处理使染色秋水仙素处理使染色体加倍体加倍无籽西瓜无籽西瓜基因基因工程工程DNADNA拼接拼接将不同物种的基因拼将不同物种的基因拼接在一起接在一起抗虫棉抗虫棉1.1.常见育种方式比较常见育种方式比较保持优良性状保持优良性状组合优良性状组合优良性状提高变异频率，提高变异频率，出现新性状出现新性状缩短育种进程，缩短育种进程，得到纯合体得到纯合体器官大，营养器官大，营养成分含量高成分含量高目的性强，
3、打目的性强，打破物种界限破物种界限“超级植物超级植物” 转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的转基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力抗逆能力抗逆能力抗逆能力，以及以及以及以及改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质改良农作物的品质和利用植物和利用植物和利用植物和利用植物生产药物生产药物生产药物生产药物等方面。等方面。等方面。等方面。2 2、转转基基因因植植物物：抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗虫棉抗虫棉抗虫棉抗虫棉普通棉普通棉普通棉普通棉 科学家从科学家从苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌中提取出中
4、提取出毒蛋白基因毒蛋白基因，并成功的导入棉细胞内使，并成功的导入棉细胞内使之合成毒蛋白。之合成毒蛋白。转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因的番茄的番茄转黄瓜抗青枯病转黄瓜抗青枯病基因的甜椒基因的甜椒 繁殖具有繁殖具有抗病能抗病能力力、高产仔率高产仔率、高产高产奶率奶率和和高质量的皮毛高质量的皮毛等优良品质的等优良品质的转基因转基因动物动物。3 3、转基因动物：、转基因动物： 该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过该过程的重要步骤是通过感染感染感染感染或或或或显微注射技术显微注射技术显微注射技术显微注射技术将重组将重组将重组将重组DNADNADNADNA转移到动物受精卵中。转移到
5、动物受精卵中。转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。 用口径为用口径为1m1m的的DNADNA注射器注射器，将，将大量的目的基因片大量的目的基因片段注入到段注入到受精卵的受精卵的核核内，然后把经过内，然后把经过注射的受精卵注射的受精卵移植移植到另一只雌性动物到另一只雌性动物的的子宫子宫内，使内，使受精受精卵发育卵发育为转基因动为转基因动物。物。什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？ 生长生长快、肉质快、肉质好的转基好的转基因鱼因鱼 ( (中国中国) ) 乳汁乳汁中含有人中含有人生长激素生长激素的转基因的转基因牛。牛。( (阿根廷阿根廷) ) 1 1）乳腺是一个外分泌器官，）乳腺是一个外分泌
6、器官，乳汁不进乳汁不进入体内循环入体内循环，不会影响不会影响转基因动物本身的转基因动物本身的生生理代谢反应理代谢反应。 2 2）从乳汁中获取目的基因产物，）从乳汁中获取目的基因产物，产量产量高高，易提纯易提纯，表达的，表达的蛋白质已经过充分的修蛋白质已经过充分的修饰加工饰加工，具有，具有稳定的生物活性稳定的生物活性。 3 3）从乳汁中）从乳汁中源源不断源源不断获得目的基因的获得目的基因的产物的同时，产物的同时，转基因动物转基因动物又可又可无限繁殖无限繁殖。为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理为什么动物的乳腺细胞能成为基因药物最理想的表达场所呢？想的表达场所呢？二、基因工程与疾病治疗二、基因工
7、程与疾病治疗1 1）生产基因）生产基因药品药品2 2）基因诊断基因诊断3）基因治疗基因治疗传统生产方法的缺点传统生产方法的缺点由于受原料来源的限制，由于受原料来源的限制，价格价格十分十分昂贵昂贵。可利用什么方法来解决上述问题？可利用什么方法来解决上述问题？ 利用利用基因工程基因工程方法制造方法制造“工程菌工程菌”，可，可高效率高效率地生产出各种地生产出各种高质量高质量、低成本低成本的药品。的药品。 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素、生长激素等是素、干扰素、生长激素等是直接从生物体的直接从生物体的组织、细胞或血液中提取得到的组织、细胞或血液中提取得到
8、的。 胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临床。一般临床上使用的胰岛素主要从上使用的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺猪、牛等家畜的胰腺中中提取，每提取，每100kg100kg胰腺只能提取胰腺只能提取45g45g胰岛素。用胰岛素。用该方法生产的胰岛素该方法生产的胰岛素产量低产量低，价格昂贵价格昂贵，远不远不能满足社会需要能满足社会需要。19791979年，科学家将动物体内年，科学家将动物体内的的胰岛素基因与大肠杆菌胰岛素基因与大肠杆菌DNADNA分子重组分子重组，并在，并在大肠杆菌内实现了表达。大肠杆菌内实现了表达。19821982年，美国一家基年，美国一家基因公司用基因工程
9、方法生产的胰岛素投入市场，因公司用基因工程方法生产的胰岛素投入市场，售价降低了售价降低了30%50%30%50%。 基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的一种的一种糖糖蛋白蛋白。干扰素几乎能。干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感感染染，是一种，是一种抗病毒抗病毒的的特效药特效药。此外干扰素对。此外干扰素对治疗治疗某些某些癌症癌症和和白血病白血病也有一定疗效。也有一定疗效。基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 传统的干扰素生产方法是从人血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取白细胞内提取，每，每300L300L
10、血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干扰素。干扰素。1980198219801982年，科学家用基因工程年，科学家用基因工程方法在方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素素，是传统的生产量的，是传统的生产量的1212万倍。万倍。19871987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。 治疗侏儒症治疗侏儒症的的唯一方法唯一方法，是向人体注射，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部部摘取垂体摘取垂体，并从中提取生长激素。
11、，并从中提取生长激素。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素 现可利用基因工程方法，将人的现可利用基因工程方法，将人的生长激生长激素基因导入大肠杆菌素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6 6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因诊断：基因诊断： 也称为也称为DNADNA诊断诊断或或基因探针技术基因探针技术，即在，即在DNADNA水平分析检测某一基因，从而对特定的水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。疾病进行诊断。基因探针：基因探针： 基因
12、探针就是一段与目的基因或基因探针就是一段与目的基因或DNADNA互互补的补的特异核苷酸序列特异核苷酸序列。它包括整个基因，。它包括整个基因，或基因的一部分；可以是或基因的一部分；可以是DNADNA本身，也可以本身，也可以是由之转录而来的是由之转录而来的RNARNA。原理：原理：利用利用DNADNA分子杂交原理。分子杂交原理。基因诊断技术在什么方面发展迅速？基因诊断技术在什么方面发展迅速？ 在在诊断遗传性疾病诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行已经可以对几十种遗传病进行产前诊断产前诊断。 1 1）珠蛋白的珠蛋白的DNADNA探针探针 镰刀状细胞贫血症镰刀状
13、细胞贫血症 2 2）苯丙氨酸羧化酶基因探针）苯丙氨酸羧化酶基因探针 苯丙酮尿症苯丙酮尿症 3 3）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的）白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的 DNADNA探针探针 白血病白血病举例举例基因治疗：基因治疗： 是指是把是指是把健康的外源基因导入有基因缺健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。中，达到治疗疾病的目的。 患半乳糖血症的患者患半乳糖血症的患者，由于细胞内半乳由于细胞内半乳糖苷转移酶糖苷转移酶基因缺陷基因缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，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、脑等使过多的半乳糖在体内积聚，引起肝、脑等功能受损。功能受损。 19711971年，美国科学家在体外做了试验，年，美国科学家在体外做了试验，用用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞，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。方法治疗这种遗传病是可能的。三、基因工程与生态环境保护三、基因工程与生态环境保护生产可降解塑料的植物生产可降解塑料的植物分解石油能力强的分解石油能力强的“超级细菌超级细菌”处理工业废水的微生物处理工业废水的微生物练习练习
