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1、必修2-06-02基 因 工 程 及 其 应 用人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书生物P102P102本节聚焦：本节聚焦：1 1、什么是基因工程？、什么是基因工程？2 2、基因工程的原理是什么？、基因工程的原理是什么？3 3、基因工程有哪些应用？、基因工程有哪些应用？4 4、转基因食品安全吗？、转基因食品安全吗？ 细菌和人是差异非常大的两细菌和人是差异非常大的两种生物种生物, , 通过基因重组后通过基因重组后, ,细菌能够细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么？合成人体的胰岛素，这说明了什么？这可不是普通这可不是普通的细菌，它是的细菌，它是嫁接了人胰岛嫁接了人胰岛素基因的工程素基因的工程
2、菌，能大量合菌，能大量合成人胰岛素。成人胰岛素。人和细菌共用一套遗传密码人和细菌共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码P102问题探讨问题探讨基因工程的原理基因工程的原理概念概念P102P102 基因工程又叫做基因拼接技术或基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说，就是按照重组技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以改造，然后放到另一提取出来，加以改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。遗传性状。原理原理操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平
3、操作水平基本过程基本过程结果结果基因重组基因重组生物体外生物体外基因基因/DNA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甲生物甲生物乙生物乙生物取出优取出优秀基因秀基因“剪切剪切”“拼接拼接”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敲敲除除技技术术转转基基因因技技术术生物生物新类型新类型敲敲除除不不利利基基因因新的生物产品新的生物产品转转基因西红柿基因西红柿转基因驱蚊草转基因驱蚊草目的目的基因基因供体供体细胞细胞受体受体细胞细胞获得获得新性状新性状1、基因工程的、基因工程的指“ 限制性内切酶 ”微生物微生物一种限切酶只能识别一种特定的一种
4、限切酶只能识别一种特定的核苷酸序列核苷酸序列, ,并在特定切点切割并在特定切点切割已已发现的有发现的有200200多种多种种类种类:来源来源:特点特点:“ ”这个特点说明了：这个特点说明了：酶具有专一性酶具有专一性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之间之间切开。切开。EcoR1 1、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是否具有相同的黏性末端？是否具有相同的黏性末端？思考思考:2、限制酶的发现有什么意义？、限制酶的发现有什么意义？形成的黏性末端不同形成的黏性末
5、端不同基因工程创立的标志基因工程创立的标志不同的限制酶呢？不同的限制酶呢？具有。具有。2 2、基因工程的、基因工程的指指“DNADNA连接酶连接酶”“ ” 作用：作用：连接连接“梯子梯子”断口的断口的“扶扶手手”而非而非“梯子梯子”中间的中间的“踏板踏板”。其作用与限制性内切酶相其作用与限制性内切酶相反，作用点相同反，作用点相同DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程点击播放点击播放连接酶的作用是：将互补配连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的之成为一个完整的DNADNA分子。分子。3、基因工程的常用的运载体：质粒、噬菌体和动、植物病毒等
6、 标记基标记基因，便因，便于进行于进行检测。检测。 其中质粒存在于其中质粒存在于许多细菌和酵母菌等许多细菌和酵母菌等生物中生物中, ,是细胞染色体是细胞染色体外能够自主复制的很外能够自主复制的很小的环状小的环状DNADNA分子分子. .它们的共同特点是：它们的共同特点是：都有侵染或进入都有侵染或进入宿主细胞的能力宿主细胞的能力第一步：第一步：基因工程基本步骤：基因工程基本步骤：第二步：第二步：提取目的基因提取目的基因目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合注意：要保持基因的完整性注意：要保持基因的完整性注意：要用同一种限制酶切取目的基因注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用和运载体，
7、并用DNA连接酶连接。连接酶连接。第三步：第三步：将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞1、常用的受体细胞：、常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等动植物细胞等2、常用微生物作受体细胞的原因：、常用微生物作受体细胞的原因：微生物增殖快、代谢快、目的产物多微生物增殖快、代谢快、目的产物多3、若受体细胞为细菌应作何处理：、若受体细胞为细菌应作何处理：第四步第四步:目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定一般检测：一般检测：标记基因是否表达标记基因是否表达 如果以抗生素抗性基因为标记如果以抗生素抗性基因为标记基因，在含抗生素的培养基上怎样基因，在含
8、抗生素的培养基上怎样确定质粒是否导入受体细菌？确定质粒是否导入受体细菌？基因工程与药物研制基因工程与药物研制我国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许多药品的生产是从许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大微生物生长迅速，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，还生相应的药物，不但能解决
9、产量问题，还能大大降低生产成本。能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，的胰腺中提取，100100KgKg胰腺胰腺只能提取只能提取4-54-5g g的胰岛素，其的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而产量之低和价格之高可想而知。知。将合成的胰岛素基将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每因导入大肠杆菌，每20002000L L培养液就能产生培养液就能产生100100g g胰岛素！使其价格胰岛素！使其价格降低了降低了30%-50%!30%-50%!农牧业与食品工业农牧业与食品工业生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼( (中国中国) )转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转
10、黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因转鱼抗寒基因的番茄的番茄抗虫的基因来自苏云抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御使作物自身具有抵御虫害的能力。虫害的能力。 干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对染，是
11、一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。 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，每白细胞内提取，每300L血液只能提取出血液只能提取出1mg干扰素。干扰素。19801982年，科学家用基因工程年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的素，是传统的生产量的12万倍。万倍。1987年上述年上述干扰素大量投放市场。干扰素大量投放市场。 基因工程药品基因工程药品 干扰素干扰素 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射治疗侏儒症的唯一
12、方法，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，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。部摘取垂体，并从中提取生长激素。 现可利用基因工程方法，将人的生长激现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 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6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。 基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素环境保护环境保护基因工程做
13、成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。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烃类，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烃类化合物。有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，分解一的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解一些毒害物质。些毒害物质。环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能
14、被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来 转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物和转基因食品的安全性 目前，大多数专家认为，已经投目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。的科学报道。 转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、抗病转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、抗病毒甜椒及基因工程疫苗等已获得生产毒甜椒及基因工程疫苗等已获得生产应用安全证书。应用安全证书。要使目的基因与对应的载
15、体重组，所需要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（的两种酶是（ ）限制酶限制酶连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶 实施基因工程的第一步的一种方法是把实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺酶能识别分子的顺序，切点在和之间，这是利用了酶序，切点在和之间，这是利用了酶的（）的（）高效性高效性专一性专一性多样性多样性催化活性易受外界影响催化活性易受外界影响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
16、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检测目的基因的表达是否符合特定性状要求性状要求提取目的基因提取目的基因 采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入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（）（目的基因的作法正确的是（）（2003）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，注射到棉将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中受精卵中将编码毒素蛋白的序列，与质粒重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，组，导入细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养在进行组织培养将编码毒素
17、蛋白的序列，与细菌质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粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中 将携带抗虫基因的运载体导入二倍体棉花细胞中,经培养、筛选获得一株有抗虫特性基因的植株。该植株含有一个携带目的基因的DNA片段，可以把它看作杂合子。得到的棉花新品种对棉铃虫毒杀效果高达80-100%。 该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交F1代中，理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的 。原因是 。 该项科技成果在环境保护上重要作用是 。 3/43/4减少农药对环境的污染减少农药对环境的污染抗虫基因是显性基因，杂合抗虫基因是显性基因，杂合子自交后代中显性性状占子自交后代中显性性状占3/4
