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1、基因工程及基因工程及其应用其应用第第2 2节节研究人员评估表明糖尿病死亡率现已研究人员评估表明糖尿病死亡率现已居全世界疾病死亡率之首。目前中国糖尿居全世界疾病死亡率之首。目前中国糖尿病患者人数已居世界第二位，预计病患者人数已居世界第二位，预计2025年年时更将达五千九百三十万人。时更将达五千九百三十万人。 治疗糖尿病特效药治疗糖尿病特效药胰岛素胰岛素以往，治疗糖尿病的以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺胰岛素是从动物胰腺中提取的，从中提取的，从100100千千克克猪、牛等动物的胰猪、牛等动物的胰腺只能提取腺只能提取3 34 4克克胰胰岛素，治疗一个患者岛素，治疗一个患者需宰杀需宰杀404050
2、50头牛，头牛，这种药物的造价就可这种药物的造价就可想而知了。想而知了。 微生物可以有分泌产物微生物可以有分泌产物且微生物繁殖速率快且微生物繁殖速率快基因工程：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。通俗的。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地定向地改造生物的遗传性状。改造生物的遗传性状。原原 理：理：操作水平：操作水平：结结 果：果：基因重组基因重组DNADNA分子水平分子水平定向定向地
3、改造生物的遗传性状，获得地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。人类所需要的品种。定向改造定向改造生物性状的新技术生物性状的新技术想一想需要做哪些关键工作？想一想需要做哪些关键工作？人体细胞人体细胞胰岛素基因胰岛素基因（目的基因）（目的基因）大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞想一想需要做哪些关键工作？想一想需要做哪些关键工作？人体细胞人体细胞胰岛素基因胰岛素基因（目的基因）（目的基因）大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞（受体细胞）（受体细胞）想一想需要做哪些关键工作？想一想需要做哪些关键工作？人体细胞人体细胞胰岛素基因胰岛素基因（目的基因）（目的基因）大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞（受体细胞）（受体细胞）作用于：作
4、用于：磷酸二酯键磷酸二酯键限制性内切酶（限制性内切酶（EcoREcoR）作用过程）作用过程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？思考思考: :形成的黏性末端不同形成的黏性末端不同不同的限制酶呢？不同的限制酶呢？具有具有DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程 DNADNA连接酶的作用位点连接酶的作用位点是：相邻的两个是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：脱氧核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键磷酸二酯键。（3 3）常用）常用的运载体：的运载体：质粒、噬菌体和动、植物病质粒、噬菌体和动、植物病毒等毒等（1 1）运载体的概念）运载体
5、的概念 标记基标记基因，便因，便于进行于进行检测。检测。 其中其中质粒质粒存在于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, ,是拟核或细胞是拟核或细胞核外能够自主复制的核外能够自主复制的很小的环状很小的环状DNADNA分子分子. .（4）作用）作用将外源基因导入将外源基因导入受体细胞受体细胞第一步：第一步：第二步：第二步：获取目的基因获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，并用DNA连接酶连接。连接酶连接。第三步：第三步：第四步第四步:将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细
6、胞目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达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、动植大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等物细胞等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、目的产物多一般检测：一般检测：标记基因是否表达标记基因是否表达大量的受体细胞接受很少的目的基因。处大量的受体细胞接受很少的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，理的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。必须将它从中检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测将每个受体细胞单独培养形成菌
7、落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表菌落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、达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。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、基因工程与作物育种生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼( (中国中国) )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) )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入抗寒基转入抗寒基因的番茄因的番茄2 2、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
8、基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物许多药品的生产许多药品的生产是从生物组织中提取是从生物组织中提取的。受材料来源限制的。受材料来源限制产量有限，其价格往产量有限，其价格往往十分昂贵。往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工微生物生长迅速，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分的基因导业化生产。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。能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg
9、胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。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2000L2000L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%!基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和能吞食和分解多种污染环境的物质。分解多种污染环境的物质。通常一种假单孢通常一种假单孢杆菌只能分解石油中杆菌只能分解石油中的一种烃类用基因的一种烃类用基因工程培育成功的工程培育成功的“超超级细菌级细菌”却能分解石却能分
10、解石油中的多种烃类化合油中的多种烃类化合物。物。 科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解解DDTDDT等毒害物质的细菌。等毒害物质的细菌。3、环境污染治理、环境污染治理 安全吗安全吗?! 转基因抗乙肝西红柿转基因抗乙肝西红柿(中国中国)，虽然不能治愈，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。殖，使转入的
11、基因稳定化。转基因植物的安全性争论转基因植物的安全性争论 支持派认为：如果转基因农业生物技术得支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。害人体健康和环境的确切证据。 美国人食用转基因食品已美国人食用转基因食品已多年，多年，超级超级市场上市场上有有4000多种商品是含多种商品是含有有转基转基因因植物成分的植物成分的，还没有事例证明人吃了还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引以后会得病，甚至会引起起死亡。死亡。加拿大、澳大利亚也是转
12、基因食品的加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均生产大国，均有几有几千万人在千万人在吃吃，到现，到现在为止也没在为止也没有有个案例说明它个案例说明它有有问题问题 。反对派的观点反对派的观点 一英国科学家声称，转基因马铃薯会减一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；弱老鼠免疫系统功能； 美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。 环保团体认为这种违反自然的转基因作环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负
13、面影响。用可能对人类及生态环境造成负面影响。 尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。产品的进口。要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（ ）限制酶连接酶解旋酶还原酶限制酶连接酶解旋酶还原酶实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从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，这要利用限制性内切酶。一种限供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺序，切制性内切酶能识别分子的顺
14、序，切点在和之间，这是利用了酶的（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 科学家将携带抗虫基因的运载体导入二倍体科学家将携带抗虫基因的运载体导入二倍体棉花细胞中棉花细胞中, ,经培养、筛选获得一株有抗虫特性基经培养、筛选获得一株有抗虫特性基因的植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的因的DNADNA片段，因此可以把它看作杂合子。得到的片段，因此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棉花新品种对棉铃虫毒杀效果高达80-100%80-100%。 该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交F F1 1代中，代中，理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的 。原因。原因是是 。 该项科技成果在环境保护上重要作用该项科技成果在环境保护上重要作用 3/43/4雌、雄配子各有雌、雄配子各有1/21/2含抗虫基因含抗虫基因减少农药对环境的污染减少农药对环境的污染水母