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1、能发光的水母能发光的水母不能发光的热带斑马鱼不能发光的热带斑马鱼第二节第二节基因工程及其应用基因工程及其应用 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。这种技。这种技术是在生物体外，通地对术是在生物体外，通地对DNADNA分子进行分子进行人工剪切和拼接人工剪切和拼接，对，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生人类所行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生人类所需要的基因产物。需要的基因产物。 通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别通
2、俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别基因基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，胞里，定向地改造生物的遗传性状（目的）。定向地改造生物的遗传性状（目的）。 基因工程概念的理解基因工程概念的理解原理原理操作环境操作环境操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基因重组基因重组生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平剪切、拼接、导入、表达剪切、拼接、导入、表达定向改造生物的遗传性状，定向改造生物的遗传性状，获得人类需要的基因产物。获得人类需要的基因产物。G A A T T C C T TA A G C
3、C C G G G G G G C C C C T T A A G A A T T C G 黏性末端黏性末端平末端平末端限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列：限制性核酸内切酶能识别特定的核苷酸序列：C C CG G G G G G C C C 限制酶限制酶SmaI限制性核酸内切酶作用的是限制性核酸内切酶作用的是DNADNA分子中的什么键？分子中的什么键？磷酸二酯键磷酸二酯键即脱氧核糖、磷即脱氧核糖、磷酸之间的连接酸之间的连接 GP AP识别一种特定的核苷酸序列识别一种特定的核苷酸序列， 并在特定的切点上切割并在特定的切点上切割DNADNA分子分子. .1.1.来源来源2.2.功能功能3.3.
4、作用部位作用部位4.4.作用结果作用结果主要是从主要是从原核生物中原核生物中分离纯化而来分离纯化而来磷酸二酯键磷酸二酯键切割切割DNADNA产生产生黏性末端或平末端黏性末端或平末端小结：限制性核酸内切酶小结：限制性核酸内切酶 CCTGCAG DCTAAATC GACGTC GATTTAGD课堂演练课堂演练例例. 下面哪项不具有限制酶识别序列的特征下面哪项不具有限制酶识别序列的特征( )AGAATTC BGGGGCCCC CTTAAG CCCCGGGG 解析：解析：限制酶识别的各种序具有回文对称的特点。所谓回限制酶识别的各种序具有回文对称的特点。所谓回文对称序列就是当以不同的方向分别阅读文对称序
5、列就是当以不同的方向分别阅读DNADNA的两条互补链的两条互补链时，时，DNADNA的两条链上的碱基序列相同。如的两条链上的碱基序列相同。如A A中的中的DNADNA分子，其分子，其中一条链从左向右阅读碱基序列是中一条链从左向右阅读碱基序列是GAATTCGAATTC，另一条互补链，另一条互补链从右向左阅读碱基序列也是从右向左阅读碱基序列也是GAATTCGAATTC。2.2.限制性内切酶是基因工程中重要的操作工具限制性内切酶是基因工程中重要的操作工具. .下下图为限制性内切酶作用后的粘性末端。据图分图为限制性内切酶作用后的粘性末端。据图分析，这是几种限制酶作用的结果及限制酶识别析，这是几种限制酶
6、作用的结果及限制酶识别的核苷酸序列由几个核苷酸组成的核苷酸序列由几个核苷酸组成_._.26 TTAAC G GCAATT AATTC G GCTTAA3.3.下列所示的黏性末端是由几种限制性内切酶下列所示的黏性末端是由几种限制性内切酶作用产生的作用产生的? ?4 种种 AATTG C CGTTAA CGAATT TTAAG C GACAGTCT4.4.已知某种限制性内切酶在一线性已知某种限制性内切酶在一线性DNADNA分子上有分子上有3 3个酶切位个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性点，如图中箭头所指，如果该线性DNADNA分子在分子在3 3个酶切位个酶切位点上都被该酶切断，则会产生点上都被
7、该酶切断，则会产生a a、b b、c c、d d四种不同长度四种不同长度的的DNADNA片段。现在多个上述线性片段。现在多个上述线性DNADNA分子，若在每个分子，若在每个DNADNA分子上至少有分子上至少有1 1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切后，这些线性经该酶切后，这些线性DNADNA分子最多能产生长度不同的分子最多能产生长度不同的DNADNA片段种类数是片段种类数是: : A3 B4 C9 D12线性线性DNA分子的酶切示意图分子的酶切示意图CCTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAA
8、ATTCCGTAG 练习使用练习使用EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因具有相同的黏性末端具有相同的黏性末端目的基因目的基因尝试写出下列序列受尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端限制酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GAATTCCGTAGAATTCGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA GGCATCTT
9、AAAATTCCGTAG 由于具有相同的黏性末端由于具有相同的黏性末端, 不同来源的不同来源的DNA片段可以拼接在一起片段可以拼接在一起形成重组形成重组DNA分子分子作用作用把两条把两条DNA末端之间的缝隙末端之间的缝隙“缝合缝合”起来。起来。G A A T T C C T T A A G 即脱氧核糖、磷酸基之间的连接即脱氧核糖、磷酸基之间的连接 GP APCTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？ 常用的运载体主要有哪些？常用的运载体主要有哪些？ 质粒的化学本质是什么？质粒的化
10、学本质是什么？ 基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤 举例说明什么是目的基因举例说明什么是目的基因 培育转基因动物培育转基因动物, ,目的基因的受体细胞是什么目的基因的受体细胞是什么? ? 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？种的优点有哪些？阅读思考：阅读思考： 运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？ 常用的运载体主要有哪些？常用的运载体主要有哪些？ 质粒的化学本质是什么？质粒的化学本质是什么？小型环状小型环状DNA 质粒质粒质粒存在于细菌、质粒存在于细菌、酵母菌酵母菌等生物中等生物中,是拟是拟核或核或细胞核以外的小型细胞核以外的小型环
11、状环状DNA分子分子。 质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。3.3.基因的基因的( (运运) )载体载体最常用的质粒最常用的质粒是是大肠杆菌大肠杆菌的质粒的质粒，其中常含有，其中常含有抗药基因抗药基因, ,如四环素的标记基因如四环素的标记基因. . 质粒的质粒的存在与否对宿主细存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用胞生存没有决定性作用，但，但复复制只能在宿主细胞内成制只能在宿主细胞内成。注意：注意：质粒与（运）载体的关系质粒与（运）载体的关系目的基因：目的基因：是用于定向改造生物所是用于定向改造生物所需要需要的特定基因。的特定基因。例如：例如：苏云金芽孢杆菌的抗虫基因、苏云
12、金芽孢杆菌的抗虫基因、植物的植物的抗病抗病(抗病毒、抗细菌抗病毒、抗细菌)基因基因、种子贮藏蛋白的基因、种子贮藏蛋白的基因、人的人的胰岛素基因胰岛素基因、干扰素基因干扰素基因等。等。 步骤一：步骤一：提取目的基因提取目的基因 步骤二：目的基因与运载体结合步骤二：目的基因与运载体结合质粒质粒DNADNA分子分子一个切口一个切口两个黏性末端两个黏性末端两个切口两个切口获得目的基因获得目的基因DNADNA连接酶连接酶重组重组DNADNA分子分子( (重组质粒重组质粒) )同一种同一种限制酶处理限制酶处理 步骤二：目的基因与运载体结合步骤二：目的基因与运载体结合CTTCATGAATTCCCTAA GA
13、AGTACTTAAGGGATT CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GAATTCCGTAGAATTCGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA GGCATCTTAAAATTCCGTAG 由于具有相同的黏性末端由于具有相同的黏性末端,不同来源的不同来源的DNA片段可以拼接在一起片段可以拼接在一起.目的基因目的基因质粒的局部质粒的局部DNA片段片段重组重组DNADNA分子分子( (重组质粒重组质粒) ) 步骤三：目的基因导入受体细胞步骤三：目的基因导入受体细胞棉细胞、鲤鱼受精卵、微生物细胞棉细胞、鲤鱼受精卵、微生物细胞动物受精卵具有发育全能性动物
14、受精卵具有发育全能性微生物微生物繁殖快繁殖快、代谢旺盛代谢旺盛、代谢产物多代谢产物多、容易培养容易培养 步骤四：目的基因的检测和鉴定步骤四：目的基因的检测和鉴定根据质粒上的特殊基因根据质粒上的特殊基因(标记基因标记基因)检测检测 步骤四：目的基因的检测和鉴定步骤四：目的基因的检测和鉴定二、基因工程的应用二、基因工程的应用1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制二、基因工程的应用二、基因工程的应用运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、
15、禽新品种，还可以培养出具有抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼质好的转基因鱼( (中国中国) )乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛( (阿根廷阿根廷) )1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种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会发光的转基因鱼导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小
16、鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级超级动物动物特殊动物特殊动物图为图为20012001年年1212月底出月底出生的生的5 5只可爱的转基因只可爱的转基因克隆小猪。据培育者克隆小猪。据培育者英国英国PPLPPL医疗公司称，医疗公司称，这些这些转基因小猪将为转基因小猪将为研究和研究和“生产生产”适用适用于人体移植手术使用于人体移植手术使用的动物器官的动物器官提供巨大提供巨大的帮助。的帮助。 2 2、 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些程育种的优点有哪些目的性强、目的性强、克服远源杂交不亲和性、克服远源杂交不亲和性、
17、育种周期短。育种周期短。( (记住！记住！) )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基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物生产基因工程药品为什么常用微生产基因工程药品为什么常用微生物作为目的基因的受体细胞生物作为目的基因的受体细胞? ?微生物微生物繁殖快繁殖快、代谢旺盛代谢旺盛、代谢产物多代谢产物多、容易培养容易培养产品名称产品名称菌株或细胞菌株或细胞应用应用人胰岛素人胰岛素大肠杆菌大肠杆菌人生长激素人生长激素大肠杆菌大肠杆菌表皮生长因子表皮生长因子大肠杆菌大肠杆菌白细胞介素白细胞介素-2-2大肠杆菌大肠杆菌a a干扰素干扰素酵母菌酵母菌乙型肝炎疫苗乙型肝炎
18、疫苗酵母菌酵母菌溶血栓剂溶血栓剂哺乳动物细胞哺乳动物细胞治疗糖尿病治疗糖尿病治疗生长缺陷症治疗生长缺陷症治疗烫伤、胃溃疡治疗烫伤、胃溃疡治疗某些癌症治疗某些癌症治疗癌症或病毒感染治疗癌症或病毒感染预防病毒性肝炎预防病毒性肝炎治疗心血管病治疗心血管病( (心脏病心脏病) )* *、不属于基因工程方法生产的药物、不属于基因工程方法生产的药物是（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C3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针探针能够十分灵能够十分灵敏地检测环
19、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。环境污染治理：环境污染治理： 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
20、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。转基因食品到底安全吗？转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？如何面对市场上的转基因食品呢？1 1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病重的可以致癌和其他疾病。2 2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态、转基因生物可能对环境质
21、量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响系统的稳定性产生不利影响。3 3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。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例例. .下列应用不涉及基因工程的是下列应用不涉及基因工程的是( )( ) A. A.培育能生产乙肝疫苗的酵母菌培育能生产乙肝疫苗的酵母菌 B.B.培育能生产激素的培育能生产激素的“超级绵羊超级绵羊” ” C.C.培育高产优质的培育高产优质的“太空椒太空椒” ” D.D.培育能分解石油的培育能分解石油的“超级细菌超级细菌” ” E.E.固氮小麦的培育固氮小麦的培育 F.F.青霉素高
22、产菌株的培育青霉素高产菌株的培育 G.G.克隆牛克隆牛 H.H.培育矮杆抗病小麦新品种培育矮杆抗病小麦新品种 I.I.利用酵母菌酿造啤酒利用酵母菌酿造啤酒CFGHI 例题分析：例题分析：end课堂演练课堂演练end3 3利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因类所需要的产品。下列选项中能说明目的基因完成了在受体细胞中表达的是完成了在受体细胞中表达的是( () )A A棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因棉花二倍体细胞中检测到细菌的抗虫基因B B大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其大肠杆菌中检测到人胰岛素基因及其mRNAmR
23、NAC C山羊乳腺细胞中检测到人生长激素山羊乳腺细胞中检测到人生长激素DNADNA序列序列D D酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白酵母菌细胞中提取到人干扰素蛋白Dend4.4.棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活棉铃虫是一种严重危害棉花的害虫。我国科学家发现一种生活在棉铃虫消化道内的苏云金杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致在棉铃虫消化道内的苏云金杆菌能分泌一种毒蛋白使棉铃虫致死死, ,而此毒蛋白对人畜无害而此毒蛋白对人畜无害. .科学家已成功地将该毒蛋白基因导科学家已成功地将该毒蛋白基因导入棉花植株体内并成功表达。棉铃虫吃了这种转基因棉花的植入棉花植株体内并成功表达。棉铃虫吃了这种转
24、基因棉花的植株后就会死亡。请根据上述材料回答下列问题：株后就会死亡。请根据上述材料回答下列问题： (1) (1) 抗虫棉的培育，从变异的角度来看抗虫棉的培育，从变异的角度来看, ,这种技术属于有目的这种技术属于有目的性的人工性的人工 . . (2) (2)从苏云金杆菌中切割抗虫基因所用的工具是从苏云金杆菌中切割抗虫基因所用的工具是 ，此工具主要存在于此工具主要存在于 ，其特点是：，其特点是：_。基因重组基因重组限制酶限制酶细菌等微生物中细菌等微生物中一一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列, ,并在特定并在特定位点进行酶切割位点进行酶切割. .(3)(3)基
25、因工程又叫基因工程又叫 技术。技术。 假设以细菌质粒作为运载体假设以细菌质粒作为运载体, ,要用要用 切切割运载体与目的基因割运载体与目的基因, ,将切割后的运载体与目的基因片将切割后的运载体与目的基因片段混合段混合. .质粒的黏性末端与目的基因质粒的黏性末端与目的基因DNADNA片段的黏性末片段的黏性末端就可通过端就可通过 而黏合。并加入而黏合。并加入DNADNA连接酶连接酶. .(4)(4)该项科技成果在环境保护上的重要作用是该项科技成果在环境保护上的重要作用是: :基因拼接基因拼接同一种限制酶同一种限制酶碱基互补配对碱基互补配对减少农药污染减少农药污染,保护了环境保护了环境 (5)(5)
26、题中题中“毒蛋白基因转入棉花植株内并成功表达毒蛋白基因转入棉花植株内并成功表达”中中的的“成功表达成功表达”含义是指含义是指_ _ _。 (6)(6)如果在棉花植株体内产生了毒蛋白如果在棉花植株体内产生了毒蛋白, ,说明说明_ _. _.检测毒蛋白基因是否表达的最好检测毒蛋白基因是否表达的最好方法是方法是 . . (7)(7)转基因抗虫棉抗害虫的遗传信息的传递过程可以表转基因抗虫棉抗害虫的遗传信息的传递过程可以表示为示为:_.:_.目的基因目的基因让棉铃虫食用棉花植株让棉铃虫食用棉花植株毒蛋白基因在棉株细胞内经转录毒蛋白基因在棉株细胞内经转录和翻译过程合成了毒蛋白和翻译过程合成了毒蛋白完成了表
27、达的过程完成了表达的过程毒蛋白基因毒蛋白基因mRNAmRNA毒蛋白毒蛋白 (8)(8)与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程培育与杂交育种、诱变育种相比，通过基因工程培育新品种的主要优点是新品种的主要优点是:_:_ _ _。 (9)(9)细菌的基因能够在棉花体内表达细菌的基因能够在棉花体内表达, ,其物质基础都其物质基础都以以 为遗传物质为遗传物质, ,结构结构 , ,都遵循都遵循 原则原则, ,而且共用一套而且共用一套 , , (10)(10)某个某个DNADNA分子被分子被“嫁接嫁接”上或上或“切割切割”掉某个基掉某个基因并不影响遗传信息的表达功能。这说明因并不影响遗传信息的表达功能。这说
28、明:_.:_. DNA基本相同基本相同碱基互补配对碱基互补配对遗传密码遗传密码基因是控制生物性状的遗传物质结构和功能的基本基因是控制生物性状的遗传物质结构和功能的基本单位，单位，DNADNA分子的不同基因之间具有相对独立性分子的不同基因之间具有相对独立性目的性强目的性强 、育种周期短、育种周期短、克服远缘杂交不亲合的障碍克服远缘杂交不亲合的障碍小结：基因工程的操作小结：基因工程的操作三个工具三个工具四个步骤四个步骤基因的基因的运载体运载体限制性核酸内切限制性核酸内切酶酶 DNADNA连接连接酶酶目的基因的获取目的基因的获取目的基因与运载体结合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目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定 有人认为，转基因新产品也是一把双刃有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来灾难性的后果，你是否同意这一观点？举灾难性的后果，你是否同意这一观点？举例说明。例说明。思维拓展思维拓展