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1、第二节基因工程及其应用ppt现在学习的是第1页，共52页什么是基因工程什么是基因工程?基因工程的原理是什么基因工程的原理是什么?本课聚焦:现在学习的是第2页，共52页豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮资料一：目前，资料一：目前，全球的氮肥生产全球的氮肥生产耗费世界总电力耗费世界总电力的的3%-4%，且，且农作物只能吸农作物只能吸收氮肥的收氮肥的1/10,造成了大面积土造成了大面积土壤和水质的污染。壤和水质的污染。资料分析引入资料分析引入现在学习的是第3页，共52页蜘蛛能够吐出蛛丝蜘蛛能够吐出蛛丝资料二：蛛丝是自然资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，界最奇特的物质
2、之一，它具有极强的韧度，它具有极强的韧度，其韧度是同样直径钢其韧度是同样直径钢材的好几倍。但与家材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相养，因为它们会互相吞食，所以不可能建吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农立人工饲养蜘蛛的农场。场。30多年来，多年来，科科学家们一直试图找到学家们一直试图找到利用其他生物体来制利用其他生物体来制造蛛丝造蛛丝的办法。的办法。现在学习的是第4页，共52页资料三资料三(问题探讨问题探讨）以往，治疗糖尿病以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从胰腺中提取的，从100千克猪、牛等动千克猪、牛等动物的胰腺只能提取物的
3、胰腺只能提取34克胰岛素，治疗克胰岛素，治疗一个患者需宰杀一个患者需宰杀4050头牛，这种药物头牛，这种药物的造价就可想而知的造价就可想而知了。了。微生物可以微生物可以有分泌产物，且有分泌产物，且微生物繁殖速率快微生物繁殖速率快现在学习的是第5页，共52页设想一设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蛛丝？蛛丝？设想二设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等能否让微
4、生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？珍贵的药物？珍贵的药物？珍贵的药物？设想三设想三经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。现在学习的是第6页，共52页思考：思考：1、为什么能把一种生物的基因、为什么能把一种生物的基因“嫁接嫁接”到另一种生到另一种生物上？物上？2、推测这种、推测这种“嫁接嫁接”怎样能实现？怎样能实现？3、这种、这种“嫁接嫁接”对品种的改良有什么意义？对品种的改良有什么意义？现在学习的是第7页，共52页一基因工程的原理一基因工程的原理（一）概念：（一）概念：又叫做基因拼接技术或又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。重组技术。通俗的说，
5、通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种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的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。，定向地改造生物的遗传性状。操作水平（对象）：操作水平（对象）：DNA分子（基因）分子（基因）操作环境：操作环境：生物生物体外体外工程原理（实质）：工程原理（实质）：基因重组基因重组优点：优点：目的性强目的性强，育种周期短；，育种周期短；克服了远缘杂交不亲和的障碍。克服了远缘杂交不亲和的障碍。结结果：果：受体细胞受体细胞获得新性状获得新性状现在学习的是第8页，共52页（二）基因操
6、作的工具（二）基因操作的工具（3 3种）种）1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性内切酶（限制酶）限制性内切酶（限制酶）特点？特点？一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割序列，并在特定的切点上切割DNADNA分子。分子。专一性专一性如如:EcoRI限制酶限制酶现在学习的是第9页，共52页限制性内切酶限制性内切酶（EcoREcoR）作用过作用过程程点击播放点击播放现在学习的是第10页，共52页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相同的黏性末端？黏性末端？思考？思考？是。因为具专一性！是。因为具专
7、一性！现在学习的是第11页，共52页GAATTCCGTAGAATTCGGATTCTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG现在学习的是第12页，共52页1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。一种限制性内切酶能识别内分离出来，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，切点在和之间，这是利用了分子的顺序，切点
8、在和之间，这是利用了酶的（）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现在学习的是第13页，共52页、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。现在学习的是第14页，共52页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现在学习的是第15页，共52页基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C
9、 T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割DNA连接酶连接连接酶连接的是的是DNA骨架上的骨架上的缺口，缺口，不是不是碱基间碱基间的氢键的氢键现在学习的是第16页，共52页3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体 常常用用的的运运载载体体：质质粒粒、噬噬菌菌体体和和动动植物病毒等植物病毒等标记基标记基因，便因，便于进行于进行检测。检测。质粒存在于许质粒存在于许多细菌和酵母菌等多细菌和酵母菌等生物中生物中,是细胞染是细胞染色体外能够自主复色体外能够自主复制的很小的环
10、状制的很小的环状DNADNA分子分子.现在学习的是第17页，共52页运载体必须同时满足三运载体必须同时满足三个要求：个要求：具有一到多个限制酶的酶具有一到多个限制酶的酶切位点切位点,以便与外源基因连以便与外源基因连接接;能进入受体细胞并在受体能进入受体细胞并在受体细胞内稳定存在并能复制、细胞内稳定存在并能复制、表达（表达（小型环状小型环状）具有具有标记（志）基因标记（志）基因,便便于目的基因的找到于目的基因的找到现在学习的是第18页，共52页（三）基因工程基本步骤（三）基因工程基本步骤（图图6-66-6）1 1、获取目的基因、获取目的基因（剪切）剪切）现在学习的是第19页，共52页提取目的基因
11、的方法（提取目的基因的方法（工具呢？工具呢？）用限制酶切用限制酶切断成许多片段断成许多片段直接分离基因直接分离基因鸟枪法鸟枪法将供体生物将供体生物(原核生物原核生物）的）的DNADNA用限制酶切割为许多片段，再用运载用限制酶切割为许多片段，再用运载体将这些片段都运载到受体生物的不体将这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获得了同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，基因工需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。程就算成功了。该法最大的缺点是该法最大的缺点是带有很大的盲带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。目性，工作量大，成功率低。且不且不能将真核生物的基
12、因转移到原核生能将真核生物的基因转移到原核生物中去。物中去。现在学习的是第20页，共52页人工合成基因法：人工合成基因法：真核生物的基因真核生物的基因DNADNA合成仪合成仪现在学习的是第21页，共52页用与提取目的基因用与提取目的基因相同的相同的限制酶限制酶切割质粒使切割质粒使之出现一个切口，将目的之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，的黏性末端互补配对后，在在DNADNA连接酶连接酶的作用下连接的作用下连接形成重组形成重组DNADNA分子。分子。2 2、目的基因与运载体、目的基因与运载体结合结合现
13、在学习的是第22页，共52页2要使目的基因与对应的载体重组，所需的两要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是种酶是()限制酶限制酶DNA连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶现在学习的是第23页，共52页3、将目的基因、将目的基因导入导入受体细胞受体细胞导入导入扩增扩增常用的受体细胞：常用的受体细胞：菌类菌类和和动植物细动植物细胞胞怎样导入？怎样导入？借助借助细菌或病毒细菌或病毒侵染细胞侵染细胞的途径的途径现在学习的是第24页，共52页3采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作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（）法正确的是（）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将
14、毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入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，在进行组织培养细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，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注射到棉的子房并进入受精卵中现在学习的是第25页，共52页4、目的基因的检测、目的基因的检测和和表达表达大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞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
15、将它从中中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测？检测？出来。出来。将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是是否有？否有？目的基因的目的基因的表达产物表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保。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。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现在学习的是第26页，共52页4、转基因植物中可以被删除的多余基因是、转基因植物中可以被删除的多余基因是()A.目的基因目的基因B.显性基因显性基因C.隐性基因隐性基因D.标记基因标记基因DA.A
16、.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的常用相同的限制性核酸内切酶处理目的 基因和质粒基因和质粒B.DNAB.DNA连接酶和连接酶和RNARNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶C.C.可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组可用抗生素的培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒质粒D.D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达.5 5（20062006年年.四川）用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的四川）用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下列说法不正确的是蛋白质。下列说法不正确的是B现在学习的是第27页，共52页现在学习
17、的是第28页，共52页例？例？如何让大肠杆菌生产人胰岛如何让大肠杆菌生产人胰岛素？素？从细胞中分从细胞中分从细胞中分从细胞中分离出离出离出离出DNADNADNADNA限制酶截取限制酶截取限制酶截取限制酶截取DNADNADNADNA片断片断片断片断分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒 DNA DNA DNA DNA重组重组重组重组用重组质粒用重组质粒用重组质粒用重组质粒转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因现在学习的是第29页，共52页1 1、什么
18、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?现在学习的是第30页，共52页思维拓展:细菌和人是差异非常大细菌和人是差异非常大的两种生物的两种生物,为什么通过基因为什么通过基因重组后重组后,细菌能够合成人体的细菌能够合成人体的某些蛋白质呢某些蛋白质呢?现在学习的是第31页，共52页二基因工程的应用二基因工程的应用水母现在学习的是第32页，共52页1作物育种作物育种现在学习的是第33页，共52页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获得高产、稳产和具有优获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗良品质的农作物和具有
19、抗逆性的作物新品种。逆性的作物新品种。现在学习的是第34页，共52页 6 6。19931993年年我我国国科科学学工工作作者者培培育育成成的的抗抗棉棉铃铃虫虫的的转转基基因因抗抗虫虫棉，其抗虫基因来源于（棉，其抗虫基因来源于（）A A、普通棉花的基因突变、普通棉花的基因突变B B、棉铃虫变异形成的致死基因、棉铃虫变异形成的致死基因C C、寄生在棉铃虫体内的线虫、寄生在棉铃虫体内的线虫D D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因D D现在学习的是第35页，共52页生长快、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
20、转基因牛(阿根廷阿根廷)获得人们所需要的和具有优良品质的获得人们所需要的和具有优良品质的转基因动物转基因动物现在学习的是第36页，共52页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特殊动物动物图为图为20012001年年1212月底出生的月底出生的5 5只可爱的转基因克隆小只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国猪。据培育者英国PPLPPL医医疗公司称，这些转基因疗公司称，这些转基因小猪将为研究和小猪将为研究和“生产生产”适用于人体移植手术使用适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮的动物
21、器官提供巨大的帮助。助。现在学习的是第37页，共52页首只转基因猴诞生，人类未来忧喜参半现在学习的是第38页，共52页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，让它们产生相应的药物，因导入微生物细胞内
22、，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。大大降低生产成本。现在学习的是第39页，共52页胰岛素从猪、牛等动物的胰腺胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。高可想而知。将合成的胰岛素将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，基因导入大肠杆菌，每每2000L2000L培养液就能产培养液就能产生生100g100g胰岛素！使其胰岛素！使其价格降低了价格降低了30%-50%!30%-50%!现在学习的是第40页，共52页干扰素治疗病毒感
23、染简直干扰素治疗病毒感染简直是是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。平发挥了重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产现在学习的是第41页，共52页产品名称菌株或细胞 应用人胰岛素大肠杆菌人生长激素大肠杆菌表皮生长因子大肠杆菌白细胞介素-2大肠杆菌a干扰素酵母菌乙型肝
24、炎疫苗酵母菌溶血栓剂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（心脏病）治疗心血管病（心脏病）现在学习的是第42页，共52页7不属于基因工程方法生产的药物是（）A、干扰素 B、白细胞介素C、青霉素 D、乙肝疫苗 C C现在学习的是第43页，共52页3 3、环境保护、环境保护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烃类，用基因工程培育通常一种细菌
25、只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞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，分解食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。现在学习的是第44页，共52页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”能十分灵敏地反能十分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还可以吸收和转化污染物。环境检测环境检测：用：用DNA探针检测水中病毒的含量探针检测水中病毒的含量现在学习的是第45页，
26、共52页环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检测环探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。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现在学习的是第46页，共52页4、其他、其他基因诊断基因诊断：如用：如用基因探针基因探针检测肝类病毒、诊检测肝类病毒、诊断遗传病断遗传病基因治疗：基因治疗：把健康的把健康的外源基因导入外源基因导入有基因缺有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。现在学习的是第47页，共52页 2006 2006年年3 3月月14
27、14日日绿色和平组织发布消息绿色和平组织发布消息,称亨称亨氏营养米粉含有转氏营养米粉含有转BtBt基因抗虫水稻成分。基因抗虫水稻成分。那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才那么转基因食品到底安全吗？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？能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？三转基因生物和转基因食品的安全性三转基因生物和转基因食品的安全性现在学习的是第48页，共52页 转基因食品转基因食品 安全吗?现在学习的是第49页，共52页三转基因生物和转基因食品的安全性三转基因生物和转基因食品的安全性阅读阅读P105资料分析，讨论：资料分析，讨论：你认为应该如何对待转基因生物和
28、转基因食你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题？品的安全性问题？现在学习的是第50页，共52页转基因生物与食物安全转基因生物与食物安全反对实质性等同。反对实质性等同。担心滞后效应。担心滞后效应。担心出现新的过敏原。担心出现新的过敏原。担心营养成分改变。担心营养成分改变。把动物蛋白转入农作物把动物蛋白转入农作物是否侵犯了素食者的权是否侵犯了素食者的权益？益？实质性等同是转基因农实质性等同是转基因农作物安全性评价的起点作物安全性评价的起点而非终点。而非终点。多环节、严谨的安全性多环节、严谨的安全性评价，可以保证转基因评价，可以保证转基因食物的安全。食物的安全。科学家审慎的态度。科学家
29、审慎的态度。没有转基因食物影响人没有转基因食物影响人体健康的实例。体健康的实例。举证排除法。举证排除法。现在学习的是第51页，共52页转基因生物与环境安全转基因生物与环境安全会破坏生态系统的稳定性。会破坏生态系统的稳定性。重组的微生物在降解某些化合重组的微生物在降解某些化合物时所产生的中间产物，可能物时所产生的中间产物，可能造成二次污染。造成二次污染。重组重组DNA与微生物杂交可能产与微生物杂交可能产生对人类有害的病原微生物。生对人类有害的病原微生物。转基因植物的花粉中含有的毒转基因植物的花粉中含有的毒蛋白通过食物链有可能进入动蛋白通过食物链有可能进入动物或人体。物或人体。转入的是自然界已有的基因，转入的是自然界已有的基因，不会破坏生态系统的稳定，不会破坏生态系统的稳定性。性。可以减少农药用量。可以减少农药用量。抗除草剂农作物使农田管理抗除草剂农作物使农田管理更容易。更容易。新闻报道不实，公众的过分新闻报道不实，公众的过分担忧。担忧。现在学习的是第52页，共52页