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1、基因工程的应用基因工程的应用转鱼抗寒转鱼抗寒基因的番茄基因的番茄基因工程与遗传育种基因工程与遗传育种基因工程与疾病治疗基因工程与疾病治疗基因工程与生态环境保护基因工程与生态环境保护一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物科学家利用基因工程的方法培育出了高产、科学家利用基因工程的方法培育出了高产、稳产、具有优良品质的多种转基因农作物；稳产、具有优良品质的多种转基因农作物；具有抗盐碱、抗寒、抗干旱和提高作物营养价值的具有抗盐碱、抗寒、抗干旱和提高作物营养价值的 转基因农作物也正在研究中；转基因农作物也正在研究中；用基因工程的方法能够改变花卉的花色，在用基因工程的方
2、法能够改变花卉的花色，在 花卉优良品种的培育方面将发挥越来越大的作用。花卉优良品种的培育方面将发挥越来越大的作用。一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物转基因植物的产生过程转基因植物的产生过程Ti质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有质粒是农杆菌中的一种质粒，其上有TDNA，TDNA可转移到受体细胞并能整合可转移到受体细胞并能整合到受体细胞的染色体到受体细胞的染色体DNA中。故一般把目中。故一般把目的基因插入的基因插入Ti质粒的质粒的TDNA中中一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物转基因植物的产生过程转基因植物的产生过程思考思
3、考1 1：将重组将重组DNADNA转转入培养的植物细胞的入培养的植物细胞的方法有哪些？方法有哪些？一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物转基因植物的产生过程转基因植物的产生过程思考思考2 2：导入重组导入重组DNADNA的的植物细胞一般通过什么植物细胞一般通过什么方法培育成植株？方法培育成植株？一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物转基因植物的产生过程转基因植物的产生过程注：注：目的基因能否在植株体内稳定维持和表达目的基因能否在植株体内稳定维持和表达遗传特性的关键是目的基因是否插入到植物细胞遗传特性的关键是目的基因是否插入
4、到植物细胞的染色体的染色体DNA上；上；检测目的基因是否插入染色检测目的基因是否插入染色体体DNA的方法主要是的方法主要是DNA分子杂交技术分子杂交技术确定目确定目的基因表达遗传特性的方法：检测转化的植株是的基因表达遗传特性的方法：检测转化的植株是否表现出目的基因控制的性状。否表现出目的基因控制的性状。一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物（1 1）抗虫转基因植物）抗虫转基因植物(以抗虫棉培育为例以抗虫棉培育为例)苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌(有抗虫特性有抗虫特性)抗虫基因抗虫基因与载体与载体DNADNA拼接拼接导入导入棉花细胞棉花细胞(含抗虫基因含抗虫基因
5、)普通棉花普通棉花 (无抗虫特性无抗虫特性)棉花植株棉花植株(有抗虫特性有抗虫特性)提取提取l用于杀虫的基因主要是：用于杀虫的基因主要是：BtBt毒蛋白基因、毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物（1 1）抗虫转基因植物）抗虫转基因植物(以抗虫棉培育为例以抗虫棉培育为例)优点：优点：减少化学农药对环境的污染；减少化学农药对环境的污染；且大大降低生产成本且大大降低生产成本注意注意（1 1）抗虫但不抗病毒、细菌、真菌；）抗虫但不抗病毒、细菌、真菌；（2 2）不同抗虫基因作用原理不
6、同；）不同抗虫基因作用原理不同；（3 3）BtBt毒蛋白基因控制产生的毒蛋白基因控制产生的BtBt毒蛋白无毒性，毒蛋白无毒性，进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。进入昆虫消化道被分解成多肽后产生毒性。一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物（2 2）抗病转基因植物）抗病转基因植物从某些生物中分离能抵抗某种病菌、病毒的基因，将从某些生物中分离能抵抗某种病菌、病毒的基因，将其导入作物中，使其能抵抗某种病菌、病毒的感染。其导入作物中，使其能抵抗某种病菌、病毒的感染。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转鱼抗寒抗寒基因的番茄基因的番茄（3 3）抗逆性
7、转基因植物）抗逆性转基因植物1 1、转基因植物、转基因植物左侧：喷洒左侧：喷洒除草剂除草剂后，杂草全部除掉，后，杂草全部除掉，转基因玉米正常生长转基因玉米正常生长 右侧：未喷洒除草剂，杂草丛生。右侧：未喷洒除草剂，杂草丛生。转基因转基因水稻水稻“金大米金大米”：含丰富维生素：含丰富维生素A A和铁元素。和铁元素。一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种1 1、转基因植物、转基因植物（4 4）品质改良的转基因植物）品质改良的转基因植物一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种2 2、转基因动物、转基因动物转基因动物是指转入了转基因动物是指转入了外源基因外源基因的动物。的动物。基本过程：基本
8、过程：特定基因与病毒特定基因与病毒DNA构成重组构成重组DNA通过通过感染感染或或显微注射技术显微注射技术将重组将重组DNA转移到转移到动物受精卵动物受精卵中中受精卵发育成优良品质的动物受精卵发育成优良品质的动物如如抗病能力、高产仔率、高产奶率、高质量的皮毛抗病能力、高产仔率、高产奶率、高质量的皮毛实例：实例：超级鼠、超级绵羊、超级鱼等超级鼠、超级绵羊、超级鱼等乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷阿根廷)动物乳房动物乳房生物反应器生物反应器动物膀胱动物膀胱生物反应器生物反应器转基因动物作器官移植的供体转基因动物作器官移植的供体选择猪的器官做人的选择猪的器官做人的
9、器官替代品的原因：器官替代品的原因：其内脏构造、大小、血管其内脏构造、大小、血管分布与人相似；分布与人相似；体内隐藏的致病基因少。体内隐藏的致病基因少。转基因动物作器官移植的供体转基因动物作器官移植的供体为解决免疫排异反应为解决免疫排异反应采取的方法：采取的方法：向器官供体的基因组中导向器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达；原决定基因的表达；设法除去抗原决定基因。设法除去抗原决定基因。培育转基因动物的目标培育转基因动物的目标1）培育品质优良的动物；培育品质优良的动物；2）利用特定的外源基因在哺乳动物体内的表达，从）利用特定的外源基因在哺乳动物体内
10、的表达，从动物的乳腺细胞等获得人类所需的各类物质，动物的乳腺细胞等获得人类所需的各类物质，如激素、抗体、酶类如激素、抗体、酶类（如动物乳房生物反应器）。（如动物乳房生物反应器）。3）转基因动物作器官移植的供体。）转基因动物作器官移植的供体。一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种2 2、转基因动物、转基因动物一、基因工程与遗传育种一、基因工程与遗传育种3 3、基因工程育种的优点：、基因工程育种的优点：1 1、目的性强；育种周期短；、目的性强；育种周期短；2 2、克服远缘杂交的障碍（能打破生物种属的界限）；、克服远缘杂交的障碍（能打破生物种属的界限）；3 3、在分子水平上定向改造生物的遗传性
11、状。、在分子水平上定向改造生物的遗传性状。二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗（一）基因工程药物：（一）基因工程药物：胰岛素、人生长激素、干扰素、乙型肝炎疫苗等胰岛素、人生长激素、干扰素、乙型肝炎疫苗等1 1、概要：、概要：以重组以重组DNADNA为核心技术，通过将一个生物体内有用为核心技术，通过将一个生物体内有用的的“目的基因目的基因”转移到另一个生物体中，并表达转移到另一个生物体中，并表达所需要的产物所需要的产物药物。药物。3 3、第一个基因工程药物：、第一个基因工程药物：大肠杆菌生产的人胰岛素大肠杆菌生产的人胰岛素2 2、生产过程：、生产过程：获得目的基因获得目的基因形成重组形成
12、重组DNADNA构建基因工程菌构建基因工程菌工程菌大规模培养工程菌大规模培养分离提取目的基因产物分离提取目的基因产物 （二）胰岛素（二）胰岛素二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗胰岛素的生产：胰岛素的生产：传统方法：传统方法：从猪和牛等动物胰脏中分离提取从猪和牛等动物胰脏中分离提取 每每100Kg100Kg胰脏只能提取胰脏只能提取3-5g 3-5g 基因工程：基因工程：将人胰岛素基因转移到大肠杆菌中将人胰岛素基因转移到大肠杆菌中 构建人胰岛素基因工程菌构建人胰岛素基因工程菌再接种再接种 到发酵罐中大规模培养到发酵罐中大规模培养最后经生最后经生 化方化方法分离、纯化获得人胰岛素药物法分离
13、、纯化获得人胰岛素药物（三）干扰素（三）干扰素二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗1 1、化学本质及种类：、化学本质及种类：干扰素是病毒侵入细胞后干扰素是病毒侵入细胞后 产生的产生的糖蛋白糖蛋白，有，有、三大类。三大类。2 2、功能：、功能：具有抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节等功能具有抗病毒、抗细胞分裂和免疫调节等功能3 3、生产：、生产：传统方法：传统方法：从人血液中提取，每从人血液中提取，每300L300L血液只能提取出血液只能提取出 1mg1mg干扰素。干扰素。基因工程：基因工程：将人干扰素基因转移到大肠杆菌或酵母菌中将人干扰素基因转移到大肠杆菌或酵母菌中 构建人干扰素基因工程菌构
14、建人干扰素基因工程菌再接种到发酵再接种到发酵 罐中大规模培养罐中大规模培养最后经最后经分离、纯化获得分离、纯化获得 人干扰素药物。是传统生产量的人干扰素药物。是传统生产量的1212万倍。万倍。（四）乙型肝炎疫苗（四）乙型肝炎疫苗二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗1 1、19821982年乙肝抗原在酵母菌中表达成功。年乙肝抗原在酵母菌中表达成功。乙型肝炎病毒表面抗原基因乙型肝炎病毒表面抗原基因转移到酵母细胞中转移到酵母细胞中构建成乙型肝炎病毒表面抗原基因工程菌构建成乙型肝炎病毒表面抗原基因工程菌接种到发酵罐中大规模培养接种到发酵罐中大规模培养经分离、纯化得到表面抗原蛋白经分离、纯化得到
15、表面抗原蛋白用福尔马林和用福尔马林和Al（OH）3吸附制成疫苗吸附制成疫苗2 2、19881988年法国的哺乳动物细胞乙肝疫苗开始批量生产。年法国的哺乳动物细胞乙肝疫苗开始批量生产。（五）基因治疗（五）基因治疗实验阶段实验阶段二、基因工程与疾病治疗二、基因工程与疾病治疗1 1、什么是基因治疗、什么是基因治疗是向目标细胞中是向目标细胞中引入正常功能的基因引入正常功能的基因以纠正以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。2 2、实例、实例重度免疫缺陷症的临床基因治疗重度免疫缺陷症的临床基因治疗将健康基因导入将健康基因导入病人体细胞内合成相病人体细胞内合成相应蛋白质使
16、疾病得到治疗的过程。应蛋白质使疾病得到治疗的过程。腺苷酸脱氨酶基因腺苷酸脱氨酶基因（adaada）缺陷缺陷ADAADA：腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶（1 1）该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例）该病治疗运用了基因工程技术，在这个实例中运载体是中运载体是 ，目的基因是，目的基因是 。目的基因的受体细胞是目的基因的受体细胞是 。（2 2）将转基因）将转基因T T细胞多次回输到患者的体内，免疫细胞多次回输到患者的体内，免疫能力趋于正常是由于产生了能力趋于正常是由于产生了 。产生这种物。产生这种物质的两个基本步骤是质的两个基本步骤是 和和 。某种反转某种反转录病毒录病毒腺苷脱氨酶基因腺苷脱氨酶基因抗体
17、抗体转录转录翻译翻译T细胞细胞治疗方法：治疗方法：先将患者的先将患者的T细胞细胞取出体外培养，然后用取出体外培养，然后用某种反转录病毒某种反转录病毒将正常的腺苷脱氨酶基因转入人工培将正常的腺苷脱氨酶基因转入人工培养的养的T细胞中，再将转入的基因能表达的转基因细胞中，再将转入的基因能表达的转基因T细胞细胞注射到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能注射到患者的体内，经过多次治疗，患者的免疫功能趋于正常趋于正常（3）人的腺苷脱氨酶基因与干扰素基因相比，）人的腺苷脱氨酶基因与干扰素基因相比，其主要差别是其主要差别是 。（4）该病的治疗方法属于基因工程运用中）该病的治疗方法属于基因工程运用中 的的
18、，这种治疗方法的原理，这种治疗方法的原理 是是 。脱氧核苷酸的排列顺序不同脱氧核苷酸的排列顺序不同基因治疗基因治疗把健康的外源基因导入病人有基因缺陷的体细把健康的外源基因导入病人有基因缺陷的体细胞内，并合成相应的蛋白质使疾病得到治疗。胞内，并合成相应的蛋白质使疾病得到治疗。是向目标细胞中引入正常功能的基因以纠正或是向目标细胞中引入正常功能的基因以纠正或补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。补偿基因的缺陷，达到治疗的目的。补充：基因诊断补充：基因诊断基因诊断：基因诊断：用放射性同位素（如用放射性同位素（如32P）、）、荧光分子等标荧光分子等标记的记的DNA分子作探针分子作探针，利用，利用DNA分子杂交
19、原理，鉴定分子杂交原理，鉴定被检测标本上的被检测标本上的遗传信息遗传信息，达到检测疾病的目的。，达到检测疾病的目的。该方法是根据该方法是根据碱基互补配对原则碱基互补配对原则，把互补的，把互补的双链双链DNA解开，把解开，把单链的单链的DNA小片段小片段用同位用同位素、荧光分子或化学发光剂等进行标记，之素、荧光分子或化学发光剂等进行标记，之后同被检测的后同被检测的DNA中的同源互补序列杂交，中的同源互补序列杂交，从而检出所要查明的从而检出所要查明的DNA或基因。或基因。基因诊断：基因诊断：用放射性同位素（如用放射性同位素（如32P）、）、荧光分子等标荧光分子等标记的记的DNA分子作探针分子作探针
20、，利用，利用DNA分子杂交原理，鉴定分子杂交原理，鉴定被检测标本上的被检测标本上的遗传信息遗传信息，达到检测疾病的目的。，达到检测疾病的目的。想一想想一想如何制作如何制作DNA分子探针？分子探针？DNA探针法具体步骤（以疾病诊断为例）：探针法具体步骤（以疾病诊断为例）：抽取病人的组织或体液作为化验样品抽取病人的组织或体液作为化验样品将样品中的将样品中的DNA分离出来分离出来用化学法或热处理法使用化学法或热处理法使DNADNA解旋解旋将事先制作好的将事先制作好的DNA探针引入到化验样品中探针引入到化验样品中结果：结果：这些已知的经过标记的探针能够在化验样品中这些已知的经过标记的探针能够在化验样品
21、中找到互补链，并与之结合在一起；找不到互补链的找到互补链，并与之结合在一起；找不到互补链的DNA探针，则可以被洗脱。探针，则可以被洗脱。通过遗留在样品中的标记过的通过遗留在样品中的标记过的DNA探针，进行基因分探针，进行基因分析，就能检出病人所得的病。析，就能检出病人所得的病。例：例：（1）用）用DNA探针可迅速检出肝炎病毒、肠道病毒、探针可迅速检出肝炎病毒、肠道病毒、单纯疱疹病毒等单纯疱疹病毒等（2 2）珠珠蛋白的蛋白的DNADNA探针探针可检出镰刀型细胞贫血症可检出镰刀型细胞贫血症（3 3）苯丙氨酸羟化酶基因探针苯丙氨酸羟化酶基因探针可检出苯丙酮尿症；可检出苯丙酮尿症；（4 4）用白血病患
22、者细胞中分离出的）用白血病患者细胞中分离出的癌基因癌基因制备的制备的DNADNA 探针探针可可检测白血病检测白血病将大量特定序列的将大量特定序列的DNADNA片段有序地固定在玻片段有序地固定在玻片、尼龙膜等支持物片、尼龙膜等支持物上，从而能快速、准上，从而能快速、准确地对大量的确地对大量的DNADNA分子分子序列进行测定和分析序列进行测定和分析基因芯片基因芯片基因芯片基因芯片芯片被分隔成许多宽度芯片被分隔成许多宽度约为约为50m50m的小格，每的小格，每一个小格内都固定着一个小格内都固定着DNADNA探针。每一格上的探针。每一格上的DNADNA探针都各不相同。探针都各不相同。方法：方法：将待测
23、的将待测的DNADNA分子用分子用一种或几种限制性核酸内切一种或几种限制性核酸内切酶进行酶切，再把酶切片段酶进行酶切，再把酶切片段处理成单链并用荧光染料标处理成单链并用荧光染料标记，然后将它们滴加到芯片记，然后将它们滴加到芯片上与上与DNADNA探针杂交。凡与芯探针杂交。凡与芯片上的探针互补的酶切片段片上的探针互补的酶切片段能牢固地结合在特定的小格能牢固地结合在特定的小格中，而与各种探针不能互补中，而与各种探针不能互补的的DNADNA片段则被洗脱掉。最片段则被洗脱掉。最后，用一种特制的激光扫描后，用一种特制的激光扫描仪检测每个小格荧光信号的仪检测每个小格荧光信号的强度，通过计算机分析获得强度，
24、通过计算机分析获得被测被测DNADNA分子的序列信息。分子的序列信息。基因芯片基因芯片三、基因工程与生态环境保护三、基因工程与生态环境保护1 1）用基因工程产物用基因工程产物“超级细菌超级细菌”大大提高细大大提高细菌分解石油中的烃类的效率。菌分解石油中的烃类的效率。怎样通过基因工程方法净化被污染的环境？怎样通过基因工程方法净化被污染的环境？2 2）利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解有毒化合物、处理工业废水的研究也取得进展。有毒化合物、处理工业废水的研究也取得进展。例：例：用基因工程培养出用基因工程培养出“吞噬吞噬”汞和降解土壤中汞和降解土壤中DDT
25、DDT的细菌，及能够净化镉污染的植物。的细菌，及能够净化镉污染的植物。具体方法：具体方法：将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌超级细菌”。1 1）用基因工程产物用基因工程产物“超级细菌超级细菌”大大提高细大大提高细菌分解石油中的烃类的效率。菌分解石油中的烃类的效率。通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？通过基因工程方法怎样净化被污染的环境？2 2）利用转基因微生物吸收环境中的重金属、降解利用转基因微生物吸收环境中的重金
26、属、降解有毒化合物、处理工业废水的研究也取得进展。有毒化合物、处理工业废水的研究也取得进展。例：例：聚羟基烷酯能用于生产可降解的生物塑料；聚羟基烷酯能用于生产可降解的生物塑料；科学家正在尝试用转基因植物来生产聚羟基烷酯科学家正在尝试用转基因植物来生产聚羟基烷酯3 3）为解决废塑料污染问题，科学家正在利用基因为解决废塑料污染问题，科学家正在利用基因工程技术开发具有生物可降解的新型塑料，以代工程技术开发具有生物可降解的新型塑料，以代替不可降解的化学合成塑料。替不可降解的化学合成塑料。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”能十分灵敏能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而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大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。