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1、Content第第2 2节节 基因工程及其应用基因工程及其应用“嫁接嫁接”了人胰岛素基因的大肠杆菌了人胰岛素基因的大肠杆菌19821982年第一例转基因动物问世。科学家将大鼠的生年第一例转基因动物问世。科学家将大鼠的生长激素基因导入小鼠体内，使小鼠体重为正常个体长激素基因导入小鼠体内，使小鼠体重为正常个体的二倍，被称为的二倍，被称为 超级小鼠超级小鼠。转基因超级小鼠转基因超级小鼠转基因猴转基因猴“安迪安迪”基因工程及基因工程及其应用其应用第第2 2节节 即即 （）通俗的说，就是按照人们的意愿，把通俗的说，就是按照人们的意愿，把一一种生物的某种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，种基因提取出来
2、，加以修饰改造，然后放到然后放到另一种生物另一种生物的细胞里，的细胞里，地改造生物的地改造生物的 。基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术遗传性状遗传性状基因工程基因工程定向定向【例【例1 1】科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴】科学家们经过多年的努力，创立了一种新兴的生物技术的生物技术基因工程，实施该工程的最终目的基因工程，实施该工程的最终目的是（是（）A.A.定向提取生物体的定向提取生物体的DNADNA分子分子 B.B.定向地对定向地对DNADNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”C.C.在生物体外对在生物体外对DNADNA分子进行改造分子进行改造 D.D.定向地改
3、造生物的遗传性状定向地改造生物的遗传性状D D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改造生物的遗传性状，地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。获得人类所需要的品种。“嫁接嫁接”了人胰岛素基因的大肠杆菌了人胰岛素基因的大肠杆菌问题探讨：问题探讨：1、为什么能把人的基因嫁接到、为什么能把人的基因嫁接到细菌上？细菌上？2、如何利用大肠杆菌生产胰岛如何利用大肠杆菌生产胰岛素素？培育培育“合成人胰岛素合成人胰岛素”大肠杆菌的简要过程：大肠杆菌的简要过程：要实现上述操作关要实现上述操作关要实现上述操作关要实现上述操作关键步骤有哪些？键步
4、骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪些？提取提取提取提取胰岛素基因胰岛素基因导入导入导入导入大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌(含胰岛素基因含胰岛素基因含胰岛素基因含胰岛素基因)分泌胰岛素分泌胰岛素分泌胰岛素分泌胰岛素与运载体结合与运载体结合与运载体结合与运载体结合普通大肠杆菌普通大肠杆菌 不能分泌胰岛素不能分泌胰岛素人体某组织细胞人体某组织细胞 分泌胰岛素分泌胰岛素 培育转基因大肠杆菌的关键步骤：培育转基因大肠杆菌的关键步骤：1 1胰岛素基胰岛素基因从人体因从人体细胞内细胞内提提取取出来出来2 2胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连连接接3 3胰岛素基因胰岛素基因导入导入受体细受体
5、细胞胞(大肠杆菌大肠杆菌)基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶DNADNA连接酶连接酶运载体运载体基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运输工具基因的运输工具基因的运输工具基因的运输工具1、基因工程的、基因工程的限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(限制酶限制酶)主要存在于微生物主要存在于微生物一种限切酶一种限切酶只能识别只能识别一种一种特定的核苷酸序列特定的核苷酸序列,并在并在特特定切点定切点切割切割DNADNA分子分子特点特点:剪刀：剪刀：EcoRI1、该限制酶只能识别、
6、该限制酶只能识别GAATTC的序列，的序列，说明了限制酶具有的特性是说明了限制酶具有的特性是 。2、EcoRI限制酶识别了限制酶识别了GAATTC的序列后，的序列后，将会发生什么样的变化？将会发生什么样的变化？专一性专一性1、基因工程的、基因工程的反向反向重复重复作用于：作用于：磷酸二酯键磷酸二酯键切割切割DNADNA分子分子两个脱氧核两个脱氧核苷酸之间的苷酸之间的磷酸二酯键磷酸二酯键。GGATTC CTAAACGG GATTC科学探索一：科学探索一：如何如何“切割切割”目的基因？目的基因？ATGAATTCA CTGAATTCG TACTTAAGT GACTTAAGC目的目的基因基因CTTCA
7、TG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAA AATTCCGTAG EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 作用于：作用于：磷酸二酯键磷酸二酯键EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAA AATTCCGTAG 黏性末端黏性末端目的基因目的基因小结：每种限制酶只能识别双链小结：每种限制酶只能识别双链DNA分子的某种分子的某种_；并使每一条链中特定部位的两
8、个核并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的苷酸之间的_断开，断开，2、基因工程的、基因工程的DNADNA连接酶连接酶作用：作用：将互补配对的两个粘性末端将互补配对的两个粘性末端连接起来，使之成为一个完连接起来，使之成为一个完整的整的DNADNA分子分子针线：针线：使用使用DNA连接酶制作重组连接酶制作重组DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG GGCATCTTAAAATTCCGTAG DNADNA连接酶的作用位点连接酶的作用位点是：相邻的两个脱氧是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。
9、即生成：核苷酸的切口。即生成：_。磷酸二酯键磷酸二酯键探索二：探索二：如何拼接两个如何拼接两个DNA分子？分子？质粒质粒存在于许多细存在于许多细菌和酵母菌等生物菌和酵母菌等生物中中,是能够自主复是能够自主复制的制的很小的环状很小的环状DNADNA分子分子。3、基因的运载体、基因的运载体质粒等质粒等条条 件件能能复复制制,稳稳定地定地保存保存具有具有限制酶切点限制酶切点具具有标记基因有标记基因如何让大肠杆菌生产人胰岛素？从细胞中分从细胞中分离出离出DNA从大肠杆菌从大肠杆菌中提取质粒中提取质粒限制限制 酶酶提取目的基因提取目的基因限制酶限制酶目的基因与运目的基因与运载体结合载体结合DNA连连 接
10、酶接酶目的基因导入目的基因导入受体细胞受体细胞目的基因的表目的基因的表达与检测达与检测三、基因工程操作的基本步骤三、基因工程操作的基本步骤19931993年，中国农业科学院的科学家成功培育出了抗棉年，中国农业科学院的科学家成功培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。他们从苏云金芽孢杆菌中提取铃虫的转基因抗虫棉。他们从苏云金芽孢杆菌中提取出抗虫基因，导入棉花体细胞中，使棉花具有抵抗虫出抗虫基因，导入棉花体细胞中，使棉花具有抵抗虫害的能力。问：害的能力。问：(1)(1)在上述基因工程中目的基因是在上述基因工程中目的基因是_,_,切割目切割目的基因所用的工具是的基因所用的工具是 _._.(2)(2)不同生物
11、间基因移植成功说明生物共用一套不同生物间基因移植成功说明生物共用一套_,_,从进化的角度看，这些生物具有从进化的角度看，这些生物具有_._.(3)(3)在在DNADNA分子中分子中“拼接拼接”上某个基因或上某个基因或“切割切割”掉某掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有_。(4)(4)导入的目的基因成功表达的标志是什么？导入的目的基因成功表达的标志是什么？_._.抗虫基因抗虫基因限制酶限制酶遗传密码遗传密码共同的原始祖先共同的原始祖先相对的独立性相对的独立性棉花体细胞合成了相应的蛋白质，使棉花具有抵抗虫害的能力棉花体细胞合成了相应的蛋白质，
12、使棉花具有抵抗虫害的能力思考题思考题二、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2 2、基因工程与药物研制：、基因工程与药物研制：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：抗虫棉抗虫棉抗抗CMVCMV甜椒甜椒抗虫原理？抗虫结果？抗虫原理？抗虫结果？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鱼抗寒基因转鱼抗寒基因的番茄的番茄2 2、基因工程与药物研制、基因工程与
13、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，适于大规模工业微生物生长迅速，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入微化生产。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，不但能解决生物细胞内，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。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
14、腺中提取，腺中提取，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培养液就能培养液就能产生产生100g100g胰岛素！使胰岛素！使其价格降低了其价格降低了30%-30%-50%!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
15、功的“超超级细菌级细菌”却能分解石却能分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 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大量死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亡，甚至还可以吸收和转化污染物。用口径为用口径为用口径为用口径为1m1m的的的的DNADNA注射器注射器注射器注射器，将，将，将，将大量的目的基因
16、片段注入到大量的目的基因片段注入到大量的目的基因片段注入到大量的目的基因片段注入到受精卵的核受精卵的核受精卵的核受精卵的核内，然后把经过注射的受精卵内，然后把经过注射的受精卵内，然后把经过注射的受精卵内，然后把经过注射的受精卵移植移植移植移植到另到另到另到另一只雌性动物的一只雌性动物的一只雌性动物的一只雌性动物的子宫子宫子宫子宫内，使内，使内，使内，使受精卵发育受精卵发育受精卵发育受精卵发育为转基因动物。为转基因动物。为转基因动物。为转基因动物。什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？什么叫显微注射技术？在猴子的未受精卵中加入附加基因，在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用
17、它成功培育出健康活泼的小猴并利用它成功培育出健康活泼的小猴“安迪安迪”。通过对通过对“安迪安迪”的研究我们可以的研究我们可以简单地引进如老年性痴呆病的基因、简单地引进如老年性痴呆病的基因、帕金森病基因等，加快针对这类疾病帕金森病基因等，加快针对这类疾病疫苗的开发研究。疫苗的开发研究。转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!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
18、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多年，超级美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有市场上有4000多种商品是含有转基因多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。以后会得病，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有在为止也没有个案例说明它有问题个案例说明它有问题。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
19、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。细菌和人是差异非常大的两种生物,通过基因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么
20、？这可不是普通的细这可不是普通的细菌，它是嫁接了人菌，它是嫁接了人胰岛素基因的工程胰岛素基因的工程菌，能大量合成人菌，能大量合成人胰岛素。胰岛素。人和细菌共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码基因工程的“四步曲”提取提取目的基因目的基因1目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合2将目的基因将目的基因导入导入受体细胞受体细胞3目的基因的目的基因的检测检测和和表达表达4基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.基因的剪刀基因的剪刀 限制酶限制酶2.基因的针线基因的针线 连接酶连接酶 3.基因的运输工具基因的运输工具 运载体运载体 基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤1.目的基因的目的基因的提取提取2.目的基因与运载体目的基因与运载体结合结合3.目的基因目的基因导入导入受体细胞受体细胞4.目的基因的目的基因的检测检测与与表达表达一、基因工程的原理二、基因工程的应用三、转基因和转基因食品的安全性