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1、第2节基因工程及其应用课件公开课现在学习的是第1页，共43页谁能告诉我这是谁能告诉我这是？现在学习的是第2页，共43页谁能告诉我这是谁能告诉我这是？现在学习的是第3页，共43页基因工程及其应用基因工程及其应用第六章第第六章第2节节现在学习的是第4页，共43页基因工程：基因工程：即即 。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种。通俗地说，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，细胞里，地改造生物的地改造生物的 。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
2、水平分子水平定向定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。要的品种。基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术定向定向遗传性状遗传性状目的基因目的基因供体细胞供体细胞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5页，共43页解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具关键步骤一的工具：关键步骤一的工具：关键步骤二的工具：关键步骤二的工具：关键步骤三的工具：关键步骤三的工具：基因的基因的剪刀剪刀限制性内切酶限制性内切酶基因的基因的针线针线DNA连接酶连接酶基因的基因的运载
3、工具运载工具运载体运载体现在学习的是第6页，共43页1、基因工程的、基因工程的DNADNA限制性内切酶限制性内切酶(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制酶一种限制酶只能识别只能识别一种特定的核苷酸一种特定的核苷酸序列序列,并在并在特定切点特定切点切割切割DNADNA分子分子已发现的有已发现的有500500多种多种种类种类:来源来源:特点特点:“”作用于：作用于：磷酸二酯键磷酸二酯键现在学习的是第7页，共43页AGCTAGCTP脱氧脱氧核糖核糖PPP脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖DNADNA分子是由两条分子是由两条反向平行反向平行的脱氧核苷酸链盘旋的脱氧核苷酸
4、链盘旋成成双螺旋结构双螺旋结构。脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链脱脱氧氧核核苷苷酸酸链链脱氧脱氧核糖核糖P脱氧脱氧核糖核糖P脱氧脱氧核糖核糖P脱氧脱氧核糖核糖P脱氧核脱氧核苷酸苷酸磷酸二磷酸二酯键酯键现在学习的是第8页，共43页CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端现在学习的是第9页，共43页被同一种限制酶切断的两个被同一种限制酶切断的两个
5、DNADNA是否具有相同是否具有相同的黏性末端？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CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 现在学习的是第10页，共43页甲片段甲片段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：相邻的两个脱氧核苷是：相邻的两个脱氧核苷酸的切口。即生成：酸的切口。即生成
6、：磷酸二酯键。磷酸二酯键。2、基因工程的、基因工程的“”现在学习的是第11页，共43页3、基因的运载体、基因的运载体（3 3）条条 件件能够在宿主细胞中能够在宿主细胞中复制复制并并稳定地稳定地保存保存具有具有多个限制酶切点多个限制酶切点，以便与外源基因，以便与外源基因连接连接具具有标记基因有标记基因，便便于进行筛选于进行筛选（2 2）常用）常用的运载体：的运载体：质粒、噬菌体和动、植物病毒等质粒、噬菌体和动、植物病毒等（1 1）概念）概念现在学习的是第13页，共43页 标记基标记基因，便因，便于进行于进行检测。检测。质粒质粒存在于许多细菌存在于许多细菌和酵母菌等生物中和酵母菌等生物中,是能够自
7、主复制的是能够自主复制的很小的环状很小的环状DNADNA分子分子。现在学习的是第14页，共43页o作为基因的运输工具作为基因的运输工具运载体，必需具备的条运载体，必需具备的条件之一及理由是件之一及理由是（）A、能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以、能在宿主细胞中稳定地保存下来并大量复制，以便提供大量的目的基因便提供大量的目的基因B、具有多个限制酶切点，以便目的基因表达、具有多个限制酶切点，以便目的基因表达C、具某些标记基因，以便于为目的基因的表达提供、具某些标记基因，以便于为目的基因的表达提供条件条件D、能在宿主细胞中复制并稳定保存，以便进行筛选、能在宿主细胞中复制并稳定保存，以便进行筛
8、选A现在学习的是第15页，共43页从细胞中分从细胞中分离出离出DNA从大肠杆菌中从大肠杆菌中提取质粒提取质粒限制限制 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 接酶接酶目的基因导入受目的基因导入受体细胞体细胞目的基因的检测目的基因的检测与鉴定与鉴定三、基因工程操作的基本步骤三、基因工程操作的基本步骤现在学习的是第16页，共43页现在学习的是第17页，共43页抗虫棉抗虫棉抗抗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现在学习的是第18页，共43页现在学习的是第19页，共43页抗虫转基因植物现在学习的是第20
9、页，共43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转基因牛(阿根廷阿根廷)现在学习的是第21页，共43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因转鱼抗寒基因的番茄的番茄现在学习的是第22页，共43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是许多药品的生产是从生物组织中提取的。从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂限，其价格往往十分昂贵。贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工
10、业化微生物生长迅速，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生物生产。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，不但能解决产量问细胞内，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。题，还能大大降低生产成本。现在学习的是第23页，共43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的的胰岛素，其产量之低和价格之高可想胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。而知。将合成的胰岛素基将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每因导入大肠杆菌，每2000L2
11、000L培养液就能产生培养液就能产生100g100g胰岛素！使其价胰岛素！使其价格降低了格降低了30%-50%!30%-50%!现在学习的是第24页，共43页 临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基临床常见的生长激素，干扰素和乙肝疫苗等药物都可以用基因工程来大规模生产因工程来大规模生产1987年开始上市的干扰素年开始上市的干扰素生产胰岛素历史？现在学习的是第25页，共43页基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解能吞食和分解多种污染环境的物质。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
12、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，分解科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质的细菌。等毒害物质的细菌。3、环境污染治理、环境污染治理现在学习的是第26页，共43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。现在学习的是第27页，共43页4、动物乳腺生物反应器 动物乳腺
13、生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。现在学习的是第28页，共43页现在学习的是第29页，共43页 转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!现在学习的是第30页，共43页转基因植物的安全性争基因植物的安全性争论o支持派认为：如果转基因农业生物技术得不支持派认为：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，并且强调，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害人体健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
14、证据。康和环境的确切证据。现在学习的是第31页，共43页o美国人食用美国人食用转基因食品已基因食品已多年，多年，超超级市市场上上有有4000多种商品是含多种商品是含有有转基基因因植物成分的植物成分的，还没有事例没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会明人吃了以后会得病，甚至会引引起起死亡。死亡。加拿大、澳大利加拿大、澳大利亚也是也是转基因食品的生基因食品的生产大大国，均国，均有几有几千万人在千万人在吃吃，到，到现在在为止也没止也没有有个案例个案例说明它明它有有问题。现在学习的是第32页，共43页反对派的观点反对派的观点o一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠
15、免疫系统功能；鼠免疫系统功能；o美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害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。蝴蝶幼虫及其相关生态环境。现在学习的是第33页，共43页o环保团体认为这种违反自然的转基因作物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，长期食用可及产品，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。能对人类及生态环境造成负面影响。o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。现在学习的是第34页，共43
16、页操作复杂，难度大操作复杂，难度大目的性强，育种时间短，克服了远缘杂交的障碍目的性强，育种时间短，克服了远缘杂交的障碍基因重组基因重组基因工程育种小结：基因工程育种小结：1 1、原理：、原理：2 2、主要操作过程：、主要操作过程：3 3、优点：、优点：4 4、缺点：、缺点：1.1.目的基因的提取目的基因的提取2.2.目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合3.3.目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞4.4.目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达现在学习的是第35页，共43页例例1.1.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改造沙漠方面显示了
17、良好的前景和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公司将荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、如甜菜、马铃薯等马铃薯等)中并获得有效表达，使中并获得有效表达，使“工程植物工程植物”增强了增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：（2）基因表达的含义是：）基因表达的含义是：（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：（4）基因工程操作中的工具是：）基因工程操作中的工具是：海藻糖合成酶基因的获取海藻糖合成酶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
18、将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测基因基因通过通过转录转录、翻译翻译合成蛋白质，体现出相合成蛋白质，体现出相应的性状应的性状酶基因酶基因 mRNA mRNA 海藻糖合成酶海藻糖合成酶转录转录翻译翻译限制性核酸内切酶；限制性核酸内切酶；DNADNA连接酶；运载体连接酶；运载体现在学习的是第36页，共43页高考链接高考链接 （20092009上海）人体细胞内含有抑制癌症发上海）人体细胞内含有抑制癌症发生的生的P53P53基因，生物技术可对此类基因的变化进基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。行检测。（1 1）目的基因的获取方法通常包括）目的基因的获取方法通常包括_和
19、和_。从细胞中分离从细胞中分离 通过化学方法人工合成通过化学方法人工合成现在学习的是第37页，共43页限制E 识别序列限制E 识别序列正常人患者部分基因区域 （2 2）上图表示从正常人和患者体内获取的）上图表示从正常人和患者体内获取的P53P53基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改编的碱基基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改编的碱基对，这种变异被称为对，这种变异被称为_。基因突变基因突变 现在学习的是第38页，共43页 （3 3）已知限制酶）已知限制酶E E识别序列为识别序列为CCGG,CCGG,若
20、用限制酶若用限制酶E E分分别完全切割正常人和患者的别完全切割正常人和患者的P53P53基因部分区域（见上图）基因部分区域（见上图），那么正常人的会被切成，那么正常人的会被切成_个片段，而患者的个片段，而患者的则被切割成长度为则被切割成长度为_对碱基和对碱基和_对碱基的对碱基的两种片段。两种片段。解析解析:正常人p53基因具有两个限制酶E的识别序列，完全切割后可产生三个片段，患者p53基因中只有一个限制酶E的识别序列发生突变，且突变点位于识别位点内，这样患者就只有一个限制酶E的识别序列，切割后产生两个片段，分别为290+170=460对碱基，220对碱基。3 3 460 460 220220
21、现在学习的是第39页，共43页 （4 4）如果某人的）如果某人的P53P53基因部分区域经限制基因部分区域经限制酶酶E E完全切割后，共出现完全切割后，共出现170170、220220、290290和和460460碱基对的四种片段，那么该人的基因型是碱基对的四种片段，那么该人的基因型是_（以（以P+P+表示正常基因，表示正常基因，PnPn表示异表示异常基因）。常基因）。解析：正常人经限制酶E完全切割后产生三个片段，290对碱基、170对碱基和220对碱基，患者产生两个片段460对碱基和220对碱基，则该人的基因型应为P+P-。P+P-P+P-现在学习的是第40页，共43页1.1.人体某蛋白质在
22、细胞中合成后必须经过内质人体某蛋白质在细胞中合成后必须经过内质网和高尔基体的进一步加工方能分泌到细胞外，欲网和高尔基体的进一步加工方能分泌到细胞外，欲通过转基因技术使编码该蛋白质的基因得以表达最通过转基因技术使编码该蛋白质的基因得以表达最终获得成熟蛋白，下列适于充当受体细胞的是终获得成熟蛋白，下列适于充当受体细胞的是()A A大肠杆菌大肠杆菌B B酵母菌酵母菌C C噬菌体噬菌体D D质粒质粒B课堂练习课堂练习现在学习的是第41页，共43页6.19786.1978年美国科学家利用转基因技术，将人类的胰岛年美国科学家利用转基因技术，将人类的胰岛素基因拼接到大肠杆菌素基因拼接到大肠杆菌DNADNA中
23、，然后通过大肠杆菌的繁殖，中，然后通过大肠杆菌的繁殖，生产出人类胰岛素药物。请回答：生产出人类胰岛素药物。请回答：从分子结构看，细菌中的质粒是一种从分子结构看，细菌中的质粒是一种；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质粒这种增；质粒能随细菌的细胞分裂而增加，质粒这种增殖方式在遗传学上称为殖方式在遗传学上称为 。基因工程中常采用质粒作为基因工程中常采用质粒作为。DNA DNA DNADNA复制复制 运载体运载体 现在学习的是第42页，共43页拼接到大肠杆菌拼接到大肠杆菌DNADNA中的人胰岛素基因与人体细胞中中的人胰岛素基因与人体细胞中的胰岛素基因是否相同？为什么？的胰岛素基因是否相同？为什么？人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的人的胰岛素基因能在大肠杆菌细胞中表达，合成人的胰岛素，说明不同生物胰岛素，说明不同生物 。不同，体细胞中的胰岛素基因上含有内含子，而不同，体细胞中的胰岛素基因上含有内含子，而拼接到大肠杆菌拼接到大肠杆菌DNADNA上的胰岛素基因是经过加工的，上上的胰岛素基因是经过加工的，上面不含内含子。面不含内含子。共用一套密码子共用一套密码子现在学习的是第43页，共43页