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1、第二节基因工程及其应用第二节基因工程及其应用 高考一轮复习高考一轮复习 第六章从杂交育种到基因工程什么叫基因工程什么叫基因工程?基因工程的工具？基因工程的工具？基因工程基因工程 的基本操作步骤有哪些的基本操作步骤有哪些?归纳出科学家实施基因工程归纳出科学家实施基因工程 的总体思路的总体思路阅读教材阅读教材 P102，解决以下问题：，解决以下问题：v 又称又称基因拼接技术基因拼接技术,或或重组重组DNA 技术技术。v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，把一种生物一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到到另一种生物另一种生
2、物的细胞里，的细胞里，定向定向的改造生物的遗的改造生物的遗传性状。传性状。基因工程基因工程(gene engineering)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地改造生物的遗传性状，定向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。基因工程基因工程(gene engineering)培育转基因大肠杆菌的简要过程：培育转基因大肠杆菌的简要过程：你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪
3、些？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)人体组织细胞人体组织细胞提取提取提取提取胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入大肠杆菌大肠杆菌(含含胰岛素基因胰岛素基因)转基因大肠杆菌转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素能分泌胰岛素)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.ONE1.ONE胰岛素基胰岛素基因从人体因从人体细胞内提细胞内提取出来取出来2.TWO2.TWO胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连连接接3.THREE3.THREE胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体(大肠杆菌大肠杆菌)细胞
4、细胞基因的基因的“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如如:EcoRI1、该限制酶只能识别、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？积极思考专一性专一性1.基因的基因的剪刀剪刀限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 基因操作(gene engineering)的工具CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 练习使用练习使用EcoRI 剪
5、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主要在微生物中。主要在微生物中。特异性特异性，即识别特定核苷酸序，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。列，切割特定切点。产生黏性未端（碱基互补配对）。产生黏性未端（碱基互补配对）。大肠杆菌的一种限制酶能识别大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。1 1、基因的剪刀、基因的剪刀限制性内切酶限制性内切酶200200多种多种高考总复习高考总复习生物生物2.分子针线分
6、子针线DNA连接酶连接酶(DNA linking-enzyme)积极思考DNA连接酶连接的是两个脱氧连接酶连接的是两个脱氧核苷酸核苷酸(deoxyribonucleotide)分子分子的什么部位？的什么部位？基因操作(gene engineering)的工具（1 1）作用对象：两个具有相同粘性末端的）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNADNA片段。片段。（2 2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸二酯键）。二酯键）。（3 3）作用结果：形成重组）作用结果：形成重组DNADNA。3、基因的、基因的“针线针线”指指DNA连接酶连接酶基因的针线：基因
7、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 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目的基因目的基因(如人的胰岛素基因如人的胰岛素基因)怎样才能怎样才能导入受体细胞导入受体细胞(如大肠杆菌细胞如大肠杆菌细胞)？3.基因的运输工具基因的运输工具运载体运载体(carrying)常用的运载体常用的运载体(carrying)有两类：有两类：1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒(plasmid)2）噬菌体
8、噬菌体(bacteriophages)或某些或某些动植物病毒动植物病毒(virus)基因操作(gene engineering)的工具大肠杆菌的大肠杆菌的质粒质粒(plasmid)：运载体运载体(carrying)应该应该具有什么特具有什么特点呢点呢?基因操作(gene engineering)的工具运载体运载体(carrying)1 1能够在宿主细胞内能够在宿主细胞内复复制制并稳定保存；并稳定保存；具有具有多个限制酶切多个限制酶切点点以便与外源基因相以便与外源基因相连；连；具有具有标记基因标记基因，便，便于进行筛选于进行筛选基因工程(gene engineering)的“四步曲”提取提取目的
9、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412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 限制性内切酶限制性内切酶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基因工程基因工程(gene engineering)的原理的原理（一）、基因工
10、程与作物育种（一）、基因工程与作物育种 1、在农作物生产方面、在农作物生产方面目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优良作物及新品种。良作物及新品种。优点：降低生产成本，减少农药的使用优点：降低生产成本，减少农药的使用对环境的危害，提高农作物对不良环境对环境的危害，提高农作物对不良环境的适应能力。的适应能力。转抗寒基因的转抗寒基因的番茄番茄（一）、基因工程与作物育种（一）、基因工程与作物育种 2、在畜牧养殖方面、在畜牧养殖方面 科学家利用基因工程的方法培育出了转基科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。
11、生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基因鱼因鱼(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)(二）、基因工程与药物研制二）、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是从生物组织生物组织中提取中提取的。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，适于大规模工微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因将生物合成相应药物成分的基因导导入微生物细胞内，让它们产生相应
12、的药物，不但入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。能解决产量问题，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%!优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本优点：能够高
13、效率地生产出各种高质量，低成本的药品。的药品。（三）、环境保护（三）、环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超超级细菌级细菌”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。例例1.1.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠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
14、方面显示了良好的前景农业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家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公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如甜菜、马铃薯等如甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使中并获得有效表达，使“工工程植物程植物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：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
15、因导入受体细胞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，体合成蛋白质，体现出相应的性状现出相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
16、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v基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶v基因的基因的“针线针线”DNADNA连接酶连接酶 v基因的运输工具基因的运输工具运载体（质粒）运载体（质粒）1.基因工程的概念基因工程的概念2.基因工程操作的基本工具基因工程操作的基本工具3.基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤v 目的基因提取目的基因提取v 目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合v 目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞v 目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定4.基因工程育种基因工程育种