第二節(jié)_基因工程及其應用

1、基因工程基因工程及其應用及其應用第第2節(jié)節(jié)視頻鏈接江蘇省濱海中學江蘇省濱海中學轉(zhuǎn)魚抗寒基轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄因的番茄轉(zhuǎn)基因鮭轉(zhuǎn)基因鮭魚魚高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具的農(nóng)作物和具有抗逆性的作有抗逆性的作物新品種物新品種.抗蟲害的玉米抗蟲害的玉米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? ? 豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮資料一：目前，資料一：目前，全球的氮肥生全球的氮肥生產(chǎn)耗費世界總產(chǎn)耗費世界總電力的電力的3%-4%，且農(nóng)作物只能且農(nóng)作物只能吸收氮肥的吸收氮肥的1/10,造成了大造成了大面積土壤和

2、水面積土壤和水質(zhì)的污染。質(zhì)的污染。資料分析引入資料分析引入 蜘蛛能夠吐出蛛絲蜘蛛能夠吐出蛛絲資料二：蛛絲是自資料二：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強之一，它具有極強的韌度，其韌度是的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞因為它們會互相吞食，所以不可能建食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。農(nóng)場。30多年來，多年來，科學家們一直試圖科學家們一直試圖找到利用其他生物找到利用其他生物體來制造蛛絲的辦體來制造蛛絲的辦法。法。 資料三資料三 以往，治療糖尿以往，治療糖尿病的

3、胰島素是從動病的胰島素是從動物胰腺中提取的，物胰腺中提取的，從從100千克豬、牛千克豬、牛等動物的胰腺只能等動物的胰腺只能提取提取34克胰島素，克胰島素，治療一個患者需宰治療一個患者需宰殺殺4050頭牛，頭牛，這種藥物的造價就這種藥物的造價就可想而知了。可想而知了。 微生物可以有分泌產(chǎn)物，微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快且微生物繁殖速率快基因工程基因工程：又叫做又叫做基因拼接技術(shù)基因拼接技術(shù)或或DNA重組技術(shù)重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到

4、另一種生物的細胞里，生物的細胞里，定向定向地改造生物的地改造生物的遺傳性狀遺傳性狀。原原 理理：操作水平操作水平：結(jié)結(jié) 果果：目的基因目的基因供體細胞供體細胞受體細胞受體細胞基因重組基因重組DNA分子水平分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。獲得人類所需要的品種。獲得新性狀獲得新性狀二、基因操作的工具二、基因操作的工具1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性內(nèi)切酶（限制酶）限制性內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割列，并在特定的切點上切割DNADNA分子。分子。專一性專一性如如

5、:EcoRI限制酶限制酶限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶（EcoREcoR）作用過作用過程程被同一種限制酶切斷的幾個被同一種限制酶切斷的幾個DNADNA是否是否具有相同的黏性末端？具有相同的黏性末端？思考思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT 嘗試寫出下列序列受嘗試寫出下列序列受EcoliI內(nèi)切酶作用后的黏性末端內(nèi)切酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 、基因的針線、基因的針線DN

6、ADNA連接酶連接酶連接酶的作用是：將互補配對的兩個黏性末連接酶的作用是：將互補配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的端連接起來，使之成為一個完整的DNADNA分子。分子。DNA連接酶的作用過程連接酶的作用過程基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶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用同種限制酶切割用同種限制酶切割DNA連接酶連接連接酶連接的是的是DNA骨架上骨架上的缺口，的缺口，不是不是堿堿基

7、間的氫鍵基間的氫鍵3 3、基因的運輸工具、基因的運輸工具運載體運載體運載體必須同時滿足三運載體必須同時滿足三個要求：個要求：具有一到多個限制酶的酶具有一到多個限制酶的酶切位點切位點, ,以便與外源基因連以便與外源基因連接接; ;能進入受體細胞并在受體能進入受體細胞并在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定存在并能復制、細胞內(nèi)穩(wěn)定存在并能復制、表達；表達；具有標記基因具有標記基因, ,便于目的便于目的基因的篩選基因的篩選. .3 3、基因的運輸工具、基因的運輸工具運載體運載體 常用的運載體：常用的運載體： 質(zhì)粒、噬菌體和質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等動植物病毒等標記基標記基因，便因，便于進行于進行檢測。檢測。 質(zhì)粒存在于質(zhì)

8、粒存在于許多細菌和酵母許多細菌和酵母菌等生物中菌等生物中, ,是細是細胞染色體外能夠胞染色體外能夠自主復制的很小自主復制的很小的環(huán)狀的環(huán)狀DNADNA分子分子. .三、基因工程基本步驟三、基因工程基本步驟1 1、獲取目的基因、獲取目的基因提取目的基因的方法提取目的基因的方法用限制酶切用限制酶切斷成許多片段斷成許多片段直接分離基因直接分離基因鳥槍法鳥槍法將供體生物的將供體生物的DNADNA用限制酶用限制酶切割為許多片段，再用運載體將切割為許多片段，再用運載體將這些片段都運載到受體生物的不這些片段都運載到受體生物的不同細胞中去。只要有一個細胞獲同細胞中去。只要有一個細胞獲得了需要的目的基因并得以表

9、達，得了需要的目的基因并得以表達，基因工程就算成功了?；蚬こ叹退愠晒α恕Ｔ摲ㄗ畲蟮娜秉c是該法最大的缺點是帶有很大帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。原核生物中去。人工合成基因法人工合成基因法DNADNA合成儀合成儀有兩種方法：有兩種方法：逆轉(zhuǎn)錄法逆轉(zhuǎn)錄法：以信使：以信使RNARNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利用脫氧核苷酸的作用下利用脫氧核苷酸合成合成DNA(DNA(基因基因) )?；瘜W合成法化學合成法：根據(jù)：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使出信使RNA

10、RNA核糖核苷酸順核糖核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因序，再據(jù)此推算出基因DNADNA的脫氧核苷酸順序。的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合用游離脫氧核苷酸直接合成相應的基因。成相應的基因。用與提取目的基因用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互與切口上的黏性末端互補配對后，在補配對后，在DNADNA連接連接酶的作用下連接形成重酶的作用下連接形成重組組DNADNA分子。分子。2 2、目的基因與運載體結(jié)合、目的基因與運載體結(jié)合3、將目的基因?qū)?/p>

11、入受體細胞、將目的基因?qū)胧荏w細胞導入導入擴增擴增常用的受體細常用的受體細胞：胞：菌類菌類和和動動植物細胞植物細胞4、目的基因的表達和檢測、目的基因的表達和檢測大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。檢測出來。 將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、

12、研究。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物第一步：獲取目的基因第一步：獲取目的基因基因工程基本步驟：基因工程基本步驟：第二步：目的基因與運載體結(jié)合第二步：目的基因與運載體結(jié)合第三步：將目的基因?qū)胧荏w細胞第三步：將目的基因?qū)胧荏w細胞第四步第四步: 目的基因的表達和檢測目的基因的表達和檢測？如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？ 轉(zhuǎn)化的實質(zhì)：轉(zhuǎn)化的實質(zhì)：基因重組基因重組 1 1、什么是基因工程、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? ?要使目的基因與對應的載體重組，所需的兩種酶是要使目的基因與對應

13、的載體重組，所需的兩種酶是( )( ) 限制酶限制酶DNADNA連接酶連接酶解旋酶解旋酶還原酶還原酶 2.2.基因工程的正確操作步驟是（）基因工程的正確操作步驟是（）使目的基因與運載體結(jié)合使目的基因與運載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細胞將目的基因?qū)胧荏w細胞檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求提取目的基因提取目的基因 3.3.實施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因?qū)嵤┗蚬こ痰牡谝徊降囊环N方法是把所需的基因從供體細胞內(nèi)分離出來，這要利用限制性內(nèi)切酶。一從供體細胞內(nèi)分離出來，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識別分子的順種限制性內(nèi)切酶能識別分子的順

14、序，切點在和之間，這是利用了酶的（）序，切點在和之間，這是利用了酶的（） 高效性專一性高效性專一性 多樣性催化活性易受外界影響多樣性催化活性易受外界影響采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導入目的基采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導入目的基因的作法正確的是（）因的作法正確的是（）將毒素蛋白注射到棉受精卵中將毒素蛋白注射到棉受精卵中將編碼毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中將編碼毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中將編碼毒素蛋白的序列，與質(zhì)粒重組，導入將編碼毒素蛋白的序列，與質(zhì)粒重組，導入 細菌，用該細菌感染棉的體細胞，在進行組織培養(yǎng)細菌，用該細菌感染棉的體細胞，在進行組織培養(yǎng)將編碼毒素蛋白的序列，與細

15、菌質(zhì)粒重組，將編碼毒素蛋白的序列，與細菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進入受精卵中注射到棉的子房并進入受精卵中 細菌和人是差異非常細菌和人是差異非常大的兩種生物大的兩種生物, ,為什么通過為什么通過基因重組后基因重組后, ,細菌能夠合成細菌能夠合成人體的某些蛋白質(zhì)呢人體的某些蛋白質(zhì)呢? ?水母1、基因工程與作物育種、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄因的番茄獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具有抗逆性的作物新品種。有抗逆性的作物新品種。生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚魚( (中國中

16、國) )乳汁中含有人生長激素的乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛轉(zhuǎn)基因牛( (阿根廷阿根廷) )獲得人們所需要的和具有優(yōu)良品質(zhì)的獲得人們所需要的和具有優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因動物2 2、基因工程與藥物研制、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因我國生產(chǎn)的部分基因工程疫苗和藥物工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取是從生物組織中提取的。受材料來源限制的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因

17、導入微生物細胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動物的胰胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。格之高可想而知。將合成的胰島將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿素基因?qū)氪竽c桿菌，每菌，每2000L2000L培養(yǎng)液培養(yǎng)液就能產(chǎn)生就能產(chǎn)生100g100g胰島胰島素！使其價格降低素！使其價格降低了了30%-50%!30%-50%!3 3、環(huán)境保護、

18、環(huán)境保護基因工程做成的基因工程做成的“超級超級細菌細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的育成功的“超級細菌超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDTDDT等毒害物質(zhì)。等毒害物質(zhì)。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”能十分靈敏地能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死

19、亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。環(huán)境檢測環(huán)境檢測：用：用DNA探針檢測水中病毒的含量探針檢測水中病毒的含量4、其他、其他 基因診斷基因診斷：如用：如用基因探針基因探針檢測肝類病毒、檢測肝類病毒、診斷遺傳病診斷遺傳病 基因治療：基因治療：把健康的把健康的外源基因?qū)胪庠椿驅(qū)胗谢蛴谢蛉毕莸募毎校_到治療疾病的目的。缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性 閱讀閱讀P105資料分析，討論：資料分析，討論： 你認為應該如何對待轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因你認為應該如何對待轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題？食品的安

20、全性問題？轉(zhuǎn)基因生物與食物安全轉(zhuǎn)基因生物與食物安全 反對實質(zhì)性等同。反對實質(zhì)性等同。 擔心滯后效應。擔心滯后效應。 擔心出現(xiàn)新的過敏原。擔心出現(xiàn)新的過敏原。 擔心營養(yǎng)成分改變。擔心營養(yǎng)成分改變。 把動物蛋白轉(zhuǎn)入農(nóng)作把動物蛋白轉(zhuǎn)入農(nóng)作物是否侵犯了素食者物是否侵犯了素食者的權(quán)益？的權(quán)益？ 實質(zhì)性等同是轉(zhuǎn)基因?qū)嵸|(zhì)性等同是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全性評價的農(nóng)作物安全性評價的起點而非終點。起點而非終點。 多環(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩喹h(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩栽u價，可以保證轉(zhuǎn)性評價，可以保證轉(zhuǎn)基因食物的安全。基因食物的安全。 科學家審慎的態(tài)度?？茖W家審慎的態(tài)度。 沒有轉(zhuǎn)基因食物影響沒有轉(zhuǎn)基因食物影響人體健康的實例。人體健康的實例。

21、 舉證排除法。舉證排除法。轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全 會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 重組的微生物在降解某些重組的微生物在降解某些化合物時所產(chǎn)生的中間產(chǎn)化合物時所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可能造成二次污染。物，可能造成二次污染。 重組重組DNA與微生物雜交可與微生物雜交可能產(chǎn)生對人類有害的病原能產(chǎn)生對人類有害的病原微生物。微生物。 轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有的毒蛋白通過食物鏈有可的毒蛋白通過食物鏈有可能進入動物或人體。能進入動物或人體。 轉(zhuǎn)入的是自然界已有的基轉(zhuǎn)入的是自然界已有的基因，不會破壞生態(tài)系統(tǒng)因，不會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。 可以減少農(nóng)藥

22、用量?？梢詼p少農(nóng)藥用量。 抗除草劑農(nóng)作物使農(nóng)田管抗除草劑農(nóng)作物使農(nóng)田管理更容易。理更容易。 新聞報道不實，公眾的過新聞報道不實，公眾的過分擔憂。分擔憂。雀巢:堅持使用轉(zhuǎn)基因原料 稱安全性已經(jīng)被證明 我國的行動 2001年年5月，國務院公布月，國務院公布農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例安全管理條例，對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研，對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗、生產(chǎn)和加工、經(jīng)營和進出口等究和試驗、生產(chǎn)和加工、經(jīng)營和進出口等作了具體規(guī)定。作了具體規(guī)定。 趨利避害，不能因噎廢食。趨利避害，不能因噎廢食。練習題例題例題1:請寫出下面各項培育方法：請寫出下面各項培育方法：（1）通過花藥離體培養(yǎng)再用秋水仙素加倍得到煙草新品種的方法是）通過花藥離體培養(yǎng)再用秋水仙素加倍得到煙草