上課用-基因工程及其應(yīng)用資料

第二節(jié)

《基因工程及其應(yīng)用》第六章《從雜交育種到基因工程》能發(fā)光的水母請(qǐng)您欣賞能否能否讓熱帶魚(yú)也能發(fā)光?設(shè)想不能發(fā)光的熱帶斑馬魚(yú)請(qǐng)您欣賞超級(jí)小鼠與超級(jí)魚(yú)能產(chǎn)生人胰島素的大腸桿菌請(qǐng)您欣賞基因“嫁接”什么叫基因工程?基因工程的基本操作步驟有哪些?歸納出科學(xué)家實(shí)施基因工程的總體思路閱讀教材P102，解決以下問(wèn)題：能力體現(xiàn)

又稱基因拼接技術(shù),或重組DNA技術(shù)。

通俗的說(shuō)，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來(lái)，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細(xì)胞里，定向的改造生物的遺傳性狀。基因工程(geneengineering)原理：操作水平：結(jié)果：基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種?；蚬こ?geneengineering)培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的簡(jiǎn)要過(guò)程：你認(rèn)為上述培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌(不能分泌胰島素)人體組織細(xì)胞提取胰島素基因與運(yùn)載體DNA拼接導(dǎo)入大腸桿菌(含胰島素基因)轉(zhuǎn)基因大腸桿菌(能分泌胰島素)實(shí)例展示培育轉(zhuǎn)基因大腸桿菌的關(guān)鍵步驟：1.ONE胰島素基因從人體細(xì)胞內(nèi)提取出來(lái)2.TWO胰島素基因與運(yùn)載體DNA連接3.THREE胰島素基因?qū)胧荏w(大腸桿菌)細(xì)胞基因的“剪刀”基因的“針線”基因的運(yùn)載體如:EcoRI1、該限制酶只能識(shí)別GAATTC的序列，說(shuō)明了限制酶具有的特性是

。2、EcoRI限制酶識(shí)別了GAATTC的序列后，將會(huì)發(fā)生什么樣的變化？積極思考專一性1.基因的剪刀—限制性核酸內(nèi)切酶基因操作(geneengineering)的工具模型構(gòu)建1CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG練習(xí)使用EcoRI

剪切目的基因CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTGGCATCTTAAAATTCCGTAG

目的基因黏性末端2.分子針線—DNA連接酶(DNAlinking-enzyme)積極思考DNA連接酶連接的是兩個(gè)脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)分子的什么部位？基因操作(geneengineering)的工具（1）作用對(duì)象：兩個(gè)具有相同粘性末端的DNA片段。（2）作用位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口（磷酸二酯鍵）。（3）作用結(jié)果：形成重組DNA。3、基因的“針線”指

——DNA連接酶基因的針線：DNA連接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

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C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割目的基因(如人的胰島素基因)怎樣才能導(dǎo)入受體細(xì)胞(如大腸桿菌細(xì)胞)？3.基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體

(carrying)常用的運(yùn)載體(carrying)有兩類：

1）細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)的質(zhì)粒(plasmid)2）噬菌體(bacteriophages)

或某些動(dòng)植物病毒(virus)基因操作(geneengineering)的工具大腸桿菌的質(zhì)粒

(plasmid)：運(yùn)載體(carrying)應(yīng)該具有什么特點(diǎn)呢?？基因操作(geneengineering)的工具運(yùn)載體(carrying)1能夠在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定保存；２具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)以便與外源基因相連；３具有標(biāo)記基因，便于進(jìn)行篩選．基因工程(geneengineering)的“四步曲”提取目的基因1目的基因與運(yùn)載體結(jié)合2將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞3目的基因的檢測(cè)和表達(dá)412基因工程的操作工具1.基因的剪刀

——限制性內(nèi)切酶2.基因的針線

——ＤＮＡ連接酶

3.基因的運(yùn)輸工具

——運(yùn)載體

基因工程的操作步驟1.目的基因的提取2.目的基因與運(yùn)載體結(jié)合3.目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞4.目的基因的檢測(cè)與表達(dá)基因工程(geneengineering)的原理小結(jié)四、基因工程的應(yīng)用（一）、基因工程與作物育種

1、在農(nóng)作物生產(chǎn)方面目的：培育出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性的優(yōu)良作物及新品種。優(yōu)點(diǎn)：降低生產(chǎn)成本，減少農(nóng)藥的使用對(duì)環(huán)境的危害，提高農(nóng)作物對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)能力。轉(zhuǎn)抗寒基因的番茄（一）、基因工程與作物育種

2、在畜牧養(yǎng)殖方面科學(xué)家利用基因工程的方法培育出了轉(zhuǎn)基因奶牛、超級(jí)綿羊等多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(yú)(中國(guó))乳汁中含有人生長(zhǎng)激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)(二）、基因工程與藥物研制我國(guó)生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來(lái)源限制產(chǎn)量有限，其價(jià)格往往十分昂貴。微生物生長(zhǎng)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(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問(wèn)題，還能大大降低生產(chǎn)成本。胰島素從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價(jià)格降低了30%-50%!優(yōu)點(diǎn)：能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量，低成本的藥品。（三）、環(huán)境保護(hù)

基因工程做成的“超級(jí)細(xì)菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細(xì)菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級(jí)細(xì)菌”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DDT等毒害物質(zhì)。

1998年，英國(guó)一位生物學(xué)家在電視節(jié)目中宣布：老鼠食用了轉(zhuǎn)基因馬鈴薯后，腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷，體重和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)遭到破壞。五、轉(zhuǎn)基因生物和食品的安全？

轉(zhuǎn)基因食品

安全嗎?課堂小結(jié)：基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶基因的“針線”——DNA連接酶基因的運(yùn)輸工具——運(yùn)載體（質(zhì)粒）1.基因工程的概念2.基因工程操作的基本工具3.基因操作的基本步驟目的基因提取目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種基因工程處理雜交射線、輻射處理秋水仙素花藥離體培養(yǎng)基因轉(zhuǎn)移原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異染色體變異基因重組優(yōu)點(diǎn)集“優(yōu)”提高突變頻率，產(chǎn)生新基因果實(shí)大營(yíng)養(yǎng)豐富縮短育種年限

定向改變生物性狀缺點(diǎn)育種時(shí)間長(zhǎng)需要處理大量材料發(fā)育遲結(jié)實(shí)率低技術(shù)復(fù)雜操作復(fù)雜小結(jié)：五種育種方式的比較考點(diǎn)一基因工程及其應(yīng)用【基礎(chǔ)知識(shí)整合】1.含義(1)操作對(duì)象：基因。(2)過(guò)程：提取某種基因→

→導(dǎo)入另一種生物的細(xì)胞。(3)目的：按照人們的意愿，定向改造生物的

。2．原理：

。修飾遺傳性狀基因重組3．特點(diǎn)(1)可以在不同種生物間進(jìn)行，即可以將一種生物控制優(yōu)良性狀的基因移植到另一種生物。(2)可以按照人們的意愿直接

地改造生物，培育出新品種。定向4．基本工具(1)基因的“剪刀”：指

，具有

，即一種限制酶只能識(shí)別一種

，并在特定的位點(diǎn)上切割

。(2)基因的“針線”：指

，它能在脫氧核糖與磷酸之間形成一定的化學(xué)鍵，而互補(bǔ)的堿基之間是通過(guò)

連接的。(3)基因的運(yùn)載體：常用的運(yùn)載體有質(zhì)粒、

、

等。質(zhì)粒主要存在于許多

和

等生物中，其作用是將外源基因送入受體細(xì)胞。限制性核酸內(nèi)切酶專一性DNA分子特定的核苷酸序列DNA連接酶氫鍵噬菌體動(dòng)植物病毒細(xì)菌酵母菌5．基本步驟提取目的基因→

→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→

。6．應(yīng)用(1)作物育種：利用

的方法，獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有

的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種，如抗蟲(chóng)棉。(2)藥物研制：利用基因工程，培育轉(zhuǎn)基因生物，利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如

、干擾素、

等。(3)環(huán)境保護(hù)：如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌

有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，

泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因的檢測(cè)與鑒定基因工程優(yōu)良品質(zhì)胰島素乙肝疫苗降解分解5．基本步驟提取目的基因→

→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→

。6．應(yīng)用(1)作物育種：利用

的方法，獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有

的農(nóng)作物，培育出具有各種抗逆性的作物新品種，如抗蟲(chóng)棉。(2)藥物研制：利用基因工程，培育轉(zhuǎn)基因生物，利用轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如

、干擾素、

等。(3)環(huán)境保護(hù)：如利用轉(zhuǎn)基因細(xì)菌

有毒有害的化合物，吸收環(huán)境中的重金屬，

泄漏的石油，處理工業(yè)廢水等。目的基因與運(yùn)載體結(jié)合目的基因的檢測(cè)與鑒定基因工程優(yōu)良品質(zhì)胰島素乙肝疫苗降解分解一、基因工程的操作工具1．基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(簡(jiǎn)稱限制酶)(1)分布：主要在微生物體內(nèi)。(2)特性：一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點(diǎn)上切割DNA分子。(3)實(shí)例：EcoRⅠ限制酶能專一識(shí)別GAATTC序列，并在G和A之間將這段序列切開(kāi)。(4)切割結(jié)果：產(chǎn)生兩個(gè)帶有黏性末端的DNA片段。2．基因的“針線”——DNA連接酶(1)催化對(duì)象：兩個(gè)具有相同黏性末端的DNA片段。(2)催化位置：脫氧核糖與磷酸之間的缺口。(3)催化結(jié)果：形成重組DNA。3．常用的運(yùn)載體——質(zhì)粒(1)本質(zhì)：小型環(huán)狀DNA分子。(2)作用①作為運(yùn)載工具，將目的基因送到宿主細(xì)胞中去；②用它在宿主細(xì)胞內(nèi)對(duì)目的基因進(jìn)行大量復(fù)制。(3)條件①能在宿主細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定保存并大量復(fù)制；②有多個(gè)限制酶切點(diǎn)；③有標(biāo)記基因。二、基因工程操作的基本步驟(5)作用：基因工程中重要的切割工具，能將外來(lái)的DNA切斷，對(duì)自己的DNA無(wú)損害。⒈要使目的基因與對(duì)應(yīng)的載體重組，所需的工具酶是①限制酶②連接酶③解旋酶④還原酶

Ａ．①②Ｂ．③④Ｃ．①④Ｄ．②③2.下列關(guān)于基因工程的敘述中,正確的是:A.限制酶只用于提取目的基因

B.細(xì)菌體內(nèi)的環(huán)狀DNA均可作運(yùn)載體

C.DNA連接酶可用于目的基因和運(yùn)載體的連接

D.重組DNA分子一旦進(jìn)入受體細(xì)胞,基因工程則完成.3.以下說(shuō)法正確的是:A.目的基因是指重組DNA

B.一種限制酶只能識(shí)別一種特定的核苷酸序列

C.DNA重組所用的工具酶是限制酶、連接酶和運(yùn)載體

D.只要受體細(xì)胞中含有目的基因，目的基因就一定能夠成功表達(dá)ACB小試身手4.基因工程技術(shù)在培育抗旱植物用于發(fā)展沙漠農(nóng)業(yè)和改造沙漠方面顯示了良好的前景,荷蘭一家公司將大腸桿菌中的海藻糖合成酶基因?qū)胫参?如甜菜、馬鈴薯等)中并獲得有效表達(dá)，使“工程植物”增強(qiáng)了耐旱性、耐寒性的基本操作步驟是：①②③