第六章第2節(jié)基因工程及其應用

微生物可以有分泌產物，且微生物繁殖速率快設想：請微生物幫助人類生產人的胰島素基因工程及其應用第2節(jié)視頻鏈接江蘇省濱海中學一、基因工程的原理

基因工程的出現使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。

又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。通俗地說，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，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1、基因工程例題1.科學家們經過多年努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術—基因工程，實施該工程的最終目的是（）A．定向提取生物體的DNA分子B．定向地對DNA分子進行“剪切”C．在生物體外對DNA分子進行改造D．定向地改造生物的遺傳性狀D一、基因工程的原理

基因工程的出現使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。通俗地說，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，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1、基因工程的概念：基因工程基本工具：基因“剪刀”——限制性核酸內切酶基因“針線”——DNA連接酶基因的運載體——質粒、噬菌體、動植物病毒一、基因工程的原理2、“基因剪刀”——限制性核酸內切酶(簡稱限制酶)CTTAAGAATTCG

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DNA分子。例如:EcoRI限制酶，專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將序列切開。黏性末端黏性末端切割DNA分子中兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵限制酶切割的什么？？○

A

T

T

A被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端

DNA被限制酶切斷后有兩個反向互補的“黏性末端”。被同一種限制酶切斷的幾個DNA具有相同的黏性末端，堿基能夠通過互補進行配對。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG一、基因工程的原理3、“基因針線”——DNA連接酶連接酶的作用：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DNA分子。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG連接酶連接的部位：磷酸二酯鍵思考：如何將重組DNA分子送入受體細胞呢？一、基因工程的原理4、基因的運載體運載體必須同時滿足三個要求：①能在宿主細胞內復制并穩(wěn)定的保存。

②具有多個限制酶切點。③具有某些標記基因，便于篩選。常用：質粒、噬菌體、動植物病毒一、基因工程的原理大腸桿菌DNA質粒（環(huán)狀DNA分子）控制質粒DNA轉移的基因抗生素抗性基因質粒：存在于許多細菌以及酵母菌等生物的細胞中，是擬核或細胞核外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子。①從細胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌質粒④DNA重組⑤將質粒導入大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌獲得產物基因工程過程示意圖5、基因工程的操作步驟：從細菌中取出質粒從細胞中取出DNA用同種限制酶切斷兩個DNA具有相同的黏性末端提取目的基因（如人的胰島素基因）用連接酶將目的基因與質粒連接（形成重組DNA分子）目的基因與運載體結合將目的基因導入受體細胞（如大腸桿菌）利用質粒中具有某些特性的基因進行檢測并判斷目的基因是否表達將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定提取目的基因的方法用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法又叫“散彈射擊法”，猶如用獵槍發(fā)射的散彈打鳥，無論哪一顆子彈擊中目標,都能把鳥打下來具體做法是：用限制酶將供體細胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運載體，然后通過運載體分別轉入不同的受體細胞，讓供體細胞所提供的DNA的所有片段分別在各個受體細胞中大量復制，從中找出含有目的基因的細胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。

該法優(yōu)點是操作簡便，但是最大的缺點是具有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成儀有兩種方法：

①逆轉錄法：以信使RNA為模板，在逆轉錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。

②直接合成法：根據蛋白質的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應的基因。目的基因的檢測和鑒定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，檢測菌落中是否有目的基因的表達產物。淘汰無表達產物的菌落，保留有表達產物的進一步培養(yǎng)、研究。無表達產物無表達產物有表達產物無表達產物基因工程別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本工具基本過程結果實質基因拼接技術或DNA重組技術生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產物提取→拼接→導入→檢測和鑒定基因重組限制酶、DNA連接酶、運載體第一步：提取目的基因基因工程基本步驟：第二步：目的基因與運載體結合第三步：將目的基因導入受體細胞第四步:目的基因的表達和檢測例題2.利用外源基因在受體細胞中表達，可生產人類所需的產品。下列選項中能說明目的基因完成表達的是（）A．棉花細胞中檢測到載體上的標記基因B．山羊乳腺細胞中檢測到人生長激素的基因C．酵母菌細胞中提取到人的干擾素D．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因的mRNAC二、基因工程的應用1、基因工程與作物育種（1）獲得高產、穩(wěn)產和具有優(yōu)良品質的農作物將富含賴氨酸的蛋白質編碼基因轉入玉米,獲得轉基因玉米。將控制番茄果實成熟的基因導入番茄,獲得轉基因耐貯存番茄,是世界上進入市場的第一種轉基因植物。轉入金魚草基因的紫番茄富含花青素，可明顯減緩結腸癌細胞生長，同時具抵抗心血管疾病的功效。四、基因工程的應用1、基因工程與作物育種轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉魚抗寒基因的番茄獲得高產、穩(wěn)產和具有優(yōu)良品質的農作物和具有抗逆性的作物新品種。板書設計基因工程原理概念：又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。通俗地說，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，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀?；颉凹舻丁薄拗菩院怂醿惹忻富颉搬樉€”——DNA連接酶基因的運載體——質粒、噬菌體、動植物病毒基本工具操作步驟提取目的基因目的基因與運載體結合將目的基因導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應用1、基因工程與作物育種蘇云金桿菌抗蟲基因普通棉花抗蟲棉提取導入培育抗蟲棉的培育過程已問世的轉基因抗蟲植物主要有水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、菊花、白花三葉草等。（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應用1、基因工程與作物育種抗病毒轉基因甜椒轉基因抗除草劑玉米（1）培育出具有優(yōu)良品質的動物二、基因工程的應用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖轉生長激素基因鯉魚（9個月后比對照個體重1.5kg)超級綿羊（生長速率提高30%，體型增大50%）（2）利用轉基因動物生產藥物乳汁中分泌人凝血因子IX的轉基因山羊科學家將藥用蛋白基因導入哺乳動物的受精卵，使其發(fā)育成轉基因動物，轉基因動物進入泌乳期后，通過分泌的乳汁來生產所需的藥品。中國農業(yè)大學獲得的轉基因克隆奶牛二、基因工程的應用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖二、基因工程的應用3、基因工程與藥物研制許多藥品的生產是從生物組織、細胞或血液中提取的。受材料來源限制產量有限，價格十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產。若將生物合成相應藥物成分的基因導入微生物細胞內，讓它們產生相應的藥物，高效率地生產出各種高質量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素等。用基因工程方法生產的藥物還有白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子以及某些疫苗等。胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因導入大腸桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產不但解決了這種比黃金還貴的藥品產量問題，還使其價格降低大大降低!我國生產的部分胰島素產品胰島素生產車間干擾素治療病毒感染是“萬能靈藥”！過去從人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產車間基因工程人干擾素α-2b（安達芬），廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當前國際公認的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物?；蚬こ谭椒ㄉa蛋白質藥物的優(yōu)勢非常明顯。二、基因工程的應用4、基因工程與環(huán)境基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細菌等污染。如檢測飲用水中病毒的含量。美國科學家用基因工程做成的“超級細菌”能同時快速分解石油中的四種烴類，用于清除被石油污染的海域。用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。（1）用于環(huán)境檢測（2）用于凈化污染的環(huán)境能發(fā)熒光的轉基因魚三、轉基因生物和轉基因食品的安全性轉入螢火蟲熒光酶基因的轉基因煙草苗轉基因玫瑰這些生物令我們很好奇，但是現實生活的應用更令我們關心!三、轉基因生物和轉基因食品的安全性未來生物轉基因草莓有玫瑰花和檸檬的香味轉基因西紅柿安全嗎？“金大米”對轉基因食品無害性的評估主要有以下幾方面：

——是否有毒性、引起過敏反應，營養(yǎng)或毒性蛋白質的特性，注入基因的穩(wěn)定性，基因改變引起的營養(yǎng)效果，對環(huán)境的影響及其他不必要的功能等。三、轉基因生物和轉基因食品的安全性⑴改變傳統(tǒng)的育種方式縮短育種時間。培育出高產優(yōu)質、抗病蟲害、抗旱、抗鹽堿，抗除草劑等特性的作物新品種。⑵克服異源、遠源雜交障礙。如可以把動物的基因，甚至人的基因組合到植物里去。⑶生產有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人們意愿的動物新品種。三、轉基因生物和轉基因食品的安全性轉基因生物有利的一面:⑴有些轉基因食物含的一些物質，可能會影響人體健康。⑵大量的轉基因生物進入自然界后很可能會與野生物種進行雜交，產生一些超級生物，從而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗蟲基因，殺死環(huán)境中有益的生物。三、轉基因生物和轉基因食品的安全性基因工程的弊端：關于轉基因食品安全性爭論的正確觀