基因工程與轉(zhuǎn)基因生物

基因工程與轉(zhuǎn)基因生物第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五學習目標理解基因工程的概念理解基因工程的基本過程理解基因工程的應用及其可能帶來的安全性問題第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)基因作物

目前種植最多的轉(zhuǎn)基因作物是：大豆、玉米、棉花、油菜。第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五抗蟲棉第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五為什么要研制抗蟲棉在1992年前，棉花的一個生長季節(jié)，用農(nóng)藥防治棉鈴蟲1—3次就足夠了，而當年則要防治20次以上。棉鈴蟲防治都在夏天氣溫最高的時候，棉農(nóng)噴農(nóng)藥時會出汗，農(nóng)藥容易通過汗液進入人體，導致中毒事件的發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，1992年—1994年間，農(nóng)藥中毒人數(shù)超過24萬，每年給國家和棉農(nóng)造成100多億元的經(jīng)濟損失。第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五為什么研制抗蟲棉“我記得當時有一個報道，河北省1992年的棉花平均畝產(chǎn)量是23斤，當時全國的平均水平是120—130斤/畝，絕大部分都損失掉了。我們作為搞棉花研究的科技人員，當時確實很心酸啊。”中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所副所長李付廣感慨地說。第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五為什么研制抗蟲棉郭三堆（中國抗蟲棉之父）在一次調(diào)查中看到，一位種地的老漢，兒子兒媳婦噴農(nóng)藥中毒死了，老漢還帶著孫子在種棉花。“當他們知道我們是從北京來的，而且我們告訴他一旦搞出抗蟲棉的話，將來就少噴農(nóng)藥，甚至不噴農(nóng)藥了，老漢馬上激動得流出了眼淚?！睆霓r(nóng)村出來的郭三堆，很能體會農(nóng)民的艱辛，也更堅定了搞抗蟲棉研究的決心。第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因與運載體DNA拼接導入棉花細胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)上述培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟是什么？基因工程培育抗蟲棉的簡要過程：第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五關(guān)鍵步驟一：抗蟲基因從蘇云金芽孢桿菌細胞內(nèi)提取出來關(guān)鍵步驟二：抗蟲基因與運載體DNA連接關(guān)鍵步驟三：抗蟲基因?qū)胧荏w(棉花)細胞基因工程培育抗蟲棉的關(guān)鍵步驟第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五一、基因工程基因是什么？遺傳信息是什么？基因在不同生物中能表達出相同的蛋白質(zhì)嗎？基因工程指什么？基因工程操作時需要什么工具？基因工程的基本過程是怎樣的？第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因是攜帶遺傳信息，并具有遺傳效應的DNA片段。第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五遺傳信息DNA分子中脫氧核苷酸排列順序。第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因工程依據(jù)預先設計的藍圖，用人工方法將某種生物的基因，接合到另一種生物的基因組DNA中并使其表達，使后者獲得新的遺傳性狀，產(chǎn)生出人類所需要的產(chǎn)物，或創(chuàng)造出新的生物類型的現(xiàn)代生物技術(shù)。第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因工程的三種必備工具限制性內(nèi)切酶DNA連接酶質(zhì)粒第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五化學剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）

限制酶是在生物體(主要是微生物)內(nèi)的一種酶，能將外來的DNA切斷，由于這種切割作用是在DNA分子內(nèi)部進行的，故名限制性內(nèi)切酶。特點：特異性。即一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并且能在特定的切點上切割DNA分子?；虿僮鞯墓ぞ叩谑屙摚擦?，編輯于2023年，星期五化學剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）

大腸桿菌(E.coli)的一種限制酶能識別GAATTC序列，并在G和A之間切開。限制酶基因操作的工具第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五化學剪刀——限制性內(nèi)切酶（簡稱限制酶）限制酶基因操作的工具第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五重播第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五什么叫黏性末端？

被限制酶切開的DNA兩條單鏈的切口，帶有幾個伸出的核苷酸，他們之間正好互補配對，這樣的切口叫黏性末端?；虿僮鞯墓ぞ叩谑彭?，共六十三頁，編輯于2023年，星期五要想獲得某個特定性狀的基因必須要用限制酶切幾個切口？可產(chǎn)生幾個黏性末端？要切兩個切口，產(chǎn)生四個黏性末端。如果把兩種來源不同的DNA用同一種限制酶來切割，會怎樣呢？

會產(chǎn)生相同的黏性末端，然后讓兩者的黏性末端黏合起來，就似乎可以合成重組的DNA分子了?；虿僮鞯墓ぞ叩诙?，共六十三頁，編輯于2023年，星期五化學漿糊——DNA連接酶

DNA連接酶可把黏性末端之間的縫隙“縫合”起來，即把梯子兩邊扶手的斷口連接起來，這樣一個重組的DNA分子就形成了?；虿僮鞯墓ぞ叩诙豁摚擦摚庉嬘?023年，星期五重播化學漿糊──DNA連接酶連接酶的作用是：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DNA分子。第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因的運載工具——運載體：基因操作的工具第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五外源基因(如抗蟲基因)怎樣才能導入受體細胞(如棉花細胞)？導入過程需要運輸工具——運載體。運載體的作用有哪些？作用一：作為運載工具，將外源基因(抗蟲基因)轉(zhuǎn)移到受體細胞(棉花細胞)中去。作用二：利用運載體在受體細胞(棉花細胞)內(nèi)，對外源基因(抗蟲基因)進行大量復制?；虿僮鞯墓ぞ叩诙捻?，共六十三頁，編輯于2023年，星期五作為運載體必須具備哪些條件？1）能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存。2）具多個限制酶切點，以便與外源基因連接。3）具有某些標記基因，便于進行篩選。如抗菌素的抗性基因、產(chǎn)物具有顏色反應的基因等?；虿僮鞯墓ぞ叩诙屙?，共六十三頁，編輯于2023年，星期五質(zhì)粒：

質(zhì)粒是細菌中獨立于擬核DNA之外，能自主復制的雙鏈閉環(huán)的DNA分子。

質(zhì)粒是基因工程最常用的運載體。基因操作的工具第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因的操作工具質(zhì)粒的作用：攜帶外源基因進入受體細胞。進行自主復制或接合到染色體DNA上，隨染色體DNA復制。第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五大腸桿菌的質(zhì)粒：

最常用的質(zhì)粒是大腸桿菌的質(zhì)粒，其中常含有抗藥基因，如四環(huán)素的標記基因。質(zhì)粒的存在與否對宿主細胞生存沒有決定性作用，但復制只能在宿主細胞內(nèi)完成?；虿僮鞯墓ぞ叩诙隧?，共六十三頁，編輯于2023年，星期五四個基本步驟：1）提取目的基因2）目的基因與運載體重組3）將重組DNA分子導入受體細胞4）目的基因的檢測和表達二、基因工程的基本過程動畫演示小結(jié)第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五目的基因

目的基因是人們?yōu)榱说玫狡浔磉_產(chǎn)物而把它轉(zhuǎn)入到新的生物體中去的基因。

如蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因，還有植物的抗?。共《尽⒖辜毦┗?、種子貯藏蛋白的基因，以及人的胰島素基因、生長激素基因等。二、基因工程的基本過程第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五1、目的基因的獲取直接分離基因確定目的基因的位置限制酶切取人工合成基因第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五1）用一定的限制酶切割質(zhì)粒，使其出現(xiàn)一個切口，露出黏性末端。

2）用同一種限制酶切斷目的基因，使其產(chǎn)生相同的黏性末端。

3）將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的切口處，再加入適量DNA連接酶，形成了一個重組DNA分子（重組質(zhì)粒）

目的基因與運載體的結(jié)合過程，實際上是不同來源的基因重組的過程。2、目的基因與運載體重組第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2、目的基因與運載體結(jié)合第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五常用的受體細胞：

有大腸桿菌、枯草桿菌、土壤農(nóng)桿菌、酵母菌和動植物細胞等。將目的基因?qū)胧荏w細胞的原理借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑。3、重組DNA分子導入受體細胞第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

含有目的基因的重組質(zhì)粒進入受體細胞。目的基因在受體細胞內(nèi)，隨其繁殖而復制，由于細菌繁殖的速度非?？?，在很短的時間內(nèi)就能獲得大量的目的基因。3、重組DNA分子導入受體細胞第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五人生長激素基因熒光基因4、篩選含目的基因的受體細胞第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因工程——動畫第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五基因工程的別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結(jié)果DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物剪切→拼接→導入→表達實質(zhì)基因重組基因工程小結(jié)第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五1）基因工程中DNA重組最常見的運載體是……（）

A、病毒DNAB、細菌質(zhì)粒DNAC、植物DNAD、動物DNAB練習第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2）能夠使植物表達動物蛋白的育種方法是（）

A、雜交育種

B、基因工程育種

C、射線照射育種

D、藥物浸泡種子B練習第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五3）有關(guān)基因工程的敘述中，錯誤的是（）

A、DNA連接酶可將任意DNA片段的堿基對連接起來

B、限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得

C、目的基因須由運載體導入受體細胞

D、人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶A練習第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五4）有關(guān)基因工程的敘述正確的是（）

A、限制酶只在獲得目的基因時才用

B、重組質(zhì)粒的形成在細胞內(nèi)完成

C、質(zhì)粒是唯一的運載體

D、運載體必須具備的條件之一是：具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接D練習第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五5）實施基因工程第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內(nèi)分離出來，這要利用限制酶。一種限制酶能識別DNA分子中的GAATTC順序，切點在G和A之間，這是應用了酶的（）

A、高效性B、專一性C、多樣性

D、催化活性受外界條件影響B(tài)練習第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五三、轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應用１、微生物基因工程我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物微生物繁殖迅速、結(jié)構(gòu)簡單、遺傳操作較為容易，微生物基因工程技術(shù)成熟、研制周期短、可通過發(fā)酵大量生產(chǎn)等優(yōu)點。

20世紀80年代開始，微生物基因工程規(guī)?；a(chǎn)藥用蛋白質(zhì)。第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五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(chǎn)量之低和價格之高可想而知。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！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五干擾素（IFN）1957年發(fā)現(xiàn)。蛋白質(zhì)。具有廣譜抗病毒、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)功能。分為α-1b型干擾素、β-干擾素和γ干擾素。α-1b型干擾素，常用于治療慢性乙型、丙型和丁型肝炎。第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五人造血液——白色，無血型1966年，美國科學家克拉克意外地發(fā)現(xiàn)，掉進氟碳化合物液體的老鼠還活著。1979年，日本科學家首次用氟碳化合物的乳化劑作為人造血液，給一個需要移植單體腎臟的病人作了移植手術(shù)，并取得成功。1980年8月，我國科學家也研制成功人造血液，它是氟碳化合物在水中的超細乳狀液。第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五

干擾素治療病毒感染簡直是“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。

人造血液、白細胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。人造血液及其生產(chǎn)第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2、植物基因工程科學家已分離出的基因抗蟲、抗病、抗除草劑、抗旱、抗鹽堿、抗凍、改變花色、提高作物產(chǎn)量或品質(zhì)的基因。第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2、植物基因工程轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯和甜椒第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2、植物基因工程不會引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2、植物基因工程轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄第五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)流程示意圖獲取目的基因重組導入受體細胞篩選工具：限制酶DNA連接酶質(zhì)粒第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五2、植物基因工程成果1993年，國內(nèi)第一例轉(zhuǎn)基因作物——抗病毒煙草。1997年，轉(zhuǎn)基因耐儲存番茄獲商品化生產(chǎn)。2002年，抗蟲棉種植面積達1.3×106hm2展望預防乙型肝炎、齲齒等的疫苗基因轉(zhuǎn)入植物。第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期五動物基因工程通常以動物的受精卵作為受體