高中生物第二冊第6章遺傳住處的傳遞和表達6.3基因工程與轉基因生物講義滬科版

DNA和染色體多個基因1個基因

成百上千個脫氧核苷酸1個DNA1個染色體sp斑點翅px叢脈cn朱紅眼vg殘翅b黑身Ⅱ果蠅染色體基因在染色體上呈線性排列基因：攜帶遺傳信息具有遺傳效應的DNA片段第3節(jié)

基因工程與轉基因生物1.基因工程把供體細胞中的基因或基因組提取出來，按照預先設計的藍圖，經過體外加工重組，或者把人工合成的基因轉移到受體細胞并獲得新的遺傳特性的技術。由于被轉移的基因必須與載體DNA重組后才能實現(xiàn)轉移，所以基因工程也叫做重組DNA技術?；蚬こ袒蚬こ蹋河纸谢蚱唇蛹夹g或DNA重組技術。即通過對DNA分子進行人工“剪切”和“拼接”，在生物體外對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生出人類所需要的基因產物。甲生物乙生物取出優(yōu)秀基因“剪切”

“拼接”

新類型表達新的生物產品基因敲除技術轉基因技術生物新類型敲除不利基因新的生物產品基因操作的工具-----“化學剪刀”、“化學漿糊”（針線）、運載體（分子運輸車）基因的大小以納米計算，要對它進行剪切、拼接等操作，沒有非常精細的工具是不行的。進行基因操作最少需要以下三種工具：基因操作的工具基因操作的工具１、基因的剪刀──限制性內切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點上將DNA分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有200多種。重播

DNA被限制酶切斷后有兩個反向互補的“黏性末端”。被同一種限制切斷的幾個DNA具有相同的黏性末端，能夠通過互補進行配對。２、基因的針線──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。重播２、基因的針線──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。3、基因的運輸工具——運載體要讓一個從甲生物細胞內取出來的基因在乙生物體內進行表達，首先得將這個基因送到乙生物的細胞內去！能將外源基因送入細胞的工具就是運載體。運載體必須同時滿足三個要求：①能與目的基因結合；②能進入受體生物細胞并在受體生物細胞內復制并表達；③比較容易得到。

科學家發(fā)現(xiàn)大腸桿菌、枯草桿菌等的質粒能同時滿足以上三個要求。

質粒

存在于細菌染色體外的

小型環(huán)狀雙鏈DNA分子

GAATTCC

TTAAGC

TTAAGAATTCG黏性末端

CGGA

C

CGGCC

TGGC

GGC

C

CC

GG②基因的針線——DNA連接酶把兩條DNA末端之間的縫隙“縫合”起來

GAATTCC

TTAAG回文序列③基因的運輸工具----運載體將一個外源基因，送入受體細胞，還需要有運輸工具，這就是運載體。A、能夠在宿主細胞中復制并穩(wěn)定地保存

B、具有多個限制酶切點，以便與外源基

因連接

C、具有某些標記基因，便于進行篩選，

經常使用的運載體有質粒、噬菌體和

動植物病毒質粒嚴緊型質粒（相對質量較大，1—2個）松弛型質粒（相對質量較小，20個左右）運載體必須具備以下條件：重組DNA實驗常用的兩組質粒運載體pSC101pBR322Tcr

Tcr

（抗四環(huán)素基因）Apr（抗氨芐青霉素基因）科恩1973年

[美](斯坦福大學的教授)從大腸桿菌里取出了兩種不同的質粒，它們各自具有一個抗藥的基因?？贫靼褍煞N質粒上不同的抗藥基因"裁剪"下來，再把這兩種基因"拼接"在同一個質粒中。當這種雜合質粒進入大腸桿菌體后，這些大腸桿菌就能抵抗兩種藥物，而且這種大腸桿菌的后代都具備雙重抗菌性，拉開了基因工程時代的大幕。科恩本人也以DNA重組技術發(fā)明人的身份向美國專利局申報了世界上第一個基因工程的技術專利。2.基因工程的基本過程操作環(huán)境操作對象操作水平基本過程結果生物體外基因DNA分子水平剪切拼接導入表達人類需要的基因產物

(定向改造生物遺傳特性)實質：基因重組基因工程的特點：基因操作的工具1、基因的剪刀——限制性內切酶2、基因的針線——DNA連接酶3、基因的運輸工具——運載體目前被較廣泛提取使用的目的基因有：蘇云金桿菌抗蟲基因、人胰島素基因、人干擾素基因、種子貯藏蛋白基因、植物抗病基因等。基因操作的基本步驟１、提取目的基因——將

需要的基因從供體生物

的細胞內提取出來。供體生物細胞取出DNA用限制酶剪去多余部分目的基因限制酶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——鳥槍法將供體生物的DNA用限制酶切割為許多片段，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達，基因工程就算成功了。

該法最大的缺點是帶有很大的盲目性，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(jù)蛋白質的氨基酸順序推算出信使RNA核苷酸順序，再據(jù)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。2、目的基因與運載體結合用與提取目的基因相同的限制酶切割質粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對后，在連拉酶的作用下連接形成重組DNA分子。3、將目的基因導入受

體細胞并使之擴增導入擴增要讓目的基因表達，必須將它導入受體細胞并進行擴增。

為獲得目的基因的表達產物時，通常以大腸桿菌等無害易得的細菌為受體。為改進某種生物時，將欲改進的生物細胞為受體。為使重組的DNA分子更容易進入受體細胞，通常還要用一些物質對受體細胞進行處理，使受體細胞具有更大的通透性。4、目的基因的檢測和表達前三步的處理十分繁鎖，為保證目的基因得到有效利用，通常用大量的受體細胞來接受不多的目的基因。這樣，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。無表達產物無表達產物有表達產物無表達產物細菌的檢測，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。多細胞生物的檢測，將每個受體細胞單獨培養(yǎng)并誘導發(fā)育成完整個體，檢測這些個體是否攝入目的基因，攝入的基因是否表達（是否表現(xiàn)出相應的性狀）。淘汰無變化的個體，保留有相應變化的個體進一步培養(yǎng)、研究。例：用棉鈴飼喂棉鈴蟲，如蟲吃后不出現(xiàn)中毒癥狀，說明未攝入目的基因或攝入目的基因未表達。如蟲吃后中毒死亡，則說明攝入了抗蟲基因并得到表達?；虿僮鞯幕静襟E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表達①提取目的基因（人需要的特定基因）方法供體細胞直接提取（鳥槍法）人工合成基因反轉錄法：根據(jù)已知的氨基酸序列合成DNA:（優(yōu)點—操作簡便；缺點---工作量大，具有盲目性）（優(yōu)點：專一性強，可以人工合成自然界不存在的新基因。）以mRNA為模板，逆轉錄形成cDNA，進一步形成雙鏈DNA，獲得基因。②目的基因與運載體結合---將不同來源的DNA進行重新組合的過程③將目的基因導入受體細胞

（借鑒細菌或病毒侵染細胞的途徑）④目的基因的檢測和表達---通過一定的手段對受體細胞是否導入目的基因進行檢測受體細胞細菌、酵母菌（質粒導入）動植物細胞（病毒導入）常用營養(yǎng)缺陷型細菌或具某種抗性特征進行檢測例：提取VB1合成酶質粒本身具某種抗性基因分別取出質粒和DNA用同一種限制酶切斷DNA用連接酶連接目的基因將重組DNA分子導入受體細胞細胞增殖并產生目的基因的產物3.轉基因技術的應用基因工程的成果與發(fā)展前景1、基因工程與醫(yī)藥衛(wèi)生（用“工程菌”生產）①生產基因工程藥品②用于基因診斷和基因治療基因工程生產藥物：胰島素、干擾素、

白細胞介素、溶血栓劑、凝血因子、

人造血液代用品基因工程生產疫苗：乙肝、狂犬病、

百日咳、霍亂、傷寒、瘧疾基因診斷：用放射性同位素、熒光分子標記的DNA分子做探針，利用DNA分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，檢測疾病。（肝炎、腸道病毒、單純皰疹病毒。）工程菌？基因工程與農牧業(yè)、食品工業(yè)農業(yè)應用獲得高產、穩(wěn)產和具有優(yōu)良品質的農作物（“向日葵豆”）培育具有抗逆性的作物新品種（抗蟲、抗病毒、抗除草劑、抗鹽堿、抗高溫、抗干旱）3、基因工程與環(huán)境保護培育體形巨大品質優(yōu)良的動物（超級小鼠、超級綿羊、超級魚）利用特定的外源基因在哺乳動物體內表達，獲得人們需要的物質（激素、抗體、酶）③食品工業(yè)----開辟新是食品來源（雞蛋白基因導入大腸桿菌和酵母菌中）②畜牧養(yǎng)殖業(yè)（病毒侵染或顯微注射技術）①用于環(huán)境監(jiān)測（DNA探針檢測水中病毒的含量）②用于凈化環(huán)境污染（“超級細菌”、“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細菌、凈化鎘污染的植物）假單孢桿菌---分解石油中的某種成分(烴).同時能分解四種烴類微生物基因工程微生物基因工程的應用重組微生物工程菌與人類藥物生產基因工程產品約有2/3用于人類疾病治療和預防性用藥，它給制藥工業(yè)帶來了革命性的變化。據(jù)估計，人用蛋白藥物的全球市場，每年可達200億美元，而且還在持續(xù)增長。在這種巨大利益驅使下，世界各大制藥公司相繼投入巨資用于這些重組蛋白藥物的研究開發(fā)。（一）重組人胰島素生產胰島素是由人和動物的胰臟β-胰島細胞合成的蛋白質，是治療胰島素依賴型糖尿病的特效藥物。1982年，美國ElyLili公司使用重組大腸桿菌生產人胰島素，這是第一個上市的基因工程藥物。重組人生長激素生產

重組人干擾素生產人生長激素（hGH），又叫做促生長素，具有調節(jié)生長與發(fā)育的功能，對多種人類疾病諸如垂體性侏儒癥、特納氏綜合癥、組織壞死等，都具有良好的治療效果。hGH的來源是從死人的腦垂體中提取，這種制備方法不僅材料來源困難，無法大量生產，而且存在安全性問題。1985年，這種由E.coli生產的rhGH已成為得到美國政府許可生產和使用的第二種基因工程藥物.干擾素是最早發(fā)現(xiàn)的細胞因子，早在1957年英國醫(yī)生發(fā)現(xiàn)流感病毒處理的細胞產生一種因子，可抵抗病毒感染，干擾病毒的復制，因而命名為干擾素(interferon,IFN)。植物基因工程轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉魚抗寒基因的番茄轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯不會引起過敏的轉基因大豆

遭受蟲害的普通玉米抗蟲的Bt轉基因玉米導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠導入人基因具特殊用途的豬和小鼠超級動物特殊動物動物基因工程世界上第一只轉基因動物能產藥的奶牛轉基因羊轉基因魚（上面）通過研究“基因敲除”的耗子將幫助研究人類的癌癥、糖尿病和高血壓等慢性疾病與遺傳的關系。轉基因羊

具有生長快、毛質、肉質好、疾病少及耐粗飼料等優(yōu)點。在猴子的未受精卵中加入附加基因，并利用它成功培育出健康活潑的小猴“安迪”。

通過對“安迪”的研究我們可以簡單地引進如老年性癡呆病的基因、帕金森病基因等，加快針對這類疾病疫苗的開發(fā)研究。在生物體外對DNA分子進行人工剪切、拼接，對基因進行改造和重新組合，再導入生物體內使導入的基因得以表達?；蚬こ毯腥艘葝u素基因的奶牛動物乳房生物反應器

——

人工提取的目的基因導入哺乳動物的基因組中，從而改造該動物的遺傳性狀，以生產人類需要的物質。

人的胰島素基因質粒細菌導入增殖細菌克隆胰島素基因注入奶牛受精卵分裂生長發(fā)育含有胰島素的牛奶3.轉基因生物產品的安全性

轉基因生物及食品的安全

1993年提出實質等同性原則。就是說看這個轉基因生物是不是安全，要看它與傳統(tǒng)的非轉基因產品的區(qū)別及比較。如果食品的成分大體上跟傳統(tǒng)的食品基本相同，就認為是安全的。但是很多專家對這個原則發(fā)生質疑，認為不僅僅要對主要的營養(yǎng)成分來評估，而且需要對所有的常量的和微量的營養(yǎng)元素、抗營養(yǎng)元素、植物內毒素、次級代謝物以及致敏原等基本濃度都要進行分析之后，才能夠說是安全還是不安全。實質等同原則還是值得懷疑的。關于轉基因食品安全支持轉基因生物與轉基因食品的觀點有：

美國是轉基因技術發(fā)展最快的國家，也是轉基因作物最早投入商用的國家，目前市場上超過70％的加工食品含有轉基因成分；美國又是轉基因食品生產和輸出大戶，有關專家分析，轉基因產品約占美國農業(yè)和食品出口的35％，出口價值達100多億美元；如果再將用轉基因產品喂養(yǎng)的牲畜也計算在內的話，其出口價值至少會翻一番。他們從其自身利益出發(fā)，主張只要科學上無法證明它有害，就不應該限制。還提出自從轉基因食品推向市場以來，只出現(xiàn)過兩例嚴格意義上的損害人們健康的情況，而且這兩例情況都不是因為轉基因食品本身含有毒素，而是由于消費者的過敏體質引起的。

二．基因工程閱讀以下材料，據(jù)材料回答問題。蜘蛛絲的強度為鋼絲的五倍，比絕大部分合成纖維更輕更牢，彈性更強。因此它可廣泛用于制造防彈背心、人造肌腱、醫(yī)用縫線等。已知蜘蛛絲主要成分是蛋白質，科學家們已確定并分離到了決定絲蛋白合成的基因。他們設計了圖15所示的操作途徑，希望利用基因工程改造出能生產蜘蛛絲蛋白的細菌。33．完成圖15中①、②過程需要的工具酶是

。34．構成圖15中A、B的基本結構單位是

。

A．氨基酸B．脫氧核糖核苷酸

C．核糖核苷酸D．單糖限制酶／限制性核酸內切酶。B35．圖中C在基因工程中被稱為

。36．通過圖15所示途徑獲得產蜘蛛絲細菌的方法，與通過人工誘變培育高產絲蜘蛛的方法相比，最主要的差別是：

。重組DNA分子／重組質?；蚬こ蹋ㄇ罢撸┠芏ㄏ蚺嘤滦誀畹纳?，而人工誘變（后者）不定向。1996年7月，英國羅斯林研究所的科學家將成熟母羊乳腺細胞的細胞核移植到另一頭母羊的去核卵細胞中，然后在體外培養(yǎng)成胚胎，再將胚胎移植到代孕母羊的子宮內，培育出了“多利”，第一次成功地克隆了哺乳動物。此后，人們設想利用克隆技術繁殖大熊貓、白鰭豚等瀕危動物；利用克隆技術為病人培育“配件”替換病變的器官等。37．“多利”的誕生證明：已經高度分化的體細胞核具有

性。全能38．如果用一個動物體內的不同細胞通過克隆技術繁殖獲得許多個后代，由它們組成一個種群，此種群的生物多樣性程度

。低／很低利用現(xiàn)代生物技術可對生物進行改造。例如：①從某細菌中獲取抗蟲基因，并與質粒運載體拼接成重組DNA，導入棉花的愈傷組織細胞內，經培養(yǎng)、篩選和培育獲得抗蟲棉品種;②將人胰島素基因與質粒逗載體才并接成重組DNA，再導入某種細菌細胞內，大量培養(yǎng)該種細菌，以生產醫(yī)用的人胰島素;③取某種植物花粉，必如織培養(yǎng)形成完整桂林，再用秋水仙素處理，使之染色體加倍;④將大鼠的生長激素盧與質粒運載體拼接成重組DNA，注射入小鼠的受精卵內，體外培養(yǎng)該受精卵使之發(fā)育到一定的胚胎階段后，移植入代孕小鼠體內，產生“超級小鼠”;⑤取轉基因抗涼番茄葉片經組織培養(yǎng)，產生再生植林，達到快速繁殖抗凍番茄的目的。根據(jù)上述材料回答問題。①從某細菌中獲取抗蟲基因，并與質粒運載體拼接成重組DNA，導入棉花的愈傷組織細胞內，經培養(yǎng)、篩選和培育獲得抗蟲棉品種;②將人胰島素基因與質粒逗載體才并接成重組DNA，再導入某種細菌細胞內，大量培養(yǎng)該種細菌，以生產醫(yī)用的人胰島素;③取某種植物花粉，必如織培養(yǎng)形成完整桂林，再用秋水仙素處理，使之染色體加倍;④將大鼠的生長激素盧與質粒運載體拼接成重組DNA，注射入小鼠的受精卵內，體外培養(yǎng)該受精卵使之發(fā)育到一定的胚胎階段后，移植入代孕小鼠體內，產生“超級小鼠”;⑤取轉基因抗涼番茄葉片經組織培養(yǎng)，產生再生植林，達到快速繁殖抗凍番茄的目的。50.上述例子中，用到基因工程技術的有________

(序號)。目的基因除了人工合成外，還可通過___________________方法獲取，拼接重組DNA的步驟中，都要用到限制性內切酶和__________酶。①②④從生物體細胞中分離DNA連接③取某種植物花粉，必如織培養(yǎng)形成完整桂林，再用秋水仙素處理，使之染色體加倍;④將大鼠的生長激素盧與質粒運載體拼接成重組DNA，注射入小鼠的受精卵內，體外培養(yǎng)該受精卵使之發(fā)育到一定的胚胎階段后，移植入代孕小鼠體內，產生“超級小鼠”;⑤取轉基因抗涼番茄葉片經組織培養(yǎng)，產生再生植林，達到快速繁殖抗凍番茄的目的。51.與雜交的方法相比用例③中方法得到純合子所需時間_______(較短/較長/相同);用例⑤中所用方法大量去殖抗凍番茄時，抗凍基因________(更容易/不容易/一樣容易)丟失。較短不容易①從某細菌中獲取抗蟲基因，并與質粒運載體拼接成重組DNA，導入棉花的愈傷組織細胞內，經培養(yǎng)、篩選和培育獲得抗蟲棉品種;②將人胰島素基因與質粒逗載體才并接成重組DNA，再導入某種細菌細胞內，大量培養(yǎng)該種細菌，以生產醫(yī)用的人胰島素;③取某種植物花粉，必如織培養(yǎng)形成完整桂林，再用秋水仙素處理，使之染色體加倍;④將大鼠的生長激素盧與質粒運載體拼接成重組DNA，注射入小鼠的受精卵內，體外培養(yǎng)該受精卵使之發(fā)育到一定的胚胎階段后，移植入代孕小鼠體內，產生“超級小鼠”;⑤取轉基因抗涼番茄葉片經組織培養(yǎng)，產生再生植林，達到快速繁殖抗凍番茄的目的。52.上述例子中，需要用到植物組織培養(yǎng)技術的有____________(填序號)，植物組織培養(yǎng)技術的基本原理是植物活細胞具有______。①③⑤全能性39．我國政府不反對關于人的治療性克隆，但是禁止生殖性克隆人。制定這一政策的主要理由是

。

A．有利于我國人口政策的貫徹執(zhí)行

B．克隆技術不成熟，應用在人類風險大

C．可能引發(fā)一系列社會倫理、道德和法律問題

D．克隆技術的應用必然是弊大于利Ｃ(五)現(xiàn)代生物技術與應用(7分)

圖21是利用兩種不同生物技術將小鼠培育成大鼠的過程。48．技術I中a細胞的名稱是

，技術II中b細胞的名稱是______________。49．技術II中，完成過程①需要的酶是___________，c分子稱為_____________________________。卵細胞受精卵DNA連接酶重組質粒（重組DNA分子）50．若大鼠甲和大鼠乙體內均帶有某種致病基因，則培育出的大鼠丙和大鼠丁攜帶