必修二第二節(jié)_基因工程及其應(yīng)用

1、基因工程及其應(yīng)用,第2節(jié),視頻鏈接,江蘇省濱海中學(xué),轉(zhuǎn)基因鮭魚(yú),高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具有抗逆性的作物新品種.,抗蟲(chóng)害的玉米,什么是基因工程? 基因工程的原理是什么?,本課聚焦:,豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮,資料一：目前，全球的氮肥生產(chǎn)耗費(fèi)世界總電力的3%-4%，且農(nóng)作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面積土壤和水質(zhì)的污染。,資料分析引入,蜘蛛能夠吐出蛛絲,資料二：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強(qiáng)的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因?yàn)樗鼈儠?huì)互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場(chǎng)。30多年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖找到利用其他生物體來(lái)制造蛛

2、絲的辦法。,資料三 以往，治療糖尿病的胰島素是從動(dòng)物胰腺中提取的，從100千克豬、牛等動(dòng)物的胰腺只能提取34克胰島素，治療一個(gè)患者需宰殺4050頭牛，這種藥物的造價(jià)就可想而知了。,微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快,設(shè)想一,能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？,能否讓細(xì)菌“吐出”蛛絲？,設(shè)想二,能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？,設(shè)想三,經(jīng)過(guò)多年的努力，科學(xué)家于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術(shù)基因工程。,基因工程：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(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

3、地改造生物的遺傳性狀。,原 理：,操作水平：,結(jié) 果：,一、基因工程的定義,目的基因,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(lèi)所需要的品種。,獲得新性狀,二、基因操作的工具,1.基因的“剪刀”限制性?xún)?nèi)切酶（限制酶）,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。,專(zhuān)一性,如:EcoRI限制酶,限制性?xún)?nèi)切酶（EcoR）作用過(guò)程,被同一種限制酶切斷的幾個(gè)DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,嘗試寫(xiě)出下列序列受EcoliI內(nèi)切酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGG

4、ATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,練一練:,、基因的針線(xiàn)DNA連接酶,連接酶的作用是：將互補(bǔ)配對(duì)的兩個(gè)黏性末端連接起來(lái)，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。,DNA連接酶的作用過(guò)程,基因的針線(xiàn)：DNA連接酶,DNA連接酶連接的是DNA骨架上的缺口，不是堿基間的氫鍵,3、基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體,運(yùn)載體必須同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)要求： 具有一到多個(gè)限制酶的酶切位點(diǎn),以便與外源基因連接; 能進(jìn)入受體細(xì)胞并在受體細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在并能復(fù)制、表達(dá)； 具有標(biāo)記基因,便于目的基因的篩選.,3、基因的運(yùn)輸工具運(yùn)載體,常用的運(yùn)載體： 質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒等,標(biāo)記基因，便于進(jìn)行檢測(cè)。,質(zhì)粒存在于許多細(xì)菌和酵母菌等

5、生物中,是細(xì)胞染色體外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子.,三、基因工程基本步驟,1、獲取目的基因,提取目的基因的方法,直接分離基因鳥(niǎo)槍法,將供體生物的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運(yùn)載體將這些片段都運(yùn)載到受體生物的不同細(xì)胞中去。只要有一個(gè)細(xì)胞獲得了需要的目的基因并得以表達(dá)，基因工程就算成功了。該法最大的缺點(diǎn)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(zhuǎn)移到原核生物中去。,人工合成基因法,DNA合成儀,有兩種方法：逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利用脫氧核苷酸合成DNA(基因)。化學(xué)合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核糖核苷酸順序，再據(jù)此推算出

6、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(yīng)的基因。,用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個(gè)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(bǔ)配對(duì)后，在DNA連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。,2、目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,3、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,常用的受體細(xì)胞：菌類(lèi)和動(dòng)植物細(xì)胞,4、目的基因的表達(dá)和檢測(cè),大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因。處理的受體細(xì)胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測(cè)出來(lái)。 將每個(gè)受體細(xì)胞單獨(dú)培養(yǎng)形成菌落，檢測(cè)菌落中是否有目的基因的表達(dá)產(chǎn)物。淘汰無(wú)表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。,第一步：獲取目的基因

7、,基因工程基本步驟：,第二步：目的基因與運(yùn)載體結(jié)合,第三步：將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞,第四步: 目的基因的表達(dá)和檢測(cè),？如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？,從細(xì)胞中分離出DNA,限制酶截取DNA片斷,分離大腸桿菌中的質(zhì)粒, DNA重組,用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌,培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因,轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)：基因重組,1、什么是基因工程? 2、基因工程的原理是什么?,課堂小結(jié)：,要使目的基因與對(duì)應(yīng)的載體重組，所需的兩種酶是( ) 限制酶DNA連接酶解旋酶還原酶 2.基因工程的正確操作步驟是（）使目的基因與運(yùn)載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞檢測(cè)目的基因的表達(dá)是否符合特定性狀要求提取目的基因 ,積極思維:,3.實(shí)施基因

8、工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細(xì)胞內(nèi)分離出來(lái)，這要利用限制性?xún)?nèi)切酶。一種限制性?xún)?nèi)切酶能識(shí)別分子的順序，切點(diǎn)在和之間，這是利用了酶的（） 高效性專(zhuān)一性 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(chóng)棉，下列導(dǎo)入目的基因的作法正確的是（）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，與質(zhì)粒重組，導(dǎo)入 細(xì)菌，用該細(xì)菌感染棉的體細(xì)胞，在進(jìn)行組織培養(yǎng)將編碼毒素蛋白的序列，與細(xì)菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進(jìn)入受精卵中 ,思維拓展:,細(xì)菌和人是差異非常大的兩種生物,為什么通過(guò)基因重組后,細(xì)菌能夠合成人體的某些蛋白質(zhì)呢?,？,水母,四、基因工程的應(yīng)用,

9、1、基因工程與作物育種,轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒,獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具有抗逆性的作物新品種。,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),獲得人們所需要的和具有優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物,2、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

10、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%!,3、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(lèi)，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(lèi)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)。,利用基因工程培育的“指示生物”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，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。 環(huán)境檢測(cè)：用DNA探針檢測(cè)水中病毒的含量,4、其他,基因診斷：如用基因探針檢測(cè)肝類(lèi)病毒、診斷遺傳病 基

11、因治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募?xì)胞中，達(dá)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,閱讀P105資料分析，討論： 你認(rèn)為應(yīng)該如何對(duì)待轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問(wèn)題？,轉(zhuǎn)基因生物與食物安全,反對(duì)實(shí)質(zhì)性等同。 擔(dān)心滯后效應(yīng)。 擔(dān)心出現(xiàn)新的過(guò)敏原。 擔(dān)心營(yíng)養(yǎng)成分改變。 把動(dòng)物蛋白轉(zhuǎn)入農(nóng)作物是否侵犯了素食者的權(quán)益？,實(shí)質(zhì)性等同是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全性評(píng)價(jià)的起點(diǎn)而非終點(diǎn)。 多環(huán)節(jié)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩栽u(píng)價(jià)，可以保證轉(zhuǎn)基因食物的安全。 科學(xué)家審慎的態(tài)度。 沒(méi)有轉(zhuǎn)基因食物影響人體健康的實(shí)例。 舉證排除法。,轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全,會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 重組的微生物在降解某些化合物時(shí)所產(chǎn)生的中

12、間產(chǎn)物，可能造成二次污染。 重組DNA與微生物雜交可能產(chǎn)生對(duì)人類(lèi)有害的病原微生物。 轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有的毒蛋白通過(guò)食物鏈有可能進(jìn)入動(dòng)物或人體。,轉(zhuǎn)入的是自然界已有的基因，不會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 可以減少農(nóng)藥用量。 抗除草劑農(nóng)作物使農(nóng)田管理更容易。 新聞報(bào)道不實(shí)，公眾的過(guò)分擔(dān)憂(yōu)。,我國(guó)的行動(dòng),2001年5月，國(guó)務(wù)院公布農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例，對(duì)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗(yàn)、生產(chǎn)和加工、經(jīng)營(yíng)和進(jìn)出口等作了具體規(guī)定。 趨利避害，不能因噎廢食。,練習(xí)題,例題1:請(qǐng)寫(xiě)出下面各項(xiàng)培育方法： （1）通過(guò)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 。 （2）用60Co 輻射谷氨酸棒狀桿菌，選育出合成谷氨酸的新菌種，所用方法是 。 （3）用小麥和黑麥培育八倍體黑小麥的方法是 。 （4）將青椒的種子搭載人造衛(wèi)星，在太空中飛行數(shù)周后返回地面，獲得了果大、肉厚和維生素含量高的青椒新品種，這種育種原理本質(zhì)上屬于 。 （5）用抗倒伏、不抗銹病和不抗倒伏、抗銹病的兩個(gè)小麥品種，培育出抗倒伏、抗銹病的品種，所用方法是 。 （6）用秋水仙素或硫酸二乙酯處理蕃