1、基因工程基因工程及其应用及其应用第第2节节视频链接江苏省滨海中学江苏省滨海中学什么是基因工程什么是基因工程?基因工程的原理是什么基因工程的原理是什么?本课聚焦:豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮资料一：目前，资料一：目前，全球的氮肥生全球的氮肥生产耗费世界总产耗费世界总电力的电力的3%-4%，且农作物只能且农作物只能吸收氮肥的吸收氮肥的1/10,造成了大造成了大面积土壤和水面积土壤和水质的污染。质的污染。资料分析引入资料分析引入 蜘蛛能够吐出蛛丝蜘蛛能够吐出蛛丝资料二：蛛丝是自资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质然界最奇特的物质之一，它具有极强之一，它具有极强的韧度，
2、其韧度是的韧度，其韧度是同样直径钢材的好同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞因为它们会互相吞食，所以不可能建食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的立人工饲养蜘蛛的农场。农场。30多年来，多年来，科学家们一直试图科学家们一直试图找到利用其他生物找到利用其他生物体来制造蛛丝的办体来制造蛛丝的办法。法。资料三资料三 以往，治疗糖尿以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，物胰腺中提取的，从从100千克猪、牛千克猪、牛等动物的胰腺只能等动物的胰腺只能提取提取34克胰岛素，克胰岛素，治疗一个患者需宰治疗一个患者需宰杀杀4050
3、头牛，头牛，这种药物的造价就这种药物的造价就可想而知了。可想而知了。微生物可以有分泌产物，微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快且微生物繁殖速率快基因工程基因工程：又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或DNA重组技术重组技术。是在生物体外，通过对是在生物体外，通过对DNA分子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物现有基因进行改造和重新组合，对生物现有基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。通俗的说通俗的说，就是按照
4、人们的意愿，把一种生物的某，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，生物的细胞里，定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性状。原原 理理：操作水平操作水平：结结 果果：目的基因目的基因供体细胞供体细胞受体细胞受体细胞基因重组基因重组DNA分子水平分子水平定向地改造生物的遗传性状，定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。获得人类所需要的品种。获得新性状获得新性状二、基因操作的工具二、基因操作的工具1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性内切酶（限制酶）限制性内切酶（限制酶）一种限制酶只能识
5、别一种特定的核苷酸序一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割列，并在特定的切点上切割DNADNA分子。分子。专一性专一性如如:EcoRI限制酶限制酶限制性内切酶限制性内切酶（EcoREcoR）作用过作用过程程被同一种限制酶切断的几个被同一种限制酶切断的几个DNADNA是否是否具有相同的黏性末端？具有相同的黏性末端？思考思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT 尝试写出下列序列受尝试写出下列序列受EcoliI内切酶作用后的黏性末端内切酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA C
6、TTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 练一练:GGCATCTTAAAATTCCGTAG、基因的针线、基因的针线DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的端连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体运载体必须同时满足三运载体必须同时满足三个要求：个要求：具有一到多个限制酶的酶具有一到多个限制酶的酶切位点切位点,以便与外源基因连以便与外源基因连接接;能进入受体细胞并在受体能进入受
7、体细胞并在受体细胞内稳定存在并能复制、细胞内稳定存在并能复制、表达；表达；具有标记基因具有标记基因,便于目的便于目的基因的筛选基因的筛选.3 3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体 常用的运载体：常用的运载体：质粒、噬菌体和质粒、噬菌体和动植物病毒等动植物病毒等标记基标记基因，便因，便于进行于进行检测。检测。质粒存在于质粒存在于许多细菌和酵母许多细菌和酵母菌等生物中菌等生物中,是细是细胞染色体外能够胞染色体外能够自主复制的很小自主复制的很小的环状的环状DNADNA分子分子.三、基因工程基本步骤三、基因工程基本步骤1 1、获取目的基因、获取目的基因大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的
8、受大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。检测出来。将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。保留有表达产物的进一步培养、研究。无表达产物无表达产物无表达产物无表达产物有表达产物有表达产物无表达产物无表达产物第一步：获取目的基因第一步：获取目的基因基因工程基本步骤：基因工程基本步骤：第二步：目的基因与运载体结合第二步：目的
9、基因与运载体结合第三步：将目的基因导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞第四步第四步:目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？转化的实质：转化的实质：基因重组基因重组思维拓展:细菌和人是差异非常细菌和人是差异非常大的两种生物大的两种生物,为什么通过为什么通过基因重组后基因重组后,细菌能够合成细菌能够合成人体的某些蛋白质呢人体的某些蛋白质呢?运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有特殊用途的动、植物。
10、特殊用途的动、植物。生长快、耐不良环境、肉生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼质好的转基因鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素乳汁中含有人生长激素的转基因牛的转基因牛(阿根廷阿根廷)1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆转基因龙胆花转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色A：紫外光照射下的转：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的绿色荧光蛋白的 Eustoma(Lisianthus)花。花。B：转没有绿色荧光：转
11、没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，蛋白的空质粒的花，水母2 2、2019 2019年，中国转基因棉花达到年，中国转基因棉花达到150150万公顷，万公顷，已经占到棉花产量的已经占到棉花产量的1 13.3.我国大豆食用油近七成是我国大豆食用油近七成是“转基因转基因”产品产品 与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？种的优点有哪些？目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制我国生产的部分基因我国生产的部分基因工程疫苗和药物工程疫苗和药物许多药品的生产许多药品的生产
12、是从生物组织中提取是从生物组织中提取的。受材料来源限制的。受材料来源限制产量有限，其价格往产量有限，其价格往往十分昂贵。往十分昂贵。微生物生长迅速，容易控制，适于大规模微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。胰岛素从猪、牛等动物的胰胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素，其产量之低
13、和价的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。格之高可想而知。将合成的胰岛将合成的胰岛素基因导入大肠杆素基因导入大肠杆菌，每菌，每2000L2000L培养液培养液就能产生就能产生100g100g胰岛胰岛素！使其价格降低素！使其价格降低了了30%-50%!30%-50%!干扰素治疗病毒感染简直干扰素治疗病毒感染简直是是“万能灵药万能灵药”！过去从人血！过去从人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生基因工程实现工业化生产，均为解除人类的
14、病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。平发挥了重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护环境监测：环境监测：基因工程做成的基因工程做成的DNADNA探针能够十分灵敏地检探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。测环境中的病毒、细菌等污染。1t1t水中只有水中只有1010个病毒也能被个病毒也能被DNADNA探针检测出来探针检测出来环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种能吞食和分解多种污染环境的物质。污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种
15、烃类，用基因通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDTDDT等毒害物质等毒害物质。4、其他、其他 基因诊断基因诊断：如用：如用基因探针基因探针检测肝类病毒、检测肝类病毒、诊断遗传病诊断遗传病 基因治疗：基因治疗：把健康的把健康的外源基因导入外源基因导入有基因有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。2019 2019年年3 3月月1414日日绿色和平组织发布消息绿色和平组织
16、发布消息,称称亨氏营养米粉含有转亨氏营养米粉含有转BtBt基因抗虫水稻成分。基因抗虫水稻成分。那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？五、转基因生物和转基因食品的安全性五、转基因生物和转基因食品的安全性 阅读阅读P105资料分析，讨论：资料分析，讨论：你认为应该如何对待转基因生物和转基因你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题？食品的安全性问题？转基因生物与食物安全转基因生物与食物安全 反对实质性等同。反对实质性等同。担心滞后效应。担心滞后效应。担心出现新
17、的过敏原。担心出现新的过敏原。担心营养成分改变。担心营养成分改变。把动物蛋白转入农作把动物蛋白转入农作物是否侵犯了素食者物是否侵犯了素食者的权益？的权益？实质性等同是转基因实质性等同是转基因农作物安全性评价的农作物安全性评价的起点而非终点。起点而非终点。多环节、严谨的安全多环节、严谨的安全性评价，可以保证转性评价，可以保证转基因食物的安全。基因食物的安全。科学家审慎的态度。科学家审慎的态度。没有转基因食物影响没有转基因食物影响人体健康的实例。人体健康的实例。举证排除法。举证排除法。转基因生物与环境安全转基因生物与环境安全 会破坏生态系统的稳定性。会破坏生态系统的稳定性。重组的微生物在降解某些重
18、组的微生物在降解某些化合物时所产生的中间产化合物时所产生的中间产物，可能造成二次污染。物，可能造成二次污染。重组重组DNA与微生物杂交可与微生物杂交可能产生对人类有害的病原能产生对人类有害的病原微生物。微生物。转基因植物的花粉中含有转基因植物的花粉中含有的毒蛋白通过食物链有可的毒蛋白通过食物链有可能进入动物或人体。能进入动物或人体。转入的是自然界已有的基转入的是自然界已有的基因，不会破坏生态系统因，不会破坏生态系统的稳定性。的稳定性。可以减少农药用量。可以减少农药用量。抗除草剂农作物使农田管抗除草剂农作物使农田管理更容易。理更容易。新闻报道不实，公众的过新闻报道不实，公众的过分担忧。分担忧。我
19、国的行动 2019年年5月，国务院公布月，国务院公布农业转基因生物农业转基因生物安全管理条例安全管理条例，对农业转基因生物的研，对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口等究和试验、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。作了具体规定。趋利避害，不能因噎废食。趋利避害，不能因噎废食。要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()()限制酶限制酶DNADNA连接酶解旋酶还原酶连接酶解旋酶还原酶 2.2.基因工程的正确操作步骤是（）基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受
20、体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因提取目的基因 积极思维积极思维:3.3.实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺种限制性内切酶能识别分子的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的（）序，切点在和之间，这是利用了酶的（）高效性专一性高效性专一性 多样性催化活性易受外界影响多样性催化活性易受外界影响采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导
21、入目的基因的作法正确的是（）因的作法正确的是（）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入 细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中注射到棉的子房并进入受精卵中 与与DNA分子相关的酶的比较分子相关的酶的比较种类项目种类项目 限制酶限制酶 DNA连接酶连接酶DNA聚合酶聚合酶 解旋酶解旋酶作用作用 作用部位作用部位磷酸二酯键磷酸二酯键 磷酸二酯键磷酸二酯键 磷酸二酯键磷酸二酯键 氢键氢键断裂断裂 形成形成 形成形成 断裂断裂磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键 磷酸二酯键磷酸二酯键 氢键氢键1 1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病重的可以致癌和其他疾病。2 2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响系统的稳定性产生不利影响。3 3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。
