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转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因鲑转基因鲑鱼鱼高产、稳产和高产、稳产和具有优良品质具有优良品质的农作物和具的农作物和具有抗逆性的作有抗逆性的作物新品种物新品种.抗虫害的玉米抗虫害的玉米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
2、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，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
3、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：又叫做基因拼接技术或又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。重组技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某通俗的说，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
4、种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。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:
5、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 CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 练一练:GGCATCTTAAAATTCCGTAG、基因的针线、基因的针线
6、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基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶G A A T T CC T T A A GG A A T T CC T T A A GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C GG C T T A A A A T T C G用同种限制酶切割用同种限制酶切割DNA连接酶连接连接酶连接的是的是DNA骨架上骨架上的缺口，不是碱的缺口，不是
7、碱基间的氢键基间的氢键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
8、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、获取目的基因提取目的基因的方法提取目的基因的方法直接从基因文库中提取直接从基因文库中提取基因文库(gene library)则是指某一生物类型全部基因的集合。这种集合是以重组体形式出现。某生物DNA片段群体与载体分子重组，重组后转化宿主细胞，转化细胞在选择培养基上生长出的单个菌落(或噬菌斑)(或成活细胞)即为一个DNA片段的克隆。全部DNA片段克隆的集合体即为该生物的基因组文库。部分DNA片段克
9、隆的集合体即为该生物的部分基因文库，部分基因文库最具代表性的就是cDNA文库。人工合成基因法人工合成基因法DNADNA合成仪合成仪有两种方法：有两种方法：逆转录法：以信使逆转录法：以信使RNARNA为模板，在逆转录酶为模板，在逆转录酶的作用下利用脱氧核苷酸的作用下利用脱氧核苷酸合成合成DNA(DNA(基因基因)。化学合成法：根据化学合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算蛋白质的氨基酸顺序推算出信使出信使RNARNA核糖核苷酸顺核糖核苷酸顺序，再据此推算出基因序，再据此推算出基因DNADNA的脱氧核苷酸顺序。的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。成相应的基因。用
10、与提取目的基因用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互与切口上的黏性末端互补配对后，在补配对后，在DNADNA连接连接酶的作用下连接形成重酶的作用下连接形成重组组DNADNA分子。分子。2 2、目的基因与运载体结合、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞、将目的基因导入受体细胞导入导入扩增扩增常用的受体细常用的受体细胞：菌类和动胞：菌类和动植物细胞植物细胞4、目的基因的表达和检测、目的基因的表达和检测大量的受体细胞接受不多的目的基因
11、。处理的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
12、步：目的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：基因重组转化的实质：基因重组 1 1、什么是基因工程、什么是基因工程?2 2、基因工程的原理是什么、基因工程的原理是什么?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
13、的基因导入受体细胞将目的基因导入受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
14、用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导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 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
15、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?限制性内切酶（EcoR）作用过程具有标记基因,便于目的基因的筛选.第四步:目的基因的表达和检测3、基因的运输工具运载体转黄瓜抗青枯病基因的甜椒运载体必须同时满足三个要求：重组DNA与微生物杂交可能产生对人类有害的病原微生物。能否让细菌“吐出”蛛丝？DNA连接酶连接的是DNA骨架上的缺口，不是碱基间的氢键CTTCATGAATTCCCTAA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。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。（1）通过花药离体培养再用秋水仙
16、素加倍得到烟草新品种的方法是 。GAAGTACTTAA GGGATT要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()水母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获得高产、稳产和具有获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。有抗逆性的作物新品种。生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素的乳汁中含有人生长激素的转基因牛转基因牛(阿根廷阿根廷)获得人们所需要的和具有优良品质的转基因动物获得人们所需要的和具有优良品质的转基因动物2 2、基
17、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
18、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%!3 3、环境保护、环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超级超级细菌细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。能吞食和分解多种污染环境的物质。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培通常一种细菌只能
19、分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有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。利用基因工程培育的利用基因工程培育的“指示生物指示生物”能十分灵敏地能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物甚至还可以吸收和转化污染物。环境检测：用环境检测：用DNA探针检测水中病毒的含量探针检测水中病毒的含量4、其他、其他 基因诊断：如用基因探针检测肝类病毒、基
20、因诊断：如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病诊断遗传病 基因治疗：把健康的外源基因导入有基因基因治疗：把健康的外源基因导入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。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。
21、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
22、，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。雀巢:坚持使用转基因原料 称安全性已经被证明 我国的行动 2001年
23、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。练习题例题例题1:请写出下面各项培育方法：请写出下面各项培育方法：（1）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是）通过花药离体培养再用秋水仙素加倍得到烟草新品种的方法是 。（2）用）用60Co 辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是辐射谷氨酸棒状杆菌，选育出合成谷氨酸的新菌种，所用方法是 。
24、（3）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是）用小麦和黑麦培育八倍体黑小麦的方法是 。（4）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和）将青椒的种子搭载人造卫星，在太空中飞行数周后返回地面，获得了果大、肉厚和维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于维生素含量高的青椒新品种，这种育种原理本质上属于 。（5）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病）用抗倒伏、不抗锈病和不抗倒伏、抗锈病的两个小麦品种，培育出抗倒伏、抗锈病的品种，所用方法是的品种，所用方法是 。（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量
25、高的品）用秋水仙素或硫酸二乙酯处理蕃茄、水稻种子，获得成熟期早、蛋白质含量高的品系，这种方法是系，这种方法是 。（7）将白菜与甘蓝的体细胞用酶处理，再用聚乙二醇使其融合，通过组织培养获得新的）将白菜与甘蓝的体细胞用酶处理，再用聚乙二醇使其融合，通过组织培养获得新的植物品种。这种方法是植物品种。这种方法是 。（8）将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉的方法是）将苏云金芽孢杆菌的抗虫基因导入棉花受精卵中，培育出抗虫棉的方法是 。（9）生产）生产“人工种子人工种子”采用的方法是采用的方法是 。单倍体育种单倍体育种 诱变育种诱变育种 多倍体育种多倍体育种 诱变育种诱变育种 杂交育种杂交育种 多倍体育种多倍体育种 植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种 转基因育种转基因育种 植物组织培养植物组织培养
