1、1.1 1.1 基因工程概述基因工程概述 甲生物甲生物 乙生物乙生物 取出优取出优 秀基因秀基因 “剪切剪切” “拼接拼接” 新类型新类型 表达表达 新的生物产品新的生物产品 基基 因因 敲敲 除除 技技 术术 转转 基基 因因 技技 术术 生物生物 新类型新类型 敲敲 除除 不不 利利 基基 因因 新的生物产品新的生物产品 又叫基因拼接技术或又叫基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术。指在。指在体外体外 通过通过人工人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的“剪切”和“拼接”等方法，对生物的 基因进行基因进行改造和重新组合改造和重新组合，然后导入受体细胞，然后导入受体细胞， 并使重组基因在受
2、体细胞中表达并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要，产生人类需要 的基因产物的技术。的基因产物的技术。 一、一、 什么是基因工程什么是基因工程 基因工程，又叫基因工程，又叫DNA重组技术。是指按照重组技术。是指按照 人们的愿望，人们的愿望，在在DNA分子水平上进行严格的设分子水平上进行严格的设 计计，并通过体外，并通过体外DNA重组和转基因技术，重组和转基因技术，赋予赋予 生物以新的遗传特性生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们，从而创造出更符合人们 需要的新的生物类型和生物产品。需要的新的生物类型和生物产品。 获得获得人类所需的基因产物人类所需的基因产物 结结 果果 剪切、拼接、导入、
3、表达剪切、拼接、导入、表达 基本过程基本过程 DNADNA分子水平分子水平 操作水平操作水平 基基 因因 操作对象操作对象 生物体外生物体外 操作环境操作环境 基因拼接技术、基因拼接技术、DNADNA重组技术等重组技术等 别别 名名 在基因工程诞生的道路上，出现那些理论基在基因工程诞生的道路上，出现那些理论基 础和技术呢？础和技术呢？ 二、基因工程的发展二、基因工程的发展 生物化学生物化学 分子生物学分子生物学 微生物学微生物学 催生催生 1、DNA是遗传物是遗传物 质的证明质的证明（艾弗里艾弗里） 科技探索之路科技探索之路 （一）基因工程的理论发展（一）基因工程的理论发展 1943美美 Av
4、ery 肺炎双球菌的肺炎双球菌的 转化实验等转化实验等。 梅塞尔松、斯塔尔梅塞尔松、斯塔尔 沃森、克里克沃森、克里克 2、DNA双螺旋结构双螺旋结构 和中心法则的确立和中心法则的确立 中心法则中心法则 科技探索之路科技探索之路 3、遗传密码的破译、遗传密码的破译 遗遗 传传 密密 码码 表表 科技探索之路科技探索之路 、基因转移载体的发现、基因转移载体的发现 基因是可以转移的。基因是可以转移的。 质粒质粒 （二）基因操作的技术发明（二）基因操作的技术发明 、工具酶的发明、工具酶的发明基因是可切割的。基因是可切割的。 限制性限制性 内切酶内切酶 、DNA合成和合成和 测序技术的发明测序技术的发明
5、 DNADNA合成仪合成仪 、DNADNA体外重体外重 组的实验组的实验 伯伯 格格 科技探索之路科技探索之路 5、1988年，年， 美美 K.Mullis发明发明PCR技术技术 6、第一例转基因动物和转基因植物问世、第一例转基因动物和转基因植物问世1980 科学科学 家通过显微注射培育出世界第一个转基因小鼠。家通过显微注射培育出世界第一个转基因小鼠。1983， 科学家采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因科学家采用农杆菌转化法，培育出世界上第一例转基因 烟草。烟草。 实现了一种生物实现了一种生物 的某些性状在另一的某些性状在另一 种生物中表达；种生物中表达； 三、转基因操作的工具三、转基
6、因操作的工具 问题探讨： 苏云金芽孢杆菌含有一种可以合苏云金芽孢杆菌含有一种可以合 成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋成毒蛋白的基因。让细菌的毒蛋 白基因在棉花细胞中表达，可培白基因在棉花细胞中表达，可培 育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。 想一想想一想需要做哪些关键工作？需要做哪些关键工作？ 苏云金芽孢杆菌 毒蛋白 普通棉花 抗虫棉 基因工程培育抗虫棉的简要过程：基因工程培育抗虫棉的简要过程： 在以上过程中关键步骤或难点是什么？在以上过程中关键步骤或难点是什么？ 普通棉花普通棉花( (无抗虫特性无抗虫特性) ) 苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌 提取提取 抗虫基因抗虫基因 通过运载体
7、导入通过运载体导入 转基因棉花含转基因棉花含抗虫基因抗虫基因 转基因棉花有转基因棉花有抗虫特性抗虫特性 基因工程培育抗虫棉的关键步骤：基因工程培育抗虫棉的关键步骤： 关键步骤一：关键步骤一： 抗虫基因从苏云金芽孢杆菌抗虫基因从苏云金芽孢杆菌 细胞内细胞内提取出来提取出来 关键步骤二：关键步骤二： 抗虫基因抗虫基因与棉花与棉花DNA“缝合”缝合” 关键步骤三：关键步骤三： 抗虫基因抗虫基因进入棉花细胞进入棉花细胞 解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？解决培育抗虫棉的关键步骤需要哪些工具？ “分子手术刀”分子手术刀” 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 “分子缝合针”分子缝合针” DNADNA连接
8、酶连接酶 “分子运输车”分子运输车” 基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体 思考：思考： 自然界是否存在一种生物的自然界是否存在一种生物的DNADNA进入另一生物的情况？进入另一生物的情况？ 动物容易让外来动物容易让外来DNADNA侵入自身而得以遗传吗？侵入自身而得以遗传吗？ 为什么？为什么？ 单细胞生物，容易遭到入侵吗？单细胞生物，容易遭到入侵吗？ 单细胞生物并没有在进化中灭绝，而是产生了一些特殊的酶单细胞生物并没有在进化中灭绝，而是产生了一些特殊的酶 来防范。这些酶应该有什么特点？来防范。这些酶应该有什么特点？ 可能酶能识别外来侵入的可能酶能识别外来侵入的DNA 并将其分解，而对自
9、身的并将其分解，而对自身的DNA 不能起作用。不能起作用。 “分子手术刀” 限制性核酸内切酶 一、限制性核酸内切酶“分子手术刀” 主要来源：主要来源： 种类与命名：种类与命名： 作用特点：作用特点： 4.4.限制酶识别序列限制酶识别序列: : 5.5.作用结果：作用结果： 识别识别特定核苷酸序列特定核苷酸序列 原核生物原核生物 产生黏性末端或平末端产生黏性末端或平末端 ,切断切断磷酸二酯键磷酸二酯键 具有具有特异性特异性。一种一种限制酶限制酶只能识别一种只能识别一种特定的特定的核核 苷酸序列苷酸序列，并且能在，并且能在特定的切点特定的切点上切割上切割DNADNA分子分子 大多数大多数限制酶的识
10、别序列由限制酶的识别序列由6 6个个核苷酸组成核苷酸组成 少数的少数的识别序列由识别序列由4 4、5 5或或8 8个个核苷酸组成核苷酸组成 种类与命名： 现在已经从约现在已经从约300种微生物中分离出了约种微生物中分离出了约4000种限制性内切酶种限制性内切酶 (限制酶限制酶)。 EcoR Sma 粘质沙雷氏杆菌粘质沙雷氏杆菌 （Serratia marcesens） 大肠杆菌大肠杆菌 （Escherichia coli R） Go back 练习：流感嗜血杆菌的练习：流感嗜血杆菌的d菌株菌株 ( Haemophilus influenzae d )中先中先 后分离到后分离到3种限制酶，则分别
11、命名种限制酶，则分别命名 为为: Hind、Hind和和Hind 磷酸磷酸 二酯键二酯键 识别识别DNADNA特定的序列特定的序列, ,使使 DNADNA分子链的固定部位分分子链的固定部位分 开。开。 . . Sma 平末端 平末端 EcoR 黏性末端 黏性末端 Go back EcoR 黏性末端 黏性末端 Go back 重复演示 Bam H GTC CAG G CCTAG GATCC G + GGATCC CCTAGG Hind GTCGAC CAGCTG GAC CTG + 平端切口平端切口 粘端切口粘端切口 要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几要想获得某个特定性状的基因必须要用
12、限制酶切几 个切口？可产生几个黏性个切口？可产生几个黏性(平平)末端？末端？ 要切两个切口，产生四个黏性要切两个切口，产生四个黏性(平平)末端。末端。 如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，用同一种限制酶来切割， 会怎样呢？会怎样呢？ 会产生会产生相同的黏性相同的黏性(平平)末端末端，然后让两者的黏性，然后让两者的黏性(平平) 末端黏合起来，就似乎可以合成重组的末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。 思考思考? ? 二、“分子缝合针” DNA连接酶 作用作用: 把切下来的把切下来的DNA片段拼接成新的片段拼接成新的DNA，即将脱氧核，即将脱氧核
13、糖和磷酸连接起来糖和磷酸连接起来. 作用原理：作用原理： 催化磷酸二酯键形成催化磷酸二酯键形成 可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来， E coli DNA连接酶 或T4DNA连接酶 即即恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 T4 DNA连接酶连接酶还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来，还可把平末端之间的缝隙“缝合”起来， 但效率较低但效率较低 T4DNA连接酶 类型：类型： 类型类型 E coliDNA连接酶连接酶 T4DNA连接酶连接酶 来源来源 功能功能 大肠杆菌大肠杆菌 T4噬菌体噬菌体 恢复恢复 磷酸
14、磷酸 二酯键二酯键 只能连接黏性末端只能连接黏性末端 能连接黏性末端和平能连接黏性末端和平 末端末端(效率较低效率较低) 相同点相同点 差别差别 DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较 DNADNA聚合酶聚合酶 DNADNA连接酶连接酶 化学本质化学本质 作用部位作用部位 模板模板 蛋白质蛋白质 蛋白质蛋白质 磷酸二酯键磷酸二酯键 （单个脱氧核单个脱氧核 苷酸苷酸+ +片段片段） 磷酸二酯键磷酸二酯键 （DNADNA双链片段双链片段 +DNA+DNA双链片段）双链片段） 需要（需要（DNADNA 一条链）一条链） 不需要不需要 “分子运输车分子运输车”质粒质粒 质粒：
15、裸露、结构简单、质粒：裸露、结构简单、 独立于细菌染色体之外，独立于细菌染色体之外， 具有自我复制能力的双具有自我复制能力的双 链链环状环状DNADNA分子分子。 运载体（运载工具）运载体（运载工具）载基因进入受体细胞载基因进入受体细胞 插入基因 终止子终止子 标记基因标记基因 复制原点复制原点 启动子启动子 RNARNA聚合酶聚合酶 识别和结合识别和结合 部位，驱动部位，驱动 基因转录出基因转录出 mRNAmRNA。 鉴别受体细胞是否鉴别受体细胞是否 含有目的基因。含有目的基因。 转录停转录停 止的位止的位 置。置。 三、运载体（运载工具）载基因进入受体细胞 例：例： 质粒，质粒，噬菌体，动
16、、植物病毒。噬菌体，动、植物病毒。 1 1、分子量相对较小，分子量相对较小，至少有至少有一个（多个）限制酶切一个（多个）限制酶切 割位点割位点，供外源，供外源DNADNA片段插入其中。片段插入其中。 2 2、重组运载体进入受体细胞后（或整合到染色体、重组运载体进入受体细胞后（或整合到染色体、 DNADNA上），上），在受体细胞存在并进行自我复制在受体细胞存在并进行自我复制。 3 3，有特殊的遗传标记基因有特殊的遗传标记基因，如抗四环素、氨苄青霉，如抗四环素、氨苄青霉 素等标记基因，供重组素等标记基因，供重组DNADNA的鉴定和选择。的鉴定和选择。 运载体的特点运载体的特点 DNADNA重组技术
17、的重组技术的 三件工具：三件工具： 限制性内切酶、限制性内切酶、 DNADNA连接酶、连接酶、 运载体。运载体。 总结总结 质粒质粒 目的基因目的基因 限制性限制性 内切酶内切酶 连接酶连接酶 重组质粒重组质粒 1、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技、科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技 术术基因工程，实施该工程的最终目的是（基因工程，实施该工程的最终目的是（ ） A. 定向提取生物体定向提取生物体DNA分子分子 B. 定向地对定向地对DNA分子进行“剪切”分子进行“剪切” C. 定向地改造生物的遗传性状定向地改造生物的遗传性状 D. 在生物体外对在生物体外对DNA分子进行改造分
18、子进行改造 C 练习巩固练习巩固 2、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目、下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目 的基因的载体的基因的载体( ) A. 细菌质粒细菌质粒 B. 噬菌体噬菌体 C. 动植物病毒动植物病毒 D. 细菌核区的细菌核区的DNA D 3、限制酶在、限制酶在DNA的任何部位都能将的任何部位都能将DNA切开吗？以切开吗？以 下是下是四种四种不同限制酶切割形成的不同限制酶切割形成的DNA片段片段,你能用你能用 DNA连接酶将它们连接起来吗？连接酶将它们连接起来吗？ CTGCA G G ACGTC AC TG GC CG G CTTAA GC CG GT CA AAT
19、TC G 4、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因、在基因工程中，切割运载体和含有目的基因 的的DNA片段，需使用（片段，需使用（ ） A.同种限制酶同种限制酶 B. 两种限制酶两种限制酶 C.同种连接酶同种连接酶 D. 两种连接酶两种连接酶 A 5.不属于质粒被选为基因运载体的理由是不属于质粒被选为基因运载体的理由是( ) A、能复制、能复制 B、有多个限制酶切点、有多个限制酶切点 C、具有标记基因、具有标记基因 D、它是环状、它是环状DNA D 本节内容小结：本节内容小结： 1.知识梳理：知识梳理： DNA重组技术的基本工具：重组技术的基本工具： 限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序
20、列并限制酶（分子手术刀）：识别特定的核苷酸序列并 切割两核苷酸之间的磷酸二酯键；切割两核苷酸之间的磷酸二酯键； DNA连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之间的连接酶（分子缝合针）：连接两核苷酸之间的 磷酸二酯键；磷酸二酯键； 基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用基因进入受体细胞的载体（分子运输车）：最常用 的是细菌质粒，还有的是细菌质粒，还有噬菌体的衍生物、动植物病毒等。噬菌体的衍生物、动植物病毒等。 2.方法、技巧、规律总结：方法、技巧、规律总结： 限制酶切割的是磷酸二酯键，而限制酶切割的是磷酸二酯键，而DNA连接酶连接的正连接酶连接的正 是两个断开此键的是两个断开此键的DNA片段。
21、“分子运输车”是目的片段。“分子运输车”是目的 基因进入受体细胞的载体，它具有的若干特点是基因基因进入受体细胞的载体，它具有的若干特点是基因 工程鉴定、选择、表达的关键，可以说，没有它，目工程鉴定、选择、表达的关键，可以说，没有它，目 的基因即使进入受体细胞，也难以稳定保存，更谈不的基因即使进入受体细胞，也难以稳定保存，更谈不 上复制和表达。上复制和表达。 3.思维误区提示：思维误区提示： DNA连接酶与连接酶与DNA聚合酶根本不是同类酶，其功能特聚合酶根本不是同类酶，其功能特 点大不相同，注意其区别。点大不相同，注意其区别。 1.21.2关注基因工程关注基因工程 请同学们阅读教材思考以下问题
22、请同学们阅读教材思考以下问题: 1.1.目前用于杀虫的转基因抗虫植物基因有哪些目前用于杀虫的转基因抗虫植物基因有哪些? ? 2.2.抗病转基因植物所采用的基因抗病转基因植物所采用的基因, ,使用最多的是什么使用最多的是什么? ? 3.3.造成低产造成低产. .减产的常见环境因素有哪些减产的常见环境因素有哪些? ?使烟草、番使烟草、番 茄的耐寒能力提高措施是什么茄的耐寒能力提高措施是什么? ? 4.4.豆类中哪种必需氨基酸较少豆类中哪种必需氨基酸较少? ?大米、玉米、小麦中哪大米、玉米、小麦中哪 种必需氨基酸较少种必需氨基酸较少? ?举例说明科学家如何提高氨基酸举例说明科学家如何提高氨基酸 的含
23、量的含量? ? 一一、植物基因工程硕果累累：、植物基因工程硕果累累： 植物基因工程在农业中的应用发展迅速。从植物基因工程在农业中的应用发展迅速。从19961996- - 20012001年，在短短的年，在短短的5 5年中，全世界转基因作物的种植面积年中，全世界转基因作物的种植面积 就增长了就增长了3030倍。倍。 以转基因植物研究、开发和应用为标志的农业技术革以转基因植物研究、开发和应用为标志的农业技术革 命，已经在一些国家展开。命，已经在一些国家展开。20012001年，就世界范围来看，转年，就世界范围来看，转 基因植物种植面积首次突破基因植物种植面积首次突破5 510106 6hmhm2
24、2。其中，转基因大豆、。其中，转基因大豆、 棉花、油菜、玉米已经入大规模商业化应用阶段，这四种棉花、油菜、玉米已经入大规模商业化应用阶段，这四种 转基因作物种植面积占相关作物种植面积的比例已达到：转基因作物种植面积占相关作物种植面积的比例已达到： 大豆大豆63%63%，玉米，玉米19%19%，棉花，棉花13%13%，油菜，油菜5%5%。 植物基因工程技术主要用于植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力提高农作物的抗逆能力 （如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）（如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等）, ,以以 及及改良农作物的品质改良农作物的品质和和利用植物生产药物利用植物生产药
25、物等方面等方面. . 我国转基因作物的种植面积也迅速增长，目前已位居我国转基因作物的种植面积也迅速增长，目前已位居 世界第四。世界第四。 1. 1.抗虫转基因植物抗虫转基因植物: : 全世界每年因虫害造成农作物的损失约占总产量的全世界每年因虫害造成农作物的损失约占总产量的 13%13%，达数千亿美元。对农业害虫的防治，大多是依靠化，达数千亿美元。对农业害虫的防治，大多是依靠化 学农药。大量使用化学农药不仅造成了严重的环境污染，学农药。大量使用化学农药不仅造成了严重的环境污染， 损害了人类健康，而且还大大增加了生产成本。损害了人类健康，而且还大大增加了生产成本。 因此，从某些生物中分离出具有杀虫
26、活性的基因，将因此，从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将 其导入作物中，使其具有抗虫性，已成为防治作物害虫的其导入作物中，使其具有抗虫性，已成为防治作物害虫的 发展趋势。发展趋势。 目前，已问世的转基因抗虫植物主要有水稻、棉、玉目前，已问世的转基因抗虫植物主要有水稻、棉、玉 米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、苹果、核桃、杨、 菊花和白花三叶草等。菊花和白花三叶草等。 用于杀虫的基因主要是用于杀虫的基因主要是BtBt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂 基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等。基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集
27、素基因等。 例如，我国转基因抗虫棉就是转入例如，我国转基因抗虫棉就是转入BtBt毒蛋白基因培育毒蛋白基因培育 出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。出来的，它对棉铃虫具有较强的抗性。 （BtBt毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的 抗虫基因）抗虫基因） 苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌 （有抗虫特性）（有抗虫特性） Bt毒蛋毒蛋 白基因白基因 普通棉花普通棉花 （无抗虫特性）（无抗虫特性） 棉花细胞棉花细胞 （含抗虫基因）（含抗虫基因） 棉花植株棉花植株 （有抗虫特性）（有抗虫特性） 如：基因工程培育抗虫棉的简要过程：如：基因工程培育抗虫棉的简要过程： 提取
28、提取 基因表达载体基因表达载体 的构建、导入的构建、导入 近几年来，我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉近几年来，我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉 的研究和应用，取得了突飞猛进的发展，从的研究和应用，取得了突飞猛进的发展，从19981998年占据年占据 市场份额的市场份额的10%10%，已经提高到，已经提高到20002000年的年的64.4%64.4%，居主导地，居主导地 位。仅位。仅20022002年我国抗虫棉的栽培面积已达年我国抗虫棉的栽培面积已达9595104hm2104hm2， 增加收益约增加收益约2020亿元人民币。亿元人民币。 2. 2.抗病转基因植物：抗病转基因植物： 植物像人一
29、样也会生病。引起植物生病的微生物称为植物像人一样也会生病。引起植物生病的微生物称为 病原微生物，主要有病毒、真菌、细菌等。病原微生物，主要有病毒、真菌、细菌等。 例如，许多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因，因例如，许多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因，因 此，用常规育种的方法很难培育出抗病毒的新品种，而基此，用常规育种的方法很难培育出抗病毒的新品种，而基 因工程技术，为培育抗病毒植物品种开辟了新的途径。目因工程技术，为培育抗病毒植物品种开辟了新的途径。目 前，人们已经获得抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒前，人们已经获得抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒 的转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。的
30、转基因小麦、甜椒、番茄等多种作物。 抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外病毒外 壳蛋白（壳蛋白（CPCP）基因）基因和和病毒的复制酶基因病毒的复制酶基因；抗真菌转基因植；抗真菌转基因植 物中可使用的基因有物中可使用的基因有几丁质酶基因几丁质酶基因和和抗毒素合成基因抗毒素合成基因。 3. 3.抗逆转基因植物：抗逆转基因植物： 环境条件对农作物的生产会造成很大影响。例如，盐环境条件对农作物的生产会造成很大影响。例如，盐 碱、干旱、低温、涝害等不利的环境条件，是造成低产、碱、干旱、低温、涝害等不利的环境条件，是造成低产、 减产的常见因素。减产的常见因
31、素。 由于盐碱、干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节由于盐碱、干旱对农作物的危害与细胞内渗透压调节 有关。目前科学家正在利用一些可以调节细胞渗透压的基有关。目前科学家正在利用一些可以调节细胞渗透压的基 因，来提高农作物的抗盐碱、抗干旱的能力。这在烟草等因，来提高农作物的抗盐碱、抗干旱的能力。这在烟草等 植物中已获得了比较明显的成果植物中已获得了比较明显的成果 科学家们还研究开发出了一批耐寒作物。例如，将鱼科学家们还研究开发出了一批耐寒作物。例如，将鱼 的的抗冻寒蛋白基因抗冻寒蛋白基因导入烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒导入烟草和番茄，使烟草和番茄的耐寒 能力均有提高。将能力均有提高。将抗除草剂基
32、因抗除草剂基因导入大豆、玉米等作物，导入大豆、玉米等作物， 喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。喷洒除草剂时，杀死田间杂草而不损伤作物。 4. 4.利用转基因改良植物的品质：利用转基因改良植物的品质： 许多食品含有的营养成分并不均衡，例如，豆类食许多食品含有的营养成分并不均衡，例如，豆类食 品中，含有蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨品中，含有蛋氨酸比较少，大米、玉米、小麦则含赖氨 酸比较少。这些人体必需的氨基酸缺少后对人体的健康酸比较少。这些人体必需的氨基酸缺少后对人体的健康 不利。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因，不利。科学家将必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因， 导入植物中
33、，或者改变这些氨基酸合成途径中某些关键导入植物中，或者改变这些氨基酸合成途径中某些关键 酶的活性，以提高氨基酸含量。例如，我国科学家将富酶的活性，以提高氨基酸含量。例如，我国科学家将富 含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，获得的转基因玉 米中赖氨酸的含量比对照提高了米中赖氨酸的含量比对照提高了30%30%。 番茄含有丰富的维生素，但不耐储存。我国科学家番茄含有丰富的维生素，但不耐储存。我国科学家 将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得了转基因延将控制番茄果实成熟的基因导入番茄，获得了转基因延 熟番茄，储存时间可延长熟番茄，储存时间可延长1 1- -
34、2 2个月，有的可达个月，有的可达8080天。目天。目 前，我国农业部已批准这种耐储存番茄进行商品化生产。前，我国农业部已批准这种耐储存番茄进行商品化生产。 目前，我国农业部已批准这种耐储存番茄进行商品目前，我国农业部已批准这种耐储存番茄进行商品 化生产。化生产。 我国科学家还成功地将与植物花青素代谢有关的基因我国科学家还成功地将与植物花青素代谢有关的基因 导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有导入花卉植物矮牵牛中，转基因矮牵牛呈现出自然界没有 的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。的颜色变异，大大提高了花卉的观赏价值。 基因工程在农业上的应用：基因工程在农业上的应用： 1）获得高
35、产、稳产和具优良品质的品种）获得高产、稳产和具优良品质的品种 小结小结: 用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。 如“向日葵豆”植株。如“向日葵豆”植株。 2）培育出具有各种抗逆性作物新品种）培育出具有各种抗逆性作物新品种 将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干将细菌的抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干 旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内，将从根本 上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。 请同学们阅读请同学们阅读P20-P21思考以下问题思考以下问题: 1.1
36、.如何利用动物基因工程技术提高动物的生长速率如何利用动物基因工程技术提高动物的生长速率? ? 2.2.怎样能在其他营养成分不受影响的情况下怎样能在其他营养成分不受影响的情况下, ,降低乳降低乳 糖的含量糖的含量? ? 3.3.目前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表达目前科学家已在山羊等动物乳腺生物反应器中表达 了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和a a- -抗胰蛋白抗胰蛋白 酶酶, ,科学家是怎样获得转基因动物的科学家是怎样获得转基因动物的? ? 二二、动物基因工程前景广阔：、动物基因工程前景广阔： 1. 1.用于提高动物生长速度：用于提高动物生长速度： 动
37、物基因工程技术可以提高动物生长速率。动物基因工程技术可以提高动物生长速率。 由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动由于外源生长激素基因的表达可以使转基因动 物生长得更快，因此，科学家们将这类基因导物生长得更快，因此，科学家们将这类基因导 入动物体内，以提高动物生长速率。入动物体内，以提高动物生长速率。 例如，将外源生长激素基因导入绵羊体内，例如，将外源生长激素基因导入绵羊体内， 转基因绵羊的生长速率比一般的绵羊提高了转基因绵羊的生长速率比一般的绵羊提高了30%30%， 体型增大体型增大50%50%； 将外源生长激素基因导入鲤鱼，将外源生长激素基因导入鲤鱼，9 9个月后有个月后有 的转基因鲤鱼
38、比对照重的转基因鲤鱼比对照重1.5kg1.5kg。 2. 2.用于改善畜产品的品质：用于改善畜产品的品质： 例如，有些人食用牛奶后，对牛奶中的乳糖不例如，有些人食用牛奶后，对牛奶中的乳糖不 能完全消化；也有些人食用牛奶后会出现过敏、腹能完全消化；也有些人食用牛奶后会出现过敏、腹 泻、恶心等不适症状。为了解决这一问题，科学家泻、恶心等不适症状。为了解决这一问题，科学家 将将肠乳糖酶基因肠乳糖酶基因导入奶牛基因组，使获得的转基因导入奶牛基因组，使获得的转基因 牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大减低，而其他营牛分泌的乳汁中，乳糖的含量大大减低，而其他营 养成分不受影响。养成分不受影响。 繁殖具有抗病能力
39、、高产仔率、高产奶率和高繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高 质量的皮毛等优良品质的转基因动物。质量的皮毛等优良品质的转基因动物。 该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术该过程的重要步骤是通过感染或显微注射技术 将重组将重组DNADNA转移到动物受精卵中。转移到动物受精卵中。 1 1、基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？、基因工程在畜牧养殖业上的应用主要是什么？ 将人的生长激素基因和将人的生长激素基因和 牛的生长素基因分别注射到牛的生长素基因分别注射到 小白鼠受精卵中，得到的小白鼠受精卵中，得到的 “超级小鼠”。“超级小鼠”。 思考思考: 3. 3.用用转基因动物转基因动物生产药物：
40、生产药物： 最令人兴奋的是利用基因工程技术，还可以使哺乳最令人兴奋的是利用基因工程技术，还可以使哺乳 动物本身变成“批量生产药物的工厂”。科学家将药动物本身变成“批量生产药物的工厂”。科学家将药 用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组 在一起，通过在一起，通过显微注射显微注射等方法，导入哺乳动物的受精等方法，导入哺乳动物的受精 卵中，然后将受精卵送入母体内，使其生长发育成转卵中，然后将受精卵送入母体内，使其生长发育成转 基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过分泌 的乳汁来生产所需要的药品，因
41、而称为乳腺生物反应的乳汁来生产所需要的药品，因而称为乳腺生物反应 器或乳房生物反应器。器或乳房生物反应器。 目前，科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器目前，科学家已在牛和山羊等动物乳腺生物反应器 中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和中表达出了抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和-抗抗 胰蛋白酶等重要医药产品。胰蛋白酶等重要医药产品。 思考思考: 、用动物乳房作为反应器生产的蛋白质比工厂生产、用动物乳房作为反应器生产的蛋白质比工厂生产 有何优越性？有何优越性？ 产量高、质量好、成本低、易提取产量高、质量好、成本低、易提取 2、简述乳房生物反应器的操作过程？、简述乳房生物反应器的操作过程？ 将
42、药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件将药用蛋白基因与乳腺蛋白基因的启动子等调控组件 重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的重组在一起，通过显微注射等方法，导入哺乳动物的 受精卵中，然后将受精卵送入母体内，使其生长发育受精卵中，然后将受精卵送入母体内，使其生长发育 成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过成转基因动物。转基因动物进入泌乳期后，可以通过 分泌的乳汁来生产所需要的药品。分泌的乳汁来生产所需要的药品。 、乳房生物反应器的操作过程与转基因动物操作过、乳房生物反应器的操作过程与转基因动物操作过 程有何不同之处？并阐述原因？程有何不同之处？并阐述原因？ 要在编码蛋白质的
43、基因序列前加上乳腺组织中特要在编码蛋白质的基因序列前加上乳腺组织中特 异表达的启动子构成表达载体。因为产品在奶中形异表达的启动子构成表达载体。因为产品在奶中形 成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的成，需要乳腺组织中特异表达的启动子。（基因的 选择性表达）选择性表达） 4. 4.用转基因的动物作器官移植的供体：用转基因的动物作器官移植的供体： 目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题，目前，人体移植器官短缺是一个世界性的难题， 用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象。用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象。 现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物现在，科学家正试图利用基因工
44、程方法对一些动物 的器官进行改造，采用的方法是将器官供体基因组的器官进行改造，采用的方法是将器官供体基因组 导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达，导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达， 或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育或设法除去抗原决定基因，再结合克隆技术，培育 出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。 1.1.什么是工程菌什么是工程菌? ?由其生产的药物主要有哪些？由其生产的药物主要有哪些？ 2.2.什么是基因治疗？什么是基因治疗？ 3.3.你想像中未来的基因工程会有怎样的发展趋势？你想像中未来的基因工程会有怎样的发展趋势？ 请同学们思
45、考以下问题请同学们思考以下问题: 1、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰、在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰 素直接生物体的哪些结构中提取？素直接生物体的哪些结构中提取？ 药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 2、传统生产方法的缺点？、传统生产方法的缺点？ 由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。 3、可利用什么方法来解决上述问题？、可利用什么方法来解决上述问题？ 利用基因工程方法制造“利用基因工程方法制造“工程菌工程菌”，可高效率地生产”，可高效率地生产 出各种高质量、低成本的药品。出各种高质量、低成
46、本的药品。 三三. .基因工程药品异军突起：基因工程药品异军突起： 思考思考: 我国生产的部分基因工程疫苗和药物我国生产的部分基因工程疫苗和药物 胰岛素是胰岛素是治疗糖尿病治疗糖尿病的的特效药特效药。一般临床上使用。一般临床上使用 的胰岛素主要从的胰岛素主要从猪、牛等家畜的胰腺猪、牛等家畜的胰腺中提取，每中提取，每 100kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g胰岛素。用该方法生产的胰胰岛素。用该方法生产的胰 岛素岛素产量低产量低，价格昂贵价格昂贵，远不能满足社会需要远不能满足社会需要。 1979年，科学家将动物体内的年，科学家将动物体内的胰岛素基因与大肠杆胰岛素基因与大肠杆 菌菌DNA分子重组分
47、子重组，并在大肠杆菌内实现了表达。，并在大肠杆菌内实现了表达。 1982年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的年，美国一家基因公司用基因工程方法生产的 胰岛素投入市场，售价降低了胰岛素投入市场，售价降低了30%-50%。 基因工程药品基因工程药品 胰岛素胰岛素 干扰素是干扰素是病毒侵入细胞后产生病毒侵入细胞后产生的一种的一种糖蛋白糖蛋白。 干扰素几乎能干扰素几乎能抵抗所有抵抗所有病毒引起的病毒引起的感染感染，是一种，是一种抗抗 病毒的特效药病毒的特效药。此外干扰素对。此外干扰素对治疗治疗某些某些癌症癌症和和白血白血 病病也有一定疗效。也有一定疗效。 传统的干扰素生产方法是从人血液中的传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞白细胞 内提取内提取，每，每300L300L血液只能提取出血液只能提取出1mg1mg干扰素。干扰素。19801980- - 19821982年
