基因工程与转基因生物讲稿.ppt

基因工程与转基因生物第一页，讲稿共六十三页哦学习目标 l理解基因工程的概念理解基因工程的概念l理解基因工程的基本过程理解基因工程的基本过程l理解基因工程的应用及其可能带来理解基因工程的应用及其可能带来的安全性问题的安全性问题第二页，讲稿共六十三页哦转基因作物 目前种植最多的转基因目前种植最多的转基因作物是：大豆、玉米、棉花、作物是：大豆、玉米、棉花、油菜。油菜。第三页，讲稿共六十三页哦抗虫棉第四页，讲稿共六十三页哦为什么要研制抗虫棉l在在1992年前，棉花的一个生长季节，用农年前，棉花的一个生长季节，用农药防治棉铃虫药防治棉铃虫13次就足够了，而当年则要次就足够了，而当年则要防治防治20次以上。次以上。l棉铃虫防治都在夏天气温最高的时候，棉农喷棉铃虫防治都在夏天气温最高的时候，棉农喷农药时会出汗，农药容易通过汗液进入人体，农药时会出汗，农药容易通过汗液进入人体，导致中毒事件的发生。导致中毒事件的发生。l据不完全统计，据不完全统计，1992年年1994年间，农药年间，农药中毒人数超过中毒人数超过24万，每年给国家和棉农造成万，每年给国家和棉农造成100多亿元的经济损失。多亿元的经济损失。第五页，讲稿共六十三页哦为什么研制抗虫棉l“我记得当时有一个报道，河北省我记得当时有一个报道，河北省1992年的年的棉花平均亩产量是棉花平均亩产量是23斤，当时全国的平均水斤，当时全国的平均水平是平是120130斤斤/亩，绝大部分都损失掉了。亩，绝大部分都损失掉了。我们作为搞棉花研究的科技人员，当时确实很我们作为搞棉花研究的科技人员，当时确实很心酸啊。心酸啊。”中国农业科学院棉花研究所副所长中国农业科学院棉花研究所副所长李付广感慨地说。李付广感慨地说。第六页，讲稿共六十三页哦为什么研制抗虫棉l郭三堆（中国抗虫棉之父）在一次调郭三堆（中国抗虫棉之父）在一次调查中看到，一位种地的老汉，儿子儿媳妇查中看到，一位种地的老汉，儿子儿媳妇喷农药中毒死了，老汉还带着孙子在种棉喷农药中毒死了，老汉还带着孙子在种棉花。花。“当他们知道我们是从北京来的，而当他们知道我们是从北京来的，而且我们告诉他一旦搞出抗虫棉的话，将来且我们告诉他一旦搞出抗虫棉的话，将来就少喷农药，甚至不喷农药了，老汉马上就少喷农药，甚至不喷农药了，老汉马上激动得流出了眼泪。激动得流出了眼泪。”l从农村出来的郭三堆，很能体会农民的艰从农村出来的郭三堆，很能体会农民的艰辛，也更坚定了搞抗虫棉研究的决心。辛，也更坚定了搞抗虫棉研究的决心。第七页，讲稿共六十三页哦普通棉花普通棉花(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提取提取抗虫基因抗虫基因与运载体与运载体DNA拼接拼接导入导入导入导入棉花细胞棉花细胞(含含抗虫基因抗虫基因)棉花植株棉花植株(有有抗虫特性抗虫特性)上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？上述培育抗虫棉的关键步骤是什么？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：第八页，讲稿共六十三页哦关键步骤一：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运载体与运载体DNA连连接接关键步骤三：关键步骤三：抗虫基因抗虫基因导入受体导入受体(棉花棉花)细细胞胞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第九页，讲稿共六十三页哦一、基因工程l基因是什么？基因是什么？l遗传信息是什么？遗传信息是什么？l基因在不同生物中能表达出相同基因在不同生物中能表达出相同的蛋白质吗？的蛋白质吗？l基因工程指什么？基因工程指什么？l基因工程操作时需要什么工具？基因工程操作时需要什么工具？l基因工程的基本过程是怎样的？基因工程的基本过程是怎样的？第十页，讲稿共六十三页哦基因l是携带遗传信息，并是携带遗传信息，并具有遗传效应的具有遗传效应的DNA片段。片段。第十一页，讲稿共六十三页哦遗传信息lDNA分子中脱氧核苷酸排列顺序。分子中脱氧核苷酸排列顺序。第十二页，讲稿共六十三页哦基因工程l依据预先设计的蓝图，用人工方法将依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种某种生物的基因，接合到生物的基因，接合到另一种另一种生物生物的基因组的基因组DNA中并使其中并使其表达表达，使后者，使后者获得获得新新的遗传的遗传性状性状，产生出人类所需，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。现代生物技术。第十三页，讲稿共六十三页哦基因工程的三种必备工具l限制性内切酶限制性内切酶lDNA连接酶连接酶l质粒质粒第十四页，讲稿共六十三页哦化学剪刀化学剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）限制酶是在生物体限制酶是在生物体(主要是主要是微生物微生物)内内的一种酶，能将外来的的一种酶，能将外来的DNA切断切断，由于这，由于这种切割作用是在种切割作用是在DNA分子内部进行的，故分子内部进行的，故名限制性内切酶。名限制性内切酶。特点：特异性。特点：特异性。即即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DNA分子。分子。基因操作的工具基因操作的工具第十五页，讲稿共六十三页哦化学剪刀化学剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶的一种限制酶能识别能识别GAATTC序列序列，并在，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶基因操作的工具基因操作的工具第十六页，讲稿共六十三页哦化学剪刀化学剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）限制酶限制酶限制酶限制酶基因操作的工具基因操作的工具第十七页，讲稿共六十三页哦重播重播第十八页，讲稿共六十三页哦要想获得某个特定性状的基因必须要用限制要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？酶切几个切口？可产生几个黏性末端？要切两个切口，产生四个黏性末端。要切两个切口，产生四个黏性末端。如果把两种来源不同的如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶用同一种限制酶来切割，会怎样呢？来切割，会怎样呢？会产生会产生相同的黏性末端相同的黏性末端，然后让两者的，然后让两者的黏性末端黏性末端黏合黏合起来，就似乎可以合成重组的起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。分子了。基因操作的工具基因操作的工具第二十页，讲稿共六十三页哦化学浆糊化学浆糊DNA连接酶连接酶 DNA连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端之间的之间的缝隙缝隙“缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。分子就形成了。基因操作的工具基因操作的工具第二十一页，讲稿共六十三页哦重重播播化学浆糊化学浆糊DNA连接酶连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的整的DNA分子。分子。第二十二页，讲稿共六十三页哦基因的运载工具基因的运载工具运载体：运载体：基因操作的工具基因操作的工具第二十三页，讲稿共六十三页哦质粒：质粒：质粒是细菌中独立于拟核质粒是细菌中独立于拟核DNA之外，之外，能自主复制的能自主复制的双链闭环的双链闭环的DNA分子分子。质粒质粒是基因工程是基因工程最常用最常用的的运载体运载体。基因操作的工具基因操作的工具第二十六页，讲稿共六十三页哦基因的操作工具l质粒的作用：质粒的作用：u携带外源基因进入受体细胞。携带外源基因进入受体细胞。u进行自主复制或接合到染色体进行自主复制或接合到染色体DNA上，随染色体上，随染色体DNA复制。复制。第二十七页，讲稿共六十三页哦四个基本步骤：四个基本步骤：1）提取提取目的基因目的基因2）目的基因目的基因与运载体重组与运载体重组3）将重组将重组DNA分子分子导入导入受体细胞受体细胞4）目的基因的目的基因的检测检测和和表达表达二、基因工程的基本过程动画演示动画演示小小 结结第二十九页，讲稿共六十三页哦目的基因目的基因 目的基因是人们为了得到其目的基因是人们为了得到其表达产物表达产物而把而把它转入到新的生物体中去的基因。它转入到新的生物体中去的基因。如苏云金芽孢杆菌的如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因抗虫基因，还，还有植物的有植物的抗病抗病（抗病毒抗病毒、抗细菌抗细菌）基因基因、种子种子贮藏蛋白的基因贮藏蛋白的基因，以及人的，以及人的胰岛素胰岛素基因基因、生长激素基因生长激素基因等。等。二、基因工程的基本过程第三十页，讲稿共六十三页哦1、目的基因的获取目的基因的获取l直接分离基因直接分离基因uu确定目的基因的位置确定目的基因的位置uu限制酶切取限制酶切取l人工合成基因人工合成基因第三十一页，讲稿共六十三页哦 1）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使其出现，使其出现一个切口一个切口，露出，露出黏性末端黏性末端。2）用）用同一种同一种限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因，使其产，使其产生生相同相同的的黏性末端黏性末端。3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质粒插入质粒的切的切口处，再加入适量口处，再加入适量DNA连接酶连接酶，形成了一个，形成了一个重组重组DNA分子分子（重组质粒）（重组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实际上是目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的不同来源的基因重组的过程基因重组的过程。2、目的基因与运载体重组目的基因与运载体重组第三十二页，讲稿共六十三页哦2、目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合第三十三页，讲稿共六十三页哦 含有目的基因的含有目的基因的重组质粒进入重组质粒进入受受体细胞。体细胞。目的基因在受体细胞内，随其目的基因在受体细胞内，随其繁殖而繁殖而复制复制，由于细菌，由于细菌繁殖的速度繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得非常快，在很短的时间内就能获得大量大量的目的基因。的目的基因。3、重组重组DNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞第三十五页，讲稿共六十三页哦人生长人生长激素基因激素基因荧光基因荧光基因4、筛选含目的基因的受体细胞第三十六页，讲稿共六十三页哦基因工程动画第三十七页，讲稿共六十三页哦基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA分子水平分子水平人类需要的基因产物人类需要的基因产物剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达实质实质基因重组基因重组基因工程小结基因工程小结第三十八页，讲稿共六十三页哦1）基基因因工工程程中中DNA重重组组最最常常见见的的运运载载体体是是（）A、病毒、病毒DNA B、细菌质粒、细菌质粒DNA C、植物、植物DNA D、动物、动物DNAB练习练习第三十九页，讲稿共六十三页哦2）能能够够使使植植物物表表达达动动物物蛋蛋白白的的育育种种方方法法是（是（）A、杂交育种、杂交育种 B、基因工程育种、基因工程育种 C、射线照射育种、射线照射育种 D、药物浸泡种子、药物浸泡种子B练习练习第四十页，讲稿共六十三页哦3）有关基因工程的叙述中，错误的是（）有关基因工程的叙述中，错误的是（）A、DNA连连接接酶酶可可将将任任意意DNA片片段段的的碱碱基基对对连连接起来接起来 B、限制性内切酶用于目的基因的获得限制性内切酶用于目的基因的获得 C、目的基因须由运载体导入受体细胞、目的基因须由运载体导入受体细胞 D、人工合成目的基因不用限制性内切酶人工合成目的基因不用限制性内切酶A练习练习第四十一页，讲稿共六十三页哦5）实实施施基基因因工工程程第第一一步步的的一一种种方方法法是是把把所所需需的的基基因因从从供供体体细细胞胞内内分分离离出出来来，这这要要利利用用限限制制酶酶。一一种种限限制制酶酶能能识识别别DNA分分子子中中的的GAATTC顺顺序序，切切点点在在G和和A之之间间，这这是是应应用用了酶的了酶的 （）A、高效性、高效性 B、专一性、专一性 C、多样性、多样性 D、催化活性受外界条件影响、催化活性受外界条件影响B练习练习第四十三页，讲稿共六十三页哦三、转基因技术的应用三、转基因技术的应用、微生物基因工程、微生物基因工程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微生物繁殖迅速、结构简单、遗传操微生物繁殖迅速、结构简单、遗传操作较为容易，微生物基因工程技术成熟、作较为容易，微生物基因工程技术成熟、研制周期短、可通过发酵大量生产等优点。研制周期短、可通过发酵大量生产等优点。20世纪世纪80年代开始，微生物基因工程年代开始，微生物基因工程规模化生产药用蛋白质。规模化生产药用蛋白质。第四十四页，讲稿共六十三页哦胰岛素是治疗糖尿病的特效胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，等动物的胰腺中提取，100Kg胰胰腺只能提取腺只能提取4-5g的胰岛素，其产的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生培养液就能产生100g胰胰岛素！大规模工业化生产岛素！大规模工业化生产不但解决了这种比黄金还不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使贵的药品产量问题，还使其价格降低了其价格降低了30%-50%!第四十五页，讲稿共六十三页哦干扰素干扰素治疗病毒感染简直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，300L血才提取血才提取1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液人造血液、白细胞、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第四十八页，讲稿共六十三页哦2、植物基因工程、植物基因工程l科学家已分离出的基因科学家已分离出的基因u抗虫、抗病、抗除草剂、抗旱、抗虫、抗病、抗除草剂、抗旱、抗盐碱、抗冻、改变花色、提抗盐碱、抗冻、改变花色、提高作物产量或品质的基因。高作物产量或品质的基因。第四十九页，讲稿共六十三页哦2、植物基因工程转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯和甜椒转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯和甜椒第五十页，讲稿共六十三页哦2、植物基因工程、植物基因工程不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆第五十一页，讲稿共六十三页哦2、植物基因工程、植物基因工程转鱼抗寒基因的番茄转鱼抗寒基因的番茄第五十二页，讲稿共六十三页哦2、植物基因工程l成果成果u1993年，国内第一例转基因作物年，国内第一例转基因作物抗病毒烟草。抗病毒烟草。u1997年，转基因耐储存番茄获商品化生产。年，转基因耐储存番茄获商品化生产。u2002年，抗虫棉种植面积达年，抗虫棉种植面积达1.3106hm2l展望展望u预防乙型肝炎、龋齿等的疫苗基因转入植物。预防乙型肝炎、龋齿等的疫苗基因转入植物。第五十四页，讲稿共六十三页哦动物基因工程通常以动物的动物基因工程通常以动物的受精受精卵卵作为受体细胞，用作为受体细胞，用显微注射显微注射的方法将的方法将目的基因导入动物的受精卵中，再使目的基因导入动物的受精卵中，再使受精卵发育成个体而获得受精卵发育成个体而获得转基因动物转基因动物。3、动物基因工程、动物基因工程第五十五页，讲稿共六十三页哦3 3、动物基因工程、动物基因工程生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国中国)第五十六页，讲稿共六十三页哦超级动物导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠第五十七页，讲稿共六十三页哦特殊动物导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠第五十八页，讲稿共六十三页哦3 3、动物基因工程、动物基因工程乳汁中含有人生长激素的转基因牛乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷阿根廷)第五十九页，讲稿共六十三页哦乳腺生物反应器乳腺生物反应器l产生人源性蛋白质药物的动物产生人源性蛋白质药物的动物第六十页，讲稿共六十三页哦2121世纪将是基因工程迅速发展并完善世纪将是基因工程迅速发展并完善的世纪，也是它产生巨大效益的世纪！的世纪，也是它产生巨大效益的世纪！基因工程将在医疗卫生、食品工业、农基因工程将在医疗卫生、食品工业、农牧业、环保等许多方面发挥重大的作用！牧业、环保等许多方面发挥重大的作用！第六十一页，讲稿共六十三页哦四、转基因生物产品的安全性四、转基因生物产品的安全性l转基因生物对生态环境的不利影响。转基因生物对生态环境的不利影响。u优势物种优势物种u影响生物多样性影响生物多样性l转基因生物产品对人类健康的损害。转基因生物产品对人类健康的损害。u致敏物质致敏物质第六十二页，讲稿共六十三页哦练习l北京大学陈章量教授于北京大学陈章量教授于20世纪世纪90年年代成功实现固氮基因整合到小麦的代成功实现固氮基因整合到小麦的DNA分子中，并成功表达，该生物分子中，并成功表达，该生物技术属于（技术属于（）lA、杂交育种、杂交育种 B、转基因技术、转基因技术lC、细胞杂交、细胞杂交 D、分子杂交、分子杂交B第六十三页，讲稿共六十三页哦