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必修2第六章第二节 基因工程极其应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、基因工程原理一、基因工程原理 基因工程又叫做基因拼接技术或基因工程又叫做基因拼接技术或DNADNA重组重组技术。技术。通俗地说，就是按照人们的意愿，把一通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别种生物的个别基因基因复制出来，加以修饰改造，复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造定向地改造生物的遗传性状（目的）生物的遗传性状（目的）。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DNADNA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提取提取提取提取培育转基因大肠杆菌的简要过程培育转基因大肠杆菌的简要过程你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转你认为上述培育转基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关基因大肠杆菌的关键步骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪些？键步骤有哪些？普通大肠杆菌普通大肠杆菌(不能分泌胰岛素不能分泌胰岛素)人体组织细胞人体组织细胞胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体与运载体与运载体DNADNA拼接拼接拼接拼接导入导入导入导入大肠杆菌大肠杆菌(含含胰岛素基因胰岛素基因)转基因大肠杆菌转基因大肠杆菌(能分泌胰岛素能分泌胰岛素)培育转基因大肠杆菌的关键步骤培育转基因大肠杆菌的关键步骤1.ONE1.ONE胰岛素基因从人体细胞内提取出来2.TWO2.TWO胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连接连接3.THREE3.THREE胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体(大肠杆菌大肠杆菌)细胞细胞基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“针线针线”基因的运载体基因的运载体基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶（简称限制酶）限制性内切酶（简称限制酶）（一）基因操作的工具（一）基因操作的工具 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)内的一种内的一种酶，能将外来的酶，能将外来的DNA切断切断，由于这种切割作用是，由于这种切割作用是在在DNA分子内部进行的，故名限制性内切酶。分子内部进行的，故名限制性内切酶。特点：特点：专一性专一性。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苷酸序核苷酸序列列，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。大肠杆菌大肠杆菌(EcoRI)的一种限制酶能识别的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在序列，并在G和和A之间切开。之间切开。限制酶限制酶CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 练习使用练习使用EcoRI 剪切目的基因剪切目的基因CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 目的基因目的基因黏性末端黏性末端什么叫黏性末端？什么叫黏性末端？被限制酶切开的被限制酶切开的DNA两条单链的切口，两条单链的切口，带有几个带有几个伸出的核苷酸伸出的核苷酸，他们之间正好，他们之间正好互补互补配对配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具 DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端可把黏性末端之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙之间的缝隙“缝合缝合缝合缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的样一个重组的样一个重组的样一个重组的DNADNA分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。分子就形成了。磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键使用使用DNA连接酶制作重组连接酶制作重组DNA分子分子甲片段甲片段CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT 乙片段乙片段GGCATCTTAAAATTCCGTAG 重组重组DNA分子分子GGCATCTTAAAATTCCGTAG（二）基因操作的工具（二）基因操作的工具导入过程需要运输工具导入过程需要运输工具运载体。运载体。运载体的作用有哪些？运载体的作用有哪些？作用一作用一作用一作用一：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)转转转转移移移移到受体细胞到受体细胞到受体细胞到受体细胞(棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞)中去。中去。中去。中去。作用二作用二作用二作用二：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞：利用运载体在受体细胞(棉花细胞棉花细胞棉花细胞棉花细胞)内，内，内，内，对对对对外源基因外源基因外源基因外源基因(抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因)进行进行进行进行大量复制大量复制大量复制大量复制。外源基因外源基因(如抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入怎样才能导入受体细胞受体细胞(如棉花细胞如棉花细胞)？基因的运载工具基因的运载工具运载体：运载体：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：常用的运载体主要有两类：1 1）细菌细胞质的）细菌细胞质的）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒质粒质粒 2 2）噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体或某些或某些或某些或某些动植物病毒动植物病毒动植物病毒动植物病毒DNA linking-enzymeDNA linking-enzymerestriction endonucleaserestriction endonucleaseDNA linking-enzymeDNA linking-enzyme胰岛素基因胰岛素基因运载体运载体1.1.能够在宿主细胞内复能够在宿主细胞内复制并稳定保存；制并稳定保存；2.2.具有多个限制酶切点具有多个限制酶切点以便与外源基因相连；以便与外源基因相连；3.3.具有标记基因，便于具有标记基因，便于进行筛选进行筛选四个基本步骤：四个基本步骤：（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤1）提取提取目的基因目的基因2）目的基因）目的基因与运载体结合与运载体结合3）将目的基因）将目的基因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目的基因目的基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 目的基因是人们所目的基因是人们所需要转移需要转移或或改造改造的基因。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，还有植物的，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子、种子贮藏蛋白的贮藏蛋白的基因基因，以及人的，以及人的胰岛素基因胰岛素基因、干扰素基因干扰素基因等。等。直接分离基因直接分离基因直接分离基因直接分离基因人工合成基因人工合成基因人工合成基因人工合成基因目的基因的提取方法目的基因的提取方法（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤目的基因与运载体重组目的基因与运载体重组 1 1）用一定的）用一定的）用一定的）用一定的限制酶切割质粒限制酶切割质粒限制酶切割质粒限制酶切割质粒，使，使，使，使其出现其出现其出现其出现一个切口一个切口一个切口一个切口，露出，露出，露出，露出黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端。2 2）用）用）用）用同一种同一种同一种同一种限制酶限制酶限制酶限制酶切断目的基因切断目的基因切断目的基因切断目的基因，使其产生使其产生使其产生使其产生相同相同相同相同的的的的黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端。3 3）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段）将切下的目的基因片段插入质插入质插入质插入质粒粒粒粒的切口处，再加入适量的切口处，再加入适量的切口处，再加入适量的切口处，再加入适量DNADNA连接连接连接连接酶酶酶酶，形成了一个，形成了一个，形成了一个，形成了一个重组重组重组重组DNADNA分子分子分子分子（重（重（重（重组质粒）组质粒）组质粒）组质粒）目的基因与运载体的结合过程，实目的基因与运载体的结合过程，实目的基因与运载体的结合过程，实目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的际上是不同来源的际上是不同来源的际上是不同来源的基因重组的过程基因重组的过程基因重组的过程基因重组的过程。（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤常用的受体细胞：常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。酵母菌和动植物细胞等。将目的基因导入受体细胞的原理将目的基因导入受体细胞的原理 借鉴借鉴细菌或病毒侵染细胞细菌或病毒侵染细胞的途径。的途径。目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达四环素四环素抗性基因抗性基因氨苄青霉氨苄青霉素抗性基因素抗性基因（三）基因操作的基本步骤（三）基因操作的基本步骤 不能，受体细胞必须表现出特定的性状，不能，受体细胞必须表现出特定的性状，不能，受体细胞必须表现出特定的性状，不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了才能说明目的基因完成了表达表达表达表达。受体细胞摄入受体细胞摄入受体细胞摄入受体细胞摄入DNADNA分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因分子后就说明目的基因完成了表达吗？完成了表达吗？完成了表达吗？完成了表达吗？若不能表达，要若不能表达，要若不能表达，要若不能表达，要对抗虫基因再进对抗虫基因再进对抗虫基因再进对抗虫基因再进行行行行修饰修饰修饰修饰。二、基因工程的应用二、基因工程的应用运用基因工程技术，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。有特殊用途的动、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基因工程在农业上的应用基因工程在农业上的应用 培育抗逆性品种培育抗逆性品种 将细菌的将细菌的抗虫、抗病毒、抗抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温高温等抗性基因转移到作物体等抗性基因转移到作物体内，将从根本上改变作物的特内，将从根本上改变作物的特性。如转基因抗虫棉。性。如转基因抗虫棉。抗虫基因作物的意义：抗虫基因作物的意义：减少农药的用量，降低了生产减少农药的用量，降低了生产的成本，减少了农药对环境的污染。的成本，减少了农药对环境的污染。转基因龙胆花色奇异转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色基因工程在畜牧业的应用基因工程在畜牧业的应用 繁殖具有繁殖具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛质量的皮毛等优良品质的转基因动物（如奶牛）。等优良品质的转基因动物（如奶牛）。该过程的重要步骤是该过程的重要步骤是重组重组DNA转移到转移到动物受精动物受精卵卵中。中。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”。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。将合成的胰岛素将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，基因导入大肠杆菌，每每2000L2000L培养液就能培养液就能产生产生100g100g胰岛素！使胰岛素！使其价格降低了其价格降低了30%-30%-50%!50%!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”能十分能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污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，甚至还可以吸收和转化污染物。染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。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”能吞食和分能吞食和分解多种污染环境的物质。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。1.1.基因工程的设计施工是在什么水平上进行的基因工程的设计施工是在什么水平上进行的A.A.细胞细胞 B.B.细胞器细胞器 C.C.分子分子 D.D.原子原子2.2.目前不常被使用的基因载体有目前不常被使用的基因载体有A.A.质粒质粒 B.B.噬菌体噬菌体 C.C.染色体染色体 D.D.动动.植物病毒植物病毒3.3.某科学工作者把兔子的血红蛋白的信使某科学工作者把兔子的血红蛋白的信使RNARNA加入加入到大肠杆菌的提取液中，在这个细胞的合成系统到大肠杆菌的提取液中，在这个细胞的合成系统中能合成兔子的血红蛋白，这个事实说明中能合成兔子的血红蛋白，这个事实说明A.A.蛋白质合成是在核糖体上进行的蛋白质合成是在核糖体上进行的B.B.各种生物共用一套遗传密码各种生物共用一套遗传密码C.C.兔子和大肠杆菌的基因发生了重组兔子和大肠杆菌的基因发生了重组D.D.兔子的基因发生了突变兔子的基因发生了突变4.4.基因治疗是把健康的外源基因导入：基因治疗是把健康的外源基因导入：A.A.有基因缺陷的细胞中有基因缺陷的细胞中B.B.有基因缺陷的染色体中有基因缺陷的染色体中C.C.有基因缺陷的细胞器中有基因缺陷的细胞器中D.D.有基因缺陷的有基因缺陷的DNADNA分子中分子中5.5.下列不属于基因工程的是：下列不属于基因工程的是：A.A.培养出抗烟草花叶病的番茄植株培养出抗烟草花叶病的番茄植株B.B.在大肠杆菌中获取人的干扰素在大肠杆菌中获取人的干扰素C.C.培养出兼有鲤鱼与鲫鱼特点的鲤鲫移核鱼培养出兼有鲤鱼与鲫鱼特点的鲤鲫移核鱼D.D.利用利用“工程菌工程菌”生产乙肝疫苗生产乙肝疫苗6.6.有关基因工程的叙述正确的是有关基因工程的叙述正确的是A.A.限制性内切酶只在获得目的基因时才用限制性内切酶只在获得目的基因时才用B.B.重组质粒的形成在细胞内完成重组质粒的形成在细胞内完成C.C.质粒都可以作为运载体质粒都可以作为运载体D.D.蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料7.7.基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是基因工程中常作为基因的运载体的一组结构是A.A.质粒、线粒体、噬菌体质粒、线粒体、噬菌体B.B.染色体、叶绿体、线粒体染色体、叶绿体、线粒体C.C.质粒、噬菌体、动植物病毒质粒、噬菌体、动植物病毒D.D.细菌、噬菌体、动植物病毒细菌、噬菌体、动植物病毒8.DNA8.DNA连接酶的重要功能是连接酶的重要功能是A.DNAA.DNA复制时母链与子链之间形成氢键复制时母链与子链之间形成氢键B.B.黏性末端碱基之间形成氢键黏性末端碱基之间形成氢键C.C.两条两条DNADNA末端之间的缝隙连接起来末端之间的缝隙连接起来 D.ABCD.ABC都不正确都不正确9.9.在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是A.A.限制酶和连接酶限制酶和连接酶 B.B.限制酶和水解酶限制酶和水解酶C.C.限制酶和运载体限制酶和运载体 D.D.连接酶和运载体连接酶和运载体10.197610.1976年，美国科学家首次将人的生长抑制素年，美国科学家首次将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌，并获得表达，这释放因子的基因转入大肠杆菌，并获得表达，这是人类第一次获得的转基因生物是人类第一次获得的转基因生物.此文中的此文中的“表表达达”是指该基因在大肠杆菌内是指该基因在大肠杆菌内A.A.能进行自我复制能进行自我复制B.B.能进行转录能进行转录 C.C.能控制合成人的生长抑制素释放因子能控制合成人的生长抑制素释放因子D.D.能合成人的生长激素能合成人的生长激素