基因工程及其应用课件 高一下学期生物人教版必修二.ppt

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1、能发光的水母,请您欣赏,能否让热带鱼也能发光?,设想,不能发光的热带斑马鱼,请您欣赏,请您欣赏,超级小鼠与超级鱼,基因工程及其应用,你知道为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上吗？你能推测出，这种基因的“嫁接”是怎么实现的吗？,问题探讨,左图是“嫁接”了人胰岛素基因的工程菌,一、基因工程原理,基因拼接技术或DNA重组技术。,通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种 提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里， 。,2.原 理：,4.操作水平：,5.结 果：,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种,3.操作对象：,基因,1.概念：,基因,定向地改造生物

2、的遗传性状,补丁时装,1.基因的“剪刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）,二、基因工程最基本的工具,限制酶是在生物体(主要是微生物)内的一种酶，能将外来的DNA切断，由于这种切割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。 特点：特异性。 即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。,基因的“剪刀” 限制性核酸内切酶（简称限制酶）,例如：大肠杆菌(E.coli)中的一种限制酶能专一识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,限制酶,限制性核酸内切酶作用的是DNA分子中的什么键？,磷酸二酯键即脱氧核糖、磷酸之间的连接,限制酶,基因的“剪刀” 限制性核酸内

3、切酶（简称限制酶）,限制酶所识别的序列，无论是6个碱基还是4个碱基，都可以找到一条中心轴线，中轴线两侧的双链DNA上的碱基是反向对称重复排列的。,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。,识别一种特定的核苷酸序列， 并在特定的切点上切割DNA分子.,1.来源,2.功能,3.作用部位,4.作用结果,主要是从原核生物中分离纯化而来,磷酸二酯键,切割DNA产生黏性末端或平末端,小结：限制性核酸内切酶,CCTGCAG DCTAAATC GACGTC GATTTAG,D,课堂演练,题1. 下面哪项不具有限制酶识别序列的特征(

4、 )AGAATTC BGGGGCCCC CTTAAG CCCCGGGG,解析：限制酶识别的各种序列具有回文对称的特点。所谓回文对称序列就是当以不同的方向分别阅读DNA的两条互补链时，DNA的两条链上的碱基序列相同。如A中的DNA分子，其中一条链从左向右阅读碱基序列是GAATTC，另一条互补链从右向左阅读碱基序列也是GAATTC。,题2.下列所示的黏性末端是由几种限制酶作用产生的?,4 种,GA,CA,GT,CT,2.基因的“针线”DNA连接酶,二、基因工程最基本的工具,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来，这样一个重组的DNA分子就形成了。,磷酸二酯键

5、,外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细胞(如棉花细胞)？,思考：,导入过程需要运输工具运载体。,运载体的作用有哪些？,作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转移到受体细胞(棉花细胞)中去。作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对外源基因(抗虫基因)进行大量复制。,3.基因的运载工具运载体：,常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或动植物病毒,质粒：,质粒是拟核或细胞核外能够进行自主复制的遗传单位，包括真核生物的细胞器和细菌细胞中核区外的DNA分子。现在习惯上用来专指细菌、酵母菌和放线菌等生物中核以外的DNA分子。 质粒是基因工程最常用的运载体。 绝大多数细菌

6、质粒都是闭合环状DNA分子。有的一个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。,大肠杆菌的质粒：,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。 质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内完成。,四个基本步骤：,三、基因工程操作的基本步骤,1）提取目的基因2）目的基因与运载体结合3）将目的基因导入受体细胞4）目的基因的检测和鉴定,步骤一：提取目的基因,三、基因工程操作的基本步骤,目的基因是人们所需要转移或改造的基因。,如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。,目的基因的提取

7、方法,三、基因工程操作的基本步骤,步骤二：目的基因与运载体结合,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,三、基因工程操作的基本步骤,常用的受体细胞：,有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,步骤三：目的基因导入受体细胞,三、基因工程操作的基本步骤,步骤四：目的基因的检测和

8、鉴定,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表达。,思考：,受体细胞摄入重组DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？,若不能表达，要对抗虫基因再进行修饰。,四、基因工程的应用,运用基因工程技术，不但可以培育优质、高产、抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培育出具有特殊用途的动、植物。,生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),1.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马铃薯,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,A：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白基因的花,B：转没有绿色荧光蛋

9、白基因的空质粒的花,导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠,导入人基因具特殊用途的猪和小鼠,超级动物,特殊动物,图为2001年12月底出生的5只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国PPL医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和“生产”适用于人体移植手术使用的动物器官提供巨大的帮助。,2、,2002年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经占到棉花产量的13.,我国大豆食用油近七成是“转基因”产品,与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？,1.目的性强2.克服远源杂交不亲和性3.育种周期短,既然基因工程与传统的杂交育种和诱变育种相比有许多优势，为什么现在仍有许多人搞杂交育种和诱变育种的研究呢？

10、,1993年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因抗虫棉，其抗虫基因来源于（ ）A、普通棉花的基因突变B、棉铃虫变异形成的致死基因C、寄生在棉铃虫体内的线虫D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因,D,2.基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,治疗糖尿病,治疗生长缺陷症,治疗烫伤、胃溃疡,治疗某些癌症,治疗癌症或病毒感染,预防病毒性肝炎,治疗心血管病（心脏病）,胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！大规模工业

11、化生产不但解决了这种比黄金还贵的药品产量问题，还使其价格降低了30%-50%!,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。,1、不属于基因工程方法生产的药物是（ ）A、干扰素 B、白细胞介素C、青霉素 D、乙肝疫苗,C,3.基因工程与环境保护,环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,利用基因工程培育的“指示生物”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，甚至还可以吸收和转化污染物。,环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞

12、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，用基因工程培育成功的“超级细菌”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DDT等毒害物质。,2006年3月14日绿色和平组织发布消息,称亨氏营养米粉含有转Bt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、转基因生物与转基因食品的安全性,两种观点不安全：证据 安全：证据,你们的观点？,安全观点： 1、转基因食品与非转基因食品的构成是一样的； 2、减少农药使用、减少环境污染； 3、节省生产成本，降低粮食售价； 4、增加食品营养、提高食品产量

13、等。,不安全观点： 1、可能产生抗除草剂的超级杂草； 2、可能使疾病的散播跨越物种障碍； 3、可能损害农作物的生物多样性； 4、认为创造新物种，可能干扰生态系统的稳定性； 5、可能产生新毒素和新过敏源。,家庭作业,复习并掌握本节课的知识点；完成金牌学案P90-91。,1）以下说法正确的是 （ ） A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接 D、基因控制的性状都能在后代表现出来,C,练习,2）有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A、限制酶只在获得目的基因时才用 B、重组质粒的形成在细胞内完

14、成 C、质粒都可作为运载体 D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料,D,3）有关基因工程的叙述中，错误的是（ ） A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来 B、 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 D、 人工合成目的基因不用限制性内切酶,A,参考资源：,展示你的搜索成果,有人认为，转基因新产品也是一把双刃剑，犹如水能载舟，亦能覆舟，甚至带来灾难性的后果，你是否同意这一观点？举例说明。,思维拓展,基因工程的“专用工具”,基因的剪刀限制性内切酶：一种限制性内切酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子的酶。,基因工程的“专用工具”,基因的针线DNA连接酶：把两条DNA未端之间的缝隙缝合起来。,基因工程的“专用工具”,基因的运输工具运载体：质粒是存在于细菌细胞质中独立于染色体而自主复制的环状双链DNA分子。噬菌体、病毒,基因工程的基本操作步骤：,基因工程的基本操作步骤：,四步曲：1、提取目的基因2、目的基因与运载体结合3、将目的基因导入受体细胞4、目的基因的检测和表达,1、微生物基因工程：,即把目的基因导入大肠杆菌等微生物中，通过微生物表达目的基因的产物。,2、细胞基因工程：,即用哺乳动物细胞来表达目基因的产物,3、转基因动物：,即将目的基因直接导入鼠、兔、羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达，从而获得目的基因的产物,