《基因工程及应用》PPT课件.ppt

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1、TTTTAGCCGGAA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?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，且农作物只能吸收氮肥的能吸收氮肥的1/10,造成了大造成了大面积土壤和水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

2、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，治疗糖以往，治疗糖尿病的胰岛素是从尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，动物胰腺中提取的，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，这头牛，这种药物的造价就可种药物的造价就可想而知了。想而知

3、了。微生物可以有分泌产物，且微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快微生物繁殖速率快设想设想一一能否让禾本科的植物也能够固定空气中能否让禾本科的植物也能够固定空气中能否让禾本科的植物也能够固定空气中能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？的氮？的氮？的氮？能否让细菌能否让细菌能否让细菌能否让细菌“吐出吐出吐出吐出”蛛丝？蛛丝？蛛丝？蛛丝？设想设想二二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？素等珍贵的药物？素等珍贵的药物？素等珍贵的药物？设想设想三三经过多年的努力，科学家于20世纪70

4、年代创立了可以定向改造生物的新技术基因工程。基因工程基因工程：又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术或或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，然后放到另一种生物的细胞里，生物的细胞里，定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性状。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

5、种。获得新性状获得新性状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含有胰岛素基因含有胰岛素基因提取提取提取提取胰岛素基因胰岛素基因大肠杆菌大肠杆菌(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)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培育转基因大

6、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胰岛素基胰岛素基因从人体因从人体细胞内提细胞内提取出来取出来2.TWO2.TWO胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连连接接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

7、DNADNA分子。分子。专一性专一性如如:EcoRI限制酶限制酶限制性内切酶限制性内切酶（EcoREcoR）作用过程作用过程点击播放点击播放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是否具是否具有相同的黏性末端？有相同的黏性末端？思考思考:2.分子针线分子针线DNA连接酶连接酶(DNA linking-enzyme)DNA连接酶连接的是两个脱氧连接酶连接的是两个脱氧核苷酸核苷酸(deoxyribonucleotide)分分子的什么部位？子的什么部位？基因操作(gene engineering)的工具磷酸二酯键磷酸二酯键DNA连接酶的作用过程连接酶的作用过程点击播放点击播放基因

8、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，的缺口，不是不是碱碱基间的氢键基间的氢键下列下列是由限制酶切割形成的是由限制酶切割形成的DNADNA片段，能用片段，能用相应相应DNADNA连接酶将它们恢复连接的组合是连接酶将它们恢复连接的组合是CTGCA GGCTTAA GACGTC AAT

9、TC GA.A.；B.B.；C.C.；D.D.以上以上都不对都不对ADNADNA连接酶的作用是：连接酶的作用是：A.A.子链和母链之间形成氢键子链和母链之间形成氢键B.B.黏性末端之间形成氢键黏性末端之间形成氢键C.C.两个两个DNADNA末端间的缝隙连接末端间的缝隙连接、B B、C C都对都对 C目的基因目的基因(如人的胰岛素基因如人的胰岛素基因)怎样才能怎样才能导入受体细胞导入受体细胞(如大肠杆菌细胞如大肠杆菌细胞)？3.基因的运输工具基因的运输工具运载体运载体(carrying)常用的运载体常用的运载体(carrying)有两类：有两类：1）细菌细胞质的）细菌细胞质的质粒质粒(plasm

10、id)2）噬菌体噬菌体(bacteriophages)或某些或某些动植物病毒动植物病毒(virus)基因操作(gene engineering)的工具运载体运载体 常常用用的的运运载载体体：质质粒粒、噬噬菌菌体体和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.大肠杆菌的大肠杆菌的质粒质粒(plasmid)：运载体运载体(carrying)应该应该具有什么特具有什么特点呢点呢?运载体运载体(carryi

11、ng)1 1能够在宿主细胞内能够在宿主细胞内复制复制并稳定保存；并稳定保存；具有具有多个限制酶多个限制酶切点切点以便与外源基以便与外源基因相连；因相连；具有具有标记基因标记基因，便于进行筛选便于进行筛选导入导入扩增扩增用与用与提取目的基因提取目的基因相同的相同的限制限制酶切割切割质粒粒使之出使之出现一个切口一个切口，将，将目的基因目的基因插入插入切口切口处，让目的基因的黏性末端目的基因的黏性末端与与切口上的黏性末端切口上的黏性末端互互补配配对后，在后，在DNADNA连接接酶的作用下的作用下连接形成接形成重重组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

12、取目的基因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(常用常用的受体细胞：的受体细胞：菌类菌类和和动植物动植物细胞细胞)4、目的基因的表达和检测、目的基因的表达和检测4、目的基因的表达和检测、目的基因的表达和检测大量的大量的受体细胞受体细胞接受接受不多的目的基因不多的目的基因。处理的。处理的受受体细胞体细胞中中真正摄入了目的基因的真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中很少，必须将它从中检测出来。检测出来。将将每个受体细胞每个受体细胞单独培养形成单独培养形成菌落菌落，检测菌落中，检测菌落中是否是否有目的基因有目的基因的表达产物。淘汰无表达

13、产物的菌落，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基因工程(gene engineering)的“四步曲”提取提取目的基因目的基因1目的基因与目的基因与运载体结合运载体结合2将目的基因将目的基因导入导入受体细胞受体细胞3目的基因的目的基因的检测检测和和表达表达4？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？从细胞中分从细胞中分从细胞中分从细胞中分离出离出离出离出DNADNADNADNA限制酶截取限制酶截取限制酶截取限制酶截取DNADNADN

14、ADNA片断片断片断片断分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆分离大肠杆菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒菌中的质粒 DNA DNA DNA DNA重组重组重组重组用重组质粒用重组质粒用重组质粒用重组质粒转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌转化大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌培养大肠杆菌克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因克隆大量基因12基因工程的操作工具基因工程的操作工具1.基因的剪刀基因的剪刀 限制性内限制性内切酶切酶2.基因的针线基因的针线 连接酶连接酶 3.基因的运输工具基因的运输工具 运载运载体体 基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤1.目的基因的目的基因的提取提取2.目的基因与运载

15、体目的基因与运载体结合结合3.目的基因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与与表达表达基因工程基因工程(gene engineering)的原理的原理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。（一）、基因工程与作物育种（一）、基因工程与作物育种 1、在农作物生产方面、在农作物生产方面目的：目的：培育出培育出高高产、稳产、抗逆性、抗逆性的的优良作物及新品种。良作物及新品种。优点：降低生点：降低生产成本成本

16、，减少，减少农药的使用的使用对环境的危害，境的危害，提高提高农作物作物对不良不良环境境的适的适应能力。能力。（一）、基因工程与作物育种（一）、基因工程与作物育种 2、在畜牧养殖方面、在畜牧养殖方面 科学家利用基因工程的方法培育出了转基科学家利用基因工程的方法培育出了转基因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。因奶牛、超级绵羊等多种转基因动物。生长快、肉质好的转基生长快、肉质好的转基因鱼因鱼(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)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是

17、从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。微生物微生物生长迅速生长迅速，容易控制容易控制，适于，适于大规模大规模工业化工业化生产生产。若若将将生物合成相应药物成分生物合成相应药物成分的的基因基因导入导入微生物微生物细胞细胞内，让它们产生相应的药物，不但内，让它们产生相应的药物，不但能解决能解决产量问题，还能大大降低生产成本产量问题，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

18、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、环境保护、环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超级细超级细菌菌”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，

19、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。环境检测环境检测：用：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、其他基因诊断基因诊断：如用：如用基因探针基因探针检测肝类病毒、检测肝类病毒、诊断遗传病诊断遗传病基因治疗：基因治疗：把健康的把健康的外源基因导入外源基因导入有基因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

20、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？能发光的水母能发光的水母能否能否让热能否能否让热带鱼也能发光带鱼也能发光?设想不能发光的热带斑马鱼不能发光的热带斑马鱼香香 蕉蕉 鱼鱼19981998年，英国一位生物学家在年，英国一位生物学家在电视节目中目中宣布：老鼠食用了宣布：老鼠食用了转基因基因马铃薯后，薯后，肾、脾和、脾和消化道都出消化道都出现了了损伤，体重和器官重量减，体重和器官重量减轻，免疫系免疫系统遭到破坏。遭到破坏。转

21、基因食品转基因食品 安全吗?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。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。

22、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，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

23、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。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 。（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）将将青青椒椒的的种种子子搭搭载载人人造造卫卫星星，在

24、在太太空空中中飞飞行行数数周周后后返返回回地地面面，获获得得了了果果大大、肉肉厚厚和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）用用抗抗倒倒伏伏、不不抗抗锈锈病病和和不不抗抗倒倒伏伏、抗抗锈锈病病的的两两个个小小麦麦品品种种，培培育育出出抗抗倒倒伏伏、抗抗锈锈病病的品种，所用方法是的品种，所用方法是 。（6）用用秋秋水水仙仙素素或或硫硫酸酸二二乙乙酯酯处处理理蕃蕃茄茄、水水稻稻种种子子，获获得得成成熟熟期期早早、蛋蛋白白质质含含量量高高的的品品系，这种方法是系，这种方法是 。（7）将将白白菜菜与与甘甘蓝蓝的的体体细细胞胞用用酶酶处

25、处理理，再再用用聚聚乙乙二二醇醇使使其其融融合合，通通过过组组织织培培养养获获得得新新的的植物品种。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 杂交杂交育种育种诱变诱变育种育种多倍体育多倍体育 种种单倍体育单倍体育 种种 基因基因 工程工程处理处理杂交杂交射线、辐射线、辐射处理射处理秋水秋水仙素仙素花药离体花药离体 培养培养 基因基因 转移转移原理原理基因基因重组重组基因突变基因突变 染色体变染色体变 异异染色体变染色体变 异异 基因基因 重组重组优点优点 集集“优优”提高突变提高突变 频率，产频率，产生新基因生新基因果实大营果实大营养丰富养丰富缩短育种缩短育种年限年限定向改变定向改变生物性状生物性状缺点缺点育种时间育种时间 长长 需要处理需要处理大量材料大量材料发育迟结发育迟结实率低实率低 技术复杂技术复杂 操作操作 复杂复杂