6.2基因工程课件--高一下学期生物人教版必修2.pptx

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1、6.2 基因工程基因工程6.2 基因工程及其应用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?设想设想不能发光的热带斑马鱼不能发光的热带斑马鱼一、基因工程原理一、基因工程原理1 1、概念、概念基因工程基因工程,又叫做又叫做基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术基因拼接技术或或DNADNADNADNA重组重组重组重组技术技术技术技术。就。就是按照人们的意愿，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，然后放到另一种生物把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，的细胞里，定向定向定向定向地改造生物的地改造生物的遗传性状遗传性

2、状遗传性状遗传性状。2、原理、原理：3、操作水平、操作水平：操作对象操作对象：基因重组基因重组DNA分子水平分子水平DNA分子分子5、优点：、优点：(1)克克服了远缘杂交不亲和的障碍；服了远缘杂交不亲和的障碍；(2)周周期短；期短；(3)目目的性强。的性强。4、结果：定、结果：定向向改改造生物的遗传性状，获得人类所需的基因产物。造生物的遗传性状，获得人类所需的基因产物。6、缺点：、缺点：技术复杂、操技术复杂、操作难作难度大度大水母（水母（发出绿色荧光发出绿色荧光）绿色荧光基因绿色荧光基因 重组质粒重组质粒(重组重组DNA分子分子)猫的受精卵猫的受精卵（含绿色荧光基因含绿色荧光基因）猫（猫（不能

3、发出绿色荧光不能发出绿色荧光）绿色荧光猫绿色荧光猫提取（剪切）提取（剪切）运输工具运输工具 结合（拼接）结合（拼接）导入导入例：转基因荧光猫的培育过程例：转基因荧光猫的培育过程主要存在主要存在于于原核细原核细胞胞(微生物微生物)内，内，在在300多种微生物中已发多种微生物中已发现的有现的有4000多种限制酶。多种限制酶。一种限制酶一种限制酶只能识别只能识别一种特定的核苷酸序列，并在一种特定的核苷酸序列，并在特定的切特定的切点上点上切割切割DNA分子，产生分子，产生黏性末黏性末端端(或平末端或平末端)来源来源:特点特点:作作用部位：用部位：1、基因的、基因的“剪刀剪刀”：二、基因工程的操作工具二

4、、基因工程的操作工具限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶(简称限制酶简称限制酶)G A A T T CC T T A A GGC T T A AA A T T CG黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端限制性内切限制性内切酶限制性内切限制性内切酶磷酸二磷酸二酯键黏性末端黏性末端黏性末端黏性末端限制性内切酶（限制性内切酶（EcoR）作用过程）作用过程黏性末端黏性末端？被被限制酶切开的限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。的核苷酸，他们之间正好互补配对，这样的切口叫黏性末端。G A A T T CC T T A A G

5、G 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 G用同种限制酶切割用同种限制酶切割限制酶切割的限制酶切割的是磷是磷酸二酯酸二酯键键。2、基因的、基因的“针线针线”DNA连接酶连接酶(1)作作用用对对象：象：两个具有相同黏性末端的两个具有相同黏性末端的DNA分子分子(片段片段)。(2)位位置：置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口脱氧核糖与磷酸之间的缺口(形成形成磷酸二酯键磷酸二酯键)。(3)催催化结果：化结果：形成重组形成重组DNA分子。分子。DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合缝合”起

6、来，即把梯子两边扶手的断口连接起来起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来(不是连接氢键不是连接氢键)，这样一个重组的，这样一个重组的DNA分子就分子就形成了。形成了。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生成磷酸二酯键生成磷酸二酯键DNADNA连接酶连接酶3、基因的运输工具运载体将目的基因送入受体细胞；在受体细胞中和目的基因一起大量复制和表达。(4)(4)作作为运载体必须具备的条

7、件为运载体必须具备的条件:具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。具有某些标记基因，便于进行筛选。(2)常用运载体：(1)作用：质粒、噬菌体、动植物病毒(4)作用原理：运载体对受体细胞的侵染性(3)(3)化化学本质学本质:DNA(脱氧核糖核酸)质质粒存在于许多粒存在于许多细菌和酵母菌细菌和酵母菌等生等生物的细胞中物的细胞中,是拟核或细胞核外能够是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的自主复制的很小的环状环状DNADNA分子分子。标记基因，便于标记基因，便于进行检测。进行检测。质质粒存在于许多粒存在于许多细菌和酵母菌细菌和酵母菌等生等生物的细胞中物的细胞中,是拟核或细

8、胞核外能是拟核或细胞核外能够自主复制的很小的够自主复制的很小的环状环状DNADNA分子分子。三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤目的基因：目的基因：人人人人们所需要转移或改造的基因。们所需要转移或改造的基因。们所需要转移或改造的基因。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，还有植物的抗如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的抗病病病病(抗抗抗抗病毒、抗细病毒、抗细病毒、抗细病毒、抗细菌菌菌菌)基基基基因、因、因、因、种子耐贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。种子耐贮藏蛋白的基因，以

9、及人的胰岛素基因、干扰素基因等。种子耐贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。种子耐贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤1、步、步骤一：提取目的基因骤一：提取目的基因2、步、步骤二：目的基因与运载体结合骤二：目的基因与运载体结合 用用特定的特定的限制酶限制酶切割质切割质粒；粒；用用同种限制酶同种限制酶切割目的基因，使其产生相同的黏性末切割目的基因，使其产生相同的黏性末端；端；将将目的基因和质粒混合，再加入适量目的基因和质粒混合，再加入适量DNADNA连接酶，形成了连接酶，形成了一个重组一个重组DNADNA分分子子(重重组质组质

10、粒粒)。目的基因与运载体的结合过程，实际上是不目的基因与运载体的结合过程，实际上是不目的基因与运载体的结合过程，实际上是不目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的同来源的同来源的同来源的基基基基因重新组合因重新组合因重新组合因重新组合的的的的过程。过程。过程。过程。三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤常用的受体细胞：常用的受体细胞：微生微生物和物和动植物细动植物细胞胞原理：原理：借鉴细菌或病毒借鉴细菌或病毒侵染侵染细胞的途细胞的途径径3、步、步骤三骤三：将目：将目的基因导入受体细胞的基因导入受体细胞三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤原则：获取基因产物原因：个体微小，代谢

11、旺盛，繁殖速度快，基因产物多。动植物受精卵或早期胚胎:常用受体细胞是微生物：培培育转基因植物的受体细胞可育转基因植物的受体细胞可以用以用体体细细胞胞，但需要配合组织培养，但需要配合组织培养原则：获取转基因动植物检测检测：鉴定鉴定：4、步、步骤四：目的基因的检测和鉴定骤四：目的基因的检测和鉴定三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤根据受体细胞是否具有某些标记基因根据受体细胞是否具有某些标记基因判断目的基因是否导入判断目的基因是否导入受体细胞必须表现出特定的性状，才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。能说明目的基因完成了表达。提醒提醒：(1)切割目的基因和运切割目的基因

12、和运载体一般使体一般使用同一种限制用同一种限制酶，以，以获得相同的黏性末端。得相同的黏性末端。(2)基因工程基本操作步基因工程基本操作步骤中，只有第三步将目的基因中，只有第三步将目的基因导入受体入受体细胞不需碱基互胞不需碱基互补配配对，其余三步都涉及碱基互其余三步都涉及碱基互补配配对。(3)检测目的基因是否目的基因是否导入受体入受体细胞，一般是胞，一般是检测标记基因；目的基因的受体基因；目的基因的受体细胞是否成胞是否成功表达，需要功表达，需要检测目的基因是否表达出了相目的基因是否表达出了相应产物。物。四、基因工程的应用四、基因工程的应用1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种获获得高产、

13、稳产和具有优良品质的农作物。得高产、稳产和具有优良品质的农作物。培培育出具有抗逆性的作物新品种。育出具有抗逆性的作物新品种。畜畜牧业上获得人们所需要的、具优良性状的转基因动物。牧业上获得人们所需要的、具优良性状的转基因动物。优点：降低生产成本，减少农药的使用对环境造成的污染，提高农作物对优点：降低生产成本，减少农药的使用对环境造成的污染，提高农作物对不良环境的适应能力。不良环境的适应能力。普通棉花(无抗虫特性)苏云金芽孢杆菌提取提取抗虫基因与运与运载载体体DNADNA拼接拼接导导入入棉花细胞(含抗虫基因)棉花植株(有抗虫特性)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

14、因的番茄因的番茄转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯转基因大豆转基因大豆乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因牛(阿根廷阿根廷)生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼(中国中国)导入耐贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入耐贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠2 2、基因工程与药物研制、基因工程与药物研制把控制生产药物的基因通过基因工程转移到另一种生把控制生产药物的基因通过基因工程转移到另一种生物物(一一般是般是微生微生物物)体体内，从而获得各种高质量、低成本的药物。内，从而获得各种高质量、低成本的药物。胰岛素、胰岛素、干扰素、干扰素、白细胞介素、溶血栓剂、

15、凝血因子，乙肝、白细胞介素、溶血栓剂、凝血因子，乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱伤寒等疾病的疫苗。狂犬病、百日咳、霍乱伤寒等疾病的疫苗。胰岛素从猪胰岛素从猪 、牛等家畜的、牛等家畜的胰腺中提取，胰腺中提取，100kg100kg胰腺只能提胰腺只能提取取4 45g5g的胰岛素，其产量之低的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。和价格之高可想而知。将能够产生胰将能够产生胰岛素的基因导入大岛素的基因导入大肠杆菌，每肠杆菌，每2 000 L2 000 L大肠杆菌大肠杆菌培养液就培养液就能提取能提取100 g100 g胰岛素！胰岛素！干扰素治疗病毒感染简直干扰素治疗病毒感染简直是是“万能灵药万能灵药”！过去从人

16、血！过去从人血中提取，中提取，300 L血才提取血才提取1 mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞介人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因素、乙肝疫苗等通过基因工程实现了工业化生产，工程实现了工业化生产，均为提高人类的健康水平均为提高人类的健康水平发挥了重大的作用。发挥了重大的作用。人造血液及其生产人造血液及其生产环环境监测：境监测：3 3、基因工程与环境保护、基因工程与环境保护环环境污染治理：境污染治理：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。基因工程做成的基因工

17、程做成的“超级细菌超级细菌”能吞噬和分解多种污染环能吞噬和分解多种污染环境的物质。境的物质。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”能十分灵敏能十分灵敏地反映环境污染的情况，不易因环境污染而大量死地反映环境污染的情况，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亡，甚至还可以吸收和转化污染物。通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基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因工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能

18、吞食转化汞、镉等的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属、分解重金属、分解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?五、转基因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安全性争论焦点：安全性争论焦点：1 1）可以制造超级细菌、超级杂草等；）可以制造超级细菌、超级杂草等；2 2）制造难以制服的病原体、生物武器；）制造难以制服的病原体、生物武器；3 3）转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能破坏原有的生态平衡，）转基因动植物的出现引发物种入侵，有可能破坏原有的生态平衡，对原有物种产生威胁，破坏生物多样性；对原有物种产生威胁，破坏生物多样性；4 4）可能产生新毒素和新过敏原。）可能产生新毒素和新过敏原。细菌和人是差异非常大的两种生物细菌和人是差异非常大的两种生物,通过基通过基因重组后因重组后,细菌能够合成人体的胰岛素，这说细菌能够合成人体的胰岛素，这说明了什么？明了什么？这可不是普通的细这可不是普通的细菌，它是嫁接了人菌，它是嫁接了人胰岛素基因的工程胰岛素基因的工程菌，能大量合成人菌，能大量合成人胰岛素。胰岛素。人和细菌共用一套遗传密码人和细菌共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码所有生物共用一套遗传密码