第2节基因工程及其应用上课课件.ppt

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1、第二节第二节基因工程及其应用基因工程及其应用能发能发荧光荧光的热的热带斑带斑马鱼马鱼?能能发发光光的的水水母母转鱼抗寒基转鱼抗寒基因的番茄因的番茄转基因鲑转基因鲑鱼鱼同时具有高同时具有高产、稳产和产、稳产和抗逆性等优抗逆性等优良品质的农良品质的农作物新品种作物新品种.抗虫害的玉米抗虫害的玉米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。通俗 的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提的说，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，然后放到另一种生物的细胞里，取出来，

2、加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，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一、基因工程的概念一、基因工程的概念二、基因工程操作的基本工具二、基因工程操作的基本工具1.1.基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶（限制酶）限制性核酸内切酶（限制酶）特点：特点：一种限制酶只能识别一种特一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的

3、切点上切割定的核苷酸序列，并在特定的切点上切割DNADNA分子。分子。专一性（专一性（特异性特异性特异性特异性)）如如:EcoRI限制酶限制酶基因的剪刀基因的剪刀限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制性核酸内切酶（简称限制酶）限制限制限制限制酶酶酶酶什么叫黏性末端？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，他们之间正好互互补配对补配对，这样的切口叫，这样的切口叫黏性末端黏性末端。限制酶解旋酶、基因的、基因的“针线针线”DNADNA连接酶连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末连接酶的作用是：将互补配

4、对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的端连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。基因的针线基因的针线DNA连接酶连接酶 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“缝缝缝缝合合合合”起来，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，起来，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，这样一个重组的这样一个重组的这样一个重组的这样一个重组的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解

5、旋酶DNA连接酶DNA聚合酶DNA连接酶外源基因外源基因(如抗虫基因如抗虫基因)怎样才能导入受体细怎样才能导入受体细胞胞(如棉花细胞如棉花细胞)？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

6、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。3、基因的运载体、基因的运载体质粒、噬菌体、动植物病毒等质粒、噬菌体、动植物病毒等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

7、植物病毒 常用的运载体：常用的运载体：质粒、质粒、噬菌体、噬菌体、动植物病毒等动植物病毒等 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.标记基因标记基因例题：实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别分子的顺序，切点在和之间，这是利用了酶的（）高效性专一性多样性催化活性易受外界影响l l例题：以下说法正确的是例题：以下说法正确的是 （）l l A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷、所有的限制酶只能识别一

8、种特定的核苷酸序列酸序列l l B、质粒是基因工程中唯一的运载体、质粒是基因工程中唯一的运载体 l l C、运载体必须具备的条件之一是：具有多、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个限制酶切点，以便与外源基因连接l l D、基因控制的性状都能在后代表现出来、基因控制的性状都能在后代表现出来四个基本步骤：四个基本步骤：4 4）目的基因的）目的基因的检测和鉴定检测和鉴定1）提取目的基因）提取目的基因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 三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤第一步：获取目的基因第一步：获

9、取目的基因 三、基因工程的操作步骤三、基因工程的操作步骤人们所需要的特定基因人们所需要的特定基因取得途径：取得途径：1、直接从供体细胞中分离基因、直接从供体细胞中分离基因2、人工合成基因、人工合成基因第二步：目的基因与运载体结合第二步：目的基因与运载体结合1、用同一种限制酶、用同一种限制酶切割质粒和目的切割质粒和目的基因基因2、加入、加入DNA连接酶连接酶3、质粒和目的基因结、质粒和目的基因结合成重组合成重组DNA分子分子第三步：将目的基因导入受体细胞第三步：将目的基因导入受体细胞导入导入扩增扩增常用的受体细胞：常用的受体细胞：菌类和动植物细胞菌类和动植物细胞主要是借鉴细菌或主要是借鉴细菌或病

10、毒侵染细胞的方病毒侵染细胞的方法法第四步：目的基因的检测和鉴定第四步：目的基因的检测和鉴定检测：根据受体细胞中是否具有标记基因，检测：根据受体细胞中是否具有标记基因，判断目的基因导入与否判断目的基因导入与否表达：受体细胞表现出特定的性状，表达：受体细胞表现出特定的性状，如棉花抗虫性状的表现如棉花抗虫性状的表现从细胞中分从细胞中分离出离出DNA从大肠杆菌从大肠杆菌中提取质粒中提取质粒限制限制 酶酶提取目的基因提取目的基因限制限制酶酶目的基因与运目的基因与运载体结合载体结合DNA连连 接酶接酶目的基因导入目的基因导入受体细胞受体细胞目的基因的检目的基因的检测测与鉴定与鉴定二、基因工程操作的基本步骤

11、二、基因工程操作的基本步骤l1 1、通过本节课的学习、通过本节课的学习,你认识什你认识什么叫基因工程了吗么叫基因工程了吗?l2 2、基因工程的原理你了解了么、基因工程的原理你了解了么?基因重组基因重组要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是是()()限制酶限制酶DNADNA连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶 2.2.基因工程的正确操作步骤是（基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合使目的基因与运载体结合将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞检测目的基因的表达是否符合特定性状要求检测目的基因的表达是否符合特定性状要求提取目的基因提取

12、目的基因 例题：例题：下列关于基因工程的叙述中下列关于基因工程的叙述中,正正确的是确的是:A.A.限制酶只用于提取目的基因限制酶只用于提取目的基因B.B.细菌体内的环状细菌体内的环状DNADNA均可作运载体均可作运载体C.DNAC.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接连接酶可用于目的基因和运载体的连接D.D.重组重组DNADNA分子一旦进入受体细胞分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成基因工程则完成.例题：例题：以下说法正确的是以下说法正确的是:A.A.目的基因是指重组目的基因是指重组DNA DNA B.B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.D

13、NAC.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体体 D.D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定 能够成功表达能够成功表达 CB1.基因工程与作物育种获得高产、稳产和具有优良品质的农作物；培育出具有各种抗逆性的作物新品种如抗虫、耐贮存、抗除草剂l抗虫的基因来自苏云抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白晶种毒性很强的蛋白晶体，能使棉铃虫等鳞体，能使棉铃虫等鳞翅口害虫瘫痪致死。翅口害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋科学家将编码这个蛋白质的基因

14、导入作物，白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御使作物自身具有抵御虫害的能力。虫害的能力。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抗虫转基因植物抗虫转基因植物抗抗虫的玉米虫的玉米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

15、鱼抗寒基转鱼抗寒基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不会引起过敏的转基因大豆不会引起过敏的转基因大豆运用基因工程技术，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，还可以培养出具有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。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)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

16、药物工程疫苗和药物许多药品的生产是从许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。价格往往十分昂贵。微生物生长迅速，繁殖快，微生物生长迅速，繁殖快，容易控制，适于大规模容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微工业化生产。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，不但能解决产量生物细胞内，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。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，100Kg100K

17、g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%!干扰素治疗病毒感染简直是干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵万能灵药药”！过去从人血中提取，！过去从人血中提取，300L血才提血才提取取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、白细胞介素、人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实乙肝疫苗等通

18、过基因工程实现工业化生产，均为解除人现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。水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 治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。素基因导入大肠杆菌

19、中，使其生产生长激素。人们从人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于激素，相当于6万具尸体的全部产量。万具尸体的全部产量。基因工程药品基因工程药品 生长激素生长激素常见的基因工程药物常见的基因工程药物胰岛素干扰素白细胞介素溶血栓剂凝血因子乙肝、霍乱、伤寒、疟疾疫苗等3.3.环境保护环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”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

20、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。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。19931993年年我我国国科科学学工工作作者者培培育育成成的的抗抗棉棉铃铃虫虫的的转转基基因因抗虫棉，其抗虫基因来源于（抗虫棉，其抗虫基因来源于（）A A、普通棉花的基因突变、普通棉花的基因突变B B、棉铃虫变异形成

21、的致死基因、棉铃虫变异形成的致死基因C C、寄生在棉铃虫体内的线虫、寄生在棉铃虫体内的线虫D D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因D D2、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 C基因工程技术中的目的基因主要来源于基因工程技术中的目的基因主要来源于A.A.自然界现存在生物体内的基因自然界现存在生物体内的基因B.B.自然突变产生的新基因自然突变产生的新基因C.C.人工诱变产生的新基因人工诱变产生的新基因D.D.科学家在实验室中人工合成的基因科学家在实验室中人工合成的基因A 转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!转基因生物和转基因食品的安全性转基因生物和转基因食品的安全性l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？目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。的科学报道。转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、抗病毒甜椒及基因工程疫苗等已获得生产应用安全证书。五、转基因生物和转基因食品的安全性