基因工程及其应用(完美版)教学文案.ppt

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1、基因工程及其应用(完美版)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什么叫基因工程什么叫基因工程?基因工程的基本操作步骤有哪些基因工程的基本操作步骤有哪些?归纳出科学家实施基因工程归纳出科学家实施基因工程 的总体思路的总体思路阅读教材阅读教材 P102，解决以下问题：，解决以下问题：v 又称又称基因拼接技术基因拼接技术,或或重组重组DNA DNA 技技术术。v通俗的说，就是按照人们的意愿，通俗的说，就是按照人们的意愿，把把一种生物一种生物的某种基因提取出来，的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到加以修饰改造，然后放

2、到另一种生另一种生物物的细胞里，的细胞里，定向定向的改造生物的遗的改造生物的遗传性状。传性状。基因工程基因工程(gene engineering)原原 理理：操作水平操作水平：结结 果果：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定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品状，获得人类所需要的品种。种。基因工程基因工程(gene engineering)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

3、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提取提取提取提取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

4、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如如:EcoRI1、该限制酶只能识别、该限制酶只能识别GAATTC的序的序列，说明了限制酶具有的特性是列，说明了限制酶具有的特性是 。2、EcoRI限制酶识别了限制酶识别了GAATTC的序列后，的序列后，将会发生什么样的变化？将会发生什么样的变化？积极思考专一性专一性1.基因的基因的剪刀剪刀限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 基因操作(gene engineering)的工具CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGGATT GGCATCTTAAAATTCCGTAG 练习使用练

5、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)积极思考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)分子的什么部位？分子的什么部位？基因操作(gene engineering)的工具（1 1）作用对象

6、：两个具有相同粘性末端的）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNADNA片段。片段。（2 2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸二酯键）。二酯键）。（3 3）作用结果：形成重组）作用结果：形成重组DNADNA。3、基因的、基因的“针线针线”指指DNA连接酶连接酶基因的针线：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

7、制酶切割目的基因目的基因(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(plasmid)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?基因操作(gene en

8、gineering)的工具v运载体需具备的特点：运载体需具备的特点：v1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；v具有具有多个限制酶切点多个限制酶切点以便与外源基因以便与外源基因相连；相连；v具有具有标记基因标记基因，便于进行筛选，便于进行筛选基因工程(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目前被较广泛提取目前被较广泛提取使用的目的基因有：苏使用的目的基因有：苏云金杆菌抗虫基因、人云金杆菌抗虫基因、人胰岛素基

9、因、人干扰素胰岛素基因、人干扰素基因、种子贮藏蛋白基基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。因、植物抗病基因等。二、基因操作的基本步骤二、基因操作的基本步骤、提取目的基因提取目的基因将将需要的基因从供体生物需要的基因从供体生物的细胞内提取出来。的细胞内提取出来。供体生物细胞供体生物细胞取出取出DNADNA用限制酶剪用限制酶剪去多余部分去多余部分目的基因目的基因限制酶限制酶提取目的基因的方法提取目的基因的方法用限制酶切用限制酶切断成许多片段断成许多片段直接分离基因直接分离基因鸟枪法鸟枪法将供体生物的将供体生物的DNADNA用限制酶用限制酶切割为许多片段，再用运载体将切割为许多片段，再用运载体将这

10、些片段都运载到受体生物的不这些片段都运载到受体生物的不同细胞中去。只要有一个细胞获同细胞中去。只要有一个细胞获得了需要的目的基因并得以表达，得了需要的目的基因并得以表达，基因工程就算成功了。基因工程就算成功了。该法最大的缺点是带有很大该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。原核生物中去。人工合成基因法人工合成基因法DNADNA合成仪合成仪有两种方法：有两种方法：逆转录法：以信使逆转录法：以信使RNARNA为模板，在逆转录酶为模板，在逆转录酶的作用下将脱氧核苷酸合的作用下将脱氧核苷酸

11、合成合成成合成DNA(DNA(基因基因)。直接合成法：根据直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算蛋白质的氨基酸顺序推算出信使出信使RNARNA核苷酸顺序，核苷酸顺序，再据此推算出基因再据此推算出基因DNADNA的的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应脱氧核苷酸直接合成相应的基因。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用与提取目的基用与提取目的基因相同的限制酶切割因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切质粒使之出现一个切口，将目的基因插入口，将目的基因插入切口处，让目的基因切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对的黏性

12、末端互补配对后，在连拉酶的作用后，在连拉酶的作用下连接形成重组下连接形成重组DNADNA分子。分子。3 3、将目的基因导入受、将目的基因导入受 体细胞并使之扩增体细胞并使之扩增导入导入扩增扩增要让目的基因表达，要让目的基因表达，必须将它导入受体细胞必须将它导入受体细胞并进行扩增。并进行扩增。为获得目的基因的为获得目的基因的表达产物时，通常以大表达产物时，通常以大肠杆菌等无害易得的细肠杆菌等无害易得的细菌为受体。为改进某种菌为受体。为改进某种生物时，将欲改进的生生物时，将欲改进的生物细胞为受体。物细胞为受体。4 4、目的基因的检测和表达、目的基因的检测和表达前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得

13、到有效前三步的处理十分繁锁，为保证目的基因得到有效利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。利用，通常用大量的受体细胞来接受不多的目的基因。这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，这样，处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。必须将它从中检测出来。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细菌的检测细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产检测菌落中是否有目的基因的表达产物。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。物的菌落

14、，保留有表达产物的进一步培养、研究。多细胞生物多细胞生物的检测，将每个受体细胞单独培的检测，将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄养并诱导发育成完整个体，检测这些个体是否摄入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出入目的基因，摄入的基因是否表达（是否表现出相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应相应的性状）。淘汰无变化的个体，保留有相应变化的个体进一步培养、研究。变化的个体进一步培养、研究。例：用棉铃饲喂棉例：用棉铃饲喂棉铃虫，如虫吃后不出现铃虫，如虫吃后不出现中毒症状，说明未摄入中毒症状，说明未摄入目的基因或摄入目的基目的基因或摄入目的基因未表达。如虫吃后中因未表达

15、。如虫吃后中毒死亡，则说明摄入了毒死亡，则说明摄入了抗虫基因并得到表达。抗虫基因并得到表达。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 限制性内切酶限制性内切酶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 运载体运载体 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)的原理的原理要使目的基因与对应的载体重组，所需的工要使目的基因与对应的载体重组

16、，所需的工具酶是具酶是限制酶限制酶连接酶连接酶解旋酶解旋酶还原酶还原酶 2.2.下列关于基因工程的叙述中下列关于基因工程的叙述中,正确的是正确的是: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,基因工程则基因工程则完成完成.ACv3.以下说法正确的是以下说法正确的是:A.目的基因是指重组目的基因是指重组DNA B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序一种限制

17、酶只能识别一种特定的核苷酸序列列C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体和运载体D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因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就一定能够成功表达B4.4.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检测目的基因的表达是否符合特定性状要求性状要求提取目的基因提取目的基因 积极思维积极思维:4.4.基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农基因工程技术在培育抗旱植物用于发展沙漠农业和改

18、造沙漠方面显示了良好的前景业和改造沙漠方面显示了良好的前景,荷兰一家公荷兰一家公司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物司将大肠杆菌中的海藻糖合成酶基因导入植物(如如甜菜、马铃薯等甜菜、马铃薯等)中并获得有效表达，使中并获得有效表达，使“工程植工程植物物”增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：增强了耐旱性、耐寒性的基本操作步骤是：（2）基因表达的含义是：）基因表达的含义是：（3）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：）写出酶基因工程在植物体内的表达过程：（4）基因工程操作中的工具是：）基因工程操作中的工具是：海藻糖合成酶基因的获取海藻糖合成酶基因的获取目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合将目

19、的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的表达和检测目的基因的表达和检测基因基因通过通过转录转录、翻译翻译合成蛋白质，体合成蛋白质，体现出相应的性状现出相应的性状酶基因酶基因 mRNA mRNA 海藻糖合成酶海藻糖合成酶转录转录翻译翻译5 5、基因工程应用的原理是、基因工程应用的原理是()()染色体变异染色体变异 基因突变基因突变基因重组基因重组 细胞的全能性细胞的全能性7、下列哪项不是基因工程中经常使用的运载体（、下列哪项不是基因工程中经常使用的运载体（）细菌质粒细菌质粒 噬菌体噬菌体 动植物病毒动植物病毒 细菌拟核细菌拟核 DNA CD6 6、下列的科学技术成果与所运用的科学原理有

20、、下列的科学技术成果与所运用的科学原理有错误的是错误的是 （）A A抗虫棉抗虫棉基因工程基因工程 B B无籽西瓜无籽西瓜单倍体育种单倍体育种 C C“黑农五号黑农五号”大豆品种大豆品种基因突变基因突变 D D生产啤酒生产啤酒无氧呼吸无氧呼吸B（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：培育出高产、稳产、抗逆性的优目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优良作物及新品种。良作物及新品种。优点：降低生产成本，减少农药的使用优点：降低生产成本，减少农药的使用对环境的危害，提高农作物对不良环境对环境的危害，提高农作物对不良环境的适应能力。的适应能力。转黄瓜

21、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因转鱼抗寒基因的番茄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（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)导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠导入贮藏蛋白基因的超级

22、羊和超级小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠导入人基因具特殊用途的猪和小鼠超级超级动物动物特殊特殊动物动物(二）、基因工程与药物研制二）、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是从生物组织生物组织中提取中提取的。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，适于大规模工微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因将生物合成相应药物成分的基因导导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但入微生物细胞内，让它

23、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。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%!优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本的

24、药品。的药品。（三）、环境保护（三）、环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超超级细菌级细菌”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。19981998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食用了转基因马铃薯后，肾、脾

25、和消化道都出现了损伤，体重和器官重转基因马铃薯后，肾、脾和消化道都出现了损伤，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。量减轻，免疫系统遭到破坏。转基因食品转基因食品 安全吗?v基因的基因的“剪刀剪刀”限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶v基因的基因的“针线针线”DNADNA连接酶连接酶 v基因的运输工具基因的运输工具运载体（质粒）运载体（质粒）1.基因工程的概念基因工程的概念2.基因工程操作的基本工具基因工程操作的基本工具3.基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤v 目的基因提取目的基因提取v 目的基因与运载体结合目的基因与运载体结合v 目的基因导入受体细胞目的基因导入受体细胞v 目的基因的检测与鉴定

26、目的基因的检测与鉴定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

27、操作 复杂复杂细菌通常是具有双链环状细菌通常是具有双链环状DNADNA的单细胞生物。现有甲、乙的单细胞生物。现有甲、乙两种细菌，基因型分别是两种细菌，基因型分别是abdabd和和ABDABD，通过基因工程使甲细，通过基因工程使甲细菌后代产生出乙细菌菌后代产生出乙细菌B B基因所控制的产物，具体过程如图基因所控制的产物，具体过程如图所示，试据图回答。所示，试据图回答。（1 1）从细胞的结构看，细菌属于）从细胞的结构看，细菌属于 生物。生物。原核原核 （2 2）图中剪切）图中剪切DNADNA的的“剪刀剪刀”和粘接和粘接DNADNA的的“胶水胶水”，其实是两种不同的酶，它们都只能在，其实是两种不同的

28、酶，它们都只能在DNADNA的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有的一定位置进行剪切和粘接，说明它们具有 的特点。的特点。专一性专一性（3 3）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异）新细菌与甲、乙细菌的表现都不同，从变异来源看，这是人工条件下的一种来源看，这是人工条件下的一种 。基因重组基因重组（4 4）假如）假如B B基因是来自人体细胞，则甲子代也可基因是来自人体细胞，则甲子代也可产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，产生出相应的人体物质，这说明在翻译过程中，细菌和人类共套细菌和人类共套 。遗传密码遗传密码（5 5）在）在DNADNA分子中分子中“拼接拼接”上某个基因或上某个基因或“切割切割”掉掉某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因某个基因，并不影响各基因的功能，这说明基因具有具有 相对的独立性相对的独立性