时基因工程与转基因的安全性和生物武器.pptx

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1、1 1 1 1涵盖范围涵盖范围 本单元包括选修本单元包括选修3 3全部内容全部内容基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安基因工程、细胞工程、胚胎工程、生物技术的安全性和伦理问题以及生态工程。全性和伦理问题以及生态工程。单元教学分析单元教学分析2 2 2 2考情分析考情分析 (1)(1)考查力度：考查力度：占占分比重相对稳定，如山东理综只出一个分比重相对稳定，如山东理综只出一个8 8分的简答题。分的简答题。(2)(2)考查内容考查内容 基因工程中三种工具。基因工程中三种工具。基因工程操作四步曲。基因工程操作四步曲。基因工程成果基因工程成果转基因生物实例及安全性讨论。转基因生物实例及安全性讨论

2、。细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。细胞工程中植物组织培养、植物体细胞杂交。第1页/共48页 动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。动物细胞培养和单克隆抗体的制备及应用。核移植技术。核移植技术。胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。胚胎工程中胚胎移植和胚胎分割。干细胞的研究。干细胞的研究。(3)(3)考查形式考查形式 有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选择题。有的省将选修与必修有机结合，既可出简答题也可出选择题。有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。有的省如山东省全部以简答题形式呈现，且不与必修联系。第2页/共48页3 3 3 3复习指导复习指导 (1)(1)复习线索复

3、习线索 以基因工程的具体成果以基因工程的具体成果(如抗虫棉如抗虫棉)为主线，系统复习基因工程的操作工具和为主线，系统复习基因工程的操作工具和操作步骤等知识点。操作步骤等知识点。以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。以植物的组织培养和动物细胞培养为基础，系统复习其他细胞工程技术手段。以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。以体内受精作用和个体发育过程为基础，系统复习胚胎工程的流程。(2)(2)复习方法复习方法 图解法复习基因工程和胚胎工程。图解法复习基因工程和胚胎工程。比较法复习植物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合比较法复习植

4、物组织培养和动物细胞培养；植物体细胞杂交和动物细胞融合及单克隆抗体制备。及单克隆抗体制备。关注热点科研成果，注意知识的实践应用。关注热点科研成果，注意知识的实践应用。第3页/共48页第 3737 课时基因工程与转基因的安全性和生物武器 第4页/共48页突破考点提炼方法第5页/共48页 1 1 1 1基因工程的概念理解基因工程的概念理解 操作环境：体外操作环境：体外关键步骤关键步骤“基因表达载体的基因表达载体的构建构建”的环境。的环境。优点优点 与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。与杂交育种相比：克服了远缘杂交不亲和的障碍。与诱变育种相比：定向改造生物遗传性状。与诱变育种相比：定向改造生

5、物遗传性状。操作水平：分子水平。操作水平：分子水平。原理：基因重组。原理：基因重组。本质：甲本质：甲(供体：提供目的基因供体：提供目的基因)乙乙(受体：表达目受体：表达目的基因的基因)，即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所，即基因未变，合成蛋白质未变，只是合成场所的转移。的转移。考点考点112 112 112 112 核心概念核心概念基因工程的概念及工具基因工程的概念及工具 第6页/共48页 2 2 2 2基因工程的基本原理和理论基础概括如下图基因工程的基本原理和理论基础概括如下图 提醒提醒若题目强调若题目强调“目的基因目的基因”的表达过程，则只包括的表达过程，则只包括“转录和翻译转录和翻

6、译”两个过两个过程，不包括目的基因的复制。程，不包括目的基因的复制。第7页/共48页 3 3操作工具操作工具 限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶“分子手术刀分子手术刀”来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。化学本质：蛋白质。化学本质：蛋白质。催化作用：所以可重复利用催化作用：所以可重复利用 可用于目的基因的切割和在台的切割可用于目的基因的切割和在台的切割 作用特点：特异性，即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列，切割特定位点。作用特点：特异性，即限制酶可识别特定的脱氧核苷酸序列，切割特定位点。错位切：产生两个相同的粘性末端错位切：产生两个相同的粘性末端 平切

7、：形成平末端平切：形成平末端切割方式切割方式作用作用第8页/共48页 提醒提醒切割的化学键为磷酸二酯键。切割的化学键为磷酸二酯键。在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。在切割目的基因和载体时要求用同一种限制酶，目的是产生相同的黏性末端。将一个基因从将一个基因从DNADNA分子上切割下来，需要切两处，同时产生分子上切割下来，需要切两处，同时产生4 4个黏性末端。个黏性末端。不同不同DNADNA分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个分子用同一种限制酶切割产生的黏性末端都相同，同一个DNADNA分子用分子用不同的限制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。不同的限

8、制酶切割，产生的黏性末端一般不相同。第9页/共48页 (2)DNA (2)DNA连接酶连接酶“分子缝合针分子缝合针”常用类型常用类型E Ecolicoli DNA DNA连接酶连接酶T T4 4 DNA DNA连接酶连接酶来源来源大肠杆菌大肠杆菌T T4 4噬菌体噬菌体功能功能连接黏性末端连接黏性末端连接黏性末端或平末端连接黏性末端或平末端结果结果恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键 拓展提升拓展提升DNADNA连接酶与连接酶与DNADNA聚合酶的比较聚合酶的比较 DNADNA连接酶连接酶DNADNA聚合酶聚合酶作用实质作用实质都是催化两个脱

9、氧核苷酸之间形成磷酸二酯键都是催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键是否需要模板是否需要模板不需要不需要需要需要连接连接DNADNA链链双链双链单链单链作用过程作用过程在两个在两个DNADNA片段之间片段之间形成磷酸二酯键形成磷酸二酯键将单个核苷酸加到已存在的核将单个核苷酸加到已存在的核酸片段的酸片段的33端的羟基上，形端的羟基上，形成磷酸二酯键成磷酸二酯键作用结果作用结果将两个将两个DNADNA片段连接片段连接成重组成重组DNADNA分子分子合成新的合成新的DNADNA分子分子第10页/共48页 (3)(3)基因进入受体细胞的载体基因进入受体细胞的载体“分子运输车分子运输车”功能：将目的基因导

10、入受体细胞。功能：将目的基因导入受体细胞。应具备条件应具备条件 a a能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；能在宿主细胞内稳定保存并大量复制；b.b.有一个至多个限制酶的切割位点，有一个至多个限制酶的切割位点，以便于与外源基因连接；以便于与外源基因连接；c.c.有特殊的遗传标记基因，供重组有特殊的遗传标记基因，供重组DNADNA的检测和鉴定。的检测和鉴定。最常用载体：质粒（其本质是小型最常用载体：质粒（其本质是小型DNADNA分子，不是细胞器）分子，不是细胞器）其他载体：其他载体：噬菌体的衍生物、动植物病毒等噬菌体的衍生物、动植物病毒等类型类型第11页/共48页 提醒提醒一般来说，天然载体往往不能

11、满足人类的所有要求，因此人们根据不一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。常见的标记基因有抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基常见的标记基因有抗生素抗性基因、产生特定颜色的表达产物基因、发光基因等。因等。作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。作为载体必须具有一个至多个限制酶切点，而且每种酶的切点最好只有一个。因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则切割重组后因为某种限制酶只能识别单一切点，若载体上有一个以上的酶切点，则

12、切割重组后可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则进入受体细胞后便不能自主复可能丢失某些片段，若丢失的片段含复制起点区，则进入受体细胞后便不能自主复制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源制。一个载体若只有某种限制酶的一个切点，则酶切后既能把环打开接纳外源DNADNA片段，又不会丢失自己的片段。片段，又不会丢失自己的片段。注意与细胞膜上载体的区别，两者的化学本质和作用都不相同。注意与细胞膜上载体的区别，两者的化学本质和作用都不相同。质粒能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞内，也可在体外。质粒能自我复制，既可在自身细胞、受体细胞内，也可在体外。第12页/共48页

13、 1 1(2010(2010浙江卷，浙江卷，2)2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，如下操作错误的是如下操作错误的是()A A用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸 B B用用DNADNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体 C C将重组将重组DNADNA分子导入烟草原生质体分子导入烟草原生质体 D D用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞 对位训练对位训练第13页/共48页 解析解析解析解析限制性核酸内切酶用于提取目的

14、基因和切割载限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体，烟草花叶病毒的遗传物质是体，烟草花叶病毒的遗传物质是体，烟草花叶病毒的遗传物质是体，烟草花叶病毒的遗传物质是RNARNARNARNA，不能用限制性核酸，不能用限制性核酸，不能用限制性核酸，不能用限制性核酸内切酶切割，内切酶切割，内切酶切割，内切酶切割，A A A A项错误；项错误；项错误；项错误；DNADNADNADNA连接酶可以连接具有相同黏性连接酶可以连接具有相同黏性连接酶可以连接具有相同黏性连接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体，末端的目的基因和

15、载体，末端的目的基因和载体，末端的目的基因和载体，B B B B项正确；受体细胞可以是受精项正确；受体细胞可以是受精项正确；受体细胞可以是受精项正确；受体细胞可以是受精卵或体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，卵或体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，卵或体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，卵或体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，C C C C项正确；项正确；项正确；项正确；目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的

16、能力，筛选时应该用含除草剂的培养胞不具有抗除草剂的能力，筛选时应该用含除草剂的培养胞不具有抗除草剂的能力，筛选时应该用含除草剂的培养胞不具有抗除草剂的能力，筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，基筛选转基因细胞，基筛选转基因细胞，基筛选转基因细胞，D D D D项正确。项正确。项正确。项正确。答案答案A A 排雷排雷质粒是基因工程中最常用的载体。大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等质粒是基因工程中最常用的载体。大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒，质粒上面一般含几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、细菌中都有质粒，质粒上面一般含几个到几百个基因，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生

17、素合成等性状。由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞，使细胞生有瘤状物，所抗生素合成等性状。由于土壤农杆菌很容易感染植物细胞，使细胞生有瘤状物，所以科学家培育转基因植物时，常常用土壤农杆菌中的质粒作载体。以科学家培育转基因植物时，常常用土壤农杆菌中的质粒作载体。第14页/共48页考点考点113113113113 以流程图解决知识内在联系以流程图解决知识内在联系基因工程的操作步骤基因工程的操作步骤 1 1 1 1基因工程的图解基因工程的图解 抗虫棉的培育过程抗虫棉的培育过程 第15页/共48页 基因工程技术生产凝乳酶的过程基因工程技术生产凝乳酶的过程 第16页/共48页 2 2 2 2基因工程的操作程

18、序分析基因工程的操作程序分析 目的基因的获取途径目的基因的获取途径 从自然界已有的物种中分离出来，如从基因组文库从自然界已有的物种中分离出来，如从基因组文库或或cDNAcDNAcDNAcDNA文库中获取。文库中获取。提醒提醒cDNAcDNA文库只含某种生物的部分基因，相当于地方图书馆；基因组文库含文库只含某种生物的部分基因，相当于地方图书馆；基因组文库含该种生物的全部基因，相当于国家图书馆。该种生物的全部基因，相当于国家图书馆。人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法和反转录法。人工合成目的基因：常用的方法有化学合成法和反转录法。化学合成法：化学合成法：蛋白质蛋白质氨基酸序列氨基酸序列 RNA

19、 RNA碱基序列碱基序列 DNA DNA碱基序碱基序列列用用4 4种脱氧核苷酸人工合成目的基因种脱氧核苷酸人工合成目的基因 分析分析推测推测推测推测第17页/共48页 PCRPCRPCRPCR扩增技术与扩增技术与DNADNADNADNA复制的比较复制的比较 反转录法：反转录法：分离出供体细胞分离出供体细胞mRNAmRNA单链单链DNADNA合成目的基因合成目的基因 逆转录酶逆转录酶DNADNA合成酶合成酶PCRPCR技术技术DNADNA复制复制相同点相同点原理原理DNADNA复制复制(碱基互补配对碱基互补配对)原料原料四种游离的脱氧核苷酸四种游离的脱氧核苷酸条件条件模板、模板、ATPATP、酶

20、、原料、引物、酶、原料、引物不同点不同点解旋方式解旋方式DNADNA在高温下变性解旋在高温下变性解旋解旋酶催化解旋酶催化场所场所体外复制体外复制(PCR(PCR扩增仪扩增仪)主要在细胞核内主要在细胞核内酶酶热稳定的热稳定的DNADNA聚合酶聚合酶(TaqTaq酶酶)细胞内含有的细胞内含有的DNADNA聚合酶聚合酶结果结果在短时间内形成大量的在短时间内形成大量的DNADNA片段片段形成整个形成整个DNADNA分子分子第18页/共48页 基因表达载体的构建基因表达载体的构建最核心步骤最核心步骤 基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止基因表达载体的组成：启动子、目的基因、终止子以及标记基因等。子

21、以及标记基因等。提醒提醒a a与载体相比较，与载体相比较，增加启动子、目的基因和终止增加启动子、目的基因和终止子三个基因片段，其功能各不子三个基因片段，其功能各不相同。相同。b b启动子启动子(DNA(DNA片段片段)起起始密码子始密码子(RNA)(RNA)；终止子；终止子(DNA(DNA片片段段)终止密码子终止密码子(RNA)(RNA)。第19页/共48页 基因表达载体的构建方法基因表达载体的构建方法 提醒提醒该过程把三种工具该过程把三种工具(两种工具酶、一种载体两种工具酶、一种载体)全用上了，是最核心、最关全用上了，是最核心、最关键的一步，在体外进行。键的一步，在体外进行。第20页/共48

22、页 将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 细胞细胞类型类型常用常用方法方法受体受体细胞细胞转化过程转化过程植物植物细胞细胞农杆菌农杆菌转化法转化法体细胞体细胞将目的基因插入将目的基因插入TiTi质粒的质粒的TDNATDNA上上转入农杆转入农杆菌菌导入植物细胞导入植物细胞整合到受体细胞的整合到受体细胞的DNADNA上上动物动物细胞细胞显微注显微注射技术射技术受精卵受精卵将含有目的基因的表达载体提纯将含有目的基因的表达载体提纯取卵取卵获获得受精卵得受精卵显微注射显微注射早期胚胎培养早期胚胎培养胚胎胚胎移植移植发育成为具有新性状的动物发育成为具有新性状的动物微生物微生物细胞细胞CaCa2+2

23、+处理增处理增大细胞壁大细胞壁通透性通透性原核细原核细胞或酵胞或酵母菌母菌用用CaCa2+2+处理细胞处理细胞感受态细胞感受态细胞重组表达载体重组表达载体DNADNA分子与感受态细胞混合分子与感受态细胞混合感受态细胞吸收感受态细胞吸收 提醒提醒唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤。唯一不涉及到碱基互补配对的操作步骤。将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小，代谢旺盛，繁殖速度快，获得将微生物作为受体细胞主要原因是个体微小，代谢旺盛，繁殖速度快，获得目的基因产物多。目的基因产物多。植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。植物细胞还可用基因枪法和花粉管通道法。第21页/共48页 目的基因的检测和鉴定目的

24、基因的检测和鉴定 第22页/共48页 2 2 2 2如图为获得抗虫棉的技术流程。在培育转基因植如图为获得抗虫棉的技术流程。在培育转基因植物的研究中，卡那霉素抗性基因物的研究中，卡那霉素抗性基因(kankankankanr r r r)常作为标记基因，常作为标记基因，只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上只有含卡那霉素抗性基因的细胞才能在卡那霉素培养基上生长。生长。对位训练对位训练第23页/共48页 请据图回答：请据图回答：A A A A过程所用的载体是，需要的工具酶过程所用的载体是，需要的工具酶有和。有和。C C C C过程的培养基除含有必需的营养物质、琼脂和激过程的培养基除含有必

25、需的营养物质、琼脂和激素外，还需加入。素外，还需加入。由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采由图中离体棉花叶片组织获得转基因抗虫植株可采用技术，该技术所依据的原理是用技术，该技术所依据的原理是。如果利用如果利用DNADNADNADNA分子杂交原理对再生植株进行检测，分子杂交原理对再生植株进行检测，D D D D过程应该用放射性同位素过程应该用放射性同位素(或荧光分子或荧光分子)标记的标记的作为探针。作为探针。如果从个体生物水平来鉴定，如果从个体生物水平来鉴定，D D D D过程可用的最简单过程可用的最简单检测方法是。检测方法是。含含含含kankanr r质粒质粒质粒质粒限制性限制性核酸内

26、切酶核酸内切酶核酸内切酶核酸内切酶DNADNA连接酶连接酶连接酶连接酶卡那霉素卡那霉素卡那霉素卡那霉素植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物细胞全能性植物细胞全能性植物细胞全能性植物细胞全能性抗虫基因抗虫基因抗虫基因抗虫基因让棉铃虫食用再生植株让棉铃虫食用再生植株让棉铃虫食用再生植株让棉铃虫食用再生植株(抗虫接种实验抗虫接种实验抗虫接种实验抗虫接种实验)第24页/共48页 解析解析解析解析图中作为载体的是含图中作为载体的是含图中作为载体的是含图中作为载体的是含kanrkanrkanrkanr质粒，基因工程中质粒，基因工程中质粒，基因工程中质粒，基因工程中的工具酶有的工具酶有的工具

27、酶有的工具酶有DNADNADNADNA连接酶和限制性核酸内切酶。连接酶和限制性核酸内切酶。连接酶和限制性核酸内切酶。连接酶和限制性核酸内切酶。C C C C过程的培过程的培过程的培过程的培养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，养基为选择培养基，为了筛选出含有目的基因的重组质粒，培养基中应含有卡那霉素。培养基中应含有卡那霉素。培养基中应含有卡那霉素。培养基中应含有卡那霉素。离体植物组织培育植株采用离体植物组织培育植株采用离体植物组织培育植株采用离体植物组织培育植株采用植物组织培养

28、技术，依据的原理是植物细胞的全能性。植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。植物组织培养技术，依据的原理是植物细胞的全能性。再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素再生植株检测应该检验是否抗虫，因此要用放射性同位素标记抗虫基因。标记抗虫基因。标记抗虫基因。标记抗虫基因。可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子可以用棉铃虫食用再生植株，通过虫子是否死亡判断是否为抗虫植株。

29、是否死亡判断是否为抗虫植株。是否死亡判断是否为抗虫植株。是否死亡判断是否为抗虫植株。排雷排雷基因文库中不是直接保管相应基因，基因文库中的基因保存在受体菌基因文库中不是直接保管相应基因，基因文库中的基因保存在受体菌中。中。植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完整植物体，因此受体植物细胞的全能性较高，可经植物组织培养过程成为完整植物体，因此受体细胞可以是受精卵也可以是体细胞；动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵。细胞可以是受精卵也可以是体细胞；动物基因工程中的受体细胞一般是受精卵。目的基因的检测和表达既要在分子水平上进行，还要在个体水平上进行。目的基因的检测和表达既要在分子水平上进行，还

30、要在个体水平上进行。第25页/共48页考点考点114114114114 关注热点问题关注热点问题 基因工程的应用与转基因生物的安全性及生物武器基因工程的应用与转基因生物的安全性及生物武器 1 1 1 1转基因生物的安全性转基因生物的安全性 转基因生物与食物安全转基因生物与食物安全 反方：反对反方：反对“实质性等同实质性等同”、担心出现滞后效应、担心出现滞后效应、出现新的过敏原、营养成分改变等。出现新的过敏原、营养成分改变等。正方：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例正方：有安全性评价、科学家负责的态度、无实例无证据说明转基因食物有问题、支持无证据说明转基因食物有问题、支持“实质性等同实质性等

31、同”等。等。转基因生物与生物安全转基因生物与生物安全对生物多样性的影响对生物多样性的影响 反方：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵的外来物种、重组出有害反方：扩散到种植区之外变成野生种类、成为入侵的外来物种、重组出有害的病原体、成为超级杂草、有可能造成的病原体、成为超级杂草、有可能造成“基因污染基因污染”等。等。第26页/共48页 转基因生物与环境安全转基因生物与环境安全对生态系统稳定性的影对生态系统稳定性的影响响 反方：打破自然物种原有界限、二次污染、重组出反方：打破自然物种原有界限、二次污染、重组出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食物链进入人体等。有害的病原微生物、毒蛋白等可能通过食

32、物链进入人体等。正方：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、正方：不改变生物原有的分类地位、减少农药使用、保护农田土壤环境等。保护农田土壤环境等。特别提醒特别提醒转基因生物存在安全性的原因：转基因生物存在安全性的原因：目前对基因的结构、调控机制及目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。基因间的相互作用了解有限。目的基因往往是异种生物的基因。目的基因往往是异种生物的基因。外源基因插入外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。宿主基因组的部位往往是随机的。正方：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间有限正方：生命力有限、存在生殖隔离、花粉传播距离有限、花粉存活时间

33、有限等。等。第27页/共48页 2 2基因工程的应用基因工程的应用 抗虫棉的培育抗虫棉的培育 目的基因：目的基因：BtBt毒蛋白基因。毒蛋白基因。原理：抗虫原理：抗虫BtBt毒蛋白水解成多肽与虫肠上皮细胞结合，形成穿孔，细毒蛋白水解成多肽与虫肠上皮细胞结合，形成穿孔，细胞肿胀裂解致死；两种抑制剂分别抑制相应酶活性，影响消化；植物凝集素为糖胞肿胀裂解致死；两种抑制剂分别抑制相应酶活性，影响消化；植物凝集素为糖蛋白，与虫肠黏膜结合，影响营养物质的吸收和利用。蛋白，与虫肠黏膜结合，影响营养物质的吸收和利用。注注：毒性来自：毒性来自BtBt毒蛋白水解后的多肽。毒蛋白水解后的多肽。受体细胞受体细胞 受精

34、卵受精卵正常发育正常发育体细胞体细胞组织培养组织培养 方法：花粉管通道法方法：花粉管通道法(也可用农杆菌转化法或基因枪法也可用农杆菌转化法或基因枪法)。第28页/共48页 注注：a.a.抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等；抗虫但不抗病毒、细菌、真菌等；b.b.培育抗虫作物的优点：减少环境污培育抗虫作物的优点：减少环境污染、降低生产成本；染、降低生产成本；c.c.不同抗虫基因作用机理不同；不同抗虫基因作用机理不同；d.Btd.Bt毒蛋白基因来自苏云金芽毒蛋白基因来自苏云金芽孢杆菌。孢杆菌。动物反应器动物反应器 外源基因：药用蛋白基因。外源基因：药用蛋白基因。表达条件：药用蛋白基因乳腺蛋白基因表达条件：

35、药用蛋白基因乳腺蛋白基因(膀胱内表达相应基因膀胱内表达相应基因)启动子。启动子。受体生物受体生物牛、羊等。牛、羊等。方法：显微注射法。方法：显微注射法。注注：分为乳腺反应器和膀胱反应器，前者受性别：分为乳腺反应器和膀胱反应器，前者受性别(只能是雌性只能是雌性)和年龄和年龄(哺乳期哺乳期)限制，优点可以不用提取服用；后者提取后服用，但不受性别和年龄的限制。限制，优点可以不用提取服用；后者提取后服用，但不受性别和年龄的限制。第29页/共48页 基因检测和基因治疗的比较基因检测和基因治疗的比较 基因基因检测检测制作相应探针，利用制作相应探针，利用DNADNA分子杂分子杂交原理，快速、准确检测人类某交

36、原理，快速、准确检测人类某种疾病；制作探针三要求：种疾病；制作探针三要求：标记标记同位素或荧光；同位素或荧光；单单链；链；序列与待测基因相同序列与待测基因相同临床应用阶段临床应用阶段基因基因治疗治疗把健康的外源基因导入有基因缺把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，可分为体外基因治陷的细胞中，可分为体外基因治疗和体内基因治疗两种方法疗和体内基因治疗两种方法仅处于实验阶段，仍有许仅处于实验阶段，仍有许多问题和困难制约该技术多问题和困难制约该技术的开展，所以该技术并未的开展，所以该技术并未在临床开展在临床开展 误区警示误区警示基因治疗目前只是处于初期的临床试验阶段，在临床上未开展、基因治疗目前只是

37、处于初期的临床试验阶段，在临床上未开展、未实现这方面的治疗。未实现这方面的治疗。DNADNA分子制作探针进行检测时应检测单链，即将双链分子制作探针进行检测时应检测单链，即将双链DNADNA分分子打开。子打开。原核生物基因原核生物基因(如抗虫基因如抗虫基因)可作为真核生物可作为真核生物(棉花棉花)的目的基因。的目的基因。第30页/共48页 3 3生物武器生物武器 种类种类 种类种类举例举例致病菌致病菌鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、鼠疫菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌、炭疽杆菌、痢疾杆菌痢疾杆菌病毒病毒天花病毒、动物痘病毒等天花病毒、动物痘病毒等基因重组的致基因重组的致病菌、生化毒病菌、生化毒剂剂如

38、肉毒杆菌毒素可以阻滞神经末梢释放乙酰如肉毒杆菌毒素可以阻滞神经末梢释放乙酰胆碱，从而引起肌肉麻痹。只要有胆碱，从而引起肌肉麻痹。只要有0.01 mg0.01 mg的肉毒杆菌毒素就可以使人死亡的肉毒杆菌毒素就可以使人死亡第31页/共48页 特点：特点：传染性强；传染性强；污染面广，危害时间长；污染面广，危害时间长；难以防治；难以防治；具有一定的潜伏期；具有一定的潜伏期；受自然条件影响大。受自然条件影响大。传播途径：传播途径：经食物和水传播；经食物和水传播；空气传播；空气传播；接接触传播；触传播；虫媒传播；虫媒传播；病原体直接传播。病原体直接传播。第32页/共48页 3 3 3 3下列关于转基因生

39、物与环境安全的叙述，错误的下列关于转基因生物与环境安全的叙述，错误的是是 ()A A A A重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二重组的微生物在降解污染物的过程中可能产生二次污染次污染 B B B B种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响任何负面影响 C C C C如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，可能会如果转基因花粉中有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内通过食物链传递到人体内 D D D D转基因生物所带来的环境安全问题是可以解决的转基因生物所带来的环境安全问题是可以解决的 对位训练对位训练第33页/共48页 答案答

40、案答案答案B B B B 排雷排雷在转基因生物中，有时候会出现一些人们意想不到的后果，原因分析如在转基因生物中，有时候会出现一些人们意想不到的后果，原因分析如下：下：对基因的结构，基因间的相互作用及基因的调控机制都了解得相当有限。对基因的结构，基因间的相互作用及基因的调控机制都了解得相当有限。转移的基因虽然是功能一致的基因，但不少是异种生物的基因。转移的基因虽然是功能一致的基因，但不少是异种生物的基因。外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。外源基因插入宿主基因组的部位往往是随机的。解析解析抗虫棉固然可以减少农药的使用，但外源基因可能通过花粉逸散到近缘抗虫棉固然可以减少农药的使用，但外源基因

41、可能通过花粉逸散到近缘的其他植物，从而造成基因污染。的其他植物，从而造成基因污染。第34页/共48页考点考点115115115115 关注生物新技术关注生物新技术蛋白质工程蛋白质工程 1 1 1 1蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。生产和生活的需求。特别提醒特别提醒对蛋白质工程的概念应从以

42、下几个方面理解：对蛋白质工程的概念应从以下几个方面理解：蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系；蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系；蛋白蛋白质工程的实质：改造控制该蛋白质合成的基因；质工程的实质：改造控制该蛋白质合成的基因；蛋白质工程的产物：产生新的蛋蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质。白质。第35页/共48页 2 2 2 2蛋白质工程的过程和实例蛋白质工程的过程和实例 蛋白质工程的过程：其基本途径是从预期的蛋白质蛋白质工程的过程：其基本途径是从预期的蛋白质功能出发功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序推测应有的氨基酸序列列

43、找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因基因)。其流程图如下：。其流程图如下：蛋白质工程的实例：蛋白质工程的实例：通过蛋白质工程改造的干扰素可在通过蛋白质工程改造的干扰素可在70 70 条件下保存条件下保存半年。半年。经过蛋白质工程改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶这两种酶后，经过蛋白质工程改造天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶这两种酶后，使玉米体内赖氨酸的含量大大提高。使玉米体内赖氨酸的含量大大提高。第36页/共48页 3 3 3 3与基因工程的关系与基因工程的关系 区别：基因工程是借助于另外一种生物生产自然界区别：基因工程是借助于另外一种生物生产自然界已有的蛋白质；而

44、蛋白质工程生产自然界没有的新的蛋白已有的蛋白质；而蛋白质工程生产自然界没有的新的蛋白质。质。联系：蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出联系：蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现。的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现。第37页/共48页 拓展延伸拓展延伸 蛋白质组计划和人类基因组计划的比较蛋白质组计划和人类基因组计划的比较 蛋白质组计划蛋白质组计划基因组计划基因组计划启动时间启动时间20032003年正式启动年正式启动19901990年正式启动年正式

45、启动主要内容主要内容“肝脏蛋白质肝脏蛋白质”和和“血浆蛋白质血浆蛋白质”的研究的研究测定人类基因组测定人类基因组2424条条染色体上全部染色体上全部DNADNA序列序列参加国家参加国家1616个国家，个国家，8080多个实验室多个实验室6 6个国家，中国是唯一个国家，中国是唯一的发展中国家的发展中国家我国承担任务我国承担任务牵头执行牵头执行“人类肝脏蛋白质组计人类肝脏蛋白质组计划划”承担承担1%1%的测序工作的测序工作意义意义揭示并确认肝脏揭示并确认肝脏(血浆血浆)蛋白质为重蛋白质为重大疾病预防、诊断、治疗以及新药大疾病预防、诊断、治疗以及新药研发提供科学基础；推动支持蛋白研发提供科学基础；推

46、动支持蛋白质工程质工程遗传病的诊断和治遗传病的诊断和治疗；揭示基因表达疗；揭示基因表达的机理的机理第38页/共48页 4 4胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射到人体后，会堆积在皮下，要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效要经过较长的时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此，治疗效果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问果受到影响。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：题：对位训练对位训练第39页/共48页 构建新的蛋白

47、质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是。依据是。通过通过DNADNA合成形成的新基因应与结合后转移到合成形成的新基因应与结合后转移到中才能得到准确表达。中才能得到准确表达。若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有、若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有、和发酵工程。和发酵工程。图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么？图中从胰岛素模型到新的胰岛素基因合成的基本思路是什么？。根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸

48、序列，然后利用脱氧核苷酸序列，然后利用DNADNA合成仪合成出新的胰岛素基因合成仪合成出新的胰岛素基因蛋白质的预期功能蛋白质的预期功能载体载体大肠杆菌等受体细胞大肠杆菌等受体细胞蛋白质工程蛋白质工程 基因工程基因工程第40页/共48页 解析解析蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，构进行分子设计，因此，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是预期胰岛素的功能，即速效胰岛素。即速效胰岛素。合成的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细合成

49、的目的基因应与载体结合，构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。胞中才能表达。利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造利用蛋白质工程生产速效胰岛素，需合成新的胰岛素基因，改造好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞，并在生产中要借助工程菌，所以还好的目的基因需要通过基因工程转入受体细胞，并在生产中要借助工程菌，所以还需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。需要发酵过程，因此，此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。由新的蛋由新的蛋白质模型到构建新的基因，其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出白质模型到构建新的基因，其基本思路是根据新的胰岛素中

50、氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNADNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。合成仪来合成出新的胰岛素基因。第41页/共48页 排雷排雷对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因，是基蛋白质工程的实质是根据蛋白质的结构，创造新基因或者改造老基因，是基因工程的发展与延续。因工程的发展与延续。第42页/共