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1、基因工程及其应用,第2节,视频链接,江苏省滨海中学,基因工程及其应用第2节视频链接江苏省滨海中学,什么是基因工程?基因工程的原理是什么?,本课聚焦:,什么是基因工程?本课聚焦:,豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮,资料一：目前，全球的氮肥生产耗费世界总电力的3%-4%，且农作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面积土壤和水质的污染。,资料分析引入,豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮资料一：目前，全球的氮肥生产,蜘蛛能够吐出蛛丝,资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有极强的韧度，其韧度是同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的农场。30多
2、年来，科学家们一直试图找到利用其他生物体来制造蛛丝的办法。,蜘蛛能够吐出蛛丝资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质之一，它具有,资料三 以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从100千克猪、牛等动物的胰腺只能提取34克胰岛素，治疗一个患者需宰杀4050头牛，这种药物的造价就可想而知了。,微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快,资料三 微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快,设想一,能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？,能否让细菌“吐出”蛛丝？,设想二,能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？,设想三,经过多年的努力，科学家于20世纪70年代创立了可以定向改造生物的新技术基因
3、工程。,设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？能否让细菌“吐,基因工程：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物现有基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。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，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。,原 理：,操作水平：,结 果：,一、基因工程的定义,目的基因,供体细胞,受体细胞,基因重组,DNA分子水平,定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。,获得新性状,基因
4、工程：又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。是在生物体外，,二、基因操作的工具,1.基因的“剪刀”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列，并在特定的切点上切割DNA分子。,专一性,如:EcoRI限制酶,二、基因操作的工具1.基因的“剪刀”限制性内切酶（限制酶,限制性内切酶（EcoR）作用过程,点击播放,限制性内切酶（EcoR）作用过程点击播放,什么叫黏性末端？,被限制酶切开的DNA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。,什么叫黏性末端？被限制酶切开的DNA两条单链,被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？,思考:,
5、被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？思,GAATTCCGTAGAATTCGGATT,尝试写出下列序列受EcoliI内切酶作用后的黏性末端,CTTCATGAATTCCCTAA,GAAGTACTTAAGGGATT,CTTAAGGCATCTTAAGCCTAA,练一练:,GAATTCCGTAGAATTCGGATT 尝试写出下列序列,、基因的针线DNA连接酶,连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。,磷酸二酯键,磷酸二酯键,、基因的针线DNA连接酶连接酶的作用是：将互补配对,DNA连接酶的作用过程,点击播放,DNA连接酶的作用过程点击播放,3、基
6、因的运输工具运载体,运载体必须同时满足三个要求：具有一到多个限制酶的酶切位点,以便与外源基因连接;能进入受体细胞并在受体细胞内稳定存在并能复制、表达；具有标记基因,便于目的基因的筛选.,3、基因的运输工具运载体运载体必须同时满足三个要求：,3、基因的运输工具运载体,常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒等,标记基因，便于进行检测。,质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.,3、基因的运输工具运载体 常用的运载体：质粒、噬,第二节基因工程及其应用课件,三、基因工程基本步骤,1、获取目的基因,三、基因工程基本步骤1、获取目的基因,提取目的基因,目的基因
7、是人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，还有植物的抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。,提取目的基因 目的基因是人们所需要转移或改造的,步骤二：目的基因与运载体重组,1）用一定的限制酶切割质粒，使其出现一个切口，露出黏性末端。2）用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。3）将切下的目的基因片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了一个重组DNA分子（重组质粒）,目的基因与运载体的结合过程，实际上是不同来源的基因重组的过程。,步骤二：目的基因与运载体重组 1）用一定的限制酶切割质,常用的受体细胞：,有大肠杆菌
8、、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。,将目的基因导入受体细胞的原理,借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。,步骤三：目的基因导入受体细胞,常用的受体细胞：有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农,大量的受体细胞接受不多的目的基因。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。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。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。,步骤四：目的基因的检测和表达,大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄,第一步：获取目的基因,基因工程基本步骤：,第二步：目的基因与运载体结合,第三步：将目的基因导入受体细胞
9、,第四步:目的基因的表达和检测,第一步：获取目的基因基因工程基本步骤：第二步：目的基因与运载,？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？,从细胞中分离出DNA,限制酶截取DNA片断,分离大肠杆菌中的质粒,DNA重组,用重组质粒转化大肠杆菌,培养大肠杆菌克隆大量基因,？如何让大肠杆菌生产人胰岛素？从细胞中分离出DNA,转化的实质：基因重组,转化的实质：基因重组,思维拓展:,细菌和人是差异非常大的两种生物,为什么通过基因重组后,细菌能够合成人体的某些蛋白质呢?,？,思维拓展:细菌和人是差异非常大的两种生物,为,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，还可以培养出具有特殊用途的动
10、、植物。,生长快、耐不良环境、肉质好的转基因鱼(中国),乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷),1、基因工程与作物育种,四、基因工程的应用,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,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,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,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒转鱼抗寒基因的番茄转黄瓜抗青枯病基因,转基因龙胆花,转基因蓝猪耳改变花色,转基因牵牛花改变了花色,转基因龙胆花转基因蓝猪耳改变花色转基因牵牛花改变了花色,A：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的 Eustoma(Lisianthus)花。,B：转没有绿色荧光蛋白的空质粒的花，,A：紫外光照射下的转绿色
11、荧光蛋白的 Eustoma(Lis,水母,水母,2、,2019年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经占到棉花产量的13.,我国大豆食用油近七成是“转基因”产品,与杂交育种、诱变育种相比较，基因工程育种的优点有哪些？,目的性强、克服远源杂交不亲和性、育种周期短,2、2019年，中国转基因棉花达到150万公顷，已经,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因工程疫苗和药物,许多药品的生产是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。,微生物生长迅速，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
12、大降低生产成本。,2、基因工程与药物研制我国生产的部分基因工程疫苗和药物,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。,将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!,胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵”程度自不用多说。,干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过去从人血中提取，,3、基因工程与环境保护,环境监测：基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、
13、细菌等污染。,1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来,3、基因工程与环境保护环境监测：基因工程做成的DN,环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”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，用基因工程培育成功的“超级细菌”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DDT等毒害物质。,环境污染治理：基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分,4、其他,基因诊断：如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病基因治疗：把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。,4、其他基因诊断：如用基因探针检测肝类病毒、诊断遗传病,2019年3月14
14、日绿色和平组织发布消息,称亨氏营养米粉含有转Bt基因抗虫水稻成分。,那么转基因食品到底安全吗？什么样的转基因食品才能上市？如何面对市场上的转基因食品呢？,2019年3月14日绿色和平组织发布消息,称亨氏营养,五、转基因生物和转基因食品的安全性,阅读P105资料分析，讨论：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？,五、转基因生物和转基因食品的安全性阅读P105资料分析，讨论,转基因生物与食物安全,反对实质性等同。担心滞后效应。担心出现新的过敏原。担心营养成分改变。把动物蛋白转入农作物是否侵犯了素食者的权益？,实质性等同是转基因农作物安全性评价的起点而非终点。多环节、严谨的安全性评价
15、，可以保证转基因食物的安全。科学家审慎的态度。没有转基因食物影响人体健康的实例。举证排除法。,转基因生物与食物安全反对实质性等同。实质性等同是转基因农作物,转基因生物与环境安全,会破坏生态系统的稳定性。重组的微生物在降解某些化合物时所产生的中间产物，可能造成二次污染。重组DNA与微生物杂交可能产生对人类有害的病原微生物。转基因植物的花粉中含有的毒蛋白通过食物链有可能进入动物或人体。,转入的是自然界已有的基因，不会破坏生态系统的稳定性。可以减少农药用量。抗除草剂农作物使农田管理更容易。新闻报道不实，公众的过分担忧。,转基因生物与环境安全会破坏生态系统的稳定性。转入的是自然界已,我国的行动,201
16、9年5月，国务院公布农业转基因生物安全管理条例，对农业转基因生物的研究和试验、生产和加工、经营和进出口等作了具体规定。趋利避害，不能因噎废食。,我国的行动2019年5月，国务院公布农业转基因生物安全管理,要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()限制酶DNA连接酶解旋酶还原酶 2.基因工程的正确操作步骤是（）使目的基因与运载体结合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提取目的基因,积极思维:,要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是()积极思,3.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
17、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采用基因工程的方法培育抗虫棉，下列导入目的基因的作法正确的是（）将毒素蛋白注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，注射到棉受精卵中将编码毒素蛋白的序列，与质粒重组，导入 细菌，用该细菌感染棉的体细胞，在进行组织培养将编码毒素蛋白的序列，与细菌质粒重组，注射到棉的子房并进入受精卵中,3.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,与DNA分子相关的酶的比较,磷酸二酯键 磷酸二酯键 磷酸二酯键 氢键,断裂 形成 形成 断裂磷酸二酯键磷酸二酯键 磷酸二酯键 氢键,与DNA分子相关的酶的比较种类项目 限制酶 DNA连接酶,五、基因食品的安全性,1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响，严重的可以致癌和其他疾病。,2、转基因生物可能对环境质量、生态系统或生态系统的稳定性产生不利影响。,3、基因武器可能给人类带来毁灭性的危险。,五、基因食品的安全性1、转基因生物可能对人体健康产生不利影响,
