第二节基因工程及其应用 第六章从杂交育种到基因工程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 水母能产生人胰岛素的大肠杆菌基因基因“嫁接嫁接”什么叫基因工程什么叫基因工程? ?基因工程基因工程 的基本操作步骤有哪些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：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连接连接3.THREE3.THREE胰岛素基因胰岛素基因导入受体导入受体( (大肠杆菌大肠杆菌) )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的序列，的序列，说明了限制酶具有的特是说明了限制酶具有的特是 。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？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2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具（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G A A T T C C T T A A G 限制酶限制酶2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具（1）基因的）基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶限制酶限制酶C T T A AG A A T T C G2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具（1）基因的）基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶限制酶限制酶C T T A AG A A T T C G2、基因工程的基本工具、基因工程的基本工具（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C T T A AGA A T T C G黏性末端黏性末端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：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 质粒质粒的特点：的特点：1.质粒是基因工程中最常见的运载体。质粒是基因工程中最常见的运载体。2.最常用的质粒的大肠杆菌的质粒。最常用的质粒的大肠杆菌的质粒。3.存在于许多细菌及酵母菌等生物中。存在于许多细菌及酵母菌等生物中。4.质粒的存在对宿主细胞无影响。质粒的存在对宿主细胞无影响。5.质粒的复制能在宿主细胞内完成。质粒的复制能在宿主细胞内完成。6.质粒是细胞染色体或拟核以外能自主复制质粒是细胞染色体或拟核以外能自主复制的小型环状的小型环状DNA分子。分子。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 engineering)的工具运载体运载体( (carrying)1 1能够在宿主细胞内能够在宿主细胞内复复制制并稳定保存；并稳定保存；具有具有多个限制酶切多个限制酶切点点以便与外源基因相以便与外源基因相连；连；具有具有标记基因标记基因，便，便于进行筛选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基因工程别名基因工程别名基因拼接技术或基因拼接技术或DNA重组技术重组技术操作环境操作环境操作对象操作对象操作水平操作水平操作工具操作工具基本过程基本过程结果结果课堂小结：课堂小结：生物体外生物体外基因基因DNA分子水平分子水平基因的剪刀基因的剪刀 、针线、针线 、运载体。、运载体。剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达产生人类需要的基因产物产生人类需要的基因产物1 1）以下说法正确的是）以下说法正确的是）以下说法正确的是）以下说法正确的是 （ ） A A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 B 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、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 C C、运运运运载载载载体体体体必必必必须须须须具具具具备备备备的的的的条条条条件件件件之之之之一一一一是是是是：具具具具有有有有多多多多个个个个限限限限制制制制酶酶酶酶切切切切点点点点，以以以以便便便便与与与与外源基因连接外源基因连接外源基因连接外源基因连接 D 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、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C练习2 2）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是）有关基因工程的叙述正确的是 （ ） A A、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用、限制酶只在获得目的基因时才用 B B、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成、重组质粒的形成在细胞内完成 C C、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体、质粒都可作为运载体 D D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料D二、基因工程的应用二、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、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) )1 1、基因工程与作物育种、基因工程与作物育种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A：紫外光照射下的转：紫外光照射下的转绿色荧光蛋白的绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。花。B：没有转绿色荧光：没有转绿色荧光蛋白的空质粒的花，蛋白的空质粒的花，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图为图为20012001年年1212月底出生月底出生的的5 5只可爱的转基因克隆只可爱的转基因克隆小猪。据培育者英国小猪。据培育者英国PPLPPL医疗公司称，这些转基医疗公司称，这些转基因小猪将为研究和因小猪将为研究和“生生产产”适用于人体移植手适用于人体移植手术使用的动物器官提供术使用的动物器官提供巨大的帮助。巨大的帮助。 首只转基因猴诞生，人类未来忧喜参半( (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，低成本的药品。的药品。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”！过去从人血！过去从人血中提取，中提取，300L300L血才提取血才提取1mg1mg！其其“珍贵珍贵”程度自不用多说。程度自不用多说。人造血液、白细胞人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。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三、基因工程与环境保护三、基因工程与环境保护环境监测：环境监测：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。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。环境污染治理：环境污染治理：基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种能吞食和分解多种污染环境的物质。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 操作操作 复杂复杂要使目的基因与对应的载体重组，所需的工具酶是要使目的基因与对应的载体重组，所需的工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, ,基因工程则完成基因工程则完成. . 3.3.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.DNAC.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体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ACB5 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、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