豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮豆科植物的根瘤能够固定空气中的氮资料一：目前，资料一：目前，全球的氮肥生全球的氮肥生产耗费世界总产耗费世界总电力的电力的3%-4%，且农作物只能且农作物只能吸收氮肥的吸收氮肥的1/10,造成了大造成了大面积土壤和水面积土壤和水质的污染。质的污染。2021/3/101蜘蛛能够吐出蛛丝蜘蛛能够吐出蛛丝资料二：蛛丝是自资料二：蛛丝是自然界最奇特的物质然界最奇特的物质之一，它具有极强之一，它具有极强的韧度，其韧度是的韧度，其韧度是同样直径钢材的好同样直径钢材的好几倍。但与家蚕不几倍。但与家蚕不同，蜘蛛不能家养，同，蜘蛛不能家养，因为它们会互相吞因为它们会互相吞食，所以不可能建食，所以不可能建立人工饲养蜘蛛的立人工饲养蜘蛛的农场。农场。30多年来，多年来，科学家们一直试图科学家们一直试图找到利用其他生物找到利用其他生物体来制造蛛丝的办体来制造蛛丝的办法。法。2021/3/102 资料三资料三 以往，治疗糖尿病以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动物的胰岛素是从动物胰腺中提取的，从胰腺中提取的，从100千克猪、牛等动千克猪、牛等动物的胰腺只能提取物的胰腺只能提取34克胰岛素，治克胰岛素，治疗一个患者需宰杀疗一个患者需宰杀4050头牛，这种头牛，这种药物的造价就可想药物的造价就可想而知了。而知了。 微生物可以有分泌产物，且微生物繁微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速率快殖速率快2021/3/103设想一能否让禾本科的植物也能够固定空气中能否让禾本科的植物也能够固定空气中的氮？的氮？能否让细菌能否让细菌“吐出吐出”蛛丝？蛛丝？设想二能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰能否让微生物产生出人的胰岛素、干扰素等珍贵的药物？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工程。2021/3/104第第2节节 基因工程及其应用基因工程及其应用2021/3/105基因工程基因工程：又叫基因拼接技术或又叫基因拼接技术或DNADNA重组技术。重组技术。就是按照人们的意愿，把一种生物的就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因某种基因提提取出来，加以修饰和改造，然后放到另一种生物取出来，加以修饰和改造，然后放到另一种生物的细胞里，的细胞里，定向定向的改变生物的遗传性状。的改变生物的遗传性状。原理原理：基因重组：基因重组结果结果：定向地改造生物的遗传性状，获得人类：定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要产品。所需要产品。一、基因工程概念一、基因工程概念 ？ 基因工程是在基因工程是在分子分子水平的设计和水平的设计和施工，需要有专门的工具，生物体内有施工，需要有专门的工具，生物体内有哪些专门的哪些专门的工具工具呢？呢？2021/3/1061.1.将目的基因片断从人体细胞内提取，将目的基因片断从人体细胞内提取，需要需要基因的剪刀基因的剪刀限制性内切酶。限制性内切酶。2.2.将目的基因运入大肠杆菌，将目的基因运入大肠杆菌，需要需要基因的运输工具基因的运输工具运载体。运载体。3.3.将目的基因与运载体将目的基因与运载体DNADNA连接，连接，需要需要基因的针线基因的针线DNADNA连接酶。连接酶。二、基因工程操作的工具二、基因工程操作的工具2021/3/107（1 1）分布分布：主要在微生物中。主要在微生物中。（2 2）特特点点：专专一一性性和和特特异异性性，即即识识别别特特定定核核苷苷酸酸序列，切割特定切点。序列，切割特定切点。（3 3）结果结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。产生黏性未端（碱基互补配对）。（4 4）作作用用：基基因因工工程程中中重重要要的的切切割割工工具具，能能将将外外来的来的DNADNA切断，对自己的无损害。切断，对自己的无损害。（5 5）举举例例：大大肠肠杆杆菌菌的的一一种种限限制制酶酶（EcoREcoR）能能识别识别GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之间切开。之间切开。 一种限制酶一种限制酶只能识别只能识别一种特定一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA DNA 分子切断。目前已发现的限制酶有分子切断。目前已发现的限制酶有200200多种。多种。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2021/3/1081.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2021/3/1091.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 限制酶限制酶切割切割磷酸二酯键磷酸二酯键2021/3/10101.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A A T T C C T T A AGG氢键自动断裂2021/3/10111.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A A T T C C T T A AGG2021/3/1012（1 1）作用：将外源基因送入受体细胞）作用：将外源基因送入受体细胞（2 2）种类：种类： 1 1）质粒）质粒 2 2）噬菌体）噬菌体或动植物病毒或动植物病毒2.2.基因的运输工具：运载体基因的运输工具：运载体2021/3/1013大肠杆菌的大肠杆菌的质粒质粒 (plasmid)：运载体应该运载体应该具有什么特具有什么特点呢点呢? ?2.2.基因的运输工具：运载体基因的运输工具：运载体2021/3/1014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制复制并稳定保存；并稳定保存；具有具有多个限制酶切点多个限制酶切点以以便与外源基因相连；便与外源基因相连；具有具有标记基因标记基因，便于进，便于进行筛选行筛选2.2.基因的运输工具：运载体基因的运输工具：运载体2021/3/1015（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：磷酸二酯键。）作用位置：磷酸二酯键。（3 3）作用结果：形成重组）作用结果：形成重组DNADNA。3.基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶2021/3/10163.基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶 A A T T C C T T A AGG2021/3/10173.基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶 A A T T C C T T A AGG碱基互补配对2021/3/10183.基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶A A T T C C T T A AGGDNA连接酶连接酶2021/3/10193.基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶 A A T T C C T T A AGGDNA连接酶连接酶2021/3/10203.基因的针线：基因的针线：DNA连接酶连接酶 A A T T C C T T A AGGDNA连接酶连接酶连接连接磷酸二酯键磷酸二酯键2021/3/1021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？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胰岛素基因胰岛素基因与运载体与运载体DNA拼接拼接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) )2021/3/1022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.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.TWO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3.THREE胰岛素基胰岛素基因与运载因与运载体体DNADNA连连接接基因的基因的“针线针线”2021/3/1023基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤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4.目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达归纳归纳2021/3/1024提取目的基因提取目的基因装入载体装入载体导入受体细胞导入受体细胞基因的表达和检测基因的表达和检测2021/3/1025大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受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。检测出来。 将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中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，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。保留有表达产物的进一步培养、研究。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目的基因的检测和表达2021/3/1026（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。三、基因工程的应用三、基因工程的应用2021/3/1027转基因抗虫水稻转基因抗虫水稻2021/3/1028转基因抗棉铃虫棉花转基因抗棉铃虫棉花2021/3/1029（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因奶牛、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。超级绵羊等多种转基因动物。2021/3/1030(二）基因工程与药物研制二）基因工程与药物研制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。2021/3/1031胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而岛素，其产量之低和价格之高可想而知。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。2021/3/1032用转基因的植物生产药物用转基因的植物生产药物2021/3/1033具有生长激素的转基因具有生长激素的转基因 “超鼠超鼠”2021/3/1034世界上第一只基因世界上第一只基因改造的灵长类动物改造的灵长类动物猴子的研究，将有猴子的研究，将有助於发现诸如老年助於发现诸如老年痴呆症、爱滋病及痴呆症、爱滋病及癌症的新基因疗法癌症的新基因疗法2021/3/1035（三）环境保护（三）环境保护基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和分解多种污能吞食和分解多种污染环境的物质。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培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。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。2021/3/10362021/3/103719981998年，英国一位生物学家在电视节目中宣布：老鼠食年，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，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。四、转基因生物和转基因食品的安全性四、转基因生物和转基因食品的安全性2021/3/1038 转基因食品转基因食品 安全吗?2021/3/1039怪物怪物 12021/3/1040怪物怪物 22021/3/1041怪物怪物 32021/3/1042 当人类拥有了只有大自然才拥有的改造生物、当人类拥有了只有大自然才拥有的改造生物、创造生物的能力时，我们是否感到很坦然呢？创造生物的能力时，我们是否感到很坦然呢？2021/3/1043v基因的“剪刀”限制性核酸内切酶v基因的“针线”DNA连接酶 v基因的运输工具运载体（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v 目的基因与运载体结合v 目的基因导入受体细胞v 目的基因的检测与表达2021/3/1044练习：练习：要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（ ）限制酶连接酶解旋酶还原酶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2021/3/1045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 2021/3/1046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（）（理综第题）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 2021/3/1047