1、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,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。,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。,微生物可以分泌
2、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工程。,第2节 基因工程及其应用,2018/9/3,基因工程：又叫基因拼接技术或DNA重组技术。就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰和改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向的改变生物的遗传性状。,一、基因工程概念,基因工程的概念,基本过程,基因拼接技术或DNA重组技术,生物体外,基因,DNA上分子水平,定向的改造生物的遗传性状,剪切
3、, 拼接, 导入, 表达,基因重组(定向变异）,二、基因工程的基本工具,1、基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,一、基因工程的基本工具,1、基因的“剪刀”：限制性核酸内切酶,举例：,主要存在于微生物中 专一性，一种酶只能特定识别一种特定的核苷酸序列，在特定的切点上切割DNA分子 产生黏性未端（碱基互补配对） 大肠杆菌的一种ECORI限制酶识别GAATTC序列，并在G和A之间切开）。,存在：,结果：,特点：,1、下列是同种限制性内切酶切割产生的粘性末端的是（ ）,A B C D E。,E,经同一种限制酶切割的分子产生相同的粘性末端,（1）作用：将外源基因送入受体细胞 （2）种类： 1）质粒：存在于
4、细菌、酵母菌等生物 的细胞中，是细胞核或拟核外能够自主复制的很小的环状DNA分子2）噬菌体或动植物病毒等,2.基因的运输工具：运载体,若载体对受体细胞有害会怎样？若载体没有切割位点将怎样？ 若目的基因导入受体细胞不能保存复制会怎样？ 若目的基因进入受体细胞，你如何去检测？,【学习探究】,具备什么条件才能充当“运载体”呢？,3） 作为运载体需要具备的条件,对受体细胞无害 能与目的基因结合；具有多个限制酶 切点以便于外源基因相连； 能够在宿主细胞内稳定存在并大量复 制 具有某些标记基因便于筛选；,（1）作用对象：两个具有相同粘性末端的DNA片段 （2）作用位置：脱氧核糖与磷酸之间的缺口（磷酸 二酯
5、键）。 （3）作用结果：形成重组DNA。,3、基因的“针线”指,DNA连接酶,3.基因的针线：DNA连接酶,A A T T C,C T T A A,G,G,3.基因的针线：DNA连接酶,A A T T C,C T T A A,G,G,碱基互补配对,3.基因的针线：DNA连接酶,A A T T C,C T T A A,G,G,DNA连接酶,3.基因的针线：DNA连接酶,A A T T C,C T T A A,G,G,DNA连接酶,连接磷酸二酯键,第一步：,第二步：,获取目的基因,目的基因与运载体结合,注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。,三、基因工程基本步骤,第三步
6、：,第四步:,将目的基因导入受体细胞,目的基因的检测和表达,1、常用微生物作受体细胞的原因：,微生物增殖快、代谢快、目的产物多,一般检测：,标记基因是否表达,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。,四、 基因工程的应用,1、基因工程与作物育种,抗虫转基因植物,生长快、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),转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,2、基因工程与药物研制,我国生产的部分基因 工程疫苗和
7、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，还能大大降低生产成本。,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%!,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。,通常一种假单孢杆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
8、分解石油中的多种烃类化合物。,科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质的细菌。,3、环境污染治理,利用基因工程培育的“指示生物”能十分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。,转基因食品,安全吗?!,转基因抗乙肝西红柿(中国)，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。,用转基因的植物生产药物,转基因植物的安全性争论,支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转
9、基因食品危害人体健康和环境的确切证据。,美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。 加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有个案例说明它有问题 。,反对派的观点,一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。,环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。,要
10、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,科学家将携带抗虫基因的运载体导入二倍体棉花细胞中,经培养、筛选获得一株有抗虫特性基因的植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的DNA片段，因此可以把它看作杂合子。得到的棉花新品种对棉铃虫毒杀效果高达80-100%。该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交F1代中，理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的 。原因是 。该项科技成果在环境保护上重要作用,3/4,雌、雄配子各有1/2含抗虫基因,减少农药对环境的污染,
