1、第2节 基因工程及其应用,学习目标,1、简述基因工程的基本原理 2、举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用 3、关注转基因生物和转基因食品的安全性,假定你是一位知名的育种专家，某动物园为了迎合观众猎奇的心理，想请你为他们培育出下面几只“怪物”，请问你准备用什么方法？,怪物 1,“香蕉鱼?”,怪物 2,怪物 3,这就要用到定向改造生物的新技术 基因工程,传统的育种方法能否实现？,基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。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，定向地改造生物的性状。,原理：基因重组,操作水平：DNA分子水平,操作环
2、境：生物体外,结 果：定向地改造生物的性状，获得人类所需要的品种。,一、 基因工程,二、 基因操作的工具,例如：大肠杆菌(E.coli)的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。,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）,、基因的剪刀限制性内切酶（限制酶）,特点,限制酶,作用：切割磷酸二酯键,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。,2. 基因的针线DNA连接酶,DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，形成一个重组的DNA分子。（位点：磷酸二酯键）,作
3、用与DNA限制酶作用相反，作用位点相同,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,作为运载体必须具备哪些条件？,1.能够在宿主细胞中复制并稳定地保存。 2.具多个限制酶切点，以便与外源基因连接。 3.具有某些标记基因，便于进行筛选。如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。,大肠杆菌的质粒：,最常用的质粒是大肠杆菌的质粒，其中常含有抗药基因，如四环素的标记基因。质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性作用，但复制只能在宿主细胞内进行。,质粒的特点,1、细胞染色体（或拟核DNA分子）外能自主复制的小型环状DNA分子；2、质粒的存在对宿主细胞无影响；3、质粒的复制只能在宿
4、主细胞内完成。,1.以下说法正确的是 （ ）A、所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B、质粒是基因工程中唯一的运载体 C、运载体必须具备的条件之一是：具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接D、DNA连接酶使黏性末段的碱基之间形成氢键,C,练习,2.不属于质粒被选为基因运载体的理由是A、能复制 （ ）B、有多个限制酶切点 C、具有标记基因D、它是环状DNA,D,练习,三、基因工程基本步骤,1、获取目的基因,基因工程的第一步，是取得人们所需要的特定基因，也就是目的基因如抗虫基因，抗病基因、种子的贮存蛋白基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等都是目的基因。,要获得目的基因，主要有两条途径：一条是
5、从供体细胞的DNA中直接分离基因，另一条是人工合成基因。,2、目的基因与运载体结合,用与提取目的基因相同的限制酶切割质粒使之出现一个切口，将目的基因插入切口处，让目的基因的黏性末端与切口上的黏性末端互补配对后，在连接酶的作用下连接形成重组DNA分子。,细菌,供体细胞,取出质粒,取出DNA,用限制酶切断DNA,用连接酶连接目的基因,3、将目的基因导入受体细胞,将重组DNA导入受体细胞,扩增,4、目的基因的表达和检测,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
6、菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。,（一）、基因工程与作物育种1、在农作物生产方面,目的：培育出高产、稳产、抗逆性的优良作物及新品种。 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的适应能力。,四、基因工程的应用,2、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、超级绵羊等多种转基因动物。,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),(二）、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
7、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%!,优点：能够高效率地生产出各种高质量，低成本的药品。,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。
8、人们从 450 L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品 生长激素,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,（三）、 环境保护 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。,五、转基因生物和转基因食品的安全性,当人类
9、拥有了只有大自然才拥有的改造生物、创造生物的能力时，也感到了不安与困惑。人类是否有权按照自已的意愿操纵地球上的生命？人类创造的转基因生物、转基因食品是否会危害整个生物圈，包括人类自身？,1998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，体重和器官重量减轻，免疫系统遭到破坏。,？,目前，大多数专家认为，已经投入商品化生产的转基因番茄、玉米等农产品都是安全的。迄今为止尚无食用转基因生物产品引起任何严重问题的科学报道。转基因抗虫棉、耐贮藏番茄、抗病毒甜椒及基因工程疫苗等已获得生产应用安全证书。,我国的行动,2001年5月，国务院公布农业转基因生物安全
10、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。,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,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 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 ,
