基因工程与转基因生物课件.pptx

1、ChimeraChimera -客迈拉客迈拉 希腊神话中是希腊神话中是一只有羊头、一只有羊头、狮身和蛇尾的狮身和蛇尾的吐火怪兽吐火怪兽 提丰百头怪兽提丰百头怪兽（父亲）和厄（父亲）和厄喀德那（母亲）喀德那（母亲）杂交的后代杂交的后代 嵌合体嵌合体赋于物种的赋于物种的稳定稳定，保证物种的延续不断。，保证物种的延续不断。赋于物种的赋于物种的进化进化，保证物种对各种环境的适应。，保证物种对各种环境的适应。在生物演变的长河中，自然发生的变异是非常在生物演变的长河中，自然发生的变异是非常缓慢的，随着生物科学的发展，人类开始学会干缓慢的，随着生物科学的发展，人类开始学会干预生物的变异。预生物的变异。使人们

2、在几年至几十年内便可实现在自然界中需要千百万年才能出现的变异，从而改变了某些物种。经典遗传学之父经典遗传学之父孟德尔孟德尔经典杂交育种方法经典杂交育种方法不可逾越的鸿沟不可逾越的鸿沟不能跨越物种界限不能跨越物种界限基因工程的最大特点，就基因工程的最大特点，就是以重组是以重组DNADNA的技术，在短的技术，在短时间内改造生物遗传性时间内改造生物遗传性它填补了生物它填补了生物种属间不可种属间不可逾越的鸿沟逾越的鸿沟，使人类有可能，使人类有可能按照需要按照需要定向定向培育生物新品培育生物新品种、新类型乃至创造自然界种、新类型乃至创造自然界从未有过的新生物。从未有过的新生物。基因工程正以新的势头迅基因

3、工程正以新的势头迅猛发展，成为当今生物科学猛发展，成为当今生物科学研究领域中最有生命力、最研究领域中最有生命力、最引人注目也最广泛引起争议引人注目也最广泛引起争议的前沿科学之一。的前沿科学之一。基因工程的奠基人基因工程的奠基人博耶（博耶（1936-）科恩（科恩（1935-）美国科学家科恩和博耶合作，于1973年把外源DNA插入细菌质粒，得到了功能性表达，为重组DNA技术的迅速发展打下了良好的基础。他们二人被称为“基因工程”的奠基人。一、基因工程的内容：一、基因工程的内容：依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种依据预先设计的蓝图，用人工方法将某种生物的基因，接合到另一种生物的基因组生物的基因，接合

4、到另一种生物的基因组DNA中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产中并使其表达，使后者获得新的遗传性状，产生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类生出人类所需要的产物，或创造出新的生物类型的现代生物技术。型的现代生物技术。转基因抗虫棉转基因抗虫棉抗虫棉抗虫棉普通棉普通棉长期以来治疗糖尿病的特效药长期以来治疗糖尿病的特效药 胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的胰岛素的胰岛素，治，治疗一位糖尿病患者，每年所需的胰岛素疗一位糖尿病患者，每年所需的胰岛素用量，需要用量，需要4040头牛或头牛或5050头猪的胰

5、脏。头猪的胰脏。能否让能否让大肠杆菌大肠杆菌生产生产胰岛素胰岛素？胰岛素分子胰岛素分子 1978 19789 92000L2000L100g100g1 119801980基因工程胰岛素基因工程胰岛素 甲生物甲生物乙生物的乙生物的DNADNA中中取基因取基因“拼接拼接”新类型新类型表达表达新的生物产品新的生物产品转转基基因因技技术术转基因技术需转基因技术需要哪些工具？要哪些工具？我国具有自主知识产权的我国具有自主知识产权的抗虫棉抗虫棉的培育程序：的培育程序：将重组将重组DNA导入选育棉花细胞内导入选育棉花细胞内使抗虫基因在该棉花细胞中表达使抗虫基因在该棉花细胞中表达 从具有抗虫性状的细菌从具有抗

6、虫性状的细菌DNA分子中获取抗虫基因分子中获取抗虫基因将抗虫基因与运载体将抗虫基因与运载体 拼接成为重组拼接成为重组DNA需要三种工具：需要三种工具：切割切割DNA连接连接DNA和运载体和运载体运载体运载体1、化学剪刀、化学剪刀限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 简称简称“限制酶限制酶”。二、基因操作的基本工具：二、基因操作的基本工具：粘性末端粘性末端资料：资料：一种限制酶只能识别一种一种限制酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列，特定的脱氧核苷酸序列，专一性强，并在特定的切专一性强，并在特定的切割点上将割点上将DNA 分子切断。分子切断。目前已发现的限制酶有目前已发现的限制酶有200多种。多种。重

7、播重播2、基因的化学浆糊、基因的化学浆糊DNA连接酶连接酶连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性连接酶的作用是：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末端连接起来，使之成为一个完整的DNADNA分子。分子。目的基因目的基因1970年，年，内森斯内森斯和和史密斯史密斯发现限制性核酸内切酶，发现限制性核酸内切酶，因而获得因而获得1978年诺贝尔生理学及医学奖。年诺贝尔生理学及医学奖。史密斯史密斯（1931-）内森斯内森斯（1928-）A A T T C G T-G C A-G T C T T A A-C A GA A T T C T C-G A G-T C C T T A A-A G

8、GA A T T C G T-G C A-G T C T T A A-C A G-T C C T T A AA A T T C T C-G A G-A G G 运载体必须同时满足三个要求：能与目运载体必须同时满足三个要求：能与目的基因结合；能进入受体生物细胞并在的基因结合；能进入受体生物细胞并在受体生物细胞内复制并表达；比较容易受体生物细胞内复制并表达；比较容易得到。得到。3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体运载体必须具运载体必须具备哪些条件？备哪些条件？3、基因的运输工具、基因的运输工具运载体运载体 常用的运载体常用的运载体:质粒质粒 质粒：是细菌中独立于拟核质粒：是细菌中独立于拟

9、核DNA之外，之外，能自主复制的双链闭环的能自主复制的双链闭环的DNA分子。分子。质粒质粒概念：独立于细菌概念：独立于细菌拟核拟核DNA外外的，能的，能自主复制自主复制的的双链闭环双链闭环的的DNA分子。分子。质粒质粒DNA分子上含有特殊的分子上含有特殊的遗传标记基因，如：遗传标记基因，如：抗四环素抗性基因抗四环素抗性基因 抗青霉素抗性基因抗青霉素抗性基因在宿主细胞内可以独立复制，也可以组合到宿主细胞的在宿主细胞内可以独立复制，也可以组合到宿主细胞的DNA分子中分子中 质粒与目的基因重组：质粒与目的基因重组：限制酶剪开限制酶剪开质粒保留部分质粒保留部分质粒切除部分质粒切除部分三、基因工程的步骤

10、：三、基因工程的步骤：请根据你的理想，自己设计获取该生物的请根据你的理想，自己设计获取该生物的基因工程步骤。基因工程步骤。三、基因工程的步骤：三、基因工程的步骤：、获取目的基因：、获取目的基因：目的基因：人胰岛素基因目的基因：人胰岛素基因 获取方法：获取方法：直接分离法直接分离法 人工合成法人工合成法目的基因目的基因是人们为了得到其表达产物而把它转入到是人们为了得到其表达产物而把它转入到 新的生物体中去的基因新的生物体中去的基因 从生物体从生物体细胞中分离细胞中分离通过化学方通过化学方法人工合成法人工合成 获得目的获得目的基因的方法基因的方法步骤步骤 基因定位基因定位（确定目的（确定目的基因在

11、基因在DNA上的位子）上的位子）用限制酶从用限制酶从DNA分子中切取分子中切取 mRNA DNA方法方法逆转录酶逆转录酶 2、目的基因与运载体重组、目的基因与运载体重组 人的胰岛素基因与质粒重组人的胰岛素基因与质粒重组 3、重组、重组DNA分子导入受体细胞分子导入受体细胞 受体细胞：大肠杆菌受体细胞：大肠杆菌 植物细胞、动物细胞、微生物细胞植物细胞、动物细胞、微生物细胞 4、筛选含目的基因的受体细胞：、筛选含目的基因的受体细胞：目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达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细菌的检测，将每个受体细胞单独培养形成菌落，细菌

12、的检测，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。物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。筛选筛选含目的基因的受体细胞含目的基因的受体细胞将重组将重组DNADNA分子导入受体细胞的频率一般仅在分子导入受体细胞的频率一般仅在 左右。左右。得到目的基因的得到目的基因的受体细胞极少受体细胞极少，大量的是未，大量的是未 成功导入的细胞。成功导入的细胞。需要从这样巨大的细胞群体中需要从这样巨大的细胞群体中筛选筛选出已获得出已获得目的基因的细胞才能生产出人类所需要的基因目的

13、基因的细胞才能生产出人类所需要的基因产品。产品。四、转基因技术的应用四、转基因技术的应用微生物微生物基因工程基因工程特点：操作较为容易，研制周期比较短，通过发特点：操作较为容易，研制周期比较短，通过发 酵大量生产。酵大量生产。成果：药用蛋白质的规模化生产。如：成果：药用蛋白质的规模化生产。如：结构简单结构简单繁殖迅速繁殖迅速治疗：胰岛素依赖性糖尿病治疗：胰岛素依赖性糖尿病人胰岛素人胰岛素 急性胰腺炎、糖尿病和肢端肥大症急性胰腺炎、糖尿病和肢端肥大症人脑激素人脑激素 （人生长激素释放抑制因子）（人生长激素释放抑制因子）肺气肿肺气肿抗胰蛋白酶抗胰蛋白酶 不排卵症不排卵症绒毛膜促性腺素绒毛膜促性腺素

14、 恶性肿瘤恶性肿瘤白细胞介素白细胞介素 溶血栓溶血栓组织型纤溶酶原吉活剂组织型纤溶酶原吉活剂 抗肿瘤抗肿瘤肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子 助产助产松弛素松弛素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胰岛素、生长激素、干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗胰岛素、生长激素、干扰素、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病等通过基因工程实现工业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。苦，提高人类的健康水平发挥了重大的作用。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

15、细菌只能分解石油中的一种烃类，用基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因工程培育成功的“超级细菌超级细菌”却能分解石油中的多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，种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解分解DDTDDT等毒害物质。等毒害物质。植物基因工程植物基因工程成果：培育出抗性植物，如；我国的转基因抗虫棉。成果：培育出抗性植物，如；我国的转基因抗虫棉。全世界有近全世界有近200种转基因植物，我国有抗病毒烟草、种转基因植物，我国有抗病毒烟草、耐储存转基因番茄耐储存转基因番茄 正在研究将预防乙型肝炎、龋齿等疾病的疫苗基因正在研究将预防乙

16、型肝炎、龋齿等疾病的疫苗基因 转入植物，来培育植物疫苗，以期通过食物获得疫苗接转入植物，来培育植物疫苗，以期通过食物获得疫苗接 种。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动物基因工程动物基因工程特点：特点：以受精卵作为受体以受精卵作为受体细胞细胞用显微注射的方法用显微注射的方法将目的基因导入受精将目的基因导入受精卵卵使受精卵发育成转使受精卵发育成转基因动物基因动物 3、动物基因工程：（1）获取具有优良性状的动物新品种。生长快、耐不良环生长快、耐不

17、良环境、肉质好的转基境、肉质好的转基因鱼因鱼(中国中国)水母（2）乳腺生物反应器：）乳腺生物反应器：从动物的乳汁中获得人源性蛋白质药物。从动物的乳汁中获得人源性蛋白质药物。乳汁中含有人生长激素的转乳汁中含有人生长激素的转基因牛基因牛(阿根廷阿根廷)乳腺生物反应器乳腺生物反应器 将所需要基因转入乳量高的牛、羊等家将所需要基因转入乳量高的牛、羊等家畜体内，从动物的乳汁中获取、提炼珍畜体内，从动物的乳汁中获取、提炼珍贵的蛋白质药物、成本一定会大大降低。贵的蛋白质药物、成本一定会大大降低。这里，转基因动物就像一座天然原料加这里，转基因动物就像一座天然原料加工厂，可以源源不断地提供人类所需要工厂，可以源

18、源不断地提供人类所需要的宝贵产品。的宝贵产品。转基因羊转基因羊 1998年初，上海年初，上海医学遗传研究所医学遗传研究所传出了震惊世界传出了震惊世界的消息：中国科的消息：中国科学家已经获得学家已经获得5只只转基因山羊。其转基因山羊。其中一只奶山羊的中一只奶山羊的乳汁中，含有堪乳汁中，含有堪称血友病人救星称血友病人救星的药物蛋白的药物蛋白有活性的人凝血有活性的人凝血因子。因子。（3）基因治疗：）基因治疗：通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可常基因可“一次性一次性”解除病人的疾苦。解除病人的疾苦。转基因食品转基因食品 安全吗安全吗?!转基因安全事件转

19、基因安全事件 英国英国“普兹台事件普兹台事件”：19981998年，英国罗年，英国罗伊特研究所普兹台教授说他的实验证明，伊特研究所普兹台教授说他的实验证明，幼鼠食用转基因土豆会使内脏和免疫系幼鼠食用转基因土豆会使内脏和免疫系统受损。统受损。转基因安全事件转基因安全事件 美国的美国的“斑蝶事件斑蝶事件”：19991999年美国康乃尔大年美国康乃尔大学副教授约翰学副教授约翰罗西在罗西在自然自然上发表文章上发表文章说，一种转基因玉米可产生杀死害虫的花粉，说，一种转基因玉米可产生杀死害虫的花粉，而身为益虫的一种美州大蝴蝶食用了这种转而身为益虫的一种美州大蝴蝶食用了这种转基因玉米花粉后有基因玉米花粉后有

20、4444死亡。死亡。五、转基因生物产品的安全性：五、转基因生物产品的安全性：1、转基因生物本身是否会对生物环境造成不利的影响？A A、转基因植物演变成农田杂草的可能性。、转基因植物演变成农田杂草的可能性。B B、诱发病虫产生抗性。、诱发病虫产生抗性。2、转基因生物本身是否会对人类的健康造成损害?转基因食品可能会给人类身体健康带来某些损害。转基因食品可能会给人类身体健康带来某些损害。（1）、有毒物质）、有毒物质 抗性选择标记基因可能编码出对人体有直接毒抗性选择标记基因可能编码出对人体有直接毒性的蛋白质，或者编码出的蛋白质所具有的催化功性的蛋白质，或者编码出的蛋白质所具有的催化功能对宿主的代谢具有潜在毒性作用，并出现滞后效能对宿主的代谢具有潜在毒性作用，并出现滞后效应或长期效应。应或长期效应。（2）、过敏性）、过敏性 转基因植物可能会表达出过敏蛋白，可能会对转基因植物可能会表达出过敏蛋白，可能会对过敏体质的人产生过敏反应。过敏体质的人产生过敏反应。智力游戏请根据基因工程操作的基本步骤，将下图拼接好。课课究究探探后后 课题：利用网络资源并结合教材中的资料分析,就“转基因生物和转基因食品的安全性”以小论文的形式发表个人见解。