基因工程及应用上课用课件.ppt

1、 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。资料分析引入资料分析引入 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

2、，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。资料三资料三 以往，治疗糖尿以往，治疗糖尿病的胰岛素是从动病的胰岛素是从动物胰腺中提取的，物胰腺中提取的，从从100千克猪、牛千克猪、牛等动物的胰腺只能等动物的胰腺只能提取提取34克胰岛素，克胰岛素，治疗一个患者需宰治疗一个患者需宰杀杀4050头牛，头牛，这种药物的造价就这种药物的造价就可想而知了。可想而知了。微生物可以分泌产物，且微生物可以分泌产物，且微生物繁殖速率快微生物繁殖速率快1/29/20

3、23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。一、基因工程概念一、基因工程概念 基本过程基本过程基因拼接技术或基因拼接技术或DNADNA重组技术重组技术生物体外生物体外基因基因DNADNA上上分子水平分子水平定向的改造生物的遗传性状定向的改造生物的遗传性状剪切剪切 拼接拼接 导入导入 表达表达基因重组基因重组(定向

4、变异）定向变异）结果结果操作水平操作水平操作对象操作对象操作环境操作环境基因工程的别名基因工程的别名实质实质（原理）（原理）二二、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 AG A A T T C G一、基因工程的基本工具一、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 AG A A T T C G举例：举例：主要存在于微生物中主要存在于微生物中专一性专一性，一种酶只能特定识别一种特定的核苷酸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序列，在特定的切点

5、上切割DNADNA分子分子 产生黏性未端（碱基互补配对）产生黏性未端（碱基互补配对）大肠杆菌的一种大肠杆菌的一种ECORI限制酶识别限制酶识别GAATTCGAATTC序列，序列，并在并在G G和和A A之间切开）。之间切开）。黏性末端黏性末端 存在存在：结果：结果：特点特点：1、下列是同种限制性内切酶切割产生的粘性末端、下列是同种限制性内切酶切割产生的粘性末端的是（）的是（）ABCDE。E经同一种限制酶切割的分子产生相同经同一种限制酶切割的分子产生相同的粘性末端的粘性末端（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：存在于细菌、酵母菌等

6、生物）质粒：存在于细菌、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细胞中，是细胞核或拟核外能够自主复制的很小的的很小的环状环状DNADNA分子分子 2 2）噬菌体或动植物病毒等）噬菌体或动植物病毒等2.2.基因的运输工具：运载体基因的运输工具：运载体l若载体对受体细胞有害会怎样？若载体对受体细胞有害会怎样？l 若载体没有切割位点将怎样？若载体没有切割位点将怎样？l若目的基因导入受体细胞不能保存复制会怎若目的基因导入受体细胞不能保存复制会怎样？样？l若目的基因进入受体细胞，你如何去检测？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具备什么条件才能充当“运载体

7、运载体”呢？呢？3 3）作为运载体需要具备的条件作为运载体需要具备的条件对对受体受体细胞无害细胞无害 能与目的基因结合；能与目的基因结合；具有多个限制酶具有多个限制酶 切点切点以便于外源基因相连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能够在宿主细胞内稳定存在并大量复 制制具有某些标记基因具有某些标记基因便于筛选便于筛选；（1 1）作用对象：）作用对象：两个具有相同粘性末端的两个具有相同粘性末端的片段片段（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。153.

8、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 AGG3.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3.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3.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第一步：第一步：第二步：第二步：获取目的基因获取目的基因目的基因与运载体结合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注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载

9、体，并用和运载体，并用DNA连接酶连接。连接酶连接。第三步：第三步：第四步第四步:将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞目的基因的检测和表达目的基因的检测和表达1、常用微生物作受体细胞的原因：、常用微生物作受体细胞的原因：微生物增殖快、代谢快、目的产物多微生物增殖快、代谢快、目的产物多一般检测：一般检测：标记基因是否表达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，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。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，检测将每个受体细胞单独培养形

10、成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表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、达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。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1、基因工程与作物育种生长快、肉质好的转基因生长快、肉质好的转基因鱼鱼(中国中国)乳汁中含有人生长激素的乳汁中含有人生长激素的转基因牛转基因牛(阿根廷阿根廷)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2 2、基因工程与药物研制、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

11、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生物组织中提取是从生物组织中提取的。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。若将生物合成相应药物成分的基因导业化生产。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

12、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。将合成的胰岛将合成的胰岛素基因导入大肠杆素基因导入大肠杆菌，每菌，每2000L2000L培养液培养液就能产生就能产生100g100g胰岛胰岛素！使其价格降低素！使其价格降低了了30%-50%!30%-50%!基因工程做成的基因工程做成的“超级细菌超级细菌”能吞食和能吞食和分解多种污染环境的物质。分解多种污染环境的物质。通常一种假单孢通常一种假单孢杆菌只能分解石油中杆菌只能分解石油中的一种烃类用基因的一种烃类用基因工程培育成功的工程培育成功的“超超级细菌级细菌”却能分解石却能分解石油中的多

13、种烃类化合油中的多种烃类化合物。物。科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解解DDTDDT等毒害物质的细菌。等毒害物质的细菌。3、环境污染治理、环境污染治理 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”能十分灵敏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亡，甚至还可以吸收和转化污染物。安全吗安全吗?!转基因抗乙肝西红柿转基因抗乙肝西红柿(中国中国)，虽然不能治愈，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿

14、，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食代替注射乙肝疫苗。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。殖，使转入的基因稳定化。转基因植物的安全性争论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基因食品危强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。害人体健康和环境的确切证据。美国人食用转基因食品已美国人食用转基因食品已多年，多年，

15、超级超级市场上市场上有有4000多种商品是含多种商品是含有有转基转基因因植物成分的植物成分的，还没有事例证明人吃了还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引以后会得病，甚至会引起起死亡。死亡。加拿大、澳大利亚也是转基因食品的加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生产大国，均生产大国，均有几有几千万人在千万人在吃吃，到现，到现在为止也没在为止也没有有个案例说明它个案例说明它有有问题问题。反对派的观点反对派的观点 一英国科学家声称，转基因马铃薯会减一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；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

16、关生态环境。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。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，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，因而抵制美国对转基因作物更加排斥，因而抵制美国GMO产品的进口。产品的进口。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

17、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科学家将携带抗虫基因的运载体导入二倍体棉花细胞中棉花细胞中,经培养、筛选获得一株有抗虫特性基经培养、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植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的因的DNADNA片段，因此可以把它看作杂合子。得到的片段，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棉花新品种对棉铃虫毒杀效果高达80-100%80-100%。该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交F F1 1代中，代中，理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的 。原因。原因是是 。该项科技成果在环境保护上重要作用该项科技成果在环境保护上重要作用 3/43/4雌、雄配子各有雌、雄配子各有1/21/2含抗虫基因含抗虫基因减少农药对环境的污染减少农药对环境的污染