人教版高一生物必修二 6.2 基因工程及其应用 （共67张PPT）

(共68张PPT)
基因工程及其应用
第2节
转入人胰岛素基因的大肠杆菌
水母
转入荧光素酶蛋白基因的发荧光烟草
导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
抗虫害的玉米
转基因超级鼠
转基因西红柿
紫色（花青素）
转基因鲑鱼
甲生物
乙生物
取出优秀基因
“剪切” “拼接”　
新类型
表达　
新的生物产品　
转基因技术
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：
操作水平：
操作环境：
结 果：
基因重组
DNA分子水平
生物体外
定向地改造生物的性状，
获得人类所需要的品种。
目的基因
供体细胞
受体细胞
二、　基因操作的工具
例如：大肠杆菌(E.coli)的一种限制性内切酶(EcoRI)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。
１、基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）
专一性
重播
限制酶
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。
被同一种限制性内切酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用同种限制酶切割
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
用同种限制酶切割
2、基因的针线——DNA连接酶
DNA连接酶可将把（能互补配对的两个）黏性末端之间的缝隙“缝合”起来，这样一个重组的DNA分子才能形成。
二、　基因操作的工具
目的基因
供体细胞
受体细胞
　要让一个从甲生物细胞内取出来的基因(如抗虫基因),送入受体细胞(如棉细胞),还需要有运输工具,这就是运载体。
3、基因的运输工具——运载体
二、　基因操作的工具
作为运载体必须具备哪些条件？
1.能够复制并稳定地保存。
2.具限制酶切点，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。
常用的运载体：质粒、噬菌体和动植物病毒；
最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。
质粒
细菌细胞内一种自我复制的环状双链DNA分子，能稳定地独立存在于染色体外，并传递到子代。
现在常用的质粒大多数是经过改造或人工构建的，常含抗生素抗性基因，是重组DNA技术中重要的工具。
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、质粒的存在对细胞无影响；
3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
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（又称标记基因），如四环素抗性基因，携带这个基因的细菌对四环素具有抗药性。
（标记基因）
三、基因操作的基本步骤：
1、提取目的基因
2、目的基因与运载体结合
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的表达和检测
目的基因
供体细胞
受体细胞
1、获取目的基因
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。
三、基因操作的基本步骤：
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
常用的受体细胞：菌类和动植物细胞
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。
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。淘汰无表达产物的菌落，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
有表达产物
无表达产物
4、目的基因的表达和检测
无表达产物
无表达产物
有表达产物
无表达产物
三、基因操作的基本步骤：
1、提取目的基因
2、目的基因与运载体结合
3、将目的基因导入受体细胞
4、目的基因的表达和检测
目的基因
供体细胞
受体细胞
判断
转基因成功的标志是标记基因得到表达。
四、基因工程的应用
获得高产、稳产和具有优良品质的农作物和具有抗逆性的作物新品种。
高效率的生产出高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等
利用转基因细菌降解有毒有害的化合物，保护环境。
１、基因工程与作物育种
1993年，中国农业科学院的科学家成功地培育出了抗棉铃虫的转基因抗虫棉，抗虫的基因来自苏云金杆菌。苏云金杆菌形成的伴胞晶体是一种毒性很强的蛋白质晶体，能使棉铃虫等鳞翅目害虫瘫痪致死。科学家将编码这个蛋白质的基因导入作物，使作物自身具有抵御虫害的能力。
四、基因工程的应用
１、基因工程与作物育种
四、基因工程的应用
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
转鱼抗寒基因的番茄
2、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。
⑴ 基因工程药品的生产
2、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
⑴ 基因工程药品的生产
　　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。
转基因大肠杆菌每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!
从人血中提取干扰素，
300L血才提取1mg！
转基因大肠杆菌，
每1Kg的培养液可提取20—4mg干扰素
人造血液及其生产
⑵ 基因诊断与基因治疗
　　运用基因工程设计制造的“DNA探针”检测肝炎病毒等病毒感染及遗传缺陷，不但准确而且迅速。
　　通过基因工程给患有遗传病的人体内导入正常基因可“一次性”解除病人的疾苦。
3、基因工程与环境保护
⑴　环境监测： 　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
　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。
⑵　环境污染治理： 　　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。
⑵　环境污染治理： 　　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。
4、转基因生物和转基因食品的安全性
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，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？
4、转基因生物和转基因食品的安全性
转基因生物：


阅读课本Ｐ１０５讨论：转基因食品安全吗？
怪物 1
怪物 2
怪物 3
怪物 4
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？
绿色和平组织将转基因食品妖魔化
对转基因食品安全性的争论
支持派（美国、阿根廷、巴西）
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。
反对派（欧盟和日本）
与转基因食品无关的若干次食品恐慌
中间派：发展中国家
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。
我国的实际情况（谨慎派）
一方面，国家鼓励科研机构进行转基因技术的研究
另一方面，而对转基因食品投放市场则需要经过非常严格的审查
转基因技术的食品安全性
（1）转基因产物的直接影响：包括营养成分、毒性、抗营养因子或增加食物过敏性物质的可能；
（2）植物里导入了具有抗除草剂或毒杀虫功能的基因后，它是否也象其他有害物质一样能通过食物链进入人体内；
（3）转基因食品经由胃肠道的吸收而将基因转移至胃肠道微生物中，从而对人体健康造成影响
转基因技术的环境安全性
（1）产生超级杂草的可能；
（2）种植抗虫转基因作物后可能使害虫产生免疫并遗传、从而产生更加难以消灭的“超级害虫”；
（3）转基因向非目标生物漂移的可能性；
（4）其他生物吃了转基因食物是否会产生畸变或灭绝；
（5）转基因生物是否会破坏生物的多样性等；
（6）抗病毒基因问题。