基因工程及其应用

(共26张PPT)
　普通高中课程标准实验教科书　生物必修2　
　　东莞市光明中学　　　　 郑修海　
zhengxiuhai@ qq:1445628198　　
常见育种方式比较
方法 原理 原因 实例 优点
无性繁殖
杂交
诱变
单倍体
多倍体
基因工程
有丝分裂
遗传物质没有发生改变
无核蜜桔
保持优良性状
基因重组
非同源染色体上的非等位基因自由组合
抗倒伏抗锈病小麦
集中优良性状
基因突变
人工方法使DNA复制过程发生差错
青霉素高产菌株
提高变异频率，出现新性状
染色体倍减
再加倍纯合
秋水仙素处理单倍体使其染色体加倍
小麦新品种
明显缩短育种进年限
染色体变异
秋水仙素处理使染色体加倍
无籽西瓜
器官大，营养成分含量高
基因重组
将不同生物的基因拼接在一起
抗虫棉
目的性强，打破物种界限
一、基因工程的概念
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：
目的基因
供体细胞
受体细胞
基因重组
DNA分子水平
生物体外
操作对象：
DNA分子（基因）
定向改造生物的性状，获得人类所需要的品种。
　基因工程步骤中需要哪些工具？
二、基因操作的工具
步骤一的工具：
步骤二的工具：
步骤三的工具：
基因的“剪刀”
基因的“针线”
基因的运载工具
剪切
→ 拼接
→ 导入
→ 表达
基因工程培养抗虫棉的简要过程
找到并提取出抗虫基因
检测棉的抗虫性
与运载体拼接，导入棉细胞并与棉DNA结合
要解决的问题：
1、如何从苏云金芽孢杆菌中辨别出所需基因并把它切割下来？
2、如何将切割下来的抗虫基因与棉的DNA“缝合”起来？
——限制性内切酶
——DNA连接酶
——运载体
1、基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）
限制酶
一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA分子切断。
目前已发现的限制酶有500多种
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。
思考1：要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性末端？
思考2：如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，会怎样呢？
会产生相同的黏性末端，然后让两者的黏性末端黏合起来，就似乎可以合成重组的DNA分子了。
目的基因
DNA
要切两个切口，产生四个黏性末端
2、基因的针线——DNA连接酶
连接的部位：
目的基因
切割后的DNA
重组后的
DNA
磷酸二酯键（梯子的扶手）
不是氢键（梯子的踏板）
(1) 运载体的作用有哪些？
一：作为运载工具，将外源基因(如抗虫基因)转移到受体细胞(如棉花细胞)中去。
二：利用运载体在受体细胞(如棉花细胞)内，对外源基因(如抗虫基因)进行大量复制。
3　基因的运载工具——运载体：
(2)　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。
如抗生素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
(3)常用的运载体主要有：
1) 质粒－－最常用！
2) 噬菌体　　　　
3）动植物病毒
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，如抗四环素的标记基因。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完成。
质粒是染色体(拟核）外能够进行自主复制的小型环状DNA分子（如真核生物酵母菌、原核生物细菌等细胞质中）
三、基因操作的基本步骤
提取目的基因
目的基因与运载体结合
目的基因导入受体细胞
目的基因的检测与鉴定
分离出质粒并用限制酶进行切割
四、基因工程的应用
生长快、耐不良环境、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)
1、基因工程与作物育种
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转鱼抗寒基因的番茄
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
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。
　　微生物容易培养、繁殖快、代谢旺盛、目的产物多，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%!
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：
　　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。
　 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。
　　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。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
一种观点：
转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制。
另一种观点：
转基因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广。
你认为应该如何对待转基因生物和转基因食品的安全性问题？
我国趆来趆重视转基因生物及其产品的安全性，已制定了《农业转基因生物安全管理条例》，并密切关注国际上有关管理法规的动向。
讨论：
小结
一、基因工程的概念（基因拼接技术或DNA重组技术）
二、基因工程步骤：剪切→ 拼接→ 导入→ 表达
三、基因操作的工具：
基因的剪刀——限制性内切酶（限制酶）
基因的针线——DNA连接酶（部位：磷酸二酯键）
基因的运载工具——运载体：
　　　能复制，有多个切点，有标记基因。
常用的运载体主要有：
　　　质粒（最常用）、噬菌体和动植物病毒。
　　　最常用的质粒是大肠杆菌的质粒
含目的基因的重组质粒
基因操作的基本步骤
小结
提取目的基因
目的基因与运载体结合
目的基因导入受体细胞
目的基因的检测和表达
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、基因控制的性状都能在后代表现出来
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
3 有关基因工程的叙述中，错误的是（ ）
A、DNA连接酶将黏性末端的碱基对连接起来
B、限制性内切酶用于目的基因的获得
C、目的基因须由运载体导入受体细胞
D、人工合成目的基因不用限制性内切酶
A
4 有关基因工程的叙述正确的是 （ ）
A、限制酶只在获得目的基因时才用
B、重组质粒的形成在细胞内完成
C、质粒都可作为运载体
D、蛋白质的结构可为合成目的基因提供资料
D
5 基因工程是在DNA分子水平上进行设计施工的。在基因操作的基本步骤中，不进行碱基互补配对的步骤是 （ ）
A、人工合成目的基因 B、目的基因与运载体结合
C、将目的基因导入受体细胞 D、目的基因的检测和表达
C