第2节 基因工程及其应用(修改)

三、转基因生物和转基因食品的安全性
转基因玫瑰
转入萤火虫荧光酶基因 的转基因烟草苗
能发荧光的转基因鱼
三、转基因生物和转基因食品的安全性
未来生物
这些生物令我们很好奇，但是现实生活 的应用更令我们关心!
“金大米”
转基因草莓
有玫瑰花和柠檬的香味 转基因西红柿
三、转基因生物和转基因食品的安全性
转基因生物有利的一面:
二、基因工程的应用
4、基因工程与环境
（1）用于环境检测 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。如检测饮用 水中病毒的含量 。 （2）用于净化污染的环境 美国科学家用基因工程做成的“超级细菌” 能同时快速分解石油中的四种烃类 ，用于清除 被石油污染的海域。 用基因工程培养出“吞噬”汞和降解土壤中 DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。
③将目的基因导入 受体细胞 ④目的基因的检测 与鉴定
基因工程
别名 操作环境 操作对象 操作水平 基本工具 限制酶、DNA连接酶、运载体 基本过程 提取→拼接→导入→检测和鉴定 结果 人类需要的基因产物 基因重组 实质 基因拼接技术或DNA重组技术 生物体外 基因 DNA分子水平
1.下列关于基因工程的叙述中,正确的是: A.限制酶只用于提取目的基因 B.细菌体内的环状DNA均可作运载体 C.DNA连接酶可用于目的基因和运载体的连接 D.重组DNA分子一旦进入受体细胞,基因工程则完成.
点击播放
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。
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相 同的黏性末端？ 是，会产生相同的黏性末端。
• 要想获得某个目的基因必须要用限制酶需要切 几刀？可产生几个黏性末端？一个目的基因有 几个黏性末端？ 要切两刀，产生四个黏性末端，两个。
⑴有些转基因食物含的一些物质，可能会影响人 体健康。 ⑵大量的转基因生物进入自然界后很可能会与野 生物种进行杂交，产生一些超级生物，从而造成基 因污染。 ⑶如有些作物插入抗虫基因，杀死环境中有益的 生物。
又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。 概念：
基 基因工 本 程原理 工 具
通俗地说，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， 定向地改造生物的遗传性状。 基因“剪刀”——限制性核酸内切酶 基因“针线”——DNA连接酶 基因的运载体——质粒、噬菌体、动植物病毒 ①提取目的基因
连接磷酸二酯键
G
C
A
A T T C
T
T A A G
DNA聚合酶和DNA连接酶有何异同点？
不同点： DNA连接酶：将DNA片段间互补配对的两个黏 性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。
DNA聚合酶：以一条DNA为模板，将一个一个 核苷酸连接起来 相同点：都是通过形成磷酸二酯键连接起来
思考：如何将重组DNA分子送入受体细胞呢？
第二节 基因工程及其应用
问题探讨
讨论： 1、把人胰岛素基因“嫁接”到大肠杆菌 中去后与普通细菌有什么不同？ 2、为什么能把人的基因“嫁接”到细菌上？
①大多数生物的遗传物质都是DNA，且不同生物的DNA 分子基本结构是相同的，都遵循碱基互补配对原则 。 所以不同的生物DNA可以嫁接。 ②地球上的所有生物共用一套遗传密码，所以一种生物的 基因可以在另外一种生物体内得以表达。
DNA连接酶的作用过程
点击播放
一、基因工程的原理
2、“基因针线”——DNA连接酶 连 CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA 接 GAAGTACTTAA GGCATCTTAA GGGATT 酶 连接酶的作用：将脱氧核糖和磷酸交替连 接的DNA骨架的缺口“缝合”。 连接的部位： 生成磷酸二酯键
转入金鱼草基 因的紫番茄富含花 青素 ，可明显减缓 结肠癌细胞生长， 同时具抵抗心血管 疾病的功效。 将富含赖氨酸 的蛋白质编码基因 转入玉米,获得转 基因玉米。
二、基因工程的应用
1、基因工程与作物育种
（2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种
苏云金杆菌 抗 已问世的转基因抗虫 植物主要有水稻、棉、玉 提取 虫 米、马铃薯、番茄、大豆、 棉 抗虫基因 蚕豆、烟草、苹果、核桃、 的 菊花、白花三叶草等。 导入 培 普通棉花 育 过 培育 程 抗虫棉
2、基因工程与畜牧养殖
（2）利用转基因动物生产药物
中国农业大学获得的 转基因克隆奶牛
乳汁中分泌人凝血因子IX 的转基因山羊
科学家将药用蛋白基 因导入哺乳动物的受精卵， 使其发育成转基因动物， 转基因动物进入泌乳期后， 通过分泌的乳汁来生产所 需的药品。
二、基因工程的应用
3、基因工程与药物研制
许多药品的生产是从生物组织、细胞或血液中提 取的。受材料来源限制产量有限，价格十分昂贵。
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，高效率地生产出各 种高质量、低成本的药品，如胰岛素、干扰素等。 用基因工程方法生产的药物还有白细胞介素、 溶血栓剂、凝血因子以及某些疫苗等。
基因工程方法生产蛋白质药物的优势非常明显。
⑴改变传统的育种方式缩短育种时间。培育 出高产优质、抗病虫害、抗旱、抗盐碱，抗除 草剂等特性的作物新品种。 ⑵克服异源、远源杂交障碍。如可以把动物 的基因，甚至人的基因组合到植物里去。 ⑶生产有利于健康和抗病的食品。 ⑷培育出符合人们意愿的动物新品种。
三、转基因生物和转基因食品的安全性
基因工程的弊端：
一、基因工程的原理
3、基因的运载体
运载体必须同时满足三个要求：
①能在宿主细胞内复制并稳定的保存。 ②具有多个限制酶切点。 ③具有某些标记基因，便于筛选。
如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
种类：质粒、噬菌体、动植物病毒
科学家发现大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等的质 粒能同时满足以上三个要求。
操 ②目的基因与运载体结合 作 ③将目的基因导入受体细胞 步 骤 ④目的基因的检测与鉴定
2.以下说法正确的是: A.目的基因是指重组DNA B.一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 C.DNA重组所用的工具酶是限制酶、连接酶和运载体 D.只要受体细胞中含有目的基因，目的基因就一定能 够成功表达
二、基因工程的应用
1、基因工程与作物育种
（1）获得高产、稳产和具有优良品质的农作物
将控制番茄果 实成熟的基因导入 番茄,获得转基因耐 贮存番茄,是世界上 进入市场的第一种 转基因植物。
5、基因工程的操作步骤：
从细胞中取 出DNA 从细菌中取 出质粒 ①提取目的基因（如 人的胰岛素基因）
用同种限制酶切断两个DNA 具有相同的黏性末端 ②目的基因与运载 体结合
用连接酶将目的基因与质粒连接 （形成重组DNA分子） 将目的基因导入受体细胞（如大 肠杆菌）
利用质粒中具有某些特性的基因进 行检测并判断目的基因是否表达
二、基因工程的应用
1、基因工程与作物育种 （2）培育出具有各种抗逆性的作物新品种
抗病毒转基因甜椒
转基 因抗 除草 剂玉 米
二、基因工程的应用
2、基因工程与畜牧养殖 （1）培育出具有优良品质的动物
超级绵羊
转生长激素基因鲤鱼
（9个月后比对照个体重1.5kg)
（生长速率提高30%，体型增大50%）
二、基因工程的应用
尝试写出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏 性末端
CTTCATG AATTCCCTAA GAAGTACTTAAGGGATT 目的基因
ACGAATTCCGTAG AATTCCCATT TGCTTAA GGCATCTTAA GGGTAA
DNA被限制酶切断后有两个反向互补的“黏 性末端”。被同一种限制酶切断的几个DNA具有 相同的黏性末端，碱基能够通过互补进行配对。
3、怎样把人胰岛素基因“嫁接”到大肠杆菌中去？
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，定向地改造生物的遗传性状。
原理： 基因重组
操作水平： DNA分子水平
结果： 定向地改造生物的遗传性状，获得人
基因的运输工具——质粒
有标Байду номын сангаас基 因的存在
有限制酶切割 位点
能复制并带着插 入的目的基因一 起复制
最常用的运载体——质粒
分布：存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。 最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。 本质：细胞染色体(或拟核)外能自主复制的小型 环状DNA分子。
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。
一、基因工程的原理
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。 例如:EcoRI限制酶，专一识别GAATTC序列， 并在G和A之间将序列切开。
G A A T T C C T T A A G
1、“基因剪刀”——限制性核酸内切酶(简称限制酶
限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程
类所需要的品种。
DNA重组技术的基本工具
基因的大小以纳米计算，要对它进行剪切、 拼接等操作，最少需要以下三种专门工具：
• 准确切割DNA的工具（基因“剪刀”） ——限制性核酸内切酶 • DNA片段的连接工具（基因“针线”） ——DNA连接酶 • 基因转移工具（基因“运载体”） ——质粒、噬菌体、动植物病毒