基因工程及应用
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• 【分析拓展】 • DNA聚合酶是把单个的脱氧核苷酸连接成DNA片断； DNA连接酶把DNA片连接成DNA分子，两者都是连接脱 氧核糖和磷酸之间的磷酸二酯键。
（二）基因操作的工具
• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？ 导入过程需要运输工具——运载体。
• 运载体的作用有哪些？
D．②④
思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有 相同的黏性末端？ 具有 不同的限制酶呢？
形成的黏性末端不同
【讨论展示】
• 1、下列关于限制酶的说法不正确的是（ ） • A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布 • B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 • C．不同的限制酶切割DNA的切点不同 • D．限制酶的作用是用来提取目的基因 • 2、试写出下列序列受EcoRⅠ限制酶作用后的粘性末端 ↓ • CTTCATGAATTCCCTAA CTTCATG AATTCCCTAA • GAAGTACTTAAGGGATT _______________________ GAAGTACTTAA GGGATT • •
作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转 移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对 外源基因(抗虫基因)进行大量复制。
• 基因的运载工具——运载体：最常用的（质粒）
(1) 作用：将外源基因送入受体细胞 的工具
常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒
• •
2、基因工程的优点是：
定向的 改变生物的性状， 可以按照人们的意愿直接__________ 培育出新品种，目的性强。 • 【讨论展示】
• 1、下有关基因工程的叙述，正确的是 （ ） • A、基因工程是细胞水平上的生物工程 • B、基因工程的产物对人类都是有益的 • C、基因工程产生的变异属于人工诱变 • D、基因工程育种的优点之一是目的性强 • 2、为什么不同生物的基因可以相互转移？转基因生物是否产生了新 基因和新型蛋白质？ • 不同DNA分子能够拼接在一起的原因：（1）都具有相同的物质 组成，都具有规则的双螺旋结构。（2）都遵循碱基互补配对的原则 • 不能产生新基因和新型的蛋白质
工程菌能合成人生长激素
转基因超级鼠 转基因鲑鱼
能 发 光 的 水 母
能发 荧光 的热 带斑 马鱼 ?
学习目标
• 1、简述基因工程的基本原理 • 2、简述基因工程的操作步骤 • 3、举例说出基因工程在农业，医药等领域的应用。
一、基因工程的原理
• 传统育种一般只能在 同种生物 中进行，而基因 工程能够将一种生物的优良性状 移植 到另一种 生物体上。基因工程能够 按照自己的意愿定向生物 地改变生物，培育出新品种。
磷酸二酯键
G AA T T C
C T T AA G
G AA T T C
C T T AA G
用同种限制酶切割
G AA T T C G G AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶
G AA T T C
C T T AA G
★疑问：DNA连接酶和限制酶分别作用的是 哪个化学键？ 磷酸二酯键
• 目的基因的提取方法
人工合成基因
（三）基因操作的基本步骤
• 步骤二：目的基因与运载体重组
1）用一定的限制酶切割质粒，使其出 现一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使 其产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的 切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了 一个重组DNA分子（重组质粒） 目的基因与运载体的结合过程，实 际上是不同来源的基因重组的过程。
• 4.科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术—基 因工程，实施该工程的最终目的是 • A．定向提取生物体的DNA分子 • B．定向地对DNA分子进行“剪切” • C．在生物体外对DNA分子进行改造 • D．定向地改造生物的遗传性状 • 5. 依图示有关工具酶功能的叙述，不正确的是 • A.连接b处的酶为RNA聚合酶 • B.连接a处的酶为DNA连接酶 • C、切断b处的酶为解旋酶 • D、切断a处的酶为限制性核酸内切酶
1、基因工程的剪刀
“ ”
指“
限制性核酸内切酶 ”
来源: 主要存在于微生物 种类: 已发现的有200多种
一种限切酶只能识别一种特定的核苷 特点: 酸序列,并在特定切点切割DNA分子。
一般来说，被识别的DNA序列是回文序列，这种序列的特点： 当从左右两端分别阅读这段双链DNA的碱基序列时，双链上的碱 基序列是相同的。 粘性末端 GAATTC • （3）实例： EcoRI 限制酶能专一识别 序列，并在 作用： 切割结果：产生 基因工程中重要的切割工具，能将外来的 2个带有 _______________ 的DNA 片断。 DNA切断， G和A之间将这段序列切开。 对自己的DNA无损害。
堂清训练
• 1．要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是 • ①限制酶 ②连接酶 ③解旋酶 ④还原酶 • Ａ．①② Ｂ．③④ Ｃ．①④ Ｄ．②③ • 2、基因工程的正确操作步骤是 • ①使目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③目的 基因的表达和检测 ④提取目的基因 • Ａ．③②④① Ｂ．②④①③ Ｃ．④①②③ Ｄ．③④①② • 3．下列关于限制酶的说法不正确的是 • A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布 • B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 • C．不同的限制酶切割DNA的切点不同 • D．限制酶的作用是用来提取目的基因
2、基因工程与药物研制 利用转基因生物生产出各种高质量、低成本 的药品，如：胰岛素、干扰素等
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
环境保护：
• 如：利用转基因细菌降解有毒有机物，吸收重金属，分解 泄露的石油，处理工业废水等，如超级细菌
• 环境监测：
• • 利用DNA探针可以监测水中病毒的含量
1、微生物基因工程： 即把目的基因导入大肠杆 菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。 2、细胞基因工程： 即用哺乳动物细胞株表达目 的产物 3、转基因动物： 即将目的基因直接导入鼠、兔、 羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达， 从儿获得目的产物
↑
• ★知新： ⑤写出下面被限制酶切割后的两个黏性末端：
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。
[牛刀小试] 下列四条DNA分子，彼此间具有互补粘性末端的 一组是（ ）
• •
• A．①②
B．②③
C．③④
↓ TCCGTAGAATTCGGATT AGGCATCTTAAGCCTAA
↑
↑
TCCGTAG AATTCGGATT AGGCATCTTAA GCCTAA __________________________
（二）基因操作的工具
• 基因的针线——DNAHale Waihona Puke Baidu接酶
作用： DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝 （1）作用：具有相同（互补）黏性末端的两个DNA片段黏合后， 合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来， 磷酸 和 脱氧核糖 它缝合 DNA分子骨架上__________ __________之间的缺口。 这样一个重组的 DNA分子就形成了。 结果：形成重组 DNA分子
• 6.右下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造 “工程菌”示意图，所用载体为质粒A.已知细菌B细胞内 不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后， 其上的基因能得到表达. • （1）图中质粒A与目的基因结合产生重组质粒的过程通 常是在体外完成的，此过程必 • 须用到的工具酶为______________. 限制酶、DNA连接酶 • (2)在导入完成后得到的细菌， • 实际上有的根本没有导入质粒， • 所以在基因工程的操作步骤 • 中必须要有____________ 检测、筛选 这一步骤. • （3）若将重组质粒导入细菌后 • ，目的基因在“工程菌”中表 • 达成功的标志是什么？ • ___________________.
1993年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因 抗虫棉，其抗虫基因来源于（ D ） A、普通棉花的基因突变 B、棉铃虫变异形成的致死基因 C、寄生在棉铃虫体内的线虫 D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因
A：紫外光照射下的转 绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光 蛋白的空质粒的花，
（三）基因操作的基本步骤
• 步骤三：目的基因导入受体细胞 • 常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。 • 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
（三）基因操作的基本步骤
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了 表达吗？ 不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能 说明目的基因完成了表达。 若不能表达，要 对抗虫基因再进 行修饰。
二、基因工程的应用 1、基因工程与作物育种
运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、 抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有 特殊用途的动、植物。
生长快、耐不良环境、肉 乳汁中含有人生长激素 质好的转基因鱼(中国) 的转基因牛(阿根廷)
抗虫基因作物的使用不仅减少了农药的使用，大 大降低了生产成本，而且减少了对环境的污染
一、基因工程的概念：
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 生物体外 操作环境 操作对象 基因/DNA 分子水平 操作水平 剪切→拼接→导入→表达 基本过程 定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。 结果
• 质粒：
质粒存在于许多细菌及酵母菌等生物中，是染色体 外能够进行自主复制的很小的DNA分子。 质粒是基因工程最常用的运载体。 绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。有的一 个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。
• 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成。
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。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
（三）基因操作的基本步骤
• 四个基本步骤：
★温故： ①DNA分子具有怎么样的空间结构？双螺旋 ②构成DNA分子的基本单位是什么？脱氧核糖核苷酸
• ③这些基本单位通过什么化学键相连构成脱氧核苷酸链？ 磷酸二酯键 • ④找出下列 DNA片段中EcoRI的限制酶的切割位点，用箭 头表示。指出限制酶作用哪个化学键？ 磷酸二酯键
↓
¦ ¦
¦ ¦
¦ ¦ ¦
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）目的基因的检测和表达
（三）基因操作的基本步骤
• 目的基因
目的基因是人们所需要转移或改造的基因。 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的 抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的 基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。 直接分离基因
（二）基因操作的工具
• 外源基因(如抗虫基因)怎样才能导入受体细 胞(如棉花细胞)？ 导入过程需要运输工具——运载体。
• 运载体的作用有哪些？
D．②④
思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有 相同的黏性末端？ 具有 不同的限制酶呢？
形成的黏性末端不同
【讨论展示】
• 1、下列关于限制酶的说法不正确的是（ ） • A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布 • B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 • C．不同的限制酶切割DNA的切点不同 • D．限制酶的作用是用来提取目的基因 • 2、试写出下列序列受EcoRⅠ限制酶作用后的粘性末端 ↓ • CTTCATGAATTCCCTAA CTTCATG AATTCCCTAA • GAAGTACTTAAGGGATT _______________________ GAAGTACTTAA GGGATT • •
作用一：作为运载工具，将外源基因(抗虫基因)转 移到受体细胞(棉花细胞)中去。 作用二：利用运载体在受体细胞(棉花细胞)内，对 外源基因(抗虫基因)进行大量复制。
• 基因的运载工具——运载体：最常用的（质粒）
(1) 作用：将外源基因送入受体细胞 的工具
常用的运载体主要有两类： 1）细菌细胞质的质粒 2）噬菌体或某些动植物病毒
• •
2、基因工程的优点是：
定向的 改变生物的性状， 可以按照人们的意愿直接__________ 培育出新品种，目的性强。 • 【讨论展示】
• 1、下有关基因工程的叙述，正确的是 （ ） • A、基因工程是细胞水平上的生物工程 • B、基因工程的产物对人类都是有益的 • C、基因工程产生的变异属于人工诱变 • D、基因工程育种的优点之一是目的性强 • 2、为什么不同生物的基因可以相互转移？转基因生物是否产生了新 基因和新型蛋白质？ • 不同DNA分子能够拼接在一起的原因：（1）都具有相同的物质 组成，都具有规则的双螺旋结构。（2）都遵循碱基互补配对的原则 • 不能产生新基因和新型的蛋白质
工程菌能合成人生长激素
转基因超级鼠 转基因鲑鱼
能 发 光 的 水 母
能发 荧光 的热 带斑 马鱼 ?
学习目标
• 1、简述基因工程的基本原理 • 2、简述基因工程的操作步骤 • 3、举例说出基因工程在农业，医药等领域的应用。
一、基因工程的原理
• 传统育种一般只能在 同种生物 中进行，而基因 工程能够将一种生物的优良性状 移植 到另一种 生物体上。基因工程能够 按照自己的意愿定向生物 地改变生物，培育出新品种。
磷酸二酯键
G AA T T C
C T T AA G
G AA T T C
C T T AA G
用同种限制酶切割
G AA T T C G G AA T T C G
C T T AA
C T T AA
基因的针线：DNA连接酶
G AA T T C
C T T AA G
★疑问：DNA连接酶和限制酶分别作用的是 哪个化学键？ 磷酸二酯键
• 目的基因的提取方法
人工合成基因
（三）基因操作的基本步骤
• 步骤二：目的基因与运载体重组
1）用一定的限制酶切割质粒，使其出 现一个切口，露出黏性末端。 2）用同一种限制酶切断目的基因，使 其产生相同的黏性末端。 3）将切下的目的基因片段插入质粒的 切口处，再加入适量DNA连接酶，形成了 一个重组DNA分子（重组质粒） 目的基因与运载体的结合过程，实 际上是不同来源的基因重组的过程。
• 4.科学家们经过多年努力，创立了一种新兴生物技术—基 因工程，实施该工程的最终目的是 • A．定向提取生物体的DNA分子 • B．定向地对DNA分子进行“剪切” • C．在生物体外对DNA分子进行改造 • D．定向地改造生物的遗传性状 • 5. 依图示有关工具酶功能的叙述，不正确的是 • A.连接b处的酶为RNA聚合酶 • B.连接a处的酶为DNA连接酶 • C、切断b处的酶为解旋酶 • D、切断a处的酶为限制性核酸内切酶
1、基因工程的剪刀
“ ”
指“
限制性核酸内切酶 ”
来源: 主要存在于微生物 种类: 已发现的有200多种
一种限切酶只能识别一种特定的核苷 特点: 酸序列,并在特定切点切割DNA分子。
一般来说，被识别的DNA序列是回文序列，这种序列的特点： 当从左右两端分别阅读这段双链DNA的碱基序列时，双链上的碱 基序列是相同的。 粘性末端 GAATTC • （3）实例： EcoRI 限制酶能专一识别 序列，并在 作用： 切割结果：产生 基因工程中重要的切割工具，能将外来的 2个带有 _______________ 的DNA 片断。 DNA切断， G和A之间将这段序列切开。 对自己的DNA无损害。
堂清训练
• 1．要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是 • ①限制酶 ②连接酶 ③解旋酶 ④还原酶 • Ａ．①② Ｂ．③④ Ｃ．①④ Ｄ．②③ • 2、基因工程的正确操作步骤是 • ①使目的基因与运载体结合 ②将目的基因导入受体细胞 ③目的 基因的表达和检测 ④提取目的基因 • Ａ．③②④① Ｂ．②④①③ Ｃ．④①②③ Ｄ．③④①② • 3．下列关于限制酶的说法不正确的是 • A．限制酶广泛存在于各种生物中，微生物中很少分布 • B．一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列 • C．不同的限制酶切割DNA的切点不同 • D．限制酶的作用是用来提取目的基因
2、基因工程与药物研制 利用转基因生物生产出各种高质量、低成本 的药品，如：胰岛素、干扰素等
我国生产的部分基因 工程疫苗和药物
环境保护：
• 如：利用转基因细菌降解有毒有机物，吸收重金属，分解 泄露的石油，处理工业废水等，如超级细菌
• 环境监测：
• • 利用DNA探针可以监测水中病毒的含量
1、微生物基因工程： 即把目的基因导入大肠杆 菌等菌中，通过微生物表达目的基因的产物。 2、细胞基因工程： 即用哺乳动物细胞株表达目 的产物 3、转基因动物： 即将目的基因直接导入鼠、兔、 羊和猪体内，使目的基因在哺乳动物体内表达， 从儿获得目的产物
↑
• ★知新： ⑤写出下面被限制酶切割后的两个黏性末端：
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。
[牛刀小试] 下列四条DNA分子，彼此间具有互补粘性末端的 一组是（ ）
• •
• A．①②
B．②③
C．③④
↓ TCCGTAGAATTCGGATT AGGCATCTTAAGCCTAA
↑
↑
TCCGTAG AATTCGGATT AGGCATCTTAA GCCTAA __________________________
（二）基因操作的工具
• 基因的针线——DNAHale Waihona Puke Baidu接酶
作用： DNA连接酶可把黏性末端之间的缝隙“缝 （1）作用：具有相同（互补）黏性末端的两个DNA片段黏合后， 合”起来，即把梯子两边扶手的断口连接起来， 磷酸 和 脱氧核糖 它缝合 DNA分子骨架上__________ __________之间的缺口。 这样一个重组的 DNA分子就形成了。 结果：形成重组 DNA分子
• 6.右下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造 “工程菌”示意图，所用载体为质粒A.已知细菌B细胞内 不含质粒A，也不含质粒A上的基因，质粒A导入细菌B后， 其上的基因能得到表达. • （1）图中质粒A与目的基因结合产生重组质粒的过程通 常是在体外完成的，此过程必 • 须用到的工具酶为______________. 限制酶、DNA连接酶 • (2)在导入完成后得到的细菌， • 实际上有的根本没有导入质粒， • 所以在基因工程的操作步骤 • 中必须要有____________ 检测、筛选 这一步骤. • （3）若将重组质粒导入细菌后 • ，目的基因在“工程菌”中表 • 达成功的标志是什么？ • ___________________.
1993年我国科学工作者培育成的抗棉铃虫的转基因 抗虫棉，其抗虫基因来源于（ D ） A、普通棉花的基因突变 B、棉铃虫变异形成的致死基因 C、寄生在棉铃虫体内的线虫 D、苏云金芽孢杆菌体内的抗虫基因
A：紫外光照射下的转 绿色荧光蛋白的 Eustoma (Lisianthus) 花。
B：转没有绿色荧光 蛋白的空质粒的花，
（三）基因操作的基本步骤
• 步骤三：目的基因导入受体细胞 • 常用的受体细胞： 有大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、 酵母菌和动植物细胞等。 • 将目的基因导入受体细胞的原理
借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。
（三）基因操作的基本步骤
• 受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了 表达吗？ 不能，受体细胞必须表现出特定的性状，才能 说明目的基因完成了表达。 若不能表达，要 对抗虫基因再进 行修饰。
二、基因工程的应用 1、基因工程与作物育种
运用基因工程技术，不但可以培养优质、高产、 抗性好的农作物及畜、禽新品种，还可以培养出具有 特殊用途的动、植物。
生长快、耐不良环境、肉 乳汁中含有人生长激素 质好的转基因鱼(中国) 的转基因牛(阿根廷)
抗虫基因作物的使用不仅减少了农药的使用，大 大降低了生产成本，而且减少了对环境的污染
一、基因工程的概念：
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 生物体外 操作环境 操作对象 基因/DNA 分子水平 操作水平 剪切→拼接→导入→表达 基本过程 定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。 结果
• 质粒：
质粒存在于许多细菌及酵母菌等生物中，是染色体 外能够进行自主复制的很小的DNA分子。 质粒是基因工程最常用的运载体。 绝大多数细菌质粒都是闭合环状DNA分子。有的一 个细菌中有一个，有的一个细菌中有多个。
• 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成。
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。 如抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。
（三）基因操作的基本步骤
• 四个基本步骤：
★温故： ①DNA分子具有怎么样的空间结构？双螺旋 ②构成DNA分子的基本单位是什么？脱氧核糖核苷酸
• ③这些基本单位通过什么化学键相连构成脱氧核苷酸链？ 磷酸二酯键 • ④找出下列 DNA片段中EcoRI的限制酶的切割位点，用箭 头表示。指出限制酶作用哪个化学键？ 磷酸二酯键
↓
¦ ¦
¦ ¦
¦ ¦ ¦
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）目的基因的检测和表达
（三）基因操作的基本步骤
• 目的基因
目的基因是人们所需要转移或改造的基因。 如苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，还有植物的 抗病（抗病毒、抗细菌）基因、种子贮藏蛋白的 基因，以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。 直接分离基因