基因工程及其应用(公开课)

五、转基因生物和转基因食品的安全性
“转基因食品，要不要贴标签?”
若转基因产品与目前市售的产品具有实 质等同性，则不需再加特殊的标签；
若转基因产品中含有对一部分人群有过 敏性反应的蛋白，则需加标签，以使购 买者作出选择。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
我国
2001年6月6日，国务院公布的《农业转 基因生物安全管理条例》规定，不得销 售未标识的农业转基因生物，其标识应 注明产品中含有转基因成分的主要原料 名称；有特殊销售范围的还应注明并在 指定范围内销售。
四、基因工程的应用
其它基因工程药物
人造血液、白细胞介素、乙肝疫苗等通过基因工程实现工 业化生产，均为解除人类的病苦，提高人类的健康水平发
挥了重大的作用。
人 造 血 液 及 其 生 产
四、基因工程的应用
⑵ 基因诊断与基因治疗
诊断：用放射性同位 素等标记的“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。 治疗：把健康的外源基 因导入有基因缺陷的细胞 中，达到治疗疾病的目的。
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DNA连接酶的作用下 连接形成重组DNA分子。 目的基因与运载体结合的结 果有三种可能： a、目的基因与目的基因结 合， b、质粒与质粒结合， c、目的基因与质粒结合。 所以需要筛选。
分离干 细胞 取患者 骨髓 病毒 正常基因
注入患 者体内
导入正常基 因的干细胞
四、基因工程的应用
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
四、基因工程的应用
利用基因工程培育的“指示生Fra bibliotek”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。
优点
缺点 实例
不同个体的优良 明显缩短育种 植物茎杆粗壮，提高变异频率，染色体变异定 性状可集中到同 年限，后代一 果实、种子大，大幅度改良某些向地改造生物 性状，加速育种的遗传性状 般都为纯种 一个个体上 营养高 进程 育种时间长， 技术复杂， 发育延迟， 有利变异少， 可能引起生 需要处理大量 态危机，技 需及时发现优 结实率低 成本高 实验材料，具 良性状 术难度大
几种常见育种方法的比较
育种 方法 杂交 育种
基因重组 杂交→自交 →选优
单倍体 育种
染色体变异 花药离体培 养、秋水仙 素诱导加倍
多倍体 育种
染色体变异
诱变 育种
基因突变
基因工 程育种
基因重组
基本 原理
方法
秋水仙素处 物理或化学方 将一种生物特定 理萌发的种 法处理动植物 基因转移到另一 种生物体内 子、幼苗 、微生物
原理 操作环境 操作水平 结果
基因重组 生物体外 DNA分子水平
定向地改造生物的遗传性状， 获得人类所需要的品种。
二、基因操作的工具
1、 基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶
专一性： 识别特定核苷酸序列， 在特定的切点切DNA，具特异性。 并裂解磷酸二酯键，产生两个黏 性末端。
二、基因操作的工具 例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别 GAATTC序列，并在G和A之间切开。
三、基因操作的基本步骤
目的基因的检测和表达
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。 表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。 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。
我国研究人员正在制备用于基因 治疗的基因工程细胞
四、基因工程的应用
基因诊断——DNA探针
概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与 待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于 对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊 断最基本的技术之一。
条件：（1）必须是单链； （2）带有容易被检测出来的标记物。
通过基因工程的方式创造了能合 成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg 的培养液可提取20—4０mg干扰 素。
四、基因工程的应用
基因工程人干扰素α -2b（安达芬） ，是我国第一个全国 产业化基因工程。安达芬具有抗病毒，抑制肿瘤细胞增生 ，调节人体免疫功能的作用，广泛用于病毒性疾病治疗和 多种肿瘤的治疗，是当前国际公认的病毒性疾病治疗的首 选药物和肿瘤生物治疗的主要药物。
四、基因工程的应用
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。
五、转基因生物和转基因食品的安全性 阅读课本Ｐ１０５讨论：转基因食品安全吗？
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
受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？
四、基因工程的应用
1、基因工程与作物育种
转基因抗虫棉花
转入苏云金杆菌的一个抗虫基因， 是中国目前最主要的转基因作物
四、基因工程的应用
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
三、基因操作的基本步骤
⑵人工合成基因法
①反转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶 的作用下将脱氧核苷酸合成合成DNA(基因)。 ②直接合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算 出信使RNA核苷酸顺序，再据此推算出基因 DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直 接合成相应的基因。
DNA合成仪
三、基因操作的基本步骤
五、转基因生物和转基因食品的安全性
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。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
美国人食用转基因食品已多年，超级市 场上有4000多种商品是含有转基因植物 成分的，还没有事例证明人吃了以后会 得病，甚至会引起死亡。 加拿大、澳大利亚也是转基因食品的生 产大国，均有几千万人在吃，到现在为 止也没有—个案例说明它有问题 。
质粒：存在于许多细 菌和酵母菌等生物中, 是细胞核（拟核）外 能够自主复制的很小 的环状DNA分子.
标记基 因，便 于进行 检测。
二、基因操作的工具
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。
质粒可作为有何特点？
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、质粒的存在对宿主细胞无影响； 3、质粒的复制只能在宿主细胞内完成。
三、基因操作的基本步骤
从细胞中分离出DNA
提取目的基因
限制酶
DNA连接酶
从大肠杆菌中提 取质粒
目的基因与运载体结合
目的基因导入受体细胞
目的基因的表达与检测
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
二、基因操作的工具
3、基因的运输工具——运载体 常用的运载体： 质粒、噬菌体和 动植物病毒等
五、转基因生物和转基因食品的安全性
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。
五、转基因生物和转基因食品的安全性
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。
EcoRⅠ
黏性末端
二、基因操作的工具
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？
二、基因操作的工具
2、基因的“针线” ——DNA连接酶
作用： 将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。 连接的部位：生成磷酸二酯键 DNA连接酶的作用部位：
二、基因操作的工具
将供体细胞中的DNA用限制酶切 割为许多片段，再用运载体将这些片 段都运载到不同的受体细胞中去，让 这些DNA片段在受体细胞中扩增。从 中找出含有目的基因细胞，并将含有 目的基因的DNA片段分离出来。 该法最大的缺点是带有很大的盲 目性，工作量大。一般不适用于真核 细胞的基因。
用限制 酶切断成 许多片段
转鱼抗寒基因的番茄
不会引起过敏的转基因大豆
四、基因工程的应用
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)
四、基因工程的应用
超级动物
导入贮藏蛋白基因的超级羊和超级小鼠 导入人基因具特殊用途的猪和小鼠
特殊动物
四、基因工程的应用
2、基因工程在医学上的应用
⑴ 基因工程药品的生产
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。