人教版生物必修二 基因工程及其应用
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从细胞中分离出DNA
限制酶
提取目的基因
基因工程操作的基本步骤
第二步 目的基因与运载体结合
①从大肠杆菌中提取质粒。用同 一种限制酶切割质粒，产生和目 的基因片段相同的黏性末端
②加入DNA连接酶，使目的基因 与质粒结合形成重组DNA分子
基因工程操作的基本步骤
第三步 将目的基因导入受体细胞
培育转基因动物，受体细胞一般 选用 受精卵 。 培育转基因植物，受体细胞可以 是 受精卵 或者体细胞。
毒蛋白
普通棉
苏云抗金虫杆棉菌
设想 能否培育像苏云金杆菌那样合成毒蛋白的抗虫棉？
已有育 多倍体育种 单倍体育种 选择育种
种方法
诱变育种 杂交育种
局限 杂交育种一般只能在同种生物中进行
基因工基程因工程培育抗虫棉的大致步骤
一、优点：
①打破物种间的生殖隔离； ②直接定向地改造生物的遗传性状，获得需要的品种
育种 方法
杂交 育种
单倍体 育种
多倍体 育种
诱变 育种
基因工 程育种
基本 原理 基因重组
染色体变异 染色体变异 基因突变
基因重组
方法
杂交→自交 →选优
花药离体培 养再秋水仙 素诱导加倍
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 子、幼苗 、微生物 种生物体内
不同个体的优良 明显缩短育种
转鱼抗寒基 因的番茄
基因工程在畜牧养殖业上的应用 基因工程方法培育出具有特殊用途的动物。
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)
二、基因工程与医学
方法
特点
胰岛素
干扰素
传统 方法
直接从生物体的 组织、细胞或血
液中提取
产量低价 格昂贵
4~5g/100kg 胰腺
假设在受体细胞中没有得到目的 基因表达的产物，原因可能是什么？
第四步
基因工程操作的基本步骤 目的基因的检测与鉴定
检测目的：目的基因是否导入受体细胞
①目的基因的检测
检测依据：受体细胞是否具有运载体的标记 基因所控制的性状
结果确认：若受体细胞表现出标记基因所控制 的性状，即可确认目的基因已被导入受体细胞
来DNA的侵入，但对自身的DNA没有却无损害，并且这种切 割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。
1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶） 特点： 特异性(专一性)
（1）一种只能识别一种特定的核苷酸序列 【回文序列】 （2）只能在特定的位点上切割DNA分子
例如:大肠杆菌的一种限制酶(E.coRI)能识别GAATTC序列
② 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。
转基因食品
安全吗?!
1、用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下
一、基因工程的原理
基因工程的操作工具
1.基因的剪刀 ——限制酶
2.基因的针线 ——ＤＮＡ连接酶
3.基因的运输工具 ——运载体
二、基因工程的应用
基因工程的操作步骤 1.目的基因的提取 2.目的基因与运载体结合 3.目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与表达
三、转基因和转基因食品的安全性
几种常见育种方法的比较
优点 性状可集中到同 年限，后代一
一个个体上 般都为纯种
植物茎杆粗壮， 果实、种子大， 营养高
提高变异频率， 大幅度改良某些 性状，加速育种 进程
染色体变异定 向地改造生物 的遗传性状
Leabharlann Baidu
缺点 育种时间长，
技术复杂， 成本高
发育延迟， 结实率低
有利变异少， 需要处理大量 实验材料，具 有不确定性
技术难度大
遗传物质都是DNA且共用一套密码子
基因治疗——用正常的基因取代或修补病人细胞 中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的
取患者 骨髓
分离干 细胞
病毒
正常基因
注入患 者体内
导入正常基 因的干细胞
三、基因工程与环境保护
①环境监测： 基因工程培育的“指示生物”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个病毒也能被检测出来
1mg/300L血 液
基因 工程
“工程菌”发酵 工业化生产
高质量低 成本
100g/2000L 大肠杆菌培
养液
20~40mg/1k g细菌培养
物
胰岛素—治疗糖尿病的特效药。 干扰素—抗病毒的特效药。
将生物合成相应成分的基因导入微生物细胞内，让它们 产生相应的药物，就能解决产量问题大大降低生产成本。
为什么人的胰岛素基因可以在大肠杆菌内表达成胰岛素？
检测目的：目的基因是否已完成表达
②目的基因的鉴定 检测依据：受体细胞是否表现出“目的基
因”所控制表达的性状
结果确认：受体细胞表现出“目的基因”所控 制的性状，便可确认目的基因已正常表达
基因工程的应用
一、基因工程与作物育种 ①高产、稳产和具优良品质的品种
用基因工程的方法可以改善粮食 作物的蛋白质含量。如“向日葵豆” 植株。
二、概念：
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。又叫做基因拼接 技术或DNA重组技术。
三、原理： 基因重组
四、操作水平： DNA分子水平
关键一：怎样从苏云金杆菌的DNA中提取出合成毒蛋白的 基因？
1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶） 主要在微生物内一种酶，能将外来的DNA切断，限制外
转入向日葵基因的大豆
世界卫生组织(WHO)估计每年有大概25万到50万的 儿童因为维生素A缺乏而失明，其中的一部分还会失去 生命。他们中的绝大部分生活在发展中国家。
“黄金水稻”每千克大米含37毫克胡萝卜素。小孩子 吃70多克就能满足每天一半的维生素A需要量了。
一、基因工程与作物育种 ②将抗虫、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内， 培育出具有抗逆性的新品种
用 同一种 限制酶切割运载体DNA分子和目的基 因，得到的黏性末端恰能碱基互补配对
3、基因的“针线” ——DNA连接酶
DNA连接酶作用的实质： 将互补配对的两个黏性末端形成 磷酸二酯键 连
接起来，得到1个 重组DNA 分子。
DNA连接酶的作用过程：
基因工程操作的基本步骤 图6—6
第一步 提取目的基因
原理：与目的基因结合后，利用运载体侵染受体细胞的 能力，将目的基因导入受体细胞，并在受体细胞中进行复 制和表达
2、基因的“运输工具”——运载体
质粒 ②常用的运载体主要有两类：
噬菌体或某些动植物病毒
2、基因的最常用的运载体——质粒
分布： 存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。
本质：细胞拟核或者细胞核外能够自主复制的很小的环状 DNA分子
列说法不正确的是 B
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒 B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶 C.可用抗生素培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达.
2、下列各种酶作用叙述正确的是（ABC） b
a
A.切断a处的酶为限制性内切酶 B.连接a处的酶为DNA连接酶 C.切断b处的酶为解旋酶 D.连接b处的酶为RNA聚合酶
特点：
①能在宿主细胞中稳定保存 并大量复制；
②通常含有多种标记基因， 如抗生素抗性基因，便于筛 选质粒是否成功导入到了受 体细胞内
关键三、如何使提取到的毒蛋白基因片段与环状质粒结合， 从而被送入受体细胞？
AATTCCGTAG GGCATCTTAA
目的基因
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAAGGGATT 质粒
实例 杂交水稻
中国荷斯坦牛
普通小麦花 药离体培养
三倍体无 子西瓜
青霉菌高产菌 株的培育 黑农五号大豆
转基因抗 虫棉
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAAGGGATT
CTTCATG GAAGTACTTAA
AATTCCCTAA GGGATT
目的基因 AATTCCGTAG GGCATCTTAA
关键二：怎样将提取到毒蛋白基因转入到普通棉细胞内？
2、基因的“运输工具”——运载体
实质：磷酸与脱氧核糖间的磷 酸二酯键断裂
P106：使用EcoRⅠ切割DNA分子 (识别GAATTC)
如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割， 产生的黏性末端 相同 ，从而可以相互黏合。
黏性末端
下列分别是由同一种限制酶切割形成的DNA片段的组合是
关键一、使用限制酶切断苏云金杆菌的DNA，提取出合成 毒蛋白的基因片段
限制酶
提取目的基因
基因工程操作的基本步骤
第二步 目的基因与运载体结合
①从大肠杆菌中提取质粒。用同 一种限制酶切割质粒，产生和目 的基因片段相同的黏性末端
②加入DNA连接酶，使目的基因 与质粒结合形成重组DNA分子
基因工程操作的基本步骤
第三步 将目的基因导入受体细胞
培育转基因动物，受体细胞一般 选用 受精卵 。 培育转基因植物，受体细胞可以 是 受精卵 或者体细胞。
毒蛋白
普通棉
苏云抗金虫杆棉菌
设想 能否培育像苏云金杆菌那样合成毒蛋白的抗虫棉？
已有育 多倍体育种 单倍体育种 选择育种
种方法
诱变育种 杂交育种
局限 杂交育种一般只能在同种生物中进行
基因工基程因工程培育抗虫棉的大致步骤
一、优点：
①打破物种间的生殖隔离； ②直接定向地改造生物的遗传性状，获得需要的品种
育种 方法
杂交 育种
单倍体 育种
多倍体 育种
诱变 育种
基因工 程育种
基本 原理 基因重组
染色体变异 染色体变异 基因突变
基因重组
方法
杂交→自交 →选优
花药离体培 养再秋水仙 素诱导加倍
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 子、幼苗 、微生物 种生物体内
不同个体的优良 明显缩短育种
转鱼抗寒基 因的番茄
基因工程在畜牧养殖业上的应用 基因工程方法培育出具有特殊用途的动物。
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)
二、基因工程与医学
方法
特点
胰岛素
干扰素
传统 方法
直接从生物体的 组织、细胞或血
液中提取
产量低价 格昂贵
4~5g/100kg 胰腺
假设在受体细胞中没有得到目的 基因表达的产物，原因可能是什么？
第四步
基因工程操作的基本步骤 目的基因的检测与鉴定
检测目的：目的基因是否导入受体细胞
①目的基因的检测
检测依据：受体细胞是否具有运载体的标记 基因所控制的性状
结果确认：若受体细胞表现出标记基因所控制 的性状，即可确认目的基因已被导入受体细胞
来DNA的侵入，但对自身的DNA没有却无损害，并且这种切 割作用是在DNA分子内部进行的，故名限制性核酸内切酶。
1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶） 特点： 特异性(专一性)
（1）一种只能识别一种特定的核苷酸序列 【回文序列】 （2）只能在特定的位点上切割DNA分子
例如:大肠杆菌的一种限制酶(E.coRI)能识别GAATTC序列
② 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。
转基因食品
安全吗?!
1、用基因工程技术可使大肠杆菌合成人的蛋白质。下
一、基因工程的原理
基因工程的操作工具
1.基因的剪刀 ——限制酶
2.基因的针线 ——ＤＮＡ连接酶
3.基因的运输工具 ——运载体
二、基因工程的应用
基因工程的操作步骤 1.目的基因的提取 2.目的基因与运载体结合 3.目的基因导入受体细胞 4.目的基因的检测与表达
三、转基因和转基因食品的安全性
几种常见育种方法的比较
优点 性状可集中到同 年限，后代一
一个个体上 般都为纯种
植物茎杆粗壮， 果实、种子大， 营养高
提高变异频率， 大幅度改良某些 性状，加速育种 进程
染色体变异定 向地改造生物 的遗传性状
Leabharlann Baidu
缺点 育种时间长，
技术复杂， 成本高
发育延迟， 结实率低
有利变异少， 需要处理大量 实验材料，具 有不确定性
技术难度大
遗传物质都是DNA且共用一套密码子
基因治疗——用正常的基因取代或修补病人细胞 中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的
取患者 骨髓
分离干 细胞
病毒
正常基因
注入患 者体内
导入正常基 因的干细胞
三、基因工程与环境保护
①环境监测： 基因工程培育的“指示生物”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个病毒也能被检测出来
1mg/300L血 液
基因 工程
“工程菌”发酵 工业化生产
高质量低 成本
100g/2000L 大肠杆菌培
养液
20~40mg/1k g细菌培养
物
胰岛素—治疗糖尿病的特效药。 干扰素—抗病毒的特效药。
将生物合成相应成分的基因导入微生物细胞内，让它们 产生相应的药物，就能解决产量问题大大降低生产成本。
为什么人的胰岛素基因可以在大肠杆菌内表达成胰岛素？
检测目的：目的基因是否已完成表达
②目的基因的鉴定 检测依据：受体细胞是否表现出“目的基
因”所控制表达的性状
结果确认：受体细胞表现出“目的基因”所控 制的性状，便可确认目的基因已正常表达
基因工程的应用
一、基因工程与作物育种 ①高产、稳产和具优良品质的品种
用基因工程的方法可以改善粮食 作物的蛋白质含量。如“向日葵豆” 植株。
二、概念：
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。又叫做基因拼接 技术或DNA重组技术。
三、原理： 基因重组
四、操作水平： DNA分子水平
关键一：怎样从苏云金杆菌的DNA中提取出合成毒蛋白的 基因？
1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶（简称限制酶） 主要在微生物内一种酶，能将外来的DNA切断，限制外
转入向日葵基因的大豆
世界卫生组织(WHO)估计每年有大概25万到50万的 儿童因为维生素A缺乏而失明，其中的一部分还会失去 生命。他们中的绝大部分生活在发展中国家。
“黄金水稻”每千克大米含37毫克胡萝卜素。小孩子 吃70多克就能满足每天一半的维生素A需要量了。
一、基因工程与作物育种 ②将抗虫、抗干旱、抗高温等抗性基因转移到作物体内， 培育出具有抗逆性的新品种
用 同一种 限制酶切割运载体DNA分子和目的基 因，得到的黏性末端恰能碱基互补配对
3、基因的“针线” ——DNA连接酶
DNA连接酶作用的实质： 将互补配对的两个黏性末端形成 磷酸二酯键 连
接起来，得到1个 重组DNA 分子。
DNA连接酶的作用过程：
基因工程操作的基本步骤 图6—6
第一步 提取目的基因
原理：与目的基因结合后，利用运载体侵染受体细胞的 能力，将目的基因导入受体细胞，并在受体细胞中进行复 制和表达
2、基因的“运输工具”——运载体
质粒 ②常用的运载体主要有两类：
噬菌体或某些动植物病毒
2、基因的最常用的运载体——质粒
分布： 存在于许多细菌以及酵母菌等生物中。
本质：细胞拟核或者细胞核外能够自主复制的很小的环状 DNA分子
列说法不正确的是 B
A.常用相同的限制性核酸内切酶处理目的基因和质粒 B.DNA连接酶和RNA聚合酶是构建重组质粒必需的工具酶 C.可用抗生素培养基检测大肠杆菌中是否导入了重组质粒 D.导入大肠杆菌的目的基因不一定能成功表达.
2、下列各种酶作用叙述正确的是（ABC） b
a
A.切断a处的酶为限制性内切酶 B.连接a处的酶为DNA连接酶 C.切断b处的酶为解旋酶 D.连接b处的酶为RNA聚合酶
特点：
①能在宿主细胞中稳定保存 并大量复制；
②通常含有多种标记基因， 如抗生素抗性基因，便于筛 选质粒是否成功导入到了受 体细胞内
关键三、如何使提取到的毒蛋白基因片段与环状质粒结合， 从而被送入受体细胞？
AATTCCGTAG GGCATCTTAA
目的基因
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAAGGGATT 质粒
实例 杂交水稻
中国荷斯坦牛
普通小麦花 药离体培养
三倍体无 子西瓜
青霉菌高产菌 株的培育 黑农五号大豆
转基因抗 虫棉
CTTCATG AATTCCGTAG AATTCCCTAA GAAGTACTTAA GGCATCTTAAGGGATT
CTTCATG GAAGTACTTAA
AATTCCCTAA GGGATT
目的基因 AATTCCGTAG GGCATCTTAA
关键二：怎样将提取到毒蛋白基因转入到普通棉细胞内？
2、基因的“运输工具”——运载体
实质：磷酸与脱氧核糖间的磷 酸二酯键断裂
P106：使用EcoRⅠ切割DNA分子 (识别GAATTC)
如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割， 产生的黏性末端 相同 ，从而可以相互黏合。
黏性末端
下列分别是由同一种限制酶切割形成的DNA片段的组合是
关键一、使用限制酶切断苏云金杆菌的DNA，提取出合成 毒蛋白的基因片段