《基因工程及其應用》ppt

1、 豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮資料一：目前，資料一：目前，全球的氮肥生全球的氮肥生產(chǎn)耗費世界總產(chǎn)耗費世界總電力的電力的3%-4%，且農(nóng)作物只能且農(nóng)作物只能吸收氮肥的吸收氮肥的1/10,造成了大面積造成了大面積土壤和水質(zhì)的土壤和水質(zhì)的污染。污染。 蜘蛛能夠吐出蛛絲蜘蛛能夠吐出蛛絲資料二：蛛絲是自資料二：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強之一，它具有極強的韌度，其韌度是的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞因為它們會互相吞食，所以不可能建食，所以不

2、可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。農(nóng)場。30多年來，多年來，科學家們一直試圖科學家們一直試圖找到利用其他生物找到利用其他生物體來制造蛛絲的辦體來制造蛛絲的辦法。法。 資料三資料三 以往，治療糖尿病以往，治療糖尿病的胰島素是從動物的胰島素是從動物胰腺中提取的，從胰腺中提取的，從100千克豬、牛等千克豬、牛等動物的胰腺只能提動物的胰腺只能提取取34克胰島素，克胰島素，治療一個患者需宰治療一個患者需宰殺殺4050頭牛，這頭牛，這種藥物的造價就可種藥物的造價就可想而知了。想而知了。 微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快殖速率快設想一能否讓禾本科的植物也能夠

3、固定空氣能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？中的氮？能否讓細菌能否讓細菌“吐出吐出”蛛絲？蛛絲？設想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？擾素等珍貴的藥物？設想三經(jīng)過多年的努力，科學家于20世紀70年代創(chuàng)立了可以定向改造生物的新技術基因工程。第第2節(jié)節(jié) 基因工程及其應用基因工程及其應用2022-4-26基因工程基因工程：又叫基因拼接技術或又叫基因拼接技術或DNADNA重組技術。重組技術。就是按照人們的意愿，把一種生物的就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因某種基因提提取出來，加以修飾和改造，然后放到另一種生物取出來，加以修飾和改造，然后放到另

4、一種生物的細胞里，的細胞里，定向定向的改變生物的遺傳性狀。的改變生物的遺傳性狀。原理原理：基因重組：基因重組結果結果：定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類：定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要產(chǎn)品。所需要產(chǎn)品。一、基因工程概念一、基因工程概念 ？ 基因工程是在基因工程是在分子分子水平的設計和水平的設計和施工，需要有專門的工具，生物體內(nèi)有施工，需要有專門的工具，生物體內(nèi)有哪些專門的哪些專門的工具工具呢？呢？1.1. 將目的基因片斷從人體細胞內(nèi)提取，將目的基因片斷從人體細胞內(nèi)提取，需要需要基因的剪刀基因的剪刀限制性內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶。2.2. 將目的基因運入大腸桿菌，將目的基因運入大腸桿菌，需

5、要需要基因的運輸工具基因的運輸工具運載體。運載體。3.3. 將目的基因與運載體將目的基因與運載體DNADNA連接，連接，需要需要基因的針線基因的針線DNADNA連接酶。連接酶。二、基因工程操作的工具二、基因工程操作的工具（1 1）分布分布：主要在微生物中。主要在微生物中。（2 2）特點特點：專一性專一性和和特異性特異性，即識別，即識別特定特定核苷酸核苷酸序列，切割特定切點。序列，切割特定切點。（3 3）結果結果：產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。產(chǎn)生黏性未端（堿基互補配對）。（4 4）作用作用：基因工程中重要的切割工具，能將外：基因工程中重要的切割工具，能將外來的來的DNADNA切斷，對自己的無損

6、害。切斷，對自己的無損害。（5 5）舉例舉例：大腸桿菌的一種限制酶（大腸桿菌的一種限制酶（EcoREcoR）能）能識別識別GAATTCGAATTC序列，并在序列，并在G G和和A A之間切開。之間切開。 一種限制酶一種限制酶只能識別只能識別一種特定一種特定的核苷酸序列，并在特定的切割點上的核苷酸序列，并在特定的切割點上將將DNA DNA 分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有分子切斷。目前已發(fā)現(xiàn)的限制酶有200200多種。多種。1.基因的基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶1.基因的基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶G A A T T C C T T A A G

7、限制酶限制酶1.基因的基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶G A A T T C C T T A A G 限制酶限制酶切割切割磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵1.基因的基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶A A T T C C T T A AGG氫鍵自動斷裂1.基因的基因的“剪刀剪刀”：限制性核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶A A T T C C T T A AGG（1 1）作用：將外源基因送入受體細胞）作用：將外源基因送入受體細胞（2 2）種類：種類： 1 1）質(zhì)粒）質(zhì)粒 2 2）噬菌體）噬菌體或動植物病毒或動植物病毒2.2.基因的運輸工具：運載體基因的運輸工具：運載體

8、大腸桿菌的大腸桿菌的質(zhì)粒質(zhì)粒 (plasmid)：運載體應該運載體應該具有什么特具有什么特點呢點呢? ?2.2.基因的運輸工具：運載體基因的運輸工具：運載體運載體運載體( (carrying)1 1能夠在宿主細胞內(nèi)能夠在宿主細胞內(nèi)復制復制并穩(wěn)定保存；并穩(wěn)定保存；具有具有多個限制酶切點多個限制酶切點以以便與外源基因相連；便與外源基因相連；具有具有標記基因標記基因，便于進，便于進行篩選行篩選2.2.基因的運輸工具：運載體基因的運輸工具：運載體（1 1）作用對象：兩個具有相同粘性末端的）作用對象：兩個具有相同粘性末端的DNADNA片段。片段。（2 2）作用位置：磷酸二酯鍵。）作用位置：磷酸二酯鍵。（

9、3 3）作用結果：形成重組）作用結果：形成重組DNADNA。3.基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶3.基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶 A A T T C C T T A AGG3.基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶 A A T T C C T T A AGG堿基互補配對3.基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶A A T T C C T T A AGGDNA連接酶連接酶3.基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶 A A T T C C T T A AGGDNA連接酶連接酶3.基因的針線：基因的針線：DNA連接酶連接酶 A A T T C C T T A AG

10、GDNA連接酶連接酶連接連接磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵培育轉基因大腸桿菌的簡要過程：培育轉基因大腸桿菌的簡要過程：你認為上述培育轉你認為上述培育轉基因大腸桿菌的關基因大腸桿菌的關鍵步驟有哪些？鍵步驟有哪些？普通大腸桿菌普通大腸桿菌( (不能分泌胰島素不能分泌胰島素) )人體組織細胞人體組織細胞提取提取胰島素基因胰島素基因與運載體與運載體DNA拼接拼接導入導入大腸桿菌大腸桿菌( (含含胰島素基因胰島素基因) )轉基因大腸桿菌轉基因大腸桿菌( (能分泌胰島素能分泌胰島素) ) 培育轉基因大腸桿菌的關鍵步驟：培育轉基因大腸桿菌的關鍵步驟：1.ONE胰島素基胰島素基因從人體因從人體細胞內(nèi)提細胞內(nèi)提取出來取出

11、來2.TWO胰島素基因胰島素基因導入受體導入受體( (大腸桿菌大腸桿菌) )細胞細胞基因的基因的“剪刀剪刀”基因的基因的“針線針線”基因的運載體基因的運載體3.THREE胰島素基胰島素基因與運載因與運載體體DNADNA連連接接基因的基因的“針線針線”基因操作的基本步驟基因操作的基本步驟1.提取目的基因提取目的基因2.目的基因與運載體結合目的基因與運載體結合3.將目的基因導入受體細胞將目的基因導入受體細胞4.目的基因的檢測和表達目的基因的檢測和表達歸納歸納提取目的基因提取目的基因裝入載體裝入載體導入受體細胞導入受體細胞基因的表達和檢測基因的表達和檢測2022-4-26大量的受體細胞接受不多的目的

12、基因。處理的受大量的受體細胞接受不多的目的基因。處理的受體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中體細胞中真正攝入了目的基因的很少，必須將它從中檢測出來。檢測出來。 將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中將每個受體細胞單獨培養(yǎng)形成菌落，檢測菌落中是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，是否有目的基因的表達產(chǎn)物。淘汰無表達產(chǎn)物的菌落，保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。保留有表達產(chǎn)物的進一步培養(yǎng)、研究。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物目的基因的檢測和表達2022-4-26（一）基因工程與作物育種（一）基因工程與作物育種 1、在農(nóng)作物生

13、產(chǎn)方面、在農(nóng)作物生產(chǎn)方面目的：培育出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性的優(yōu)目的：培育出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆性的優(yōu)良作物及新品種。良作物及新品種。優(yōu)點：降低生產(chǎn)成本，減少農(nóng)藥的使用優(yōu)點：降低生產(chǎn)成本，減少農(nóng)藥的使用對環(huán)境的危害，提高農(nóng)作物對不良環(huán)境對環(huán)境的危害，提高農(nóng)作物對不良環(huán)境的適應能力。的適應能力。三、基因工程的應用三、基因工程的應用28轉基因抗蟲水稻轉基因抗蟲水稻轉基因抗棉鈴蟲棉花轉基因抗棉鈴蟲棉花（一）基因工程與作物育種（一）基因工程與作物育種 2、在畜牧養(yǎng)殖方面、在畜牧養(yǎng)殖方面 科學家利用基因工程的方法培育出了轉基因奶牛、科學家利用基因工程的方法培育出了轉基因奶牛、超級綿羊等多種轉基因動物。超級綿羊等多

14、種轉基因動物。(二）基因工程與藥物研制二）基因工程與藥物研制許多藥品的生產(chǎn)許多藥品的生產(chǎn)是從是從生物組織生物組織中提取中提取的。受材料來源限制的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因將生物合成相應藥物成分的基因導導入微生物細胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但入微生物細胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。32胰島素從豬、牛等動物的胰腺胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提

15、取，中提取，100Kg100Kg胰腺只能提取胰腺只能提取4-5g4-5g的的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。想而知。將合成的胰島將合成的胰島素基因導入大腸桿素基因導入大腸桿菌，每菌，每2000L2000L培養(yǎng)液培養(yǎng)液就能產(chǎn)生就能產(chǎn)生100g100g胰島胰島素！使其價格降低素！使其價格降低了了30%-50%!30%-50%!優(yōu)點：能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量，低成本優(yōu)點：能夠高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量，低成本的藥品。的藥品。2022-4-2633用轉基因的植物生產(chǎn)藥物用轉基因的植物生產(chǎn)藥物具有生長激素的轉基因具有生長激素的轉基因 “超鼠超鼠”世界上第一只基因世界

16、上第一只基因改造的靈長類動物改造的靈長類動物猴子的研究，將有猴子的研究，將有助於發(fā)現(xiàn)諸如老年助於發(fā)現(xiàn)諸如老年癡呆癥、愛滋病及癡呆癥、愛滋病及癌癥的新基因療法癌癥的新基因療法（三）環(huán)境保護（三）環(huán)境保護基因工程做成的基因工程做成的“超級細菌超級細菌”能吞食和分解多種污能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的培育成功的“超級細菌超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDTDDT等毒

17、害物質(zhì)。等毒害物質(zhì)。3719981998年，英國一位生物學家在電視節(jié)目中宣布：老鼠食年，英國一位生物學家在電視節(jié)目中宣布：老鼠食用了轉基因馬鈴薯后，腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷，體重用了轉基因馬鈴薯后，腎、脾和消化道都出現(xiàn)了損傷，體重和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)遭到破壞。和器官重量減輕，免疫系統(tǒng)遭到破壞。四、轉基因生物和轉基因食品的安全性四、轉基因生物和轉基因食品的安全性 轉基因食品轉基因食品 安全嗎?2022-4-26怪物怪物 12022-4-26怪物怪物 22022-4-26怪物怪物 32022-4-26 當人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、當人類擁有了只有大自然才擁有的改造生物、創(chuàng)造生物的能力時，我們是否感到很坦然呢？創(chuàng)造生物的能力時，我們是否感到很坦然呢？v 基因的“剪刀”限制性核酸內(nèi)切酶v 基因的“針線”DNA連接酶 v 基因的運輸工具運載體（質(zhì)粒）1.基因工程的概念基因工程的概念2.基因工程操作的基本工具基因工程操作的基本工具3.基因操作的基本步驟基因操作的基本步驟v 目的基因提取v 目的基因與運載體結合v 目的基因導入受體細胞v 目的基因的檢測與表達練習：練習：要使目的基因與對應的載體重組，所需的兩種酶是（ ）限制酶連接酶解旋酶還原酶實施基因工程的第一步的一種方法是把所需的基因從供體細胞內(nèi)分離出來