第六章 第二節(jié) 基因工程及其應用

基因工程及其應用第2節(jié)視頻鏈接江蘇省濱海中學什么是基因工程?

基因工程的原理是什么?本課聚焦:豆科植物的根瘤能夠固定空氣中的氮資料一：目前，全球的氮肥生產(chǎn)耗費世界總電力的3%-4%，且農(nóng)作物只能吸收氮肥的1/10,造成了大面積土壤和水質(zhì)的污染。資料分析引入蜘蛛能夠吐出蛛絲資料二：蛛絲是自然界最奇特的物質(zhì)之一，它具有極強的韌度，其韌度是同樣直徑鋼材的好幾倍。但與家蠶不同，蜘蛛不能家養(yǎng)，因為它們會互相吞食，所以不可能建立人工飼養(yǎng)蜘蛛的農(nóng)場。30多年來，科學家們一直試圖找到利用其他生物體來制造蛛絲的辦法。資料三以往，治療糖尿病的胰島素是從動物胰腺中提取的，從100千克豬、牛等動物的胰腺只能提取3－4克胰島素，治療一個患者需宰殺40－50頭牛，這種藥物的造價就可想而知了。微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快設想一能否讓禾本科的植物也能夠固定空氣中的氮？能否讓細菌“吐出”蛛絲？設想二能否讓微生物產(chǎn)生出人的胰島素、干擾素等珍貴的藥物？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(shù)——基因工程?；蚬こ蹋河纸凶龌蚱唇蛹夹g(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理：操作水平：結(jié)果：一、基因工程的定義目的基因供體細胞受體細胞基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。獲得新性狀二、基因操作的工具1.基因的“剪刀”──限制性內(nèi)切酶（限制酶）一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點上切割DNA分子。專一性如:EcoRI限制酶限制性內(nèi)切酶（EcoRⅠ）作用過程點擊播放

被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？思考:GAATTCCGTAGAATTCGGATT嘗試寫出下列序列受EcoliI內(nèi)切酶作用后的黏性末端CTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATTCTTAAGGCATCTTAAGCCTAACTTCATGAATTCCCTAAGAAGTACTTAAGGGATT練一練:GGCATCTTAAAATTCCGTAG２、基因的針線──DNA連接酶連接酶的作用是：將互補配對的兩個黏性末端連接起來，使之成為一個完整的DNA分子。DNA連接酶的作用過程點擊播放基因的針線：DNA連接酶

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G用同種限制酶切割DNA連接酶連接的是DNA骨架上的缺口，不是堿基間的氫鍵3、基因的運輸工具——運載體

運載體必須同時滿足三個要求：①具有一到多個限制酶的酶切位點,以便與外源基因連接;②能進入受體細胞并在受體細胞內(nèi)穩(wěn)定存在并能復制、表達；③具有標記基因,便于目的基因的篩選.3、基因的運輸工具——運載體常用的運載體：質(zhì)粒、噬菌體和動植物病毒等標記基因，便于進行檢測。質(zhì)粒存在于許多細菌和酵母菌等生物中,是細胞染色體外能夠自主復制的很小的環(huán)狀DNA分子.三、基因工程基本步驟1、獲取目的基因提取目的基因的方法用限制酶切斷成許多片段⑴直接分離基因——鳥槍法將供體生物的DNA用限制酶切割為許多片段，再用運載體將這些片段都運載到受體生物的不同細胞中去。只要有一個細胞獲得了需要的目的基因并得以表達，基因工程就算成功了。

該法最大的缺點是帶有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能將真核生物的基因轉(zhuǎn)移到原核生物中去。⑵人工合成基因法DNA合成儀有兩種方法：

①逆轉(zhuǎn)錄法：以信使RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下利用脫氧核苷酸合成DNA(基因)。

②化學合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA核糖核苷酸順序，再據(jù)此推算出基因DNA的脫氧核苷酸順序。用游離脫氧核苷酸直接合成相應的基因。用與提取目的基因相同的限制酶切割質(zhì)粒使之出現(xiàn)一個切口，將目的基因插入切口處，讓目的基因的黏性末端與切口上的黏性末端互補配對后，在DNA連接酶的作用下連接形成重組DNA分子。2、目的基因與運載體結(jié)合3、將目的基因?qū)胧荏w細胞導入擴增常用的受體細胞：菌類和動植物細胞4、目的基因的表達和檢測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。無表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物有表達產(chǎn)物無表達產(chǎn)物

第一步：獲取目的基因基因工程基本步驟：第二步：目的基因與運載體結(jié)合第三步：將目的基因?qū)胧荏w細胞第四步:目的基因的表達和檢測？如何讓大腸桿菌生產(chǎn)人胰島素？①從細胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌中的質(zhì)粒④DNA重組⑤用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌克隆大量基因轉(zhuǎn)化的實質(zhì)：基因重組1、什么是基因工程?

2、基因工程的原理是什么?課堂小結(jié)：⒈要使目的基因與對應的載體重組，所需的兩種酶是()①限制酶②DNA連接酶③解旋酶④還原酶Ａ．①②Ｂ．③④Ｃ．①④Ｄ．②③2.基因工程的正確操作步驟是（）

①使目的基因與運載體結(jié)合

②將目的基因?qū)胧荏w細胞

③檢測目的基因的表達是否符合特定性狀要求

④提取目的基因Ａ．③②④①Ｂ．②④①③

Ｃ．④①②③Ｄ．③④①②積極思維:3.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，這要利用限制性內(nèi)切酶。一種限制性內(nèi)切酶能識別ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ順序，切點在Ｇ和Ａ之間，這是利用了酶的（）

Ａ．高效性Ｂ．專一性

Ｃ．多樣性Ｄ．催化活性易受外界影響

⒋采用基因工程的方法培育抗蟲棉，下列導入目的基因的作法正確的是（）

①將毒素蛋白注射到棉受精卵中

②將編碼毒素蛋白的ＤＮＡ序列，注射到棉受精卵中

③將編碼毒素蛋白的ＤＮＡ序列，與質(zhì)粒重組，導入細菌，用該細菌感染棉的體細胞，在進行組織培養(yǎng)

④將編碼毒素蛋白的ＤＮＡ序列，與細菌質(zhì)粒重組，注射到棉的子房并進入受精卵中

Ａ．①②Ｂ．②③Ｃ．③④Ｄ．④①思維拓展:細菌和人是差異非常大的兩種生物,為什么通過基因重組后,細菌能夠合成人體的某些蛋白質(zhì)呢?？水母四、基因工程的應用1、基因工程與作物育種轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物和具有抗逆性的作物新品種?？瓜x害的玉米生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)獲得人們所需要的和具有優(yōu)良品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因動物轉(zhuǎn)基因鮭魚2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?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。胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!3、環(huán)境保護

基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。通常一種細菌只能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)。

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。環(huán)境檢測：用DNA探針檢測水中病毒的含量4、其他基因診斷：如用基因探針檢測肝類病毒、診斷遺傳病基因治療：把健康的外源基因?qū)胗谢蛉毕莸募毎?，達到治療疾病的目的。五、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性閱讀P105資料分析，討論：你認為應該如何對待轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問題？轉(zhuǎn)基因生物與食物安全反對實質(zhì)性等同。擔心滯后效應。擔心出現(xiàn)新的過敏原。擔心營養(yǎng)成分改變。把動物蛋白轉(zhuǎn)入農(nóng)作物是否侵犯了素食者的權(quán)益？實質(zhì)性等同是轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物安全性評價的起點而非終點。多環(huán)節(jié)、嚴謹?shù)陌踩栽u價，可以保證轉(zhuǎn)基因食物的安全。科學家審慎的態(tài)度。沒有轉(zhuǎn)基因食物影響人體健康的實例。舉證排除法。轉(zhuǎn)基因生物與環(huán)境安全會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。重組的微生物在降解某些化合物時所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，可能造成二次污染。重組DNA與微生物雜交可能產(chǎn)生對人類有害的病原微生物。轉(zhuǎn)基因植物的花粉中含有的毒蛋白通過食物鏈有可能進入動物或人體。轉(zhuǎn)入的是自然界已有的基因，，不會破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？梢詼p少農(nóng)藥用量?？钩輨┺r(nóng)作物使農(nóng)田管理更容易。新聞報道不實，公眾的過分擔憂。雀巢:堅持使用轉(zhuǎn)基因原料稱安全性已經(jīng)被證明我國的行動2001年5月，國務院公布《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理條例》，對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物的研究和試驗、生產(chǎn)和加工、經(jīng)營和進出口等作了具體規(guī)定。趨利避害，不能因噎廢食。雜交育種誘變育種多倍體育種單倍體育種基因工程處理雜交射線、輻射處理秋水仙素花藥離體培養(yǎng)基因轉(zhuǎn)移原理基因重組基因突變?nèi)旧w變異染色體變異基因重組優(yōu)點集“優(yōu)”提高突變頻率，產(chǎn)生新基因果實大營養(yǎng)豐富縮短育種年限

定向改變生物性狀缺點育種時間長需要處理大量材料發(fā)育遲結(jié)實率低技術(shù)復雜操作復雜小結(jié)：五種育種方式的比較練習題例題1:請寫出下面各項培育方法：（1）通過花藥離體培養(yǎng)再用秋水仙素加倍得到煙草新品種的方法是

。（2）用60Co輻射谷氨酸棒狀桿菌，選育出合成谷氨酸的新菌種，所用方法是

。（3）用小麥和黑麥培育八倍體黑小麥的方法是

。（4）將青椒的種子搭載人造衛(wèi)星，在太空中飛行數(shù)周后返回地面，獲得了果大、肉厚和維生素含量高的青椒新品種，這種育種原理本質(zhì)上屬于

。（5）用抗倒伏、不抗銹病和不抗倒伏、抗銹病的兩個小麥品種，培育出抗倒伏、抗銹病的品種，所用方法是

。（6）用秋水仙素或硫酸二乙酯處理蕃茄、水稻種子，獲