第六章第2節(jié)基因工程及其應(yīng)用

微生物可以有分泌產(chǎn)物，且微生物繁殖速率快設(shè)想：請微生物幫助人類生產(chǎn)人的胰島素基因工程及其應(yīng)用第2節(jié)視頻鏈接江蘇省濱海中學(xué)一、基因工程的原理

基因工程的出現(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。

又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，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(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1、基因工程例題1.科學(xué)家們經(jīng)過多年努力，創(chuàng)立了一種新興生物技術(shù)—基因工程，實施該工程的最終目的是（）A．定向提取生物體的DNA分子B．定向地對DNA分子進(jìn)行“剪切”C．在生物體外對DNA分子進(jìn)行改造D．定向地改造生物的遺傳性狀D一、基因工程的原理

基因工程的出現(xiàn)使人類有可能按照自己的意愿直接定向地改變生物，培育出新品種。又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，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(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。1、基因工程的概念：基因工程基本工具：基因“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶基因“針線”——DNA連接酶基因的運載體——質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒一、基因工程的原理2、“基因剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶(簡稱限制酶)CTTAAGAATTCG

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。例如:EcoRI限制酶，專一識別GAATTC序列，并在G和A之間將序列切開。黏性末端黏性末端切割DNA分子中兩個脫氧核苷酸之間的磷酸二酯鍵限制酶切割的什么？？○

A

T

T

A被同一種限制酶切斷的幾個DNA是否具有相同的黏性末端？嘗試寫出下列序列受EcoRI限制酶作用后的黏性末端

DNA被限制酶切斷后有兩個反向互補的“黏性末端”。被同一種限制酶切斷的幾個DNA具有相同的黏性末端，堿基能夠通過互補進(jìn)行配對。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAACGTGCTTAAAATTCCCATTGGGTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAGGGCATCTTAAAATTCCGTAG一、基因工程的原理3、“基因針線”——DNA連接酶連接酶的作用：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。CTTCATGGAAGTACTTAAGGGATTAATTCCCTAAGGCATCTTAAAATTCCGTAG連接酶連接的部位：磷酸二酯鍵思考：如何將重組DNA分子送入受體細(xì)胞呢？一、基因工程的原理4、基因的運載體運載體必須同時滿足三個要求：①能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定的保存。

②具有多個限制酶切點。③具有某些標(biāo)記基因，便于篩選。常用：質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒一、基因工程的原理大腸桿菌DNA質(zhì)粒（環(huán)狀DNA分子）控制質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移的基因抗生素抗性基因質(zhì)粒：存在于許多細(xì)菌以及酵母菌等生物的細(xì)胞中，是擬核或細(xì)胞核外能夠自主復(fù)制的很小的環(huán)狀DNA分子。①從細(xì)胞中分離出DNA①②③④⑤⑥②限制酶截取DNA片斷③分離大腸桿菌質(zhì)粒④DNA重組⑤將質(zhì)粒導(dǎo)入大腸桿菌⑥培養(yǎng)大腸桿菌獲得產(chǎn)物基因工程過程示意圖5、基因工程的操作步驟：從細(xì)菌中取出質(zhì)粒從細(xì)胞中取出DNA用同種限制酶切斷兩個DNA具有相同的黏性末端提取目的基因（如人的胰島素基因）用連接酶將目的基因與質(zhì)粒連接（形成重組DNA分子）目的基因與運載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞（如大腸桿菌）利用質(zhì)粒中具有某些特性的基因進(jìn)行檢測并判斷目的基因是否表達(dá)將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定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——鳥槍法又叫“散彈射擊法”，猶如用獵槍發(fā)射的散彈打鳥，無論哪一顆子彈擊中目標(biāo),都能把鳥打下來具體做法是：用限制酶將供體細(xì)胞中的DNA切成許多片段，將這些片段分別載入運載體，然后通過運載體分別轉(zhuǎn)入不同的受體細(xì)胞，讓供體細(xì)胞所提供的DNA的所有片段分別在各個受體細(xì)胞中大量復(fù)制，從中找出含有目的基因的細(xì)胞，再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。

該法優(yōu)點是操作簡便，但是最大的缺點是具有很大的盲目性，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)錄酶的作用下將脫氧核苷酸合成合成DNA(基因)。

②直接合成法：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸順序推算出信使RNA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(yīng)的基因。目的基因的檢測和鑒定大量的受體細(xì)胞接受不多的目的基因。處理的受體細(xì)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(xì)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(dá)產(chǎn)物。淘汰無表達(dá)產(chǎn)物的菌落，保留有表達(dá)產(chǎn)物的進(jìn)一步培養(yǎng)、研究。無表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物有表達(dá)產(chǎn)物無表達(dá)產(chǎn)物基因工程別名操作環(huán)境操作對象操作水平基本工具基本過程結(jié)果實質(zhì)基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)生物體外基因DNA分子水平人類需要的基因產(chǎn)物提取→拼接→導(dǎo)入→檢測和鑒定基因重組限制酶、DNA連接酶、運載體第一步：提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(xì)胞第四步:目的基因的表達(dá)和檢測例題2.利用外源基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，可生產(chǎn)人類所需的產(chǎn)品。下列選項中能說明目的基因完成表達(dá)的是（）A．棉花細(xì)胞中檢測到載體上的標(biāo)記基因B．山羊乳腺細(xì)胞中檢測到人生長激素的基因C．酵母菌細(xì)胞中提取到人的干擾素D．大腸桿菌中檢測到人胰島素基因的mRNAC二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種（1）獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和具有優(yōu)良品質(zhì)的農(nóng)作物將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)入玉米,獲得轉(zhuǎn)基因玉米。將控制番茄果實成熟的基因?qū)敕?獲得轉(zhuǎn)基因耐貯存番茄,是世界上進(jìn)入市場的第一種轉(zhuǎn)基因植物。轉(zhuǎn)入金魚草基因的紫番茄富含花青素，可明顯減緩結(jié)腸癌細(xì)胞生長，同時具抵抗心血管疾病的功效。四、基因工程的應(yīng)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。板書設(shè)計基因工程原理概念：又叫做基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗地說，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(xì)胞里，定向地改造生物的遺傳性狀?；颉凹舻丁薄拗菩院怂醿?nèi)切酶基因“針線”——DNA連接酶基因的運載體——質(zhì)粒、噬菌體、動植物病毒基本工具操作步驟提取目的基因目的基因與運載體結(jié)合將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的檢測與鑒定（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種蘇云金桿菌抗蟲基因普通棉花抗蟲棉提取導(dǎo)入培育抗蟲棉的培育過程已問世的轉(zhuǎn)基因抗蟲植物主要有水稻、棉、玉米、馬鈴薯、番茄、大豆、蠶豆、煙草、蘋果、核桃、菊花、白花三葉草等。（2）培育出具有各種抗逆性的作物新品種二、基因工程的應(yīng)用1、基因工程與作物育種抗病毒轉(zhuǎn)基因甜椒轉(zhuǎn)基因抗除草劑玉米（1）培育出具有優(yōu)良品質(zhì)的動物二、基因工程的應(yīng)用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖轉(zhuǎn)生長激素基因鯉魚（9個月后比對照個體重1.5kg)超級綿羊（生長速率提高30%，體型增大50%）（2）利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物乳汁中分泌人凝血因子IX的轉(zhuǎn)基因山羊科學(xué)家將藥用蛋白基因?qū)氩溉閯游锏氖芫眩蛊浒l(fā)育成轉(zhuǎn)基因動物，轉(zhuǎn)基因動物進(jìn)入泌乳期后，通過分泌的乳汁來生產(chǎn)所需的藥品。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)獲得的轉(zhuǎn)基因克隆奶牛二、基因工程的應(yīng)用2、基因工程與畜牧養(yǎng)殖二、基因工程的應(yīng)用3、基因工程與藥物研制許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織、細(xì)胞或血液中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，價格十分昂貴。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(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，高效率地生產(chǎn)出各種高質(zhì)量、低成本的藥品，如胰島素、干擾素等。用基因工程方法生產(chǎn)的藥物還有白細(xì)胞介素、溶血栓劑、凝血因子以及某些疫苗等。胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、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！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低大大降低!我國生產(chǎn)的部分胰島素產(chǎn)品胰島素生產(chǎn)車間干擾素治療病毒感染是“萬能靈藥”！過去從人血中提取,300L血才提取1mg!其“珍貴”程度自不用多說。干擾素生產(chǎn)車間基因工程人干擾素α-2b（安達(dá)芬），廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物?；蚬こ谭椒ㄉa(chǎn)蛋白質(zhì)藥物的優(yōu)勢非常明顯。二、基因工程的應(yīng)用4、基因工程與環(huán)境基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環(huán)境中的病毒、細(xì)菌等污染。如檢測飲用水中病毒的含量。美國科學(xué)家用基因工程做成的“超級細(xì)菌”能同時快速分解石油中的四種烴類，用于清除被石油污染的海域。用基因工程培養(yǎng)出“吞噬”汞和降解土壤中DDT的細(xì)菌，以及能夠凈化鎘污染的植物。（1）用于環(huán)境檢測（2）用于凈化污染的環(huán)境能發(fā)熒光的轉(zhuǎn)基因魚三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性轉(zhuǎn)入螢火蟲熒光酶基因的轉(zhuǎn)基因煙草苗轉(zhuǎn)基因玫瑰這些生物令我們很好奇，但是現(xiàn)實生活的應(yīng)用更令我們關(guān)心!三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性未來生物轉(zhuǎn)基因草莓有玫瑰花和檸檬的香味轉(zhuǎn)基因西紅柿安全嗎？“金大米”對轉(zhuǎn)基因食品無害性的評估主要有以下幾方面：

——是否有毒性、引起過敏反應(yīng)，營養(yǎng)或毒性蛋白質(zhì)的特性，注入基因的穩(wěn)定性，基因改變引起的營養(yǎng)效果，對環(huán)境的影響及其他不必要的功能等。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性⑴改變傳統(tǒng)的育種方式縮短育種時間。培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害、抗旱、抗鹽堿，抗除草劑等特性的作物新品種。⑵克服異源、遠(yuǎn)源雜交障礙。如可以把動物的基因，甚至人的基因組合到植物里去。⑶生產(chǎn)有利于健康和抗病的食品。⑷培育出符合人們意愿的動物新品種。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性轉(zhuǎn)基因生物有利的一面:⑴有些轉(zhuǎn)基因食物含的一些物質(zhì)，可能會影響人體健康。⑵大量的轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)入自然界后很可能會與野生物種進(jìn)行雜交，產(chǎn)生一些超級生物，從而造成基因污染。⑶如有些作物插入抗蟲基因，殺死環(huán)境中有益的生物。三、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的安全性基因工程的弊端：關(guān)于轉(zhuǎn)基因食品安全性爭論的正確觀